کانورتر توان Grid-Forming  :

این نوع کانورترهای توان اساسا مرتبط با واحدهای ذخیره کننده انرژی در ریزشبکه AC/DC می باشند. در عملکرد جزیره ای ، این کانورترهای توان پاسخگوی حفظ ولتاژ و فرکانس مرجع در سابگرید AC و ولتاژ مرجع در سابگرید DC میباشند. در مد متصل به شبکه ، این کانورترهای توان ، وظیفه تنظیم توان اکتیو برای سابگرید DC و توان اکتیو و راکتیو برای سابگرید AC را بر عهده دارند.این کانورترها در ریزشبکه هایی که به صورت کنترل مرکزی کنترل می شوند مورد استفاده قرار می گیرند.

کانورترهای Grid-Forming به عنوان یک منبع ولتاژ ایده آل با امپدانس خروجی پایین کنترل می شوند.چنین کانورتری در حالت کنترل ولتاژ عمل می کند (VCM) . در یک ریزشبکه AC جزیره ای ، VCM شامل کنترل فرکانس و دامنه ولتاژ می شود و این در حالی است که برای ریزشبکه DC ، فقط کنترل دامنه ولتاژ ضروری است.

در سابگرید AC با چندین کانورتر ، حداقل یکی از این کانورترهای موازی باید به عنوان کانورتر Grid-forming  در VCM عمل کند تا یک مرجع سنکرون برای کانورترهای دیگر تامین نماید.هنگامی که چندین کانورتر grid-forming در ریزشبکه AC وجود دارد ، همه آن ها باید با یکدیگر سنکرون شوند و معمولا این مورد با دروپ کنترل انجام می پذیرد. در سابگرید DC از آن جایی که دامنه ولتاژ تنها متغیر کنترل است ، نیازی به سنکرون سازی در آن نمیباشد.

کانورتر توان Grid-Following (Grid Feeding ) :

این نوع کانورترهای توان مرتبط با تولیدات پراکنده غیرقابل توزیع مانند پنل های خورشیدی و آسیاب های بادی می باشند.این کانورترها در سابگرید AC به طور پیوسته ولتاژ و فرکانس مرجع شبکه را دنبال نموده و توان اکتیو و راکتیو را تزریق می نمایند تا به ضریب قدرت واحد دست یابیم. به طریق مشابه  در سابگرید DC ، کانورتر ، جریان یا توان را در حالی که ولتاژ مرجع شبکه را دنبال می نماید به شبکه تزریق می کند.

کانورترهای Grid-feeding  به گونه ای عمل می کنند تا مقدار مشخصی از توان اکتیو و راکتیو (در سابگرید AC) و یا جریان (در سابگرید DC ) به سیستم متصل تزریق نمایند. معمولا جریان خروجی کانورتر Grid-feeding به طور مستقیم بر طبق مرجع توان کنترل می شود و به آن حالت کنترل جریان (CCM) یا حالت کنترل توان می گویند . از آن جایی که کانورترهای Grid-feeding امپدانس خروجی معادل بزرگی دارند ، چند عدد از آن ها می توانند به راحتی به صورت موازی عمل کنند .

اگرچه کانورترهای Grid-feeding اساسا مرجع جریان و توان را دنبال می کنند (مانند ردیابی نقطه حداکثر توان که به آن MPPT می گویند ) ، ضمنا می توانند در کنترل ولتاژ DC یا AC نیز شرکت کنند و این مورد زمانی انجام میپذیرد که یک کنترلر لابه بالاتر وجود داشته باشد که به این کانورترها دستور دهد تا مراجع توان مربوطه را تنظیم نمایند.

کانورتر توان Grid-Supporting :

گاهی کانورترهای توان Grid-forming جهت حفظ ولتاژ و فرکانس از پیش تعیین شده در سابگریدها با شکست مواجه می شوند و آن در نتیجه ظرفیت رزرو محدود توانی است که توسط واحدهای ذخیره کننده انرژی جذب و یا تحویل می گردد. بنابراین ، برخی واحدهای ذخیره کننده انرژی یا تولیدات پراکنده قابل توزیع اضافی مورد استفاده قرار می گیرند تا کانورترهای Grid-Forming را جهت حفظ فرکانس و ولتاژ معین در سابگریدهای AC و ولتاژ معین در سابگریدهای DC پشتیبانی نمایند.

مبدل توان پیوند دهنده

مبدل توان پیوند دهنده (IPC) به طور کلی جهت پیوند دادن سابگرید DC با سابگرید AC مورد استفاده قرار می گیرد تا ریزشبکه AC/DC را تشکیل دهد . این کانورترها قادر به عملکرد دوطرفه بوده و می توانند در حالت وارونگی ، یکسوسازی و یا توقف کار کنند.

                             شکل 1) طبقه بندی کانورترهای توان در ریزشبکه AC/DC ترکیبی

استراتژی های کنترل ریزشبکه AC/DC :

استراتژی های کنترل ریزشبکه موجب آن میشوند تا در طول حالت های جزیره ای و متصل به شبکه ، به عملکرد پایدار و موثر دست یابیم .

1-کنترل ولتاژ ثابت :

جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ باس DC (V_T) ، این استراتژی کنترل با کانورترهای Grid-forming به کار گرفته می شود . همان طور که در شکل زیر مشخص است ، V_T با ولتاژ مرجع V^* مقایسه شده و سیگنال خطا به کنترل کننده تناسبی -انتگرالی (PI) ارسال و جریان مرجع I* تولید می گردد. جریان مرجع با جریان خروجی کانورتر (I_C) مقایسه و اختلاف آن ها به کنترل کننده تناسبی-انتگرالی ارسال و خروجی آن به بلوک مدولاسیون پهنای پالس رفته تا ولتاژ باس DC را تنظیم نماید.

شکل2) بلوک دیاگرام کنترل ولتاژ ثابت در مورد سابگرید

در این استراتژی کنترل ، واحدهای ذخیره کننده انرژی میبایست ظرفیت کافی برای مدیریت تعادل توان نامطمئن را در سابگرید DC داشته باشند.

کنترل فلوی توان به وسیله تنظیم ولتاژ : این کنترل بر مبنای ولتاژ خروجی تولیدات پراکنده انجام می شود . فلوی توان واقعی با استفاده از زاویه فاز ولتاژ (δ) تنظیم می شود . فلوی توان راکتیو می تواند به وسیله V₁-V_g  تنظیم شود  که V₁ ولتاژ تولید پراکنده ، V_g  ولتاژ PCC ، و δ  اختلاف زاویه فاز بین V₁ و V_g است .در کنترلر توان راکتیو ، کنترل انتگرالی وجود دارد که دقت کنترل توان راکتیو را بهبود می بخشد. این هایلایت شده باید بررسی شود

2-کنترل جریان ثابت :

این کنترل اساسا مرتبط با کانورترهای grid-feeding متصل به شبکه می شود و مسئولیت ثابت نگه داشتن جریان ترمینال از میکرومنابع را به عهده دارد. این کنترل به عنوان کنترل توان ثابت نیز شناخته میشود . چنانچه در شکل نیز ملاحظه می شود ، حلقه کنترل توان ، جریان مرجع را تولید نموده و به واحد ذخیره کننده انرژی دستور می دهد تا توان را جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ باس DC آزاد یا جذب کند .

          شکل 3 ) بلوک دیاگرام کنترل جریان ثابت در مورد سابگرید DC

3-کنترل دروپ DC :

هدف اصلی این استراتژی کنترل این است تا ریزشبکه جزیره ای را در مقابل تغییرات پیوسته بار حفظ کنیم و این کار به وسیله تنظیم مشخصات دروپ تولیدات پراکنده صورت می پذیرد. در ریزشبکه DC ، کانورترهایی که به صورت موازی عمل می کنند شامل دو نوع مشخصات دروپ می شوند و عبارتند از دروپ مد توان / جریان و دروپ مد ولتاژ .

دروپ مد توان / جریان شامل دروپ I-V و دروپ P-V می شود و دروپ ولتاژ شامل دروپ V-I و دروپ V-P می شود. روابط ریاضی به صورت زیر بیان می گردد :

V_ci ، I_ci و P_ci به ترتیب ولتاژ خروجی ، جریان خروجی و توان خروجی کانورتر توان iام هستند . m_ci و m_pi ضریب دروپ در کنترل دروپ مربوطه هستند.

مشخصات دروپ V-I / مشخصات دروپ V-P

• کنترل PQ (کنترل کننده توان اکتیو و راکتیو):

هدف اولیه استفاده از کنترل PQ این است تا هنگامی که ولتاژ ترمینال و فرکانس در حدود پیشنهادی نوسان می کنند ، توان اکتیو و راکتیو را در ترمینال های میکرو منبع ثابت نگه دارد. در ابتدا ، کنترل PQ توان اکتیو و راکتیو را جدا می کند تا کنترل خودکار انجام شود . هدف کنترل P این است تا توان اکتیو را در مقدار مرجع داده شده در بازه قابل قبول فرکانس ثابت نگه دارد . هدف کنترلر Q نیز این است تا خروجی توان راکتیو را در مقدار مرجع داده شده در بازه قابل قبول ولتاژ ترمینال ثابت نگه دارد . این تکنیک کنترل ، اقدامی جهت ثابت نگه داشتن فرکانس و ولتاژ ترمینال انجام نمی دهد. بنابراین ، یک تولید پراکنده اضافی مورد نیاز است تا فرکانس و ولتاژ ترمینال ریز شبکه را تنظیم کند. پالس های کنترلی برای VSI می تواند با استفاده از تبدیل معکوس Park از ولتاژهای محورd و محورq به دست آید.

در این روش کنترلی ، توان های اکتیو و راکتیو خروجی مبدل روی مقادیر از پیش تعیین شده توسط کنترل کننده مرکزی ریزشبکه (MGCC) نگه داشته می شود. سیستم کنترلی با اندازه گیری توان خروجی مبدل و مقایسه آن با مقدار مرجع ، سیگنال های کنترلی کلیدهای الکترونیک قدرت را تنظیم می نماید.این نوع کنترلر صرف نظر از حالت کاری ریزشبکه همواره سعی در حفظ توان خروجی خود دارد.اگر ولتاژ و فرکانس شبکه دچار تغییرات شدیدی شود ، توان خروجی مبدل ها دچار تغییر و نوسان می شود.لذا منابع کنترل شده به روش PQ در حالت کاری متصل به شبکه تغییرات توان خروجی خود را سریع تر دنبال کرده و پایداری نسبی بهتری نسبت به حالت جزیره ای دارد.

پس در این کنترل یک مبدل مورد استفاده قرار می گیرد تا یک توان اکتیو و راکتیو مشخص را تامین نماید. در کنترل مبدل P-Q ، مبدل ، توان موجود در ورودی اش را به ریزشبکه تزریق می نماید. توان راکتیو تزریق شده ، مطابق یک مقدار از پیش تعیین شده می باشد که به صورت محلی (با استفاده از حلقه کنترل محلی) یا به صورت مرکزی از کنترل کننده مرکزی ریزشبکه (MGCC) تعیین می شود.

کنترل PQ ، توان اکتیو و راکتیو را در یک ضریب قدرت مطلوب فراهم می آورد . یک کنترل محلی یا کنترل کننده مرکزی ریزشبکه (MGCC) ، مقادیر مرجع توان را تعیین نموده و این طرح کنترل می تواند به عنوان یک منبع جریان کنترل شده با ولتاژ یا منبع ولتاژ کنترل شده با جریان به اجرا در بیاید.

5-کنترل V/f:

هدف اولیه استفاده از کنترل V/f این است تا فرکانس و ولتاژ ترمینال ثابت را در خروجی اینورتر در دسترس قرار دهد . در این کنترل ، یک کنترلر فرکانس مورد استفاده قرار می گیرد تا خروجی توان واقعی را به منظور حفظ فرکانس در حد از پیش تعیین شده تنظیم نماید.ضمنا یک کنترلر ولتاژ جهت بهبود خروجی های توان اکتیو در نظر گرفته می شود تا ولتاژ ترمینال را در حد از پیش تعیین شده حفظ نماید. کنترل V/f از لحاظ سیستم کنترل بسیار شبیه به کنترل PQ می باشد.

کنترل کننده ها در این حالت مشابه کنترل کننده های ژنراتورهای سنکرون عمل می کنند ، یعنی برای کنترل فرکانس از توان اکتیو و برای کنترل ولتاژ از توان راکتیو استفاده می کنند. در واقع نقش شبکه سراسری را در حالت جزیره ای ریزشبکه ایفا می کنند. مقادیر مرجع برای هر دو کنترل کننده V/F و PQ توسط مرکز کنترل ریزشبکه تعیین شده و به آن ها ارسال می شود.

پس در این نوع کنترل، اینورتر تحت کنترل قرار می گیرد تا بار را با مقادیر از پیش تعیین شده ولتاژ و فرکانس تغذیه نماید. با توجه به بار ، خروجی VSC (توان اکتیو و واقعی) تعیین می شوند و فرکانس و اندازه ولتاژ کنترل می گردند.

منبع : مجموعه مقالات