مقدمه
تاکنون راه کارهای کنترلی مختلفی برای مبدل های PWM سه فاز ارائه شده است. خصوصاً روش کنترل جهت دار ولتاژ (VOC) که عملکرد استاتیک و دینامیکی بالایی را از طریق حلقه های کنترل داخلی جریان ضمانت می کند و معروفترین روش بوده و به طور ثابت در حال توسعه و بهبود بوده است. از طرفی پیکربندی کلی و عملکرد سیستم VOC به طور زیادی وابسته به کیفیت راه کار کنترل جریان بکاررفته می باشد.
روش دیگر کنترل مستقیم توان (DPC) است که بر اساس حلقه های کنترل توان اکتیو و راکتیو لحظه ای می باشد. در این روش هیچ حلقه کنترل جریان داخلی و بلوک مدولاتور PWM وجود ندارد، زیرا وضعیت کلیدزنی مبدل به طور مناسبی بوسیله یک جدول کلیدزنی بر پایه خطاهای لحظه ای بین مقدارهای مرجع و تخمین زده شده توان اکتیو و راکتیو انتخاب می شود. بنابراین نقطه کلیدی برای پیاده سازی سیستم DPC یک تخمین سریع و درست از توان اکتیو و راکتیو خط می باشد. در این پست قصد داریم در مورد این روش و چگونگی عملکرد آن به طور کامل توضیحاتی را خدمت شما ارائه بدهیم.
مفهوم کنترل توان مستقیم (DPC)
قاعده اساسی کنترل توان مستقیم یا DPC که بوسیله نوگوچی در سال 1998 پیشنهاد شد، بر اساس کنترل گشتاور مستقیم (DTC) خوب شناخته شده برای موتورهای القایی است. در DPC توانهای اکتیو و راکتیو جایگزین دامنه های گشتاور و شار شده اند که به عنوان خروجی کنترل شده در DTC استفاده می شوند. مفهوم اساسی شامل انتخاب وضعیتهای کلیدزنی مناسبی از یک جدول کلیدزنی بر اساس خطاها می باشد که بوسیله یک باند هیسترزیس محدود می شود که برای توانهای اکتیو و راکتیو همانند شکل 1 زیر در نظر گرفته شده است.
شکل 1) بلوک دیاگرام روش کنترل مستقیم توان
دو جنبه مهم باید برای ضمانت کردن عملکرد صحیح سیستم حفظ شود: 1) انتخاب صحیح وضعیت های کلیدزنی 2) تخمین دقیق و سریع توانهای اکتیو و راکتیو
برای به طور صحیح تخمین توان و به طور همزمان کاهش تعداد سنسورهای ولتاژ پیاده سازی شده، نوگوچی استفاده از تخمین بردار ولتاژ را پیشنهاد داد.
قاعده های کنترل توان مستقیم بدون سنسورهای ولتاژ منبع توانی
الف) کنترل توان مستقیم مبدل
شکل 1 پیکربندی کنترل کننده توان اکتیو و راکتیو لحظه ای مستقیم را برای مبدل یکسوساز نشان می دهد. کنترل کننده دارای ویژگی کنترل رله ای توان اکتیو و راکتیو با استفاده از مقایسه گرهای هیسترزیس و یک جدول کلیدزنی است. در این پیکربندی، ولتاژ باس dc با کنترل توان اکتیو تنظیم می شود و عملکرد ضریب توان واحد با استفاده از کنترل توان راکتیو در مقدار صفر بدست آورده می شود. در شکل 1 مرجع توان اکتیو از یک بلوک کنترل ولتاژ باس dc تأمین می شود در حالیکه مرجع توان راکتیو به طور مستقیم از خارج از کنترل کننده داده می شود. خطاها بین مراجع و توان بازخوردی تخمین زده شده، ورودی برای مقایسه گرهای هیسترزیس بوده و به سیگنالهای Sp و Sq دیجیتالی می شوند. همچنین فاز بردار ولتاژ منبع – توانی به سیگنال دیجیتالی θn تبدیل می شود. برای این هدف، چهارچوب ساکن به 12 قسمت تقسیم می شود که در شکل 2 نشان داده شده است و قسمتها می توانند به صورت عددی به شکل زیر بیان شوند:
شکل 2) سکتورها یا بخش های دوازده گانه در مختصات ساکن برای مشخص کردن فاز بردار ولتاژ
با استفاده از چند مقایسه گر، مشخص کردن بخشی که در آن بردار ولتاژ وجود دارد، ممکن است. سیگنالهای خطای دیجیتال شده Sp و Sq و فاز ولتاژ θn دیجتال شده، ورودیهای جدول کلیدزنی هستند که در آن هر وضعیت کلیدزنی Sa، Sb و Sc از مبدل به صورت جدول 1 ذخیره می شود. با استفاده از این جدول کلیدزنی، وضعیت کلیدزنی بهینه مبدل می تواند به طور یکتا در هر لحظه خاص بر طبق ترکیبی از سیگنالهای ورودی دیجیتال شده انتخاب شود. انتخاب وضعیت کلیدزنی بهینه به نحوی انجام می شود که خطاهای توان بتواند داخل باندهای هیسترزیس محدود شود.
جدول 1) مشخصات کلیدزنی برای کنترل توان مستقیم لحظه ای
ب) تخمین ولتاژ منبع – توانی
توان مختلط لحظه ای s می تواند به چند صورت مطابق رابطه زیر بیان شود:
که v بردار ولتاژ منبع توان لحظه ای و i بردار جریان خط لحظه ای است. آن شناخته شده است که محاسبه توان اکتیو p یک ضرب عددی بین ولتاژها و جریان هاست در حالیکه توان راکتیو q می تواند بوسیله یک ضرب برداری بین آنها محاسبه شود. طبیعتاً تخمین ولتاژهای منبع – توانی به سادگی بوسیله اضافه کردن ولتاژهای خروجی به افت ولتاژها در راکتورهای اتصال داخلی ممکن است. به هر حال تغییرات نقطه خنثی مبدل باید در محاسبه ولتاژهای منبع – توانی در نظر گرفته شود، زیرا نقطه خنثی منبع توان معمولاً داده نمی شود. برای اجتناب از چنین رویه پیچیده ای در محاسبه پتانسیل نقطه خنثی، روش پیشنهادی از اطلاعات p و q به عنوان متغیرهای میانی در تخمین ولتاژهای منبع – توانی استفاده می کند. همچنین p و q تخمین زده شده می تواند به طور مؤثر به عنوان سیگنالهای بازخورد توان در کنترل کننده مستقیم توان استفاده شود. به هر حال رابطه بالا احتیاج به اطلاعات ولتاژ منبع – توانی دارد که باید برای بدست آوردن عملکرد بدون سنسور ولتاژ حذف شود. با بازنویسی p و q با وضعیت کلیدزنی مبدل، جریان های خط سه فاز، ولتاژ باس dc و اندوکتانس راکتورها، مقدارهای تخمین زده شده می تواند به صورت زیر بدست آورده شود:
هر دو معادله احتیاج به پارامتر ’L دارند. همچنین مقدار ’R پارامتر در محاسبه توان اکتیو باید در نظر گرفته شود، اما آن می تواند به طور عملی صرفنظر شود، زیرا توان تلف شده در مقاومت خیلی پایین تر از توان اکتیو مرتبط با باس dc و اندوکتانس راکتورها می باشد.
بعد از تخمین توان های فوق، توان مختلط تخمینی برابر با ’S’=p’+q می شود، در نتیجه ولتاژ منبع توان می تواند به صورت زیر تخمین زده شود:
که |i| دامنه بردار جریان بوده و به طور کلی صفر نیست، زیرا باس dc مبدل بوسیله RL بارگیری می شود؛ در نتیجه رابطه فوق می تواند با توجه به ’V حل شود. بازنویسی معادله بالا با استفاده از متغیرهای سه فاز منجر به روابط زیر می شود:
