تحلیل و طراحی سیستماتیک یک کنترل¬کننده مد لغزشی برای اینورترهای منبع امپدانسی مورد استفاده در سیستم¬های انرژی تجدیدپذیر
محورهای موضوعی : مهندسی برق ( الکترونیک، مخابرات، قدرت، کنترل)
مجید رضا ناصح
1
,
غلامرضا شهابادی
2
,
فاطمه بیدار
3
1 - عضو هیات علمی دانشگاه ازاد اسلامی بیرجند
2 - دانش¬آموخته دکترا، گروه مهندسي برق- الکترونیک- دانشگاه جامع علمی کاربردی- واحد خراسان جنوبی
3 - دانش¬آموخته فوق لیسانس، گروه مهندسي کامپیور- نرم افزار- دانشگاه جامع علمی کاربردی- واحد خراسان جنوبی
کلید واژه: اینورترهای منبع امپدانسی, منابع انرژی تجدیدپذیر, کنترل مد لغزشی, کنترل مقاوم ,
چکیده مقاله :
استفاده از اینورترهای منبع امپدانسی به دلیل ویژگی¬های مناسب آن شامل قابلیت افزایش ولتاژ در رنج وسیع ، مقاومت خوب در مقابل نویز الکترومغناطیسی و نیز مصونیت در مقابل اتصال کوتاه افزایش یافته است. ویژگی¬های مذکور سبب شده است که از این اینورتر در سیستم¬های انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه¬های بادی، پیل¬های سوختی و سیستم خورشیدی به طور گسترده¬ای استفاده شود. با توجه به تغییرات متداول در سیستم¬های انرژی تجدیدپذیر شامل ولتاژ تولیدی، بار خروجی و همچنین ولتاژ مرجع خروجی استفاده از یک روش کنترل که در مقابل این تغییرات مقاوم باشد امری ضروری است. کنترل-کننده¬ خطی که با استفاده از تقریب سیگنال کوچک در اطراف یک نقطه خاص طراحی شده است نمی¬تواند پایداری یک سیستم غیرخطی را در رنج وسیع تضمین نماید. در این مقاله یک کنترل¬کننده مدلغزشی برای تنظیم ولتاژ سمت در یک اینورتر منبع امپدانسی متصل به شبکه تک¬فاز پیشنهاد شده است. یک رویکرد سیستماتیک جهت انتخاب پارامترهای کنترل-کننده مدلغزشی پیشنهادی ارائه شده است. با توجه به نامینیمم فاز بودن تابع تبدیل اینورتر مورد بررسی، ولتاژ خازن به صورت غیر مستقیم با تنظیم جریان سلف سمت کنترل می¬شود. کنترل¬کننده پیشنهادی در مقابل تغییرات ذکرشده مقاوم بوده و قابلیت ردیابی ولتاژ مرجع در مقابل تغییرات ولتاژ ورودی، بار خروجی و همچنین ولتاژ مرجع را دارد. شبیه¬سازی¬ها با استفاده از MATLAB/Simulink انجام شده و قابلیت¬های کنترل¬کننده پیشنهادی تایید شده است.
Z-source inverters have become more popular because of their desirable features, such as the capability to boost voltage over a wide range, high resistance to EMI noise, and protection from short circuit. These features make this inverter suitable for renewable energy systems such as wind power plants, fuel cells, and solar systems. A control method that is robust to the common changes in renewable energy systems, such as production voltage, output load, and output reference voltage, is required. Using a small signal approximation around a specific point, a linear controller cannot ensure the stability of a nonlinear system over a large range. This article proposes a sliding mode controller to regulate the DC voltage of a Z-Source inverter that connects to a single-phase grid. The article presents a systematic approach for selecting the parameters of the proposed sliding mode controller. The capacitor voltage is indirectly regulated by the DC-side inductor current for the non-minimum phase of the inverter transfer function. The objective of this article is to introduce a systematic approach for selecting controller parameters in a non-linear sliding mode controller. The proposed controller can track the reference voltage despite the changes in input voltage, output load, and reference voltage, and is robust to the changes mentioned earlier. The simulations were performed using MATLAB/Simulink and the results confirmed the capabilities of the proposed controller.
[1] N. Javaid et al., "An intelligent load management system with renewable energy integration for smart homes," IEEE access, vol. 5, pp. 13587-13600, 2017.
[2] W. Tushar, J. A. Zhang, C. Yuen, D. B. Smith, and N. U. Hassan, "Management of renewable energy for a shared facility controller in smart grid," IEEE Access, vol. 4, pp. 4269-4281, 2016.
[3] F. Z. Peng, "Z-source inverter," IEEE Transactions on industry applications, vol. 39, no. 2, pp. 504-510, 2003.
[4] G. R. Shahabadi, M. R. Naseh, and S. Es’ haghi, "Analysis and design of switched capacitor-based Quasi-Z-Source DC-DC converter with improved operation factors," International Journal of Electronics, pp. 1-20, 2023.
[5] S. Rostami, V. Abbasi, and F. Blaabjerg, "Implementation of a common grounded Z‐source DC–DC converter with improved operation factors," IET Power Electronics, vol. 12, no. 9, pp. 2245-2255, 2019.
[6] M. K. Kazimierczuk, "Small-signal modeling of open-loop PWM Z-source converter by circuit-averaging technique," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 3, pp. 1286-1296, 2012.
[7] G. R. Shahabadi, M. R. Naseh, and S. Eshaghi, "Non-Linear Control of Quasi-Z-Source Inverter with Battery for Renewable energy Systems Based on Interconnection-Damping-Assignment Passivity-Based Control," Journal of Applied Dynamic Systems and Control, vol. 6, no. 3, pp. 17-24, 2023.
[8] M. Salimi and S. Siami, "Cascade nonlinear control of DC-DC buck/boost converter using exact feedback linearization," in 2015 4th International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems (EPECS), 2015, pp. 1-5: IEEE.
[9] U. K. Shinde, S. G. Kadwane, S. P. Gawande, M. J. B. Reddy, and D. Mohanta, "Sliding mode control of single-phase grid-connected quasi-Z-source inverter," IEEE Access, vol. 5, pp. 10232-10240, 2017.
[10] N. Mukherjee and D. Strickland, "Control of cascaded DC–DC converter-based hybrid battery energy storage systems—Part II: Lyapunov approach," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 5, pp. 3050-3059, 2015.
[11] A. H. Rajaei, S. Kaboli, and A. Emadi, "Sliding-mode control of Z-source inverter," in 2008 34th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, 2008, pp. 947-952: IEEE.
[12] J. Liu, S. Jiang, D. Cao, X. Lu, and F. Z. Peng, "Sliding-mode control of quasi-Z-source inverter with battery for renewable energy system," in 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2011, pp. 3665-3671: IEEE.
[13] J. R. Gazoli, M. G. Villalva, and E. Ruppert, "Micro‐inverter for integrated grid‐tie photovoltaic module using resonant controller," International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 24, no. 5, pp. 713-722, 2014.
[14] Y. P. Siwakoti, F. Z. Peng, F. Blaabjerg, P. C. Loh, G. E. Town, and S. Yang, "Impedance-source networks for electric power conversion part II: Review of control and modulation techniques," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 4, pp. 1887-1906, 2014.
[15] A. Zakipour, S. Shokri‐Kojori, and M. Tavakoli Bina, "Sliding mode control of the nonminimum phase grid‐connected Z‐source inverter," International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 27, no. 11, p. e2398, 2017.
[16] S. Ahmadzadeh, G. A. Markadeh, and N. Abjadi, "Sliding mode control of the four quadrant quasi-Z-Source DC-DC Converter," in 2017 8th Power Electronics, Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC), 2017, pp. 496-501: IEEE.
[17] F. Bagheri, H. Komurcugil, O. Kukrer, N. Guler, and S. Bayhan, "Multi-input multi-output-based sliding-mode controller for single-phase quasi-Z-source inverters," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67, no. 8, pp. 6439-6449, 2019.
[18] S. Maiti, S. Sonar, S. Mondal, and R. Malik, "A Second-Order Sliding-Mode Control of Z-Source Inverter Using Simple Boost Control Method," in Renewable Resources and Energy Management: CRC Press, 2023, pp. 332-340.