Metode de detectie a componentelor simetrice

Metode de detectie a componentelor simetrice

Functionarea corecta a controlerelor de tip CST pe parcursul perturbarilor din retea necesita o detectare rapida si in timp real a componentelor secventiale de faza pozitive si negative. In aceasta sectiune sunt analizate patru metode de separare a secventelor in timp real (MSS), implementate pe cadre rotatorii. Aceste metode se bazeaza pe filtre de rejectie; filtru opreste banda (FOB); filtru trece-jos (FTJ) si anularea intarziata a semnalului (AIS). Pentru toate metodele de detectie, frecventa retelei f_n este de 50 Hz iar intervalul de esantionare T_s de 200 μs. Unghiul de transformare q(k) este sincronizat cu vectorul de flux al retelei si nu este afectat de caderile suprapuse.

Componentele secventiale pozitive apar drept cantitati de curent continuu in cadrul dqp care se roteste in acelasi sens cu frecventa unghiulara a retelei, in vreme ce componentele secventiale negative par a fi componente de 100 Hz. Dimpotriva, in cadrul dqn, care se roteste antagonic frecventei unghiulare a retelei, componentele secventiale pozitive par a fi cantitati de 100 Hz, in vreme ce cele negative apar drept componente de curent continuu. Astfel, componentele secventiale pot fi detectate folosind filtre care blocheaza armonica de ordin doi.

Figura 2 Metode secventiale de separatie in timp real: (a) filtru opreste banda; (b) filtru de rejectie; (c) filtru trece-jos; (d) anularea intarziata a semnalului

1. Filtrul de rejectie

Filtrul de rejectie contine o ancosa adanca la ω₀ in raspunsul sau de frecventa, si prezinta urmatoarea functie de transfer:

(1)

unde q₀ = ω₀T_s, iar K_F este amplificarea, aleasa egala cu

(2)

pentru a obtine o amplificare unitara a curentului continuu.

Au fost simulate raspunsuri in doi pasi, folosind r = 0,95 si respectiv r = 0,25. Performantele in regim stationar ale filtrului la r = 0,95 sunt satisfacatoare, fiindca blocheaza componenta semnalului de 100 Hz. Totusi, performantele in supratensiune sunt lente. Supratensiunea dureaza aproximativ 120 de esantioane (24 ms). Raspunsul discret care foloseste r = 0,25 arata un raspuns rapid la supratensiune, de 10 esantioane (2 ms). Amplificarea K_F introdusa pentru a forta componenta de curent continuu la unitate este mare (=36), producand astfel modulari mari in supratensiune. Se poate concluziona ca filtrul de rejectie detecteaza componentele simetrice din cadrele dqp si dqn prin blocarea armonicii de ordinul doi, dar reactioneaza prea lent.

Filtrele opreste-banda si trece-jos

Filtrul OB poate fi proiectat astfel incat caracteristica frecventei sale de raspuns sa fie similara cu cea a filtrului de rejectie. Ingustarea domeniului de frecvente reduce largimea benzii, obtinand astfel o reactie lenta si oscilanta la supratensiuni. O reactie mai rapida la supratensiuni s-a obtinut prin folosirea filtrelor de ordin mic. De exemplu, s-a calculat raspunsul discret al unui filtru OB de gradul Butterworth 1, care opreste banda de la 57 la 175 Hz. Filtrul inlatura componenta de 100 Hz, dar raspunsul la supratensiune este lent, de aproximativ 80 de esantioane (16 ms).

Pentru a atenua componenta de 100 Hz cu filtre TJ, trebuie identificata cea mai buna combinatie intre frecventa de blocat si ordinul filtrului: cu cat frecventa de blocat este mai mica, cu atat mai lent va fi raspunsul la supratensiune; cu cat ordinul este mai mic, cu atat mai rapida va fi reactia la supratensiune. Un exemplu este un filtru TJ de ordinul 6 Butterworth, cu o frecventa de blocare de 25 Hz. Componenta de 100 Hz este complet anulata, dar supratensiunea dureaza 400 de esantioane (80 ms). In concluzie, MSS bazate pe tehnici de filtrare nu sunt potrivite pentru aplicatii care cer lucrul cu largimi mari de banda.

3. Anularea intarziata a semnalului

O metoda eficienta de detectie atat pentru regimul stationar cat si pentru performante la supratensiuni este metoda AIS. Atunci cand este aplicata pe tensiunea de retea in planul fixat αβ, metoda se defineste cu expresia:

(3)

(4)

Unde T este perioada frecventei fundamentale. Metoda propusa implica intarzierea semnalului cu un sfert de perioada la frecventa fundamentala (5 ms), ceea ce constituie o intarziere cronologica inerenta. Componentele secventiale pozitiva si negativa astfel obtinute sunt apoi transformate in cadrele dqp si respectiv dqn.

4. Raspunsul la caderi

Pentru a testa eficacitatea MSS descrise mai sus, s-a simulat o cadere "B" de 50%. Datorita caderii, amplitudinea tensiunii in faza a scazut la 50%. In figura 5 sunt afisate componentele pozitive q ale tensiunii de retea. MSS cu filtru TJ (figura 5a) este foarte lenta comparativ cu celelalte metode testate (notati diferenta de scalare pe axa x). MSS cu filtru OB (figura 5b) si cu filtru de rejectie cu r = 0,95 (figura 5c), prezentand aproape acelasi raspuns, nu sunt suficient de rapide. Prin utilizarea filtrului de rejectie cu r = 0,25 (figura 5e), regimul stationar este restabilit in 2 ms. Din nefericire, raspunsul puternic amplificat pe parcursul supratensiunilor provoaca efecte nedorite, cum ar fi supramodularea. Cea mai buna solutie s-a dovedit a fi metoda care foloseste AIS (figura 5d), atat pentru precizia sa cat si pentru reactia la supratensiune. Astfel, AIS a fost adoptata pentru simularile ulterioare.

Figura 5: componentele pozitive secventiale q ale tensiunii de retea pe parcursul caderii "B" de 50%. Linia continua: reactia la cadere a MSS; linia punctata - reactia ideala. (a) filtru TJ (gradul 6 Butterworth, 25 Hz); (b) filtru OB (gradul 1 Butterworth, 57 la 175 Hz); (c) filtru de rejectie (r = 0,95); (d) AIS; (e) filtru de rejectie (r = 0,25).

Tabelul 1 - parametrii sistemului

E = 400 V = 1 pu  U_cc = 650 V = 1 pu f_N = 50 Hz

L = 0,73 mH = 0,1 pu R = 23 mW = 0,01 pu f_s = 2f_sw = 5 kHz

VCC:   k_p = 3,7 (aperiodic), k_i = 23

DVCC:   k_p = 2,6 (70% din aperiodic), k_i = 16