توصيفگر ها :
ريزشبكههاي DC , كنترل تحملپذير خطا , خطاي عملگر , مبدل الكترونيك قدرت , قابليت اطمينان
چكيده فارسي :
در دو دههٔ اخير، توجه به انرژيهاي تجديدپذير و منابع توليد پراكنده افزايش قابلتوجهي داشته است. نياز به استفادهٔ بهينه از منابع تجديدپذير در سطوح توزيع انرژي الكتريكي و همچنين مقابله با چالشهاي سيستمهاي توزيع سنتي، منجر به پيدايش مفهوم ريزشبكه شده است. ريزشبكهها بهعنوان سيستمهايي كنترلپذير و منعطف، قابليت كاركرد در حالتهاي متصل به شبكه و جدا از شبكه را داشته و امكان برقرساني پربازده به مصرفكنندگان را فراهم ميكنند. اين سيستمها همچنين به افزايش ظرفيت رزرو شبكهٔ قدرت و كاهش تلفات خطوط انتقال كمك ميكنند. در سالهاي اخير، ريزشبكههاي DC بهدليل بازدهي و كيفيت توان بالا، كاهش مراحل تبديل توان، عدم نياز به سنكرونسازي منابع AC، حذف اثرات عدم تعادل و سازگاري ذاتي با منابع توليد پراكنده و سيستمهاي ذخيرهساز انرژي، توجه بسياري را به خود جلب كردهاند. با وجود مزاياي بسيار ريزشبكههاي DC، اين سيستمها چالشهاي بزرگي مانند اينرسي فيزيكي پايين و انواع خطاها و خرابيها شامل خطاهاي الكتريكي موقتي و دائمي، خطاهاي حسگر و عملگر و خطاها و خرابيهاي مخابراتي دارند كه كارايي و پايداري آنها را تهديد ميكنند. ازاينرو، جهت تضمين تداوم كاركرد موثر و قابليت اطمينان يك ريزشبكهٔ DC، بهكارگيري روشهاي تحملپذير در برابر خطا در اين سيستمها ضروري است. همانند خطاهاي الكتريكي شديد مثل اتصالكوتاه و مدارباز، تحملپذيري در برابر دستهٔ ديگر خطا مانند خطاهاي مخابراتي، حسگر و عملگر نيز اهميت ويژهاي دارد. براي اين خطاها كه اثرات مخرب متفاوتي با خطاهاي الكتريكي شديد دارند، عموماً از روشهاي كنترل تحملپذير خطا استفاده ميشود.
در اين پاياننامه، روشهاي تحملپذير انواع خطا در ريزشبكهٔ DC معرفي و مزايا و معايب هر كدام بيان شده است. سپس بهمنظور مقابله با اثرات خطاي عملگر، يك روش كنترل تحملپذير خطاي جديد پيشنهاد شده است. ابتدا سيستم ديناميكي ريزشبكهٔ DC در شرايط رخداد خطاي عملگر در ورودي كنترلي مبدل واحد DG بر اساس معادلات فضاي حالت بهدست آمده است. در ادامه، با استفاده از روش H_∞، يك رويتگر براي تخمين حالتهاي سيستم و خطاي عملگر معرفي شده است. بر اساس تئوري پايداري لياپانوف و بهكمك ناتساويهاي ماتريسي خطي، پايداري مجانبي دنبال كردن تخمين رويتگر توجيه شده است. سپس با معرفي محدوديتهايي، رويتگر پيشنهادي بهصورت يك رويتگر محلي و مستقل تغيير كرده است. در ادامه، يك روش كنترل تحملپذير خطاي عملگر مبتني بر تخمين رويتگر پيشنهادي ارائه شده است. روش كنترل مورد استفاده شامل كنترلكنندههاي تناسبي انتگرالگير براي سطح كنترل اوليه و كنترل توزيعشدهٔ مبتني بر الگوريتم اجماع براي دستيابي به تسهيم توان مناسب ميان واحدهاي DG است. بهمنظور ارزيابي عملكرد روش پيشنهادي، اين روش در يك ريزشبكهٔ DC نمونه پيادهسازي شده است و نتايج شبيهسازي آن حاكي از صحت عملكرد روش پيشنهادي است.
چكيده انگليسي :
In recent decades, attention to renewable energy sources and distributed generation has increased significantly. The need for optimal deployment of these sources at the distribution level and dealing with the challenges of traditional distribution systems has led to the emergence of the concept of microgrids. As controllable and flexible systems, microgrids can work in grid-connected and off-grid modes and provide efficient power supply to consumers. These systems also help to increase the reserve capacity of the power grid and reduce transmission line losses. In recent years, DC microgrids have attracted a lot of attention due to their high efficiency, fewer power conversion steps, elimination of imbalance effects, and inherent compatibility with distributed generation units and energy storage systems. Despite many advantages of DC microgrids, these systems have great challenges such as low inertia and a variety of faults and failures including temporary and permanent electrical faults, sensor and actuator faults, and communication faults and failures that threaten their efficiency and stability. Therefore, to guarantee the continuity of operation and reliability of a DC microgrid, it is necessary to use fault-tolerant methods in these systems. Like severe electrical faults such as short-circuit and open-circuit, fault-tolerance of communication, sensor, and actuator faults is also of supreme importance. To compensate for the adverse impacts of these faults, fault-tolerant control methods are generally used in DC microgrids.
In this thesis, fault-tolerant methods in DC microgrids are introduced and the advantages and disadvantages of each are stated. Then, to deal with the effects of the actuator fault, a new fault-tolerant control method is proposed. First, the dynamic system of the DC microgrid has been derived based on the state space equations in the presence of actuator faults in the control input of the DG unit converter. Then, using the H∞ method, a state observer is introduced to estimate system states and actuator faults. Based on the Lyapunov stability theory and with the help of linear matrix inequalities, the asymptotic stability of the observer’s estimation tracking is justified. Then by introducing some limitations, the proposed observer has been transformed to a local and independent observer. In the following, a fault-tolerant control method based on the proposed observer estimation is presented for a DC microgrid with actuator faults. The control method includes proportional-integral controllers for the primary control level and distributed control based on a consensus algorithm to achieve appropriate power sharing among DG units. To evaluate the performance of the proposed method, it is implemented in a typical DC microgrid and the simulation results indicate the validity of the proposed method.