نوسانات ولتاژ در سیستم قدرت تحت تأثیر عواملی مانند: تغییرات بار و خطا صورت می‌پذیرد برای جلوگیری از خروج بعضی از واحدهای تولید برق، باند تغییرات ولتاژ برای بهره‌برداری تنظیم شده است. حداقل ولتاژ تعیین‌شده به دو عامل بستگی دارد. اول، مقدار نوسانات ولتاژی که توربین بادی تحمل می‌کند تا از شبکه جدا نشود. دوم ، زمان و چگونگی انفصال توربین بادی از شبکه است.

شکل (۳-۷) نشان­دهنده مقایسه­ ای از معیار ولتاژ در سه کد شبکه است. اگر اندازه ولتاژ در باس توربین بادی زیر خط رسم شده باشد، آنگاه بهره‌بردار توربین بادی حق دارد، توربین بادی را از شبکه جدا کند.
در هنگام خطا به دلیل تغییرات ولتاژ جریان زیادی در مبدل‌های توربین بادی القا می­ شود ، که جریان زیاد موجب آسیب رساندن به مبدل‌ها می شود. بنابراین مبدل‌ها باید قادر به تحمل اضافه جریانی بیشتر از مقدار نامی خود باشند.
مقایسه معیار ولتاژ برای توربین بادی در سه کد آلمان ،دانمارک و سوئد [۱]

راه‌ حل ‌های عبور از ولتاژ کم
به طور کلی راه‌ حل ‌های پیشنهادی بر اساس نوع توربین بادی ارائه می‌شود. با توجه به اینکه در این پایان‌نامه از توربین بادی با سرعت متغیر استفاده‌شده است، در نتیجه در این قسمت به راه‌ حل ‌های بهبود ولتاژ برای توربین بادی با سرعت متغیر بسنده خواهد شد.
در توربین بادی با سرعت متغیر، به دلیل اتصال مستقیم استاتور با شبکه هر گونه اغتشاش بزرگ در شبکه به صورت جریان گذرا شدید در توربین بادی دیده می‌شود. این جریان گذرا در استاتور، جریان ولتاژ بزرگی را در سیم‌پیچ روتور القا می‌کند. افزایش سرعت در روتور توربین باعث انتقال انرژی به خازن واسط و بالا رفتن ولتاژ آن می‌شود.
برای حفاظت از این اضافه ولتاژ و جریان ، این نوع از توربین‌های بادی حتماً باید به دستگاه‌های گوناگونی از قبیل اهرم^[۳۶] مجهز شوند. اهرم وظیفه دارد، پس از تشخیص خطا قسمت مبدل طرف روتور را غیرفعال کند، در این صورت توربین بادی با سرعت متغیر به صورت یک ژنراتور القایی عمل می‌کند.
با توجه به اینکه اهرم هم در لحظه خطا و هم در لحظه بر طرف شدن خطا فعال می‌شود، اهرم به دو کلاس مجزا تقسیم می‌شود.
اهرم پسیو^[۳۷] : در این نوع از اهرم از کلیدهای تایریستوری به همراه دیود موازی-معکوس برای اتصال کوتاه کردن روتور استفاده‌شده است. عیب این نوع اهرم عدم کنترل لازم برای غیرفعال کردن آن است.
اهرم اکتیو^[۳۸] : در این نوع از اهرم از کلیدهای IGBT به همراه دیود آنتی پارالل^[۳۹] برای اتصال کوتاه کردن روتور استفاده می‌شود. مزیت این نوع اهرم در از بین بردن جریان گذرا در کمتر از ۱۰۰ میلی‌ثانیه است. همچنین مشکل اهرم پسیو را برای غیرفعال شدن برطرف کرده است.
به دلیل محدودیت در تأمین توان راکتیو با توجه به افزایش ظرفیت توربین بادی در سال‌های اخیر یکی از راه‌ حل ‌های پیشنهادی استفاده از دستگاه‌های مجزای تأمین‌کننده توان راکتیو است. این نوع دستگاه‌ها شامل SVC و STATCOMمی‌شود. در این میان STATCOM به دلیل تولید توان راکتیو مستقل از اندازه ولتاژ گزینه مناسب تری نسبت به SVC است [۸].
فصل چهارم: کنترل پیش بین توان مستقیم STATCOM
مقدمه
در دهه‌ های اخیر به منظور کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی، به منابع تولید پاک از جمله توربین بادی توجه بیشتری شده است. در چندین سال اخیر در اروپا و آمریکا مقدار تولیدی توان از توربین بادی، به صورت چشمگیری افزایش یافته است. همچنین با رشد فناوری در ساخت مدل های، اغلب توربین‌های بادی مجهز به DFIG هستند ]۳۲.[در توربین بادی نوع DFIG، استاتور به صورت مستقیم و روتور به وسیله مبدل پشت به پشت به شبکه متصل است
در این توربین بادی در حین خطا مبدل RSC باید جریان بسیار زیادی را تحمل کند. علاوه بر آن بسیاری از کدهای شبکه توربین‌های بادی را موظف کرده است که در حین خطا با مقدار افت ولتاژ در شبکه باقی بمانند ]۳۳ .[ راهکارهای گوناگونی برای بهبود ولتاژ بکار برده شده است. یکی از این راهکارها استفاده از ادوات FACTS است.
از میان ادوات FACTS ، STATCOMانتخابی مناسب­تری نسبت به دیگر ادوات FACTS است، دلیل آن قابلیت بالای آن در تزریق توان راکتیو به شبکه حتی در شرایط افت ولتاژ شدید است. به طور معمول از خازن به عنوان منبع dc استفاده می‌کنند. اما این الگو فقط قابلیت کنترل توان راکتیو دارد. علاوه بر آن به دلیل استفاده از کنترل توان اکتیو برای ثابت نگه‌داشتن ولتاژ، در صورت استفاده از مدولاسیون SVM کنترل حداکثری روی توان راکتیو نداریم ،چرا که انتخاب بردار اکتیو در SVM محدود است.
برای کنترل کردن STATCOM به روش کنترل پیش بین نیازمند به دانستن مقادیر مرجع توان اکتیو و راکتیو هستیم. به همین منظور در مرحله اول اندازه و زاویه ولتاژ بوسیله روش قاب مرجع دوتایی مجزای سنکرون بهینه‌شده شناسایی می شود سپس بوسیله کنترل فازی بهینه شده مقادیر مرجع توان اکتیو و راکتیو بدست می آید.
در این فصل به صورت اجمالی ساختار STATCOM ، انواع منابع ذخیره انرژی برای لینک dc، روش قاب مرجع دوتایی مجزای سنکرون بهینه‌شده ، کنترل فازی بهینه و کنترل پیش بین بحث خواهد شد.

حلقه بسته فاز
ظهور منابع انرژی نو اتصال آن‌ها به صورت ریز شبکه، ساختار شبکه قدرت را عوض کرده است ]۲۳،۲۴ [با توجه به اینکه منابع انرژی نو از مبدل‌های الکترونیکی برای اتصال به شبکه استفاده می‌کنند . همچنین ممکن است این منابع به شبکه وصل یا از آن جدا شوند ،بنابراین نیاز به همزمانی^[۴۰] امری لازم به حساب می‌آید]۲۵[ . برای مثال یکی از نمونه‌های نیاز به هماهنگ‌سازی صحیح، مسئله مدیریت انرژی منابع تولید پراکنده^[۴۱] است. در چنین شرایطی، اطلاعات درباره اندازه و زاویه فاز لحظه‌ای ولتاژ شبکه لازمه­ی تولید مراجع جریان است. این موضوع به طور تلویحی یادآور این نکته است که، دقت در شناسایی اندازه و فاز ولتاژ، دقت در مبادله توان اکتیو راکتیو در شبکه را افزایش می‌دهد.
مسئله شناسایی اندازه و فاز ولتاژ در زمانی که سیستم وضعیتی غیر از وضعیت عادی است اهمیت دوچندان دارد. در این حالت اندازه و زاویه­ی توالی مثبت ولتاژ می‌تواند برای هماهنگی مبدل‌ها، محاسبه شار توان و یا تبدیل کردن متغیرهای حالت به قاب دورانی بکار برد. فارغ از نوع روش‌های شناسایی، هر روشی باید قادر به یافتن سریع و دقیق اندازه و زاویه‌ی توالی مثبت ولتاژ در شرایط عدم تعادل و اعوجاج باشد.
به طور کلی سه روش برای یافتن مؤلفه‌ی توالی مثبت ولتاژ شبکه وجود دارد. روش اول براین مبنا استوار است که اندازه فرکانس مقداری مشخص و ثابت دارد. از جمله راهکارها در این روش ۱- مؤلفه‌های متقارن آنی ^[۴۲](ISC) ]26 [2- فیلترهای بردار فضا ^[۴۳](SVF) اشاره کرد ]۲۷.[ روش دوم بر مبنای متغیر بودن فرکانس شبکه است. در این روش با بکار بردن حلقه بسته‌ی تطبیقی مستقل از تغییرات در فرکانس به شناسایی اندازه و فاز ولتاژ می‌پردازد. از جمله راهکارها در این روش، به‌روز کردن فرکانس در الگوریتم تخمین حداقل مربعات وزن دار^[۴۴](WLSE) است . روش سوم که از دو روش اول متداول تر است، روش قاب مرجع سنکرون ^[۴۵](SRF)نام دارد ]۲۸.[ با وجود اینکه این روش برای عملکرد در شرایط عادی مناسب است اما برای سیستمی که دچار اعوجاج و عدم تعادل شده مناسب نیست. به همین منظور روشی بر مبنای روش فوق ، به نام DDSRF ابداع شد. این روش قادر به یافتن اندازه و زاویه‌ی توالی مثبت ولتاژ در شرایط عدم تعادل و اعوجاج است ]۱۶.[

روش قاب مرجع سنکرون تحت شرایط عدم تعادل
در روش قاب مرجع سنکرون، ولتاژ سه فاز در قاب طبیعی به وسیله‌ی تبدیل پارک^[۴۶] به قاب سنکرون با محور d وq نگاشت داده می‌شود. شماتیک کلی SRF، در شکل (۴-۱) نمایش داده شده است. همچنین تبدیل پارک به صورت زیر تعریف می‌شود.
شماتیک SRF
محل زاویه قاب سنکرون به وسیله کنترل کردن مؤلفه عمودی ولتاژ تعیین می‌شود. که با این روش اندازه مؤلفه عمودی ولتاژ صفر می‌شود و مؤلفه افقی آن همان اندازه ولتاژ است. زاویه فاز نیز از خروجی حلقه بازخورد^[۴۷] بدست می‌آید.

بررسی روش قاب مرجع در شرایط عدم تعادل
ولتاژ سه فاز می‌تواند به دلیل بار خطی و یا خطا­های گذرای سیستم دچار عدم تعادل و اعوجاج شود. در حالت ایده­آل، مبدل‌های قدرت که در سیستم های تولید پراکنده استفاده می‌شوند باید در چنین شرایطی باید به صورت فعال به شبکه متصل باشد و به وظایفی از قبیل کنترل ولتاژ و فرکانس بپردازد.
ولتاژ تحت عدم تعادل و اعوجاج را می‌توان به صورت مجموع توالی‌های مثبت و منفی و صفر در هر هارمونیک تصور کرد که فرموله شده آن به صورت زیر است.

در فرمول­های بالا  ،  و  بیانگر مؤلفه توالی مثبت و منفی و صفر هارمونیک  ام بردار ولتاژ  است.
تولیدهای پراکنده معمولاً به شبکه سه فاز به وسیله سه سیم متصل هستند. بنابراین مؤلفه‌ی توالی صفر جریان به شبکه تزریق نمی‌کنند. به همین منظور در معادلات هماهنگ‌سازی، مؤلفه صفر ولتاژ لحاظ نمی‌شود. علاوه بر آن مبدل‌های سه فازی که در توربین بادی یا سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند، معمولاً توالی مثبت جریان را در فرکانس نامی به شبکه تزریق می‌کنند. البته در شرایط خاص مانند: برطرف کردن هارمونیک یا متعادل کردن شبکه از طریق مؤلفه توالی منفی جریان استفاده می‌شود. با توجه به مطالب فوق، یافتن مؤلفه توالی مثبت ولتاژ در فرکانس اصلی شبکه به عنوان وظیفه اساسی مبدل‌های قدرت برای هماهنگی به حساب می‌آید.
به طور کلی می‌توان بردار ولتاژ را به صورت منفک شده‌ی مؤلفه توالی مثبت در فرکانس اصلی به اضافه‌ی بقیه مؤلفه‌ها به صورت زیر نوشت.

رابطه فوق را می‌توان به صورت زیر در قاب ساکن نوشت.

که

بردار ولتاژ همچنین می‌تواند به وسیله تبدیل پارک در قاب مرجع سنکرون نوشته شود.

که

که  زاویه قاب مرجع سنکرون است.