بخشی از مقاله
پروژه بررسی عملکرد STATCOM در پایداری سیستم قدرت
فصل اول
مقدمه
بيش از 120 سال مي‌گذرد كه انرژي الكتريكي و توان الكتريكي پا به عرصه زندگي انسان گذاشته است ، در ابتدا دوسيستم جريان متناوب و جريان مستقيم مطرح بود(سيستم ac و dc) ، كه سيستم جريان مستقيم توسط اديسون مورد مطالعه وپيگيري بود و سيستم جريان متناوب با ابداعات عملي نيكولا تسلا به صورت عملي مورد استفاده قرار گرفت . طولي نكشيد كه سيستم انتقال ac بر سيستم dc برتري يافت . پيشرفت تكنولوژي و احتياج روزافزون بشر به انرژي الكتريكي باعث بزرگ شدن سيستم قدرت شد.
با بزرگ شدن شبكه قدرت و به دنبال آن پيچيده تر شدن سيستم مسائل انتقال توان وپايداري آن مطرح شد.پايداري سيستم قدرت به توانايي ماشين‌هاي سنكرون آن در گذر از يك نقطه كار حالت مانا متعاقب يك اغتشاش ، به يك نقطه كار حالت ماناي ديگر بدون از دست دادن سنكرونيسم اشاره مي‌كند.
سه نوع پايداري در سيستم قدرت مطرح است:
*پايداري حالت مانا
*پايداري گذرا
*پايداري ديناميكي
پايداري حالت مانا به تغييرات آرام و تدريجي در نقاط كار مربوط است. مطالعات پايداري حالت مانا كه اغلب توسط برنامه كامپيوتري پخش بار صورت مي‌گيرد به ما اطمينان مي‌بخشد كه زواياي فاز خطوط انتقال خيلي زياد نيستند و ولتاژ باس‌ها به مقادير نامي نزديك‌اند وژنراتورها ، خطوط انتقال ، ترانسفورماتورها و تجهيزات ديگر داراي اضافه بار نمي‌باشند.
پايداري گذرا به اغتشاشات عمده مانند از دست رفتن توليد ، عمليات كليد زني خط ، عيوب وتغيير ناگهاني در بار مربوط است . پس از ايجاد يك اغتشاش ، فركانس ماشين سنكرون ، اغتشاشات گذرايي را نسبت به فركانس سنكرون (60 هرتز) تجربه مي‌كند و زاويه توان ماشين تغيير مي‌نمايد . هدف از مطالعه پايداري گذرا اين است كه بفهميم ماشين ها به يك زاويه توان حالت ماناي جديد باز خواهند گشت يا نه . تغيير در سيلان توان وولتاژ باس ها نيز مورد نظر است .
الگرد يك مقايسه زيبا بين برنامه پايداري گذراي سيستم قدرت و سيستم مكانيكي انجام داده است . همانطوري كه در شكل-1-1 نشان داده شده است تعدادي جرم كه نشانگر ژنراتورهاي يك سيستم قدرت مي باشد ، از يك شبكه شامل رشته‌هاي كشسان كه به منزله خطوط انتقال انرژي الكتريكي هستند ، آويزان شده است(متناظر با حالتي كه هر خط انتقال در كمتر از حد پايداري ايستاي خود بهره برداري مي‌شود ). در اين لحظه فرض كنيد كه يكي از رشته ها به ناگهان بريده شود ( متناظر با خروج ناگهاني يك خط الكتريكي از مدار ) اين امر منجر به نوسانات گذرا و هم بستر تمامي جرمها خواهد شد ودر ضمن نيروهاي كششي رشته ها نيز دچار نوسان خواهند شد .
سيستم نهايتاً به يك نقطه كار جديد با يك مجموعه جديد از نيروهاي وارد بر رشته ها مي‌رسد و يا اين كه رشته‌هاي ديگري پاره شده و نتيجه حاصله يك شبكه ضعيف تر وپيامد آن فروپاشي سيستم است . يعني ، براي يك اغتشاش ، سيستم يا به صورت گذرا پايدار و يا ناپايدار است .
در سيستم‌هاي قدرت بزرگ امروزي با ماشين‌هاي سنكرون زياد كه از طريق شبكه‌هاي پيچيده انتقال به هم متصل‌اند ، مطالعات پايداري گذرا به بهترين شكل توسط كامپيوترها صورت مي‌گيرد . براي يك اغتشاش مشخص برنامه متناوباً به صورت گام به گام معادلات جبري پخش بار را كه نمايشگر يك شبكه غير خطي و معادلات ديفرانسيل غير خطي را كه نشانگر ماشين‌هاي سنكرون است ، حل مي‌كند .
محاسبات ، قبل از وقوع اغتشاش ، به هنگام اغتشاش وپس از رفع اغتشاش انجام مي‌شود . خروجي برنامه شامل زاويه توان وفركانس ماشين‌هاي سنكرون ، ولتاژ باس‌ها وسيلان‌هاي توان برحسب زمان است .در اكثر حالات ، پايداري گذرا متعاقب يك اغتشاش ، در خلال اولين نوسان زواياي توان ماشين تعيين مي‌شود . در خلال اولين نوساني كه به طور نمونه حدود يك ثانيه طول مي‌كشد ، توان مكانيكي ورودی و ولتاژ داخلي ژنراتور ثابت فرض مي‌شود . پايداري ديناميكي پريود طولاني‌تري( به طور نمونه چندين ثانيه ) را در بر مي‌گيرد . بنابراين ، شبكه خطوط انتقال ، ترانسفورماتورها و بارهاي امپدانسي اساساً در حالت مانا هستند و ولتاژها ، جريان‌ها و توان‌ها را مي‌توان از معادلات جبري پخش بار به دست آورد .
شكل-1-1
محدوديت‌هاي توان انتقالي در خطوط انتقال ac كلاسيك ( فاصله ، پايداري ، و قابليت كنترل توزيع توان )كه بهره برداري پائين‌تر از خطوط وتجهيزات را ايجاب مي‌كرد باعث روي آوردن به جبران‌كننده‌ها و علي الخصوص جبران كننده‌هاي قابل كنترل گرديد.
استفاده از جبران‌كننده ها اثر به سزايي در كاهش هزينة مربوط به اين محدوديت‌ها داشت . در سال‌هاي آخر دهة 1970 بوجود آمدن ابزارهاي الكترونيك قدرت انگيزة استفاده از الكترونيك قدرت در جبران توان راكتيو را فراهم نمود . اين فرايند تكاملي با توسعه‌هاي اخير در صنعت برق ودر نتيجه افزايش مشكلات وشفاف شدن محدوديت‌ها ، شتاب بيشتري گرفت . جستجو براي يافتن راه حل هاي مطلوب جهت حل مشكلات و رفع محدوديت‌ها منجر به توسعه تكنولوژيكي تحت عنوان سيستم انتقال ac قابل انعطاف ( FACTS ) توسط مؤسسه تحقيق در صنعت برق ( EPRI ) در آمريكا گرديد كه هدف نهايي از آن كنترل سيستم انتقال واقعي مبتني بر سيستم قدرت بود .
انستيتو تحقيقاتي توان الكتريكي ( EPRI ) پس از حمايت چندين ساله اش از كاربرد الكترونيك قدرت در سيستم‌هاي انتقال DC ولتاژ بالا ( HVDC ) و در جبران كننده‌هاي راكتيو خطوط AC ، در اواخر دهة 1980 مفهوم كلي سيستم انتقال AC قابل انعطاف ( FACTS ) را به رسميت شناخت . كلمه اختصاري FACTS معرف سيستم‌هاي انتقال جريان متناوب است كه در آن با به كارگيري كنترل كننده‌هاي مبتني بر الكترونيك قدرت ، قابليت كنترل آن تقويت شده وقابليت توان انتقالي آن افزايش يافته است .
استفاده از ابزارFACTS در ابتدا جهت حل مسائلي كه در اواخر دهة 198
0 به واسطه محدوديت در احداث خطوط انتقال بوجود آمد ، شروع شد ودر تبادل توان انتقالي رو به رشد بين مؤسسات مختلف توزيع نيروي برق با اهداف دوگانه زير سهولت ايجاد كرد :
*افزايش توانايي توان انتقالي سيستم‌هاي انتقال
*هدايت عبور توان در مسيرهاي مورد نظر
توسعه ابزار FACTS دو روش فني متمايز را در برداشته ، كه هر كدام باعث ايجاد گروهي ازكنترل كننده‌ها شده‌اند كه قادرند مشكلات مورد نظر در شبكه راحل نمايند . گروه اول از امپدانس‌هاي راكتيو و يا از ترانسفورماتورهاي داراي تپ چنجر همراه با سوئيچ‌هاي تريستور ( به عنوان عناصر كنترل‌كننده ) استفاده مي‌نمايند ، گروه دوم از كانورترهاي استاتيكي با كموتاسيون خودي استفاده مي‌نمايند .
كنترل كننده هاي گروه اول شامل جبران كننده توان راكتيو استاتيكي (SVC ) ، خازن سري قابل كنترل با تريستور TCSC)) و جابجا كننده فاز هستندكه در آرايش مداري از تريستورهاي معمولي ( تريستورهايي كه قابليت خاموش شدن ذاتي ندارند ) استفاده مي كنند .
كنترل‌كننده‌هاي گروه دوم از كانورترهاي سوئيچينگ منبع ولتاژ با كموتاسيون خودي استفاده مي‌نمايند تا منابع ولتاژ با جريان ac ، سنكرون واستاتيك قابل كنترل را به سرعت تحقق بخشند . اين روش در مقايسه با روش‌هاي جبران‌سازي مرسوم كه از خازن سوئيچ شونده با تريستور وراكتور قابل كنترل با تريستور استفاده مي‌نمايند ، عموماً مشخصه‌هاي عملكردي بهتري ارائه مي‌كنند وكاربرد يكساني را براي كنترل ولتاژ ، امپدانس خط و زاويه انتقال فراهم مي‌نمايند . همچنين علاوه بر فراهم‌كردن جبران توان راكتيو مستقل و قابل كنترل قادر است مستقيماً با سيستم ac مبادلة توان اكتيو نمايد بنابراين يك امكان قدرتمند كنترل توان انتقالي را فراهم نموده واغتشاشات ديناميكي را حذف مي‌نمايد .
پيشرفت تكنولوژي نيمه هادي هاي قدرت و الكترونيك قدرت علاوه براينكه انتقال dc ولتاژ بالا را ميسر نموده ، توانسته است مشكلات انتقال ac را تا حدي مرتفع نمايد و بر كيفيت توان بيفزايد . استفاده از ابزار FACTS (سيستم انتقال ac قابل انعطاف) در يك سيستم قدرت مي‌تواند بطور بالقوه بر محدوديت‌هاي سيستم‌هاي انتقال كنترل شده ازطريق مكانيكي حاضر، غلبه كند .
به كمك انتقال توان اكثريت ، اين شبكه‌هاي درون اتصالي به ماكمك مي‌كنند كه نياز به توسعه ماشين‌هاي قدرت را به حداقل مي‌رسانند فضا وابزار مجاور را قادر مي‌سازد تا به مبادله توان بپردازند . وقتي كه صنعت به سمت وضعيت رقابتي حركت مي‌كند قيمت دستگاه هاي FACTS درون سيستمها ي قدرت به طور پيوسته افزايش مي‌يابد كه در نتيجه آن قدرت به عنوان يك كالا خريد و فروش مي‌شود . هنگاميكه گردش قدرت به طور فزاينده‌اي متداول مي‌شود، دستگاه‌هاي الكترونيكي قدرت به طور مكرر به منظور اطمينان از ثبات واعتبار سيستم ونيز به منظور افزايش انتقال قدرت ماكزيمم در مسيرهاي انتقال مختلف به كار مي‌رود .
امروزه اهميت وجود منابع توان اكتيو و راكتيو قابل كنترل با سرعت پاسخ بالا جهت بهبود وضع
يت بهره‌برداري و افزايش قابليت اطمينان شبكه‌هاي قدرت بخوبي شناخته شده است. بهمين منظور در مطالعه بر شبكه‌هاي قدرت در سطح ولتاژهاي انتقال و فوق توزيع (و حتي توزيع ) از عناصر FACTS همچون STATCOM ( يا D-STATCOM ) جهت بهبود پايداري ولتاژ و بهبود پايداري گذرا و ديناميكي استفاده شده است به نحوي كه در بعضي موارد استفاده عملي از اين عنصر تحقق يافته است .
در كشور ما نيز نياز به منابع توان راكتيو كنترل پذير بدلايل مختلف از جمله ، عدم استفاده از سيستم‌هاي كنترل AVR بصورت حلقه بسته ( در بعضي از نيروگاهها ) ، عدم وجود تنظيم‌كننده‌هاي تپ‌چنجر اتوماتيك ( بعضي از پست‌ها ) ، محدوديت توليد توان راكتيو ( در برخي از نيروگاهها ) ، اختلاف زياد بين حداكثر وحداقل بار در زمان‌هاي مختلف و توپولوژي‌هاي خاص شبكه در بعضي از مناطق ، بسيار جدي و ضروري به نظر مي‌رسد بنحوي كه مطابق شواهد يكي از دلايل برخي از حوادث منجر به خاموشي شبكه در سال هاي اخير عدم وجود منابع توان راكتيو كنترل شونده مناسب وكافي بوده است.
روش‌هاي طراحي براي بهبود دادن پايداري گذرا شامل موارد زير است :
1 - بهبود پايداري گذرا
الف- سطوح ولتاژ بالاتر
ب- اضافه نمودن خطوط انتقال
ج- راكتانس سري خط انتقال كمتر
د- راكتانس نشتي ترانسفورماتور كمتر
و- جبران خازني سري خط انتقال
ه- جبران اكتيو – راكتيو موازي خط انتقال
2- برطرف نمودن سريع عيب
3- كليدهاي باز وبست سريع
4- كليد زني تك قطب
5- ثابت اينرسي بيشتر ، راكتانس گذراي كمتر( ماشين )
6- پاسخ سريع وبا بهره زياد( اكسايتر )
7- كنترل سريع شير بخار
8- مقاومت‌هاي ترمز
فصل دوم
بهبود پايداري گذرا
2-1 مقدمه
با استفاده از معيار سطوح معادل به راحتي مي‌توان تاثير جبران سري و موازي و كنترل زاويه را بر بهبود پايداري گذرا مشاهده كرد . مفهوم مساحت‌هاي معادل براي سيستم دو ماشينه ( انتهاي خط شين بي نهايت قرار دارد ) شكل2-1-a و نمودار متناظر بر حسب در شكل2-1-b روشن مي‌شود . فرض كنيد كه كل سيستم به وسيله نمودار بيان شده ( منحني a) و در زاويه ، توان در حال عبور است كه خطايي در بخش "1" خط رخ مي‌دهد . در خلال خطا ، منحني بر حسب صادق بوده و همانطور كه ديده مي شود در اين مدت توان الكتريكي انتقال يافته به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌يابد اما توان مكانيكي ورودي به ژنراتور ابتداي خط ثابت مي‌ماند . در نتيجه ژنراتور شتاب گرفته و زاوية انتقال از به افزايش مي‌يابد و كليدهاي حفاظتي عمل كرده و خط "1" را از مدار خارج مي‌كنند . ژنراتور انتهاي خط ، انرژي شتاب دهنده را كه با سطح نشان داده مي‌شود جذب
مي‌نمايد . پس از رفع خطا وخروج خط "1" ، سيستم به وسيله منحني c توصيف مي‌شود . در زاويه در منحني c ، توان انتقالي از توان مكانيكي ورودي بيشتر شده و سرعت ژنراتور ابتداي خط شروع به كم شدن مي‌كند اما زاويه به دليل انرژي جنبشي ذخيره شده ماشين بيشتر مي‌شود . زاويه حداكثر ، بوده ودر آن انرژي كاهش دهنده كه با سطح " " بيان مي‌شود ، با سطح برابر مي‌شود . حد پايداري گذرا برابر بوده وپس از آن انرژي كاهش دهنده شتاب با انرژي شتاب دهنده مساوي نشده و سنكرونيزم بين ابتدا و انتهاي خط برقرار نخواهد شد . سطح بين معرف حاشيه پايداري گذراي سيستم است .
شكل-2-1 توضيح معيار سطوح معادل در پايداري گذرا
از توضيحات كلي فوق چنين بر مي‌آيد كه به ازاء زمان رفع خطا و توان انتقالي معين ، پايداري گذرا بوسيله نمودار سيستم پس از خطا تعيين مي‌شود . به كار گيري هر كدام از جبران‌گرها مشخصه انتقال را بهبود بخشيده و اثر قابل ملاحظه‌اي در افزايش توان قابل انتقال سيستم پس از خطا ودر نتيجه افزايش پايداري گذرا دارد .
2-2 ميرايي نوسان توان
در يك سيستم قدرت زير ميرا ، هر اغتشاش كوچكي مي‌تواند موجب نوسان زاويه ماشين در فركانس طبيعي ، حول مقدار حالت ماندگار آن شود . نوسان زاويه نيز منجر به نوسان توان حول مقدار حالت ماندگار خواهد شد . كمبود ميرايي در سيستم‌هاي قدرت مساله مهمي بوده و در برخي موارد موجب محدود شدن توان قابل انتقال مي‌شود . تا اواخر دهة هفتاد ميلادي ، ميرايي نوسانات توان بوسيلة تحريك ماشين‌هاي سنكرون كنترل مي شد . پس از ظهور جبرانگرهاي سريع ، كنترل ميرايي نوسانات توان بصورت مؤثري بوسيله آنها امكان‌پذير گرديد .
نوسان توان يك پديدة ديناميكي است كه دائماً در سيستم رخ مي‌دهد به همين دليل جبرانگر بايد تغيير كرده و سريعاً ميرايي مورد نظر را تامين نمايد . عمل كنترلي لازم براي هر سه روش جبران‌سازي يكسان است . هنگاميكه ژنراتور نوسان كننده شتاب مي‌گيرد و زاويه افزايش مي‌يابد ( ) ، بدليل توان مكانيكي ورودي اضافي ، توان الكتريكي انتقالي بايد افزايش يابد و برعكس زمانيكه سرعت ژنراتور كم شده و زاوية كاهش‌مي يابد ( ) توان الكتريكي بايد كاهش يابد تا تعادل برقرار شود زيرا توان مكانيكي ( اگر مدت نوسان يك سيكل باشد ، توان مكانيكي ورودي ثابت فرض مي‌شود ) نيز كاهش يافته است .
شكل-2-2 ميرايي نوسانات توان با استفاده از جبرانگرهاي مختلف
در شكل موج‌هاي a تا e ، ميرايي نوسانات توان با استفاده از جبرانگرهاي مختلف رسم شده است . در شكل-2-2-a ، نوسانات ميرا و غير ميراي زاوية حول ، ( مقدار حالت ماندگار ) رسم شده است . شكل-2-2-b نوسانات ميرا و غيرميراي توان الكتريكي حول ، ( مقدار حالت ماندگار ) را نشان مي دهد . ( افت موقت توان در ابتداي شكل بيانگر اغتشاشي است كه موجب شروع نوسان شده است ) . شكل موج c ، توان راكتيو خروجي جبرانگر موازي را نشان مي‌دهد . خروجي خازني ( مثبت ) جبرانگر هنگامي كه باشد ولتاژ نقطه مياني و توان انتقالي را افزايش داده و زماني كه باشد آنها را كاهش مي‌دهد . شكل موج d تغييرات مورد نياز را براي جبران سري نشان مي‌دهد اگر باشد ، افزايش يافته و در نتيجه امپدانس خط كاهش يافته و توان انتقالي افزايش مي‌يابد . اگر باشد ، كاهش يافته ( در شكل صفر شده است ) و در نتيجه توان انتقالي نيز به مقدار حالت بدون جبران كاهش مي‌يابد .
شكل موج 2-2-e تغيير زاويه را كه بوسيلة شيفت دهندة فاز ايجاد شده است نشان مي‌دهد ( در اينجا فرض شده است كه در فاصلة و در فاصله تغيير مي‌كند ) . زمانيكه باشد ، زاوية منفي بوده و منحني را ( نسبت به شكل2-2-c ) بسمت چپ شيفت مي‌دهد كه موجب افزايش زاوية بين دو انتهاي خط و در نتيجه افزايش توان انتقالي مي‌گردد . زمانيكه است زاوية مثبت شده ، منحني را به سمت راست شيفت داده وموجب كاهش زاوية انتقال و توان انتقالي مي گردد . همانطور كه از شكل ها معلوم است ، براي هر سه نوع جبران از كنترل بنگ بنگ كه در آن ( خروجي بين مقادير حداقل و حداكثر تغيير مي‌كند ) استفاده شده است. اين نوع كنترل بويژه زمانيكه نوسانات بزرگ باشند بهترين راه حل ممكن است . براي ميرا كردن نوسانات نسبتاً كوچك توان ، تغيير پيوسته خروجي جبرانگر هماهنگ با توان يا زاوية ژنراتور ترجيح داده مي‌شود .
فصل سوم
افزايش حد پايداري ولتاژ با استفاده از D-STATCOM
3-1 مقدمه
يك سيستم شعاعي با يك فيدر با رآكتانس و بار با امپدانس را در نظر مي‌گيريم ( شكل-3-1-a ) . منحني بر حسب كه در ضريب قدرت‌هاي مختلف بين 8/0 پس فاز و 9/0 پيش فاز مي‌باشد در اين شكل آمده است . در ضريب قدرت‌هاي مختلف قسمتي از منحني كه زير نقطه بحراني قرار مي‌گيرد از نظر ولتاژ ناپايدار است . بارهاي سلفي پايداري ولتاژ را كاهش داده و بارهاي خازني آنرا افزايش ميدهند . همانطور كه از شكل ها معلوم است جبران سري و موازي حد پايداري ولتاژ را به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش ميدهند . در جبران موازي اين عمل مطابق شكل-3-1-b با تامين توان راكتيو مورد نياز بار و تنظيم ولتاژ ترمينال ( ) انجام مي‌گيرد . در جبران سري ( خازني ) اين عمل با خنثي كردن بخشي از رآكتانس خط انجام مي‌شود . با اين كار طبق شكل 3-1-c ( منحني ها در ضريب توان واحد رسم شده اند ) منبع ولتاژ از ديد بار تغيير ناپذير خواهد بود .
شكل-3-1
(a) تغيير حد پايداري ولتاژ با بار و ضريب توان
(b) افزايش حد پايداري ولتاژ با روش جبران موازي (c) افزايش حد پايداري ولتاژ با روش جبران (خازن)سري
در سيستم هاي قدرت بزرگ كه به صورت چند ناحيه اي بوده ومعمولاً توسط خطوط ارتباط ضعيف به هم مربوط مي‌شوند اغتشاشات بوجود آمده باعث بروز نوسانات فركانس پائين در سيستم مي‌شوند كه اين نوسانات توسط PSS ها معمولاً قابل كنترل و بهبود به صورت بهينه نيستند . لذا نياز به انواع ديگري از پايدار‌كننده‌ها با قابليت‌هاي بيشتر براي اين منظور كاملاً مشهود است .
استفاده از پايدارسازهاي مبتني بر ادوات FACTS براي بهبود ميرايي مدهاي نوساني بين ناحيه‌اي مي‌تواند مفيد باشد ليكن اين نوع كنترل‌كننده ها بايد از طراحي مناسبي برخوردار شود وهمچنين هماهنگي آن با ساير كنترل‌كننده هاي ديگر نظير تنظيم ولتاژ ، كنترل عبور توان و غيره . . . در نظر گرفته شود.
STATCOM يك جبران ساز توان اكتيو – راكتيو موازي است كه در حالت كلي متشكل از يك مبدل الكترونيك قدرت با كليدهاي GTO ، IGBT ، MOSFET يا كليدهاي ديگر مي‌باشد كه به وسيله يك ترانسفورماتور به طور موازي با شبكه قدرت قرار گرفته است . اختلاف ولتاژ دو طرف ترانسفورماتور ، توان اكتيو و راكتيو را بين شبكه قدرت و STATCOM رد وبدل مي‌كند . جبرانساز سنكرون استاتيك (STATCOM ) يكي از مهمترين ابزار FACTS است كه براي تنظيم ولتاژ ( DSTATCOM ) وپايداري سيستم قدرت ( STATCOM ) به كار مي‌رود . در ادامه به توضيح هر كدام از موارد بالا مي‌پردازيم .
3-2 به كار گيري D-STATCOM در بهبود نوسانات ولتاژ
D-STATCOM عمدتاً شامل يك اينورتر PWM است كه از طريق يك ترانسفورماتور به شبكه متصل مي‌شود . ولتاژ خط DC بوسيله خازن C تامين مي‌شود ، كه بوسيله گرفتن توان از شبكه شارژ مي‌شود . كنترل سيستم ، تنظيم ولتاژ باس و خط DC را تضمين مي‌نمايد .
عملكرد D-STATCOM تنظيم ولتاژ باس بوسيله تزريق يا توليد توان راكتيو به شبكه ، مشابه يك جبرانساز تريستوري استاتيك مي‌باشد . اين انتقال توان راكتيو از طريق يك راكتانس نشت مربوط به ترانسفورماتور كوپلينگ انجام مي‌شود ، كه ولتاژ ثانويه و اوليه آن هم فاز هستند . اين ولتاژ به وسيله يك PWM منبع ولتاژ فراهم مي‌شود .
عملكرد D-STATCOM بوسيله دياگرام فازوري در شكل-3-2 توضيح داده شده است ، وقتي كه ولتاژ ثانويه از ولتاژ باس كمتر است D-STATCOM شبيه يك اندوكتانس توان راكتيو را از BUS جذب مي‌كند و وقتي ولتاژ ثانويه بيشتر از ولتاژ باس است D-STATCOM شبيه يك خازن توان راكتيو را به باس تزريق مي‌نمايد.
در حالت دائم( ماندگار ) بدليل تلفات اينورتر ، ولتاژ باس هميشه نسبت به ولتاژ اينورتر با زاويه كوچكي پيش فاز است تا بتواند توان الكتريكي را تغذيه كند ( اينورتر توان اكتيو از شبكه جذب كند ).
الف
ب
شكل-3-2 عملكرد D-STATCOM
الف- عملكرد سلفي ، ب- عملكرد خازني
STATCOM در مقايسه با SVC مرسوم ( جبران ساز توان راكتيو استاتيكي ) كه از تريستور استفاده مي‌كنند داراي مزاياي بسياري است. اين وسيله سريعتر ودر ولتاژ پائين تري قادر به توليد توان راكتيو بوده ونيازي به راكتور كنترل شده با تريستور ( TCR ) يا خازن سوئيچ شده با تريستور ( TSC ) ندارد و هارمونيك‌هاي مرتبه پايين توليد نمي‌كند.
3-3 مدل سازي D-STATCOM با استفاده از SIMULINK PSB
همانطور كه شكل-3-3 نشان مي‌دهد يك D-STATCOM تركيبي از يك سيستم الكترونيك قدرت به همراه يك سيستم كنترلي مي‌باشد .
شكل-3-3 دياگرام ساده شده يك D-STATCOM متصل به شبكه توزيع
مدلسازي D-STATCOM مشتمل بر شبكه قدرت و كنترلرهاي آن در محيط SIMULINK مي‌باشد كه نيازمند بلوك‌هاي الكترونيك در PSB وبلوك هاي كنترلي از كتابخانه سيمولينك مي‌باشد.
در اينجا يك D-STATCOM با ظرفيت 3 مگاوار آورده شده است كه به شبكه توزيع 25 كيلو ولت متصل شده است. شكل-3-4 دياگرام سيمولينك را نشان مي‌دهد كه شامل D-STATCOM و شبكه توزيع مي‌باشد . تغذيه شبكه بوسيله يك مدار معادل تونن باس B1 فراهم مي‌شود كه به وسيله يك فيدر 21 كيلومتري كه به وسيله مدار معادل به باس B2 متصل شده ، دنبال مي‌شود . به اين باس يك بار به اندازه 3 مگاوات متصل شده است ، همچنين يك ترانسفورمر 600 : 25000 ولت و يك بار 1 مگاواتي به وسيله يك فيدر 2 كيلومتري به باس B2 متصل شده است .
D-STATCOM از طريق يك ترانسفورمر تپ چنجردار 25 : 5/2كيلو ولت با شبكه موازي شده است . اوليه اين ترانسفورمر به وسيله يك اينورتر PWM منبع ولتاژ كه شامل دو پل IGBT است تغذيه مي شود . يك بانك خازني در خروجي اينورتر براي جذب هارمونيك ها به كار برده شده است . يك خازن با ظرفيت 10000 ميكرو فاراد به عنوان منبع ولتاژ DC در اينورتر به كار برده شده است .
يك مولد پالس PWM با فركانس حامل 68/1 كيلو هرتز براي كنترل هر كدام از پل هاي IGBT به كار برده شده است ، شماتيك مدولاسيون به كار رفته از نوع سينوسي مي باشد .
شكل-3-4 دياگرام سيمولينك نمايش دهنده D-STATCOM
دياگرام كنترل در شكل-3-5 نشان داده شده است كه شامل چندين زير سيستم مي باشد كه شامل موارد زير مي باشد :
شكل-3-5 دياگرام كنترل D-STATCOM
يك PLL ( حلقه قفل شده فازي ) ، دو سيستم اندازه گيري ، يك حلقه رگولاسيون جريان و يك رگولاتور ولتاژ DC .
PLL با فركانس پايه ولتاژ اوليه ترانسفورمر سنكرون مي شود تا مرجع مورد نياز براي سنكرون شدن ( ) جهت تبديل abc-odq مطابق معادلات (3-1) را فراهم كند .
(3-1)
بلوك هاي اندازه گيري و مولفه هاي d و q مربوط به ولتاژ ها و جريان ها را محاسبه مي‌نمايد . حلقه مربوط به رگولاسيون جريان شامل دو كنترلر PI است كه جريان هاي بردارهاي d و q را كنترل مي‌نمايد . خروجي‌هاي كنترلر ولتاژهاي بردار مستقيم و تربيعي مي‌باشند كه اينورتر PWM مجبور است توليد نمايد .
(3-2)
مطابق معادلات (3-2) ولتاژهاي به ولتاژ هاي همفاز تبديل مي‌شوند ، پس ولتاژ شبكه بوسيله كنترلر PI كه جريان مرجع را براي كنترلر جريان توليد مي‌كند تنظيم مي‌گردد .
3-4 شبيه سازي عملكرد D-STATCOM
دياگرام سيمولينك توصيف شده در قسمت قبل براي شبيه سازي عملكرد D-STATCOM در شرايط مختلف استفاده شده بود تا كارايي استاتيك وديناميك آنرا توضيح دهد . شبيه‌سازي زير به صورت زمان گسسته انجام شد ( ) شكل‌هاي 3-6 و 3-7 شكل موج‌هاي به دست آمده در خلال يك تست پيچيده كه پاسخ سيستم D-STATCOM به يك تغيير پله اي در منبع ولتاژ است را نشان ميدهند.
