بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثیر انواع ادوات فکتس سری و موازی بر میرایی نوسانات گذرای سیستم قدرت
چکیده
در این مقاله تلاش می شود با توجه به مزیتهای فنی و اقتصادی موجود در هر یک از کنترل کنندههای سری و موازی مبتنی بر امپدانس و کانورتر، مقایسه ای میان عملکرد این تجهیزات در میراسازی نوسانات گذرای سیستم صورت پذیرد. لذا در این مقاله ابتدا به معرفی هر یک از ادوات مورد نظر شامل SVC ، Statcom ، TCSC و SSSC پرداخته می شود ، سپس با شبیه سازی مدل کلیه ادوات مذکور مقایسه ای جامع بمنظور بررسی قابلیت میراسازی نوسانات گذرای سیستم، توسط هر یک از ادوات مورد نظر انجام می شود و نتایج بدست آمده بعنوان ماحصل کار این مقاله ارائه شده است.
کلمات کلیدی:ادوات FACTS، SVC، TCSC، STATCOM و SSSC
-1 مقدمه
سیستمهای قدرت مدرن به منظور کارکرد با بازدهی و قابلیت اعتماد بالا برای تأمین توان مورد نیاز مراکز بار گوناگون طراحی گشتهاند. نکتهی مهم این است که ایستگاههایتولید معمولاً به دلایل اقتصادی، زیست محیطی و امنیتی در مکانهایی دور از مراکز بار واقع میشوند. برای مثال، ممکن است با حالتی مواجه شویم که در آن احداث یک نیروگاه حرارتی نزدیک به ورودی یک معدن زغالسنگ به جای انتقال زغال سنگ به مراکز بار مقرون به صرفه تر باشد. انرژی برقآبی نیز عموماًدر نواحی دوردست موجود است. همچنین یک نیروگاه هستهایممکن است در مکانی دور از مناطق شهری احداث شود. بنابراین نیاز است درشبکهای از خطوط انتقال که در رده ولتاژهای فشارقوی در حال کاراست، توان از ایستگاههای تولید به مراکز بار انتقال یابد. ممکن است به این موضوع علاقمند باشیم که بخواهیم گردش توان در یک خطانتقال AC را به منظور بهبود ظرفیت انتقال توان و یا به منظور تغییرگردش توان تحت شرایط دینامیکی برای اطمینان از پایداری دینامیکی و گذرای سیستم کنترلنماییم. در ابتدا از خازنهای سری ثابت برای افزایش توان انتقالی در خطوط طویل استفاده میگردید. که این خازنها راه حلهای بسیار اقتصادی برای رسیدن به این هدف بودند. اما با پیشرفت کلیدهای الکترونیک قدرت،ادوات FACTS برای جبران سازی و کنترل دینامیکیسیستم قدرت مطرح گردید.
با ایجاد کنترل دینامیکی سریع بر روی توان اکتیو و راکتیو توسط کنترل کنندههای الکترونیکی توان بالا، حاشیه پایداریسیستم به طور قابل توجهی افزایش مییابد. این کار میتواند شبکه انتقال ACرا به منظور تنظیم بر روی شرایط متغیری که از حوادث احتمالی و نوسانات بار ناشی میشوند، انعطافپذیر سازد. سیستم انتقال AC انعطاف پذیر FACTSبه این صورت تعریف میگردد: سیستمهای انتقال جریان متناوبی که با کنترل کنندههای مبتنی بر الکترونیک قدرت و دیگر کنترل کنندههای استاتیکی ترکیب شدهاند تا کنترل پذیریرا بهبود بخشند و قابلیت انتقال توان را افزایش دهند.در این مقاله اثر چهار نوع ادوات فکتس موازی و سری از دو نسل تریستوری و کانورتری SVC)، StatCom، TCSC، (SSSC بر میرایی نوسانات گذرای سیستم توسط مدلهای شبیه سازی شده مقایسه خواهد شد.[1]
-2 سیستم نمونه و تشریح مسئله
برای مهیا نمودن شرایط یکسان جهت مقایسه تاثیر حضور ادوات فکتس موازی و سری(SVC، StatCom، TCSC، (SSSCبر پایداری گذرای سیستم قدرت، یک سیستم قدرت استاندارد سه شینه همانند شکل 1 بعنوان سیستم مورد مطالعه انتخاب شده است. سیستم مذکور بگونه ای است که با بروز یک خطای 3 فاز به مدت 111 میلی ثانیه و سپس پاک شدن آن، شروع به نوسان می کند و ناپایدار می گردد. در سیستم مورد مطالعه مذکور در حالی که توان 1331 مگاوات بواسطه خطوط انتقال از ژنراتور به شبکه در حال انتقال می باشد یک خطای سه فاز در ابتدای یکی از خطوط ارتباطی بین شین 1 و 2 رخ میدهد و پس از مقایسه نتایج بدست آمده شکل 4 با نتایج گزارش شده شکل 2 صحت شبیه سازی سیستم نمونه مشخص می گردد.
از 111 میلی ثانیه رفع می گردد. نتایج تغییرات توان اکتیو، زاویه روتور وسرعت ژنراتور پس از بروز خطا در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل-1شبکه نمونه 3 شینه
شکل 2 نتایج تغییرات سرعت، زاویه رتور و توان اکتیو ژنراتور 1011 مگاواتی پس از بروز خطای سه فاز
که اطلاعات شبکه مورد مطالعه به شرح ذیل می باشد. اطلاعات ژنراتور:
اطلاعات خط
اطلاعات شبکه
بمنظور بررسی اثر حضور ادوات FACTS مطروحه بر میرایی نوسانات سیستم، هر یک از ادوات مذکور در محل شین شماره 2 شکل 1 نصب گردیده و سیستم نمونه در حضور تجهیز مورد نظر شبیه سازی شده است.
کلیه شبیه سازی های انجام شده در بخش بعدی آورده شده است.
-3 شبیه سازی
در ابتدا شبیه سازی سیستم قدرت مورد مطالعه در نرم افزار MATLAB و با در نظر گرفتن گاورنر و سیستم تحریک بصورت نشان داده شده در شکل 3 انجام شده و نتایج شبیه سازی سیستم تحت همان خطای ذکر شده در بخش 2 در شکل 4 نشان داده شده است. با مقایسه نتایج به دست امده شکل 4 با نتایج گزارش شده شکل 2 صحت شبیه سازی سیستم نمونه مشخص میگردد .
شکل 3 شبیه سازی سیستم قدرت مورد مطالعه در نرم افزار Matlab
شکل 4 نتایج شبیه سازی شبکه نمونه مورد مطالعه برای خطای سه فاز
-1-3 اثر حضور SVC بر میرایی نوسانات سیستم
بمنظور بررسی اثر حضور SVC بر میرایی نوسانات سیستم، یک دستگاه svc در محل شین شماره 2 شکل 3 نصب گردیده است.
ظرفیت این SVC 160 مگاولت آمپرراکتیو برفاز در حالت سلفی و 211 مگاولت آمپرراکتیو بر فاز در حالت خازنی می باشد که بواسطه یک ترانس 11 به 311 کیلوولت به شین شماره 2 سیستم قدرت مورد مطالعه اتصال یافته است. پس از شبیه سازی سیستم نمونه در حضور SVC نتایج تغییرات سرعت، زاویه توان و توان اکتیو تحویلی به سیستم به صورت شکل 3 می باشد و همانگونه که مشاهده می شود نوسانات سیستم به خوبی میرا شده و به سمت پایداری سوق داده شده است.[3]
شکل 0 نتایج شبیه سازی شبکه نمونه مورد مطالعه در حضور SVC پس از بروز خطای سه فاز
-2-3 اثر حضور Statcom بر میرایی نوسانات سیستم
بمنظور بررسی اثر حضور Statcom بر میرایی نوسانات سیستم، بجای Svc یک دستگاه Statcom در محل شین شماره 2 شکل 3 نصب گردیده است. ظرفیت این Statcom 600 مگاولت آمپر می باشد که بواسطه یک ترانس 2 به 311 کیلوولت به شین 311 کیلوولت شماره 2 سیستم قدرت مورد مطالعه اتصال یافته است. پس از شبیه سازی سیستم نمونه در حضور Statcom نتایج تغییرات سرعت، زاویه توان و توان اکتیو تحویلی به سیستم به صورت شکل 1 می باشد و همانگونه که مشاهده می شود نوسانات سیستم به خوبی و بهتر از حالت قبل که یک سیستم SVC در سیستم نصب شده بود ، میرا شده و به سمت پایداری سوق داده شده است..
شکل 6 نتایج شبیه سازی شبکه نمونه مورد مطالعه در حضور Statcom پس از بروز خطای سه فاز
-3-3 اثر حضور TCSC بر میرایی نوسانات سیستم
بمنظور بررسی اثر حضور TCSC بر میرایی نوسانات سیستم، یک دستگاه Tcsc در محل شین شماره 2 بصورت سری با سیستم نمونه شکل 3 نصب گردیده است. سیستم Tcsc بر خلاف دو سیستم قبلی Svc) و Statcomنیازی) به ترانسفورماتور واسط ندارد و مستقیماً به خط انتقال اتصال می یابد. که این مورد از لحاظ هزینه کمتر ترانسفورماتور یک مزیت حساب می شود، اما باید توجه داشت که چون در این حالت جریان خط انتقال در حالت خطا از Tcsc عبور می کند این تجهیزات باید به سیستم های حفاظتی مناسبی جهت بای پس نمودن مسیر اصلی تجهیز در لحظه خطا مجهز گردند. پس از شبیه سازی سیستم نمونه در حضور Tcsc نتایج تغییرات سرعت، زاویه توان و توان اکتیو تحویلی به سیستم به صورت شکل 7 می باشد و همانگونه که مشاهده می شود نوسانات سیستم به خوبی میرا شده و به سمت پایداری سوق داده شده است. [4]
شکل 7 نتایج شبیه سازی شبکه نمونه مورد مطالعه در حضور Tcsc پس از بروز خطای سه فاز
-4-3 اثر حضور SSSC بر میرایی نوسانات سیستم
بمنظور بررسی اثر حضور SSSC بر میرایی نوسانات سیستم، بجای Tcsc یک دستگاه SSSC در محل شین شماره 2 بصورت سری با سیستم نمونه شکل 3 نصب گردیده است. در اینجا بر خلاف سیستم TCSC برای اتصال سری SSSC به شبکه نیاز به ترانسفورماتور واسط می باشد. که این مورد هزینه یک SSSC را بیشتر می کند. پس از شبیه سازی سیستم نمونه در حضور SSSC نتایج تغییرات سرعت، زاویه توان و توان اکتیو تحویلی به سیستم به صورت شکل 8 می باشد و همانگونه که مشاهده می شود نوسانات سیستم به خوبی و بهتر از کلیه حالتهای قبل ، میرا شده و به سمت پایداری سوق داده شده است.[3]
شکل 8 نتایج شبیه سازی شبکه نمونه مورد مطالعه در حضور SSSC پس از بروز خطای سه فاز
-4 مقای سه تاثیر ضرایب کنترل کننده های PI بر میرایی نوسانات
در این بخش بمنظور اطمینان از انتخاب مناسب ترین مقدار برای ضرایب PI کنترل کننده های Facts استفاده شده در این پایان مقاله، اثر تغییر ضرایب کنترل کننده های PI بر میرایی نوسانات سیستم در حضور هر یک از ادوات Facts بررسی شده است و مناسب ترین مقدار برای این کنترل کننده ها انتخاب شده است.
-1-4 تاثیر تغییر ضرایب کنترلر PI یک SVC بر میرایی نوسانات سیستم
برای مقایسه اثر تغییرات ضرایب کنترلر PI بر توانایی میرایی یک SVC مقادیر ضرایب Kp و Ki کنترل کننده در اطراف نقطه تنظیم به این صورت تغییر داده شده که یک بار ضریب kp ثابت نگه داشته شده و ki تغییر داده شده و دفعه بعد ki ثابت نگه داشته و kp تغییر داده می شود و نتایج تغییرات نوسانات سرعت و زاویه توان سیستم برای مقادیر مختلف ki و kp در اشکال 9 تا 12 آورده شده است.
