بخشی از مقاله
چکیده
DVR و DSTATCOM از ادوات Custom Power هستند که براي بهبود کیفیت توان در سیستمهاي توزیع به کار می روند. در مواقع کمبود ولتاژ1هاي شدید، تأمین توان اکتیو براي عملکرد این ادوات ضروري و در عین حال پر هزینه است. در شرایط تغذیه محیطهاي صنعتی از فیدرهاي مجزا ودر صورت استفاده از این ادوات در این فیدرها، این امکان وجود دارد که با متصل کردن این ادوات به هم از طریق لینک dc، ساختارهایی تحت عنوان Interline Custom Power ایجاد کرد. از جمله این ساختارها می توان به IDVR2 - متشکل از چند - DVR و IUPQC3 - متشکل از چند DVR و - DSTATCOM اشاره کرد.
با استفاده از این ساختارها وبواسطه لینک dc، امکان تأمین توان اکتیو مورد نیاز براي عملکرد ادوات واقع در فیدر معیوب از طریق ادوات واقع درفیدرهاي سالم بوجود می آید. در این مقاله روابط حالتماندگار حاکم بر IDVR و IUPQC با در نظر گرفتن استراتژیهاي مختلف جبران کمبود ولتاژ بیان شده و سپس شرایط لازم براي فیدرهاي سهیم در این ساختار بررسی می گردد. همچنین اثر ضریب توان بار فیدرهاي سهیم در این ساختار و نیز اثر نسبت توان نامی بار آنها، در عملکرد حالت ماندگار IDVR و IUPQC مورد ارزیابی قرار می گیرد.
-1 مقدمه
با رشد روز افزون در زمینه الکترونیک قدرت، کاربرد این ادوات با نام Custom Power - مانند DVR، DSTATCOM و - UPQC در سیستم توزیع، به عنوان راهکاري براي بهبودکیفیت توان پیشنهاد شده اند. DVR بوسیله تزریق ولتاژ سري با ولتاژ بار، موجب حفاظت آن در برابر تغییرات ولتاژ شده وDSTATCOM با تزریق جریان موازي با جریان بار، موجب جبران اعوجاجهاي هارمونیکی و نامتعادلی ناشی از بار و نیزموجب تنظیم ولتاژ بار می گردد. UPQC نیز با ترکیب DVRو DSTATCOM قادر به انجام وظایف هر دو است.[5-1]هر دوي DVR و DSTATCOM توانایی مبادله توان راکتیو با فیدر مربوطه را دارا هستند ولی مبادله توان اکتیو توسط آنها، به ظرفیت و نوع منبع انرژي به کار رفته در آنها بستگی دارد.
در کمبودهاي ولتاژ شدید - از نظر عمق و مدت تداوم - ، تزریق توان اکتیو توسط این ادوات معمولاً با مشکل جدي مواجه می گردد. در چنین مواردي، منابع ذخیره کننده انرژي به همراه نگهداري و شارژ آنها، هزینه را به مراتب بیشتر می کنند.در برخی از محیطهاي صنعتی مانند پارکهاي صنعتی به دلیل افزایش قابلیت اطمینان، براي تغذیه بارها از دو یا چند فیدر مجزا که از پستهاي مختلف تغذیه می شوند استفاده میگردد. لذا در زمان وقوع اختلال ولتاژ در یکی از این فیدرها، فیدرهاي دیگر را می توان تقریباًٌ سالم فرض نمود. با توجه به این محیطها، در [9-6] ساختاري به نام IDVR پیشنهاد شده است که در آن DVR هاي موجود در فیدرهاي مجزاي مذکور، از طریق لینک dc به هم متصل شده اند.
در [10] نیز ساختاري به نام IUPQC پیشنهاد شده است که مشابه باIDVR بوده ولی با این تفاوت که در آن مجموعه اي از DVRها و DSTATCOM هاي موجود در فیدرهاي مجزا از طریق لینک dc به هم متصل گردیده اند. با استفاده از این ساختارها، در زمان وقوع کمبود ولتاژ در یکی از فیدرها، لینک dc توسط ادوات واقع در فیدرهاي سالم شارژ شده و لذا توان اکتیو مورد نیاز براي جبران کمبود ولتاژ در فیدر معیوب، توسط فیدرهاي سالم تأمین می گردد. از مزایاي این ساختارها می توان به افزایش محدوده جبران و نیز کاهش هزینه مربوط به منبع ذخیره کننده انرژي و هزینه لینک dc اشاره کرد.در این مقاله به بررسی روابط حاکم بر حالت ماندگارIDVR و IUPQC براي استراتژیهاي مختلف جبران کمبود ولتاژ پرداخته می شود. همچنین اثر ضریب توان بار فیدرها و نیز نسبت توان نامی بار آنها، بر عملکرد حالت ماندگار و نیز بر قابلیت جبران کمبود ولتاژ بوسیله این ادوات بررسی می گردد.
-2 تحلیل حالت ماندگار IDVR
در شکل - 1 - ، یک IDVR شامل دو DVR واقع در دوفیدر مجزا مشاهده می گردد. به منظور جلوگیري از پیچیدگی شکل، فیلترهاي هارمونیکی نشان داده نشده اند. در تمامی تحلیلها، کمبود ولتاژ به صورت متعادل در نظر گرفته شده است. همچنین فرض می گردد که وقتی کمبود ولتاژ در یکی از فیدرها رخ دهد، فیدر دیگر سالم بوده و قادر به تحویل توان اکتیو به لینک dc از طریق DVR واقع در فیدر خود می باشد.در شکل - 1 - ، زیرنویسهاي 1 و 2 به ترتیب به پارامترهاي مربوط به فیدرهاي شماره 1 و 2 اشاره دارند. در این شکل،VS و δ به ترتیب برابر با دامنه و فاز ولتاژ منبع، ZS و β بهترتیب برابر با دامنه و فاز امپدانس معادل منبع، و VDVR و θ به ترتیب برابر با دامنه و فاز ولتاژ تزریقی DVR می باشند.
فاز ولتاژ بار هر فیدر به عنوان فاز مرجع انتخاب گردیده است. پارامترهاي مربوط به بار یعنی ولتاژ، توان ظاهري و زاویه ضریب توان نیز به ترتیب با VL، S و - مقدار مثبت براي بار پسفاز - نشان داده شده اند به گونه اي که PL و QLیعنی توانهاي اکتیو و راکتیو مصرفی بار به ترتیب برابر با S cos و S sin هستند. با در نظر گرفتن ولتاژ مبنا در هر فیدر برابر با ولتاژ بار هر فیدر، VL1 و VL2 برابر با یک پریونیت شده و لذا پریونیت جریان فیدرهاي 1 و 2 به ترتیب برابر با پریونیت S1 و S2 می گردند. فاز این جریانها نیز به ترتیب برابر با 1 و 2 می شوند.
با تجزیه روابط KVL در هر یک از فیدرها به دو قسمت حقیقی و موهومی، روابط پریونیتی - 1 - تا - 4 - براي ساختارIDVR شکل - 1 - به دست می آیند.
این روابط در واقع یک دستگاه با چهار معادله است که در آن شش مجهولδ1، δ2، θ1، θ2، VDVR1 و VDVR2 وجود دارند.لذا براي حل دستگاه فوق نیاز به دو معادله دیگر می باشد.
معادله پنجم را می توان با توجه به تعادل توان اکتیو در لینک dc بیان کرد. با صرفنظر کردن از تلفات مبدلها و ترانسفورمرهاي آنها، این معادله به صورت رابطه پریونیتی - 5 - قابل بیان است.
معادله ششم به استراتژي جبران کمبود ولتاژ در فیدر معیوب بستگی دارد. در یک DVR استراتژیهاي مختلفی براي جبران وجود دارد. در جبران به روش [11] Pre -Sag که برايبارهاي حساس به پرش فاز ولتاژ به کار می رود، زاویه ولتاژ در همان مقدار قبل از اختلال حفظ می گردد.
در جبران به روش همفاز یا مینیمم توان ظاهري [12-11]، توان ظاهري تزریقی توسط DVR واقع در فیدر معیوب و در نتیجه ولتاژ و توان نامی آن مینیمم می گردد. عیب این روش، احتمال بالا بودن توان اکتیو تزریقی توسط DVR می باشد. در استراتژي مینیمم انرژي [3]، [9] و [13]، PDVR یعنی توان اکتیو تزریقی توسط DVR مینیمم می شود که این مقدار می تواند برابر باصفر نیز باشد. لذا در این استراتژي، نیاز به ذخیره انرژي حداقل بوده و لذا امکان جبران کمبودهاي ولتاژ شدیدتر حاصل می شود. ولی ولتاژ و توان ظاهري نامی مورد نیاز براي DVR واقع در فیدر معیوب در این استراتژي نسبت به استراتژي همفاز بیشتر است.
در این مقاله از استراتژیهاي همفاز و مینیمم انرژي براي جبران استفاده می گردد. البته درIDVR می توان از استراتژي دیگري نیز استفاده کرد که در آن بسته به هدف، تابعی از شش متغیر ذکر شده را مینیمم کرد.شود. لذا یکی از مجهولها مشخص شده و در نتیجه دستگاه پنج معادله و پنج مجهول، از طریق روابط - 1 - تا - 5 - حل می گردد.با توجه به این توضیحات، اگر کمبود ولتاژ در فیدر 1 رخ می دهد معادله ششم به صورت رابطه پریونیتی - 6 - قابل بیان است. در صورت استفاده از استراتژیهاي مینیمم انرژي و یا همفاز، δ1 به ترتیب از روابط - a-6 - و یا - b-6 - حاصل در رابطه - 6 - ، PF1 برابر با ضریب توان بار فیدر 1 است.اگر کمبود ولتاژ در فیدر 2 رخ داده باشد، در رابطه - 6 - به جاي زیرنویس 1 از زیرنویس 2 براي متغیرها استفاده می شود.در حالتی که تعداد DVR هاي موجود در IDVR برابر Nباشد آنگاه 3N مجهول، 2N معادله حاصل از KVL، یکمعادله تعادل توان اکتیو، یک معادله مربوط به استراتژي جبران و N-2 معادله براي تقسیم تزریق توان اکتیو بین DVR هاي واقع در فیدرهاي سالم وجود خواهد داشت.
3 تحلیل حالت ماندگار IUPQC
در شکل - 2 - ، یک IUPQC شامل یک DSTATCOM واقع در فیدر 1 و یک DVR واقع در فیدر 2 مشاهده می گردد. این دو فیدر از هم مجزا و مستقلند. به منظور جلوگیري از پیچیدگی شکل، فیلترهاي هارمونیکی نشان داده نشده اند.فرضیات صورت گرفته براي IDVR، براي IUPQC نیز برقرارند. همچنین پارامترهاي مربوط به IUPQC در این شکل مشابه با پارامترهاي مربوط به IDVR در شکل - 1 - بوده با این
