بخشی از مقاله
چکیده
DVR یا بازیابنده دینامیکی ولتاژ، یکی از ادوات Custom Power است که براي مقابله با کمبودهاي ولتاژ1 کوتاه مدت در محل بارهاي حساس به کار میرود. در صورت استفاده از DVR براي جبران کمبودهاي ولتاژ نسبتاً شدید و با مدت زمان تداوم زیاد، استفاده از منابع ذخیره کننده انرژي براي تأمین توان اکتیو مورد نیاز براي عملکرد DVR غیر قابل اجتناب بوده و منجر به افزایش هزینه آن میشود. در مواردي که بارها یا مناطق حساس صنعتی از طریق فیدرهاي مستقل تغذیه میگردند ممکن است تصمیم به نصب DVR بر روي هر یک از فیدرها گرفته شود. در چنین مواردي میتوان از ساختاري به نام 2IDVR یا بازیابنده دینامیکی ولتاژ بین خطی استفاده کرد که در آن، DVR هاي واقع در فیدرهاي مجزا از طریق لینک dc به هم متصل میشوند. با استفاده از این ساختار، توان اکتیو مورد نیاز براي جبران کمبود ولتاژ در فیدر معیوب از طریق فیدر سالم و بدون نیاز به منابع ذخیره کننده انرژي تأمین میشود. در این مقاله با استفاده از روابط حاکم بر حالت ماندگار DVR، حالت ماندگار IDVR به طور کامل بررسی شده و شاخصهاي مناسب تعریف می گردند. سپس با استفاده از این شاخصها، قابلیتهاي جبران در IDVR و محدودیتهاي آن براي حالتهاي مختلف در سیستمهاي توزیع بررسی می شود.
-1 مقدمه
کمبودهاي ولتاژ کوتاه مدت از پدیده هاي مخرب کیفیت توان هستند که صدمات مالی زیادي به بارهاي صنعتی در سیستم هاي توزیع وارد می کنند. یکی از عوامل اصلی بروز این پدیده ها، خطا هاي سیستم قدرت می باشد . [1] براي هر نوع از اتصال کوتاه متعادل و یا نامتعادل، فازوري به نام ولتاژ مختلط باقیمانده یا V RCV تعریف می گردد که بیانگر ولتاژ باسبار PCC - ولتاژ تغذیه از دید بار - در حین اختلال است. بسته به نوع خطا و نیز نوع اتصال بار و تحلیل حالت ماندگار بازیابنده هاي دینامیکی ولتاژ بین خطی - IDVR - و بررسی محدودیتهاي آن در سیستم هاي توزیع ترانسفور ماتورها، کمبودهاي ولتاژ کوتاه مدت به انواع مختلف دسته بندي می شوند و روابط مربوط به ولتاژ هر یک از فازها و یا ولتاژ هر یک از توالیهاي مثبت، منفی و صفر، بر حسب V RCV بیان می شوند. کمبود ولتاژ نوع A بیانگر کمبودهاي ولتاژ سه فاز متعادل، نوع B، C*، D* بیانگر کمبودهاي حاصل از خطاهاي تکفاز به زمین، نوع C و D بیانگر کمبودهاي حاصل از خطاهاي فاز به فاز، و نوع E، F و G بیانگر کمبودهاي حاصل از خطاهاي دو فاز بهزمین هستند که روابط فازها و توالیها بر حسب V RCV موجود می باشند 4-2] .[ DVR یا بازیابنده دینامیکی ولتاژ، یکی از ادواتCustom Power است که بوسیله تزریق سه ولتاژ متناوب تکفاز با فرکانس شبکه و به صورت سري با ولتاژ بار، موجب حفاظت بار در برابر کمبودها و یا بیشبودهاي ولتاژ می گردد . [5 ] با توجه به نوع حساسیت بار، استراتژیهاي مختلفی مانند
استراتژي Presag، استراتژي مینییم مقدار نامی - minimum rating - یا همفاز و استراتژي مینیمم انرژي براي طراحی و عملکرد DVR وجود دارند .[9-6] در صورت استفاده از DVR براي جبران کمبودهاي ولتاژ نسبتاً شدید و با مدت تداوم زیاد، استفاده از منابع ذخیره کننده انرژي براي تأمین توان اکتیو مورد نیاز DVR غیر قابل اجتناب بوده و منجر به افزایش هزینه DVR میشود. حتی استفاده از استراتژي مینیمم انرژي نیز در این مواقع منجر به حذف منبع ذخیره کننده انرژي نمیگردد. یکی از راههاي مقابله با این مسأله، تأمین توان اکتیو مورد نیاز از طریق شبکه براي تغذیه بار فیدر معیوب استفاده کرد .[10] بر اساس شرایط ذکر شده براي تغذیه این محیطها، در -10] [13 ساختاري به نام IDVR پیشنهاد شده است که در آن DVRهاي واقع در دو فیدر مجزا، از طریق لینک dc به هم وصل میگردند. با استفاده از این ساختار، توان اکتیو مورد نیاز براي جبران کمبود ولتاژ در فیدر معیوب از طریق فیدر سالم و بواسطه لینک dc تأمین میشود. لذا با استفاده از این ساختار،بدون نیاز به منابع ذخیره کننده انرژي و صرفه جویی در هزینه آنها، میتوان قابلیت جبران توسط DVR را به دامنه وسیعتري از کمبودهاي ولتاژ تعمیم داد. در شکل - 1 - ، ساختار کلی IDVR نشان داده شده است.
بررسی عملکرد IDVR به دلیل جدید بودن این ساختار، چه از نقطه نظر رفتار حالت ماندگار و چه رفتار دینامیکی، کمتر در مراجع علمی مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله ابتدا با استفاده از روابط حاکم بر حالت ماندگار DVR، حالت ماندگار IDVR به طور کامل براي حالتهاي مختلف بار فیدرها و نیز انواع کمبودهاي ولتاژ متعادل و نامتعادل بررسی شده و نحوه عملکرد آن تشریح می شود. سپس براي بررسی محدودیت هاي ساختار IDVR در سیستمهاي توزیع، با استفاده از تعریف شاخصهاي مناسب، شدیدترین کمبود ولتاژ قابل جبران بوسیله این ساختار در هر یک از انواع کمبود ولتاژ محاسبه گردیده و اثر پارامترهاي بار فیدرها بر روي آن بررسی میشود . [14]
ولتاژ تزریقی DVR + - : فیدر سالم میباشد. در برخی از محیطهاي صنعتی مانند پارکهاي صنعتی به دلیل افزایش قابلیت اطمینان و سایر ملاحظات شبکه، تغذیه بارها بار حساس لینک dc مشترك منبع تغذیه داراي اینورتر کمبود ولتاژ از دو یا چند فیدر مختلف متصل به پستهاي متفاوت صورت میگیرد. لذا وقوع اختلالات ولتاژ در یک فیدر، معمولاً اثر چندانی بر روي فیدر دیگر ندارد. در نتیجه در هنگام وقوع اختلال ولتاژ در یکی از این فیدرها، میتوان از فیدر سالم منبع تغذیه بدون اینورتر کمبود ولتاژ بار حساس + - : فیدر معیوب ولتاژ تزریقی DVRn تحلیل حالت ماندگار بازیابنده هاي دینامیکی ولتاژ بین خطی - IDVR - و بررسی محدودیتهاي آن در سیستم هاي توزیع
-2 روابط حاکم بر حالت ماندگار DVR
در شکل - 2 - ، مدار معادل تکفاز یا پریونیتی سیستم قدرت شامل بار، DVR و منبع در حین اختلال نشان داده شده است. در این شکل، VL، γ، ZL، PF، φ و IL مربوط به کمیتهاي بار هستند که به ترتیب بیانگر اندازه ولتاژ، فاز ولتاژ، اندازه امپدانس، ضریب توان، زاویه ضریب توان و اندازه جریان بار می باشند. بار به صورت امپدانس ثابت مدل شده است. φ براي PF پسفاز، مثبت و براي PF پیشفاز، منفی است. همچنین VDVR، θ، PDVR و QDVR به ترتیب نشان دهنده اندازه ولتاژ تزریقی، فاز ولتاژ تزریقی، توان اکتیو و توان راکتیو تزریقی توسط DVR می باشند. کمیتهاي VS و δ نیز به ترتیب بیانگر اندازه و فاز ولتاژ منبع در حین اختلال هستند. زاویه مرجع براي محاسبه تمامی فازها، γpre یعنی فاز ولتاژ بار قبل از اختلال در نظر گرفته می شود.
در این مقاله براي انجام مقایسه بین حالتهاي مختلف، شاخصی به نام ضریب کمبود ولتاژ یا - Sag Factor - SF به صورت رابطه - 3 - تعریف می شود. در این رابطه، VLpre بیانگر اندازه ولتاژ بار پیش از اختلال بوده و VLpost نیز برابر با اندازه ولتاژ بار جبران نشده پس از اختلال در فیدر معیوب می باشد. هر چه قدر شدت کمبود ولتاژ بیشتر باشد، مقدار SF کمتر می گردد. این تعریف، یک تعریف استاندارد نبوده و فقط براي انجام مقایسه بین حالتهاي مختلف انجام شده است. در واقع براي هر یک از انواع کمبود ولتاژ، V RCV براي منبع ولتاژ داراي کمبود، برابر با فازور SF∠ψ در نظر گرفته می شود که ψ بیانگر پرش فاز ایجاد شده در ولتاژ بار و منبع در اثر اختلال می باشد. با مشخص بودن SF و ψ، V RCV معلوم گردیده و لذا بر اساس روابط ذکر شده در [4-2] براي هر یک از انواع کمبود ولتاژ، ولتاژ فازهاي a، b و c در منبع، مشخص شده و در نتیجه، VSP و δP بر اساس روابط مربوط به توالی مثبت، معلوم می گردند.
پریونیت PDVR و QDVR از طریق روابط - 1 - و - 2 - حاصل می شوند. منظور از VSP و δP، اندازه و فاز ولتاژ توالی مثبت منبع می باشد. با توجه به اینکه در اثر جبران، ولتاژ و جریان بار به صورت متعادل در می آیند لذا فقط جریان توالی مثبت وجود داشته و در نتیجه توانهاي اکتیو و راکتیو منبع با توجه به ولتاژ توالی مثبت منبع حاصل می شوند. VSP و δP با توجه به نوع کمبود ولتاژ و نیز روابط ذکر شده در [4-2] براي انواع کمبود ولتاژ بدست می آیند. با توجه به روابط - 1 - و - 2 - این امکان وجود دارد که با تغییر دادن γ یعنی فاز ولتاژ بار بتوان مقادیر PDVR و QDVR را به طور دلخواه تغییر داد که این موضوع مبناي ایجاد استراتژیهاي مختلفی براي جبران توسط DVR می باشد. اگر بار مورد نظر علاوه بر تغییرات اندازه به پرش فاز ولتاژ نیز حساس باشد - مانند یکسوکننده هاي تریستوري - ، استراتژي جبران باید به گونه اي باشد که فاز ولتاژ بار در مقدار قبل از اختلال حفظ گردد که به آن استراتژي Presag گفته می شود. در این صورت γ باید با γpre یعنی فاز مرجع
برابر باشد. اگر بار مورد نظر به پرش فاز ولتاژ حساس نباشد، می توان با استفاده از DVR فازور ولتاژ بار را به گونه اي تغییر داد که
