مقاله جبرانسازی کمبود ولتاژ در شبکه های توزیع نیروی برق به کمک بازیاب دینامیکی ولتاژ (DVR) مبتنی بر مبدل چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC)

word قابل ویرایش
32 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

جبرانسازی کمبود ولتاژ در شبکه های توزیع نیروی برق به کمک بازیاب دینامیکی ولتاژ (DVR) مبتنی بر مبدل چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC)

چکیده

در این مقاله ساختار DVR مبتنی بر اینورتر منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC) ارائه میشود. اینورتر چند سطحی بهکاررفته شامل سه اینورتر تک فاز میباشد که در هر اینورتر سه سلول تمام پل به هم اتصال یافته و در نهایت سه ساق اینورتر با اتصال ستاره به یکدیگر متصل شدهاند. این اینورترهای سری شده بدون ترانسفورماتور و تنها با استفاده از خازن فییلتر به شبکه وصل میشوند که این خود باعث کاهش چشمگیر در حجم, وزن و قیمت DVR میشود. DVR مورد نظر از سری کردن سه اینورتر تمام پل در هر فاز حاصل میشود، در نتیجه ولتاژ خروجی خط به خط اینورتر سیزده سطحی خواهد بود بنابراین محتوای هارمونیکی بسیار کم خواهد شد و با استفاده از یک فیلتر LC کوچک میتوان به خروجی ولتاژ سینوسی باکیفیت بسیار بالادست یافت, ضمن اینکه این نسل از اینورترها قابلیت کارکرد در ولتاژهای بالا را دارا میباشد و نسبت به دیگر توپولوژیهای مرسوم اینورترهای چند سطحی ادوات الکترونیک قدرت کمتری نیاز دارند و مشکل اینورتر خازن شناور و کلمپ دیودی را ندارند از اینرو کنترل آنها سادهتر و ولتاژ خروجی با دامنه بیشتری تولید میکنند که این امر در عملکرد DVR تأثیر بسزایی میگذارد و قابلیت اطمینان DVR را به علت ساختار مدولار شده اینورتر تا حد زیادی بالا میبرد و در جبرانسازی کمبود ولتاژ با دامنههای بیشتر عملکرد مطلوبی خواهد داشت. برای استخراج الگوی کلید زنی اینورترها از روش مدولاسیون بردار فضایی SVPWM استفاده میشود تا به خروجی با کمترین اعوجاج هارمونیکی (THD) و شکل موجی نزدیک به حالت سینوسی دست یابیم. در نهایت، جبرانسازی کمبود ولتاژ توسط DVR در سه تیپ مختلف (هفت، پنج و سه سطحی) از لحاظ THD ولتاژ تزریقی مورد مقایسه قرار میگیرد. شبیهسازی DVRهای پیشنهادی در محیط نرم افزاری MATLAB/Simulink انجام شده است.

کلمات کلیدی: بازیاب دینامیکی ولتاژ (DV R)، کمبود ولتاژ، مبدل چند سطحی مدولارشده با اتصال آبشاری (M MCC)، مدولاسیون .SVPWM

مقدمه

با افزایش روزافزون استفاده از دستگاههای الکترونیکی و کامپیوترها و دیگر تجهیزات حساس به کیفیت توان الکتریکی ساخت تجهیزات مناسب برای فراهم آوردن کیفیت مطلوب انرژی الکتریکی برای مصرفکنندهها اجتنابناپذیر میباشد. به منظور حفظ کیفیت توان در محدوده مشخص که توسط استانداردهای کیفیت توان تعریف شده است، باید از روش جبرانسازی استفاده کرد. در همین راستا ادوات Custom Power برای بهبود کیفیت توان در دهه ۱۹۸۰ مطرح گردیدند .(Lim, 2009) ادوات Custom Power، یکی از شاخصترین جبرانسازهای کیفیت توان در شبکههای توزیع نیروی برق به شمار میروند. در بین این تجهیزات، DVR مناسبترین تجهیز از لحاظ نحوه عملکرد برای جبران کمبود ولتاژ شناخته شده است. یکی از معمولترین مشکلات کیفیت توان کمبود ولتاژ (Voltage Sag) در سیستمهای توزیع نیروی برق میباشد. کمبود ولتاژ که به کاهش آنی اندازه rms ولتاژ در محدوده ۰/۱ تا ۰/۹ پریونیت (p.u) گفته میشود، به عنوان مهمترین مسئله کیفیت توان مطرح است کهمعمولاً به دلیل خطاها در سیستم قدرت، راهاندازی موتورهای القایی بزرگ، خروج بانکهای خازنی بزرگ و اشباع ترانسفورماتورها رخ میدهد . این پدیده بدلیل تأثیر روی بارهای صنعتی حساس و هزینههای به وجود آورده به خاطر خرابی و تعمیر و نگهداری، توجه شرکتهای برق و محققان را به خود جلب کرده است. بازیاب دینامیکی ولتاژ (DVR) یکی از تجهیزاتی است که به عنوان راه حل اساسی برای مشکل کمبود ولتاژ به کار میرود DVR .(Nielsen, 2006)اساساً، یک منبع ولتاژ کنترل شده است که بین شین تغذیه و بارهای حساس نصب میگردد. در واقع در هنگام نوسان ولتاژ، DVR که بصورت سری در سیستم قدرت قرار میگیرد با تزریق ولتاژ میتواند ولتاژ مطلوب را برای بارهای حساس تولید کند، که این در واقع کارکرد اصلی DVR است. این تجهیز توانایی تولید یا جذب مستقل توان راکتیو قابل کنترل واقعی و ولتاژ خروجی AC که به صورت سری به فیدر توزیع متصل است را دارد. به طور کلی DVR شامل اجزاء زیر است (اکبری، :(۱۳۹۲
(۱ اینورتر منبع ولتاژ (VSI)
(۲ المان ذخیره ساز انرژی (ESS)

(۳ فیلتر هارمونیک (۴ ترانسفورماتور تزریق سری (۵ استراتژی کنترلی

DVR یک تجهیز مبتنی بر الکترونی ک قدرت است که هسته اصلی آن از یک اینورتر منبع ولتاژ سه فاز تشکیل شده است (اکبری، .(۱۳۹۲ عملکرد این جبرانساز بدین صورت است که با تزریق سه ولتاژ قابل کنترل از لحا ظ دامنه و زاویه به صورت سری به شبکه، ولتاژ شینه بار را در مقدار مطلوب نگه میدارد. DVR علاوه بر تبادل توان راکتیو با شبکه برای جبرانسازی کمبود ولتاژنسبتاً زیاد و همچنین برای بارهایی با ضریب توان بالا باید قابلیت تبادل توان اکتیو با شبکه را هم داشته باشد. بنابراین، المان ذخیره کننده انرژی یکی از اجزای اصلی یک DVR بشمار میآید. قابلیت ذخ یرهسازی آن، میزان قابلیت جبرانسازی DVR را مشخص میکند. سیستمهای متفاوتی به عنوان المان ذخیره ساز انرژی میتوانند در ساختار DVR بکار بروند. از المان ذخیره کننده انرژی میتوان به انواع مختلف خازنها و ابر خازنها، باتریها، چرخ طیار و کویل مغناطیسی SMES اشاره کرد . انتخاب المان ذخیره کننده انرژی با در نظر گرفتن عواملی مانند میزا ن نیاز به انرژی ( و یا میزان جبرانسازی)، قیمت، تکنولوژی و در دسترس بوددن انتخاب میشود. در DVR ، برای تولید ولتاژ مطلوبمعمولاً از روش کلید زنی با فرکانس بالا استفاده میکنند. این روش باعث میشود تا در خروجی اینورتر استفاده شده در ساختار DVR، محتوای هارمونیکی فرکانس بالا ( نزدیک فرکانس کلید زنی) تولید شود که باید قبل از تزریق به شبکه حذف شوند. برای حذف محتوای هارمونیکی فرکانس بالا از فیلتر LC پایین گذر استفاده میشود. فیلتر میتواند در طرف اینورتر و یا شبکه نصب شود ولی نصب آن در طرف اینورتر باعث عملکرد مؤثرتر فیلتر میشود، چرا که به منبع هارمونیک نزدیک تر است. هدف از کاربرد DVR، حفاظت بارهای حساس در مقابل اغتشاشات سیستم است(.( Nielsen, 2006 شکل (۱) یک نمونه از مدار شماتیکی DVR را نشان میدهد.

شکل۱ .مدار شماتیکی DVR متصل به سیستم قدر ت

اینورترهای منبع ولتاژ (VSI) با توجه به ولتاژ خروجی مناسب در DVR ها استفاده میشوند . این اینورترها کهمعمولاً دو سطحی میباشند دارای معایب عمدهای از جمله ولتاژ خروجی با اعوجاج هارمونیکی بالا، نرخ تغییرات ولتاژنسبتاً زیاد و تلفات کلیدزنی بالا میباشد از این رو به فیلترهای LC بزرگی در ترمینال خروجی اینورتر نیاز است که این فیلتر LC بزرگ علاوه بر افزایش هزینه و حجم DVR، قدرت عملکردی DVR را کاهش میدهد زیرا این دسته از اینورترها قادر به کارکرد در سطوح بالا نمیباشند و به دلیل دو سطحی بودن (تعداد محدود سوئیچ) قابلیت اطمینان کمتری دارند که در کل سبب کاهش قدرت جبرانسازی DVR در کمبود ولتاژهای عمیق میگردد. برای غلبه بر این مشکل استفاده از اینورترهای منبع ولتاژ چند سطحی پیشنهاد میگردد. این دسته از اینورترها به دلیل تولید شکل موجهای خروجی با اعوجاج هارمونیکی بسیار پایین THD%)پایین)، فشار ولتاژ محدود بر روی ادوات کلیدزنی، قابلیت اطمینان بالا، دست یابی به سطوح بالایی از ولتاژ (MV) ، کارکرد در ولتاژ و توانهای بالا و نرخ تغییرات ولتاژ بسیار کم در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند. در این مقاله جبرانسازی کمبود ولتاژ ناشی از خطا در شبکه توزیع نیروی برق توسط DVR مبتنی بر اینورتر چند سطحی با ساختار مدولارشده و اتصال آبشاری (MMCC) مورد بررسی و شبیهسازی قرار گرفته است. در ادامه اینورتر منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصاال آبشاری MMCC تشریح شده و روش کلیدزنی بردار فضایی (SVPWM) برای کنترل ولتاژ پیشنهاد شده است. سپس ساختار و عملکرد DVR در شرایط کمبود ولتاژ در سه ساختار، DVR مبتنی بر اینورتر هفت سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC)، DVR مبتنی بر اینورتر پنج سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (M MCC)، DVR مبتنی بر اینورتر سه سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC) مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. شبیهسازیها در نرم افزار M ATLAB/Simulink انجام شده است.

ساختار اینورتر MMCC

شکل (۲) ساختار اینورتر چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری (MMCC) سه فاز را نشان میدهد که شامل سه اینورتر تک فاز است که هر ساق از این اینورتر متشکل از تعدادی سلول تمام پل (H-Bridge) میباشد که با یکدیگر سری شدهاند و در نهایت هر سه ساق این اینورتر با اتصال ستاره به یکدیگر متصل شدهاند و اینورتر پیشنهادی را به وجود میآورند (Akag i, 2011) و .(Akagi, 2010)

۲

این ساختار از اینورتر، نسل جدیدی از اینورترهای چند سطحی هستند که مشکلات دیودهای مس دودکنندهی زیاد یا مشکلات متعادلسازی ولتاژ خازنها را دارا نمیباشند(.(Jacobson, 2008 همان طور که در شکل (۲) مشاهده میشود هر سلول از این اینورتر دارای ساختار تمام پل میباشد. سلولهای H-Bridge باهدف دسترسی به ولتاژ عملکرد بالا و کاهش اغتشاشات هارمونیکی، بصورت سری بسته میشوند . استفاده از سلولهای مشابه باعث مدولار (Modular ) شدن این ساختار شده و بطور مؤثر منجر به کاهش هزینه خواهد شد . این اینورتر به دلیل مدولار بودن قابلیت اطمینان بالای دارد همچنین در این اینورتر (MMCC) بر خلاف سایر اینورترهای چند سطحی که از IGBT یا IGCT با ولتاژ بالا استفاده میکنند، اینورتر پیشنها دی از IGBTهای ولتاژ پایین به عنوان ادوات کلیدزنی ( سوئیچینگ) در هر سلول استفاده مینماید .(Hiller, 2012) بنابراین با اتصال سری این سلولها میتوان به ولتاژ بالایی دست یافت. از مهمترین مزیتهای اینورتر MMCC میتوان به موارد زیر اشاره نمود :(Akagi, 2011)
(۱ ساختار مدولار شده :(M odular) یکسان بودن سلولها در نتیجه کاهش هزینه
(۲ افزایش قابلیت اطمینان سیستم
(۳ پایین بودن THD% ولتاژ خروجی و عدم نیاز به فیلتر LC در ترمینال خروجی
(۴ پایین بودن نرخ تغییرات ولتاژ
(۵ کاهش تنش بر روی سوئیچها و کاهش مقادیر نامی سوئیچها
(۶ دستیابی به سطوح ولتاز بالا
(۷ بازده بالا
(۸ حداقل تعداد ادوات سوئیچینگ ، نسبت به مبدل چند سطحی کلمپ دیود و خازن شناور در سطوح ولتاژ برابر
(۹ کنترل آسان و عدم پیچیدگی اینورترهای کلمپ دیود و خازن شناور
از اینرو استفاده از این دسته اینورترها سبب بهبود عملکرد DVR در جبرانسازی خواهد شد.

روش مدولاسیون بردار فضایی (SVP WM)

در پالس دهی به روش مدولاس یون بردار فضایی، سیگنال ایجاد شده از تفریق ولتاژ تزریقی مرجع و ولتاژ تزریقی، توسط ماتریس تبدیل، به V ، V  و V 0 تبدیل میشود .(Donald, 2007) نسبت به مقادیر V  ، V  و V 0 پالسهای آتش به اینورتر اعمال میشود. در شکل (۳) بلوک دیاگرام روش پالس دهی ترسیم شده است. معادله (۱) ولتاژ سه فاز را به سیستم سه فاز در دستگاه مختصات ساکن تبدیل میکند که با مختصات  تعریف میشود .(G upta, 2011)

شکل.۳ بلوک دیاگرام پالس دهی به روش بردار فضایی

برای ایجاد پالسهای آتش باید مراحل زیر صورت گیرد (Karatsivos, 2010) و :(Kelly, 2009)
(۱ تبدیل V abc به V 

(۲ مشخص کردن سکتور مورد نظر (۳ تعیین مدت زمان اعمال هر حالت سوئیچینگ
در این مقاله مراحل فوق برای تولید پالس جهت کلیدزنی اینورتر MMCC برای تولید ولتاژ در DVR پیشنهادی به صورت برنامه نویسی در محیط MATLAB انجام شده است که بلوک دیاگرام روش مدولاسیون S VPWM در شکل (۴) نشان داده شده است و در شکل (۵) سکتورها جهت عملیا ت پالس دهی در اینورتر مورد نظر نشان داده شده است. شکل (۶) ولتاژ خط به خط اینورتر هفت سطحی MMCC استفادهشده در DVR را بر مبنای مدولاسیون SVPWM نشان میدهد و شکل (۷) تحلیل طیف هارمونیکی ولتاژ خروجی اینورتر مذکور را نشان میدهد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 32 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد