بخشی از مقاله
چکیده:
بخش عمده سیستمهای قدرت را شبکههای توزیع و مصرفکنندگان متصل به آن تشکیل میدهند. در بخشهای مختلف شبکه توزیع بارهایی نظیر کورههای قوس الکتریکی، دستگاههای جوشکاری و موتورها وجود دارند که باعث به وجود آمدن مشکلات زیادی در زمینهی کیفیت توان میشوند. ازجملهی پدیدههای کیفت توان میتوان به فلیکر ولتاژ و نامتعادلی جریان اشاره کرد. فلیکر ولتاژ اثرات مخرب زیادی روی تجهیزات حساس میگذارد و باعث بروز خطا در عملکرد آنها میشود. نامتعادلی جریان نیز همچون فلیکر مشکلاتی در شبکه قدرت به وجود میآورد. بهطور مثال این پدیده باعث اختلال در عملکرد تجهیزات حفاظتی از قبیل رلهها میشود و همچنین موجب افزایش تلفات در سیستم قدرت میشود.
مطالعات گستردهای برای جبران سازی این دو پدیده صورت گرفته که هرکدام نقاط قوت و ضعف فراوانی دارند که یکی از روشها برای کم کردن این اثرات، استفاده از جبران سازها میباشد. این مقاله قصد دارد همزمان دو پدیدهی فلیکر ولتاژ و نامتعادلی جریان را بهوسیله یک SVC جبران کند. روش ارائهشده برای این کار، استفاده از تزریق توان راکتیو است که میزان این توان راکتیو با کنترل زاویه آتش کلیدها تعیین میشود. برای محاسبه زاویه آتش، مؤلفههای موهومی جریان بار و جبران ساز اندازهگیری شده و سپس با استفاده از کنترلر و مدار کلیدزنی مقدار آن تعیین میشود. نتایج حاصل از این تحقیق در حضور جبران ساز و بدون حضور آن که توسط نرمافزارهای مربوطه مورد بررسی قرار گرفته، نشان میدهد علاوه بر جبران فلیکر ولتاژ جریان نیز متعادلتر شده است.
واژگان کلیدی: فلیکر ولتاژ، نامتعادلی جریان، شبکههای توزیع، جبران ساز توان راکتیو
-1 مقدمه
با توجه به پیشرفتهای به وجود آمده در صنعت برق، چالشهای جدید نیز به وجود آمده است. ازجمله این چالشها که اهمیت زیادی هم دارد پدیدههای مربوط به کیفیت توان مثل فلیکر، نویز و نامتعادلی ولتاژ و جریان است. بالطبع به وجود آمدن چنین مشکلاتی مهندسین را به فکر و تکاپو انداخته تا درصدد یافتن راههای مختلف برای مشکلات به وجود آمده باشند. در این راستا طراحی ادوات جبران ساز و بهکارگیری آنها یکی از راهحلهای خوب و ایدهآل میباشد [1]؛ اما نوع، اندازه، مکان و دیگر ابعاد موجب شده تا روشهای پیشنهادشده در این زمینه بسیار زیاد باشد. از سوی دیگر موضوعاتی همچون روشهای کنترلی مختلف و مباحث اقتصادی باعث شده تا این راهحلها از جهات دیگر نیز مثل سرعت عمل و راندمان اقتصادی مورد ارزیابی قرار گیرند.
به همین خاطر استفاده از جبران ساز استاتیکی توان راکتیو - SVC - در رفع مشکلات ذکرشده با توجه به ویژگیهای قابلقبول در مقایسه با سایر ادوات در این زمینه موردتوجه قرار گرفته است. البته باید به این موضوع توجه داشت که مطالب گفتهشده در مورد وجود مشکلات و جبران آنها در سیستم توزیع مطرح میباشد چون عملاً برخی از پدیدههای کیفیت توان مثل فلیکر ولتاژ که موردبحث در این مقاله میباشد در سیستم انتقال به دلیل عدم تأثیر و ایجاد مشکل مطرح نیست.
اثرات ناشی از فلیکر دو جنبهی اصلی دارد. جنبهی اول احساس آن بر روی چشم انسان است که ناشی از سوسوزدن منابع روشنایی است و موجب آزار و اذیت چشم میشود. اثر دیگر فلیکر بر روی تجهیزات الکتریکی میباشد. بهطور مثال میتوان به تأثیر آن بر روی تجهیزات حساس مثل PLC، درایوهای تنظیم سرعت موتورها، گیرندههای مخابراتی و تجهیزات پزشکی اشاره کرد. فلیکر به دو دستهی دورهای و غیر دورهای تقسیم میشود. فلیکر دورهای بهصورت تکراری میباشد و در یک فرکانس معلوم نوسان میکند. این نوع فلیکر از نوسانات پریودیک ولتاژ که اغلب ناشی از راهاندازی موتورها است، پدید میآید که بهصورت یک موج مدولهشده سوار موج اصلی میشود. در خصوص فلیکر غیر دورهای، نوسانات بهصورت اتفاقی بوده و مدل خاصی ندارد که اغلب توسط تجهیزات نظیر کورههای قوس الکتریکی، دستگاههای جوشکاری ایجاد میشود که جریانی نامنظم از سیستم میکشند.
نامتعادلی عدم تعادل بین جریانهای یک سیستم سه فاز است. در حالت عادی جریانهای یک سیستم متعادل هستند. درواقع علت به وجود آمدن نامتعادلی جریان، بارهای غیرخطی و نامتعادل میباشد. البته این امکان نیز وجود دارد که به دلیل قطع شدن یا اختلال در یکی از فازها این پدیده رخ دهد. نامتعادلی در شبکه قدرت به دو شکل استاتیکی و دینامیکی وجود دارد. عدم تعادل استاتیکی مربوط به بارهای امپدانس ثابت هست که همواره دارای یک رفتار مشخص و معین است؛ اما عدم تعادل دینامیکی مربوط به رفتار جمعی بارهای مرکب میباشد که رفتار مشخص و قابل پیشبینی ندارد.
-2 جبران فلیکر ولتاژ با استفاده از تئوری تزریق توان راکتیو به کمک SVC
دلیل استفاده از این تئوری برای جبران فلیکر ولتاژ این است که ارتباط مستقیم بین نوسانات ولتاژ و توان راکتیو وجود دارد، بهطوریکه میتوان گفت فلیکرهایی که غالباً توسط بارهای قوسی ایجاد میشوند ناشی از تغییرات سریع و شدید توان راکتیو میباشند. برای اثبات این موضوع میتوان به فرمول ساده - 1 - که با آن آشنا هستیم اشاره کرد. پس ما میتوانیم با ایجاد تغییرات در میزان توان راکتیو شبکه، نوسانات ولتاژ را کنترل کنیم. این عمل با نصب یک SVC و تزریق یا جذب توان راکتیو توسط آن در محل ایجاد نوسانات انجام میشود. حال اگر از SVC نوع TCR-FC استفاده شده باشد توان راکتیو آن برابر با - 2 - خواهد شد. در این رابطه QC توان تولیدشده توسط خازن ثابت و QL نیز توان تولیدشده توسط سلف متغیر میباشد که میزان آن با کلیدزنی کنترل میشود. مقادیر QC و QL از طریق روابط - 3 - و - 4 - محاسبه میشود که XC و XL به ترتیب راکتانس های خازنی و سلفی هستند .[2]
البته میتوان بهجای استفاده از راکتانس در معادلات از سوسپتانس استفاده کرد چراکه در حالت سه فاز باید از روابط ماتریسی استفاده نمود که در این شرایط استفاده از سوسپتانس بهجای راکتانس بسیار راحتتر خواهد بود چون در این حالت طرف دوم معادله بهجای تقسیم، ضرب میشود و ضرب ماتریسی بسیار سادهتر از تقسیم آن میباشد. برای این کار کافی است بهجای X از 1/B استفاده کنیم. حال این توان راکتیو تولیدشده توسط SVC با توان بار تلفیق شده و بهاینترتیب فلیکر جبران میشود. در شکل 1 و رابطه - 5 - طریقه انجام این کار را میبینیم. در رابطه ذکرشده QL توان راکتیو بار و QS توان راکتیو سمت چپ باس آلوده ما بعد از جبران سازی میباشد.
-3 محاسبه زاویه آتش کلیدها با روش کنترلی پیشنهادشده
بارهایی که مشکل فلیکر را ایجاد میکنند اغلب بهصورت نامتقارن در هر فاز ایجاد فلیکر میکنند به همین دلیل باید جداگانه فازها کنترل شوند تا بتوان توان تزریق یا جذبشده در هر فاز توسط سلف را کنترل نمود. برای این کار باید روش کنترلی انتخاب شود که زاویه آتش
