بخشی از مقاله
خلاصه
با رشد سریع تکنولوژی، ادوات الکترونیکی و کامپیوتری و سیستمهای اتوماسیون بیش از پیش کاربرد پیدا میکنند. این ادوات به عنوان ادوات حساس شناخته میشوند. به بیان بهتر تجهیزات الکترونیکی و کامپیوتری به کیفیت ولتاژی که از آن تغذیه میشوند بسیار حساس هستند و اگر کیفیت ولتاژ تغذیه کننده آنها مطلوب نباشد خسارات بسیاری به بار خواهد آورد. از طرفی خطاهای اتصال کوتاه سبب بروز مشکلات ناپداری در شبکه و مشکلات ولتاژ در شبکه میشوند. محدودساز جریان خطا با سری کردن امپدانس در مسیر خطا سبب محدود سازی جریان خطا میشود. در حالت عادی شبکه نیز در حالت بی بار بسر میبرد و سبب میشود که اتلاف توان صورت گیرد.
در این مقاله، ساختاری براساس اینورترهای چند سطحی برای دو منظور محدودسازی جریان خطا و از بین بردن مشکلات کیفیت توان ولتاژ ارائه شده است. در این ساختار، با استفاده از کنترل مناسب اینورتر چند سطحی، در حالت افت یا بیشبود ولتاژ، ولتاژ خروجی اینورتر با استفاده از ترانسفورماتور تزریق به صورت سری به شبکه تزریق میگردد و سبب میگردد بار احساس افت ولتاژ نداشته باشد. در حالت بروز اتصال کوتاه نیز، فیلتر خروجی اینورتر به عنوان راکتور کاهنده جریان خطا عمل میکند و خروجی اینورتر توسط تریستور اتصال کوتاه میگردد. برای صحت سنجی عملکرد سیستم، شبیه سازی در محیط MATLAB/Simulink انجام گرفته است که نتایج صحت عملکرد سیستم را نشان میدهد.
کلمات کلیدی: محدودساز جریان خطا، اینورتر چندسطحی، کیفیت توان
.1 مقدمه
اتصال شبکه ها به یکدیگر و حضور منابع تولید پراکنده سبب شده است که دامنه جریان اتصال کوتاه افزایش یابد. اینافزایش جریان، سبب صدمات زیادی به تجهیزات نصب شده در شبکه شده و حتی میتوانند سبب جزیرهای شدن DGگردد.[2-1] همچنین، بروز اتصال کوتاه در شبکه سبب کاهش ولتاژ تمامی شینهها شده و حتی میتواند سبب خاموشی کلسیستم گردد. از طرفی، با حضور بارهایی غیر خطی از جمله بارهایی که دارای یکسوساز هستند، ، کیفیت توان در شبکه مختل شده است بنابراین مشکل اصلی شبکه های قدرت مدرن افزایش جریان خطای اتصال کوتاه و کیفیت توان میباشد-3] .[6یک راه حل مناسب برای کاهش جریان خطای اتصال کوتاه، استفاده از محدود کننده جریان خطا - * - FCL میباشد. اساس کار FCL بر سری کردن امپدانس بزرگی در مسیر جریان خطا، در حین بروز اتصال کوتاه میباشد.[12-7]
از طرفی DVR از ادواتی است که به صورت سری در شبکه قرار میگیرد و میتواند مشکلات کیفیت توان ناشی از ولتاژ نظیر کمبود، بیششبود، هارمونیک و نامتعادلی را با استفاده ازآن حل نمود. برای کاهش هزینهها میتوان تجهیزی استفاده کرد که هر دو مشکل کیفیت توان و جریان اتصال کوتاه بالا را با استفاده از آن رفع نمود.[16-13] در مراجع [19-17] از
DVR برای منظور FCL استفاده شده است. این امر سبب بالارفتن ظرفیت توان DVR شده و باعث بالارفتن هزینه اجرایی آن میگردد.در این مقاله، ساختاری برای دو هدف کاهش جریان اتصال کوتاه و بهبود کیفیت توان با استفاده از اینورترهای چند سطحی ارائه شده است. ساختار پیشنهادی دارای یک منبع ولتاژ DC ، یک اینورتر چند سطحی، فیلتر خروجی و تریستور در هر فاز میباشد که با استفاده از ترانسفورماتور تزریق به شبکه به صورت سری وصل شده است. در ادامه ساختار پیشنهادی معرفی میگردد، سپس نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار MATLAB/Simulink ارائه خواهد شد. در انتها نیز نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه میگردد.
2.ساختار پیشنهادی
ساختار پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. این مدار در هر فاز دارای یک منبع ولتاژ DC، یک اینورتر تکفاز 5سطحی، فیلتر خروجی LC و یک تریستور کروبار تشکیل شده است. خروجی هر فاز نیز با یک ترانسفوماتور T4 - تا - T6 به شبکه به صورت سری وصل شده است. تریستور دوطرفه کروبار در هر فاز دوسر ترمینال خروجی ماژول اینورتر قرار گرفته و وظیفه آن ایجاد عملکرد محدود سازی جریان خطا میباشد. us ، Ud، uDVR و ul به ترتیب بیانگر ولتاژ تغذیه، ولتاژ لینک dc، ولتاژ خروجی FCL-DVR در سمت اولیه ترانسفورماتور سری و ولتاژ نقطه اتصال PCC میباشد. iS جریان تغذیه وiLجریان بار میباشد. Zs و Zl امپدانس معادل شبکه و خط میباشد.چنانچه در شکل 1 مشاهده میگردد، تفاوت اصلی FCL-DVR و DVR وجود سه تریستور دوطرفه کروبار میباشد. این تریستورها برای هرفاز براساس شرایط کاری فعال یا غیرفعال خواهند بود.
زمانیکه شبکه در حالت عادی باشد، تریستور کروبار غیرفعال بوده و FCL-DVR در حالت جبرانسازی ولتاژ میباشد. زمانیکه اتصال کوتاه اتفاق میافتد، تریستور کروبار فعال میگردد تا سلف خروجی از طریق ترانسفورماتور سری در مسیر جریان قرار دهد. همزمان، کلیدهای اینورتر چند سطحی خاموش خواهند شد. بنابراین FCL-DVR درحالت محدودسازی جریان عمل خواهد کرد. جریان اتصال کوتاه بوسیله سلف Lاز طریق تریستور کروبار محدود میگردد. ماکزیمم جریان خطا توسط زاویه آتش تریستور کنترل میگردد. بنابراین هر دو وظیفه محدود سازی و DVR بدون افزایش توان در ساختار DVR حصول میگردد.وقتی FCL-DVR در حالت بهبود کیفیت توان ولتاژ میباشد، تریستور دوطرفه کروبارغیرفعال میگردد. ساختار پیشنهادی به صورت DVR متداول عمل میکند و می توان آنرا به صورت یک منبع ولتاژ وابسته طبق شکل 2 مدل کرد. زمانیکه اغتشاش ولتاژ رخ میدهد، FCL-DVR ولتاژ u1 را برای جبرانسازی به صورت سری تزریق مینماید. بنابراین ولتاژ بار تثبیت شده و کیفیت توان بهبود مییابد.
