بخشی از مقاله
خلاصه
مشکلات کیفیت توان در شبکه توزیع روزبروز در حال گسترش است. بهترین و جامعترین ساختار بهبود دهنده کیفیت توان UPQC میباشد. این تجهیز دارای دو مبدل موازی و سری میباشد که در حالت متداول به صورت پشت به پشت آرایش یافتهاند. مبدل سری میتواند با تزریق ولتاژ سبب بهبود کیفیت توان در سمت بار شود. همچنین مبدل موازی با تزریق جریان، مشلات هارمونیکی ناشی از بار را از بین برده و به سمت شبکه انتقال نمیدهد. هر مبدل سری و موازی دارای شش کلید در حالت متداول میباشد. در صورتی که چند فیدر مجزا وجود داشته باشد، می توان از MC-UPQC استفاده کرد تا دو فیدر مجاور در بهبود کیفیت به هم کمک کنند. در این مقاله، ساختاری جدید برای MC-UPQC با دو مبدل سر ی و دو مبدل موازی با 12 کلید ارائه میگردد. این ساختار قادر است مشکلات ولتاژ در هر دو فیدر و مشکلات جریان در حالت بار هارمونیکی را برطرف نماید. صحت سنجی سیستم، شبیه سازی در نرم افزار MATLAB/Simulink انجام شد که نتایج صحت عملکرد سیستم را نشان داد.
کلمات کلیدی: جبرانساز یکپارچه توان، مبدل سری، مبدل موازی، کیفیت توان، کاهش تعداد کلید
.1مقدمه
تا قبل از سال 1990 از عنصر تریستور در اکثر ادوات FACTS استفاده می شد که بخاطر عدم کنترل در خاموشکردن آن، مشکلات و محدودیتهایی در کاربرد آن بوجود آورده بود. اما با بکارگیری قطعات نیمههادی با قابلیت خاموششدن از قبیل GTO و IGBT در این سال نسل جدیدی از ادوات FACTS عرضه گردید. در سال 1995 کاربرد ادواتFACTS در سیستم های توزیع مطرح گردید تحت عنواناداوات Custom Power نامیده شدند.[1]ادوات Custom Power مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت در سیستم های توزیع را می توان به سه دسته موازی - همانند جبران ساز استاتیک توزیع - - D-STATCOM - ، سری - همانند بازیاب دینامیکی ولتاژ - - DVR - ، سری - موازی - همانند بهساز یکپارچه کیفیت توان - - UPQC - تقسیم نمود .[2]
D-STATCOM نظارت دائمی بر پارامترهای خط داشته و با مقدار سیگنال مطلوب مقایسه می کند سپس مقدار جریان و ولتاژ لازم برای حذف اغتشاش ایجاد شده توسط بار را تولید می کند. بنابراین اجازه ورود اغتشاشات ایجاد شده توسط بار را به سیستم توزیع نمی دهد. DVR ساختاری مشابه D-STATCOM دارد با این تفاوت که ترانسفورماتور آن بطور سری با خط وصل می شود که وظیفه اصلی آن تزریق یک ولتاژ سری به سیستم برای جبران سازی و بهبود شکل موج ولتاژ می باشد.UPQC مرسوم از ترکیب سری- موازی مبدل های منبع ولتاژ که توسط یک خازن dc بهم متصل شده اند. مفهوم UPQC اولین بار در سال 1996 توسط H.Akagi و H.Fujita معرفی شد .[4-3]
بعنوان راه حل قوی برای رفع تقریباً کلیه اغتشاشات کیفیت توان، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این وسیله قابلیت جبران سازی همزمان فرو افتادگی ولتاژ - - sag، برآمدگی ولتاژ - - swell، فلیکر، عدم تعادل ولتاژ و جریان، توان راکتیو، جریان توالی منفی و هارمونیک ها را دارد.جبران کننده UPQC می تواند در مد کنترلی ولتاژ یا مد کنترلی جریان عمل کند. مبدل منبع ولتاژ موازی که به منزله یک منبع جریان کنترل کننده عمل می کند وظایف زیر را بر عهده دارد: حذف هارمونیک های جریان، جبران ساز توان راکتیو بار، تنظیم ولتاژ باس dc، جبران ساز نامتعادلی جریان سیستم، تصحیح ضریب توان، تأمین مقدار انرژی مورد نیاز قسمت سری .UPQCمبدل منبع ولتاژ سری که به منزله یک منبع ولتاژ کنترل شونده رفتار می کند وظایف زیر را بر عهده دارد: اصلاح عدم تعادل ولتاژ سه فاز در باس توزیع، جبران سازی فرو افتادگی، برآمدگی و فلیکر ولتاژ.
در اکثر کارهای انجام گرفته با UPQC ، ساختار راست- موازی به کار رفته است چون جبران کننده موازی به بار نزدیکتر است و هارمونیک های جریان و توان راکتیو بار، و جبران کننده سری اختلالات ولتاژ در سمت منبع را جبران می کند در [5]توانایی های UPQC با ساختار راست- موازی را بهتر از ساختار چپ - موازی نشان می دهد.UPQC با یک روش مدولار کنترل می شود حلقه های کنترل مجزا برای جبران کننده های سری و موازی طراحی می شوند که به طور مستقل از هم کار می کنند. تنها تعامل بین این دو جبران گر از طریق لینک dc است که می توان با تنظیم ولتاژ لینک dc کنترل شود.در سال 2012 در مرجع [6] یک مبدل قدرت نه سوئیچه - Nine-Switch UPQC - برای بهبود کیفیت توان و جبران افت ولتاژ - Sag - معرفی گردیده است.
مبدل قدرت نه سوئیچه نسبت به مبدل قدرت دوازده سوئیچه Back-To- - - Back UPQC دارای تعداد سوئیچ کم ولی دارای لینک dc بالاتری می باشد .[7]ولتاژ لینک DC بطور قابل ملاحظهای عملکرد UPQC را تحت تأثیر قرار میدهد. در عموم میزان ولتاژ لینک DC باید بزرگتر از میزان حداکثر ولتاژ شبکه باشد. برای این منظور در مرجع[ 8]مؤلف به این نتیجه رسیده است که برای تضمین یک عملکرد مناسب UPQC باید مقدار ولتاژ لینک DC روی 2/44 برابر پیک ولتاژ شبکه تنظیم شود. در صورتی که ولتاژ لینک DC کمتر از این مقدار باشد یک جبران نامناسبی را توسط UPQC خواهیم داشت. بنابراین در بسیاری از مطالعات از مقدار خازن DC بزرگتری استفاده شده است. با توجه به معیارهای ذکر شده، بسیاری از محققان از ولتاژ لینک DC بالا استفاده کرده اند .[17-9]
برای کاهش ولتاژ لینک DC در [19-18]یک فیلتر هیبریدی برای استفاده درایو موتور برای حذف هارمونیک های خاصی طراحی شده است.در این مقاله با استفاده از ساختار عمومی برای اینورتر نه کلیدی، یک اینورتر سه خروجی که دو خروجی به صورت سری و یک خروجی به صورت موازی میباشد، ارائه شده است. ساختار ارائه شده در دو فیدر مجاور میتواند مشکلات ولتاژ را بهبود دهد و در یک فیدر بار هارمونیکی را تغذیه کند و مشکلات کیفیت توانی آن به سمت شبکه انتقال نیابد.در ادامه در ساختار پیشنهادی برای جبرانگر یکپارچه توان ارائه میگردد. سپس نتایج شبیه سازی ارائه میگردد و در انتها نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه میگردد.
.2ساختار پیشنهادی
Error> Unknown switch argument. ساختار کلی سیستم پیشنهادی را نمایش میدهد. چنانچه مشاهده میگردد این سیستم در دو فیدر مجاور دارای دو جبرانگر سری و یک جبرانگر موازی است که از یک مبدل 12 کلیدی با سه خروجی تغذیه میگردد. در این سیستم در صورت بروز هرگونه اغتشاش ولتاژ در منابع 1 و2، با تزریق سیگنال مناسب از طریق مبدل های سری با ترانسفورماتور سری، ولتاژ دو سر بار در مقدار نامی تثبیت میگردد. همچنین در صورت اینکه بار شماره 1 جریان هارمونیکی دریافت کند، با تزریق از طریق مبدل موازی، مولفه های هارمونیکی و توان راکتیو مورد نیاز توسط مبدل تامین شده و به سمت شبکه انتقال نمییابد. در صورتی که این سیستم در هر خروجی دارای یک مبدل مجزا بود، بایستی 18 کلید استفاده شود. در ادامه در مورد نحوه عملکرد اینورتر و سیستم کنترلی بحث میگردد.
.1,2 اینورتر 12 کلیدی با سه خروجی
مبدل 12 کلیدی استفاده شده تعمیم یافته مبدل نه کلیدی استError> Unknown switch argument. .[20] مدار مبدل 15 کلیدی را نشان میدهد. چنانچه مشاهده میگردد این مبدل دارای سه خروجی است. یک خروجی به صورت موازی و دو خروجی به صورت سری در شبکه قرار گرفته است. برای کلیدزنی بایستی برای هر فاز و خروجی یک سیگنال مرجع به صورت زیر در نظر گرفته شود:
