بخشی از مقاله
خلاصه
جامعترین ساختار بهبود دهنده کیفیت توان UPQC میباشد. در ساختار UPQC به صورت متداول از دو مبدل 6 کلیدی استفاده میشود. در این مقاله یک ساختار بهبود دهنده جامع کیفیت توان ارائه میگردد که شامل دو مبدل سری و دو مبدل شانت است که این چهار مبدل از طریق 15 کلید به صورت ماژولار از یک اینورتر تامین میگردد تا مشکلات هارمونیکی در دو فیدر مجاور را حل نمایند. همچنین برای کنترل ولتاژ لینک DC از کنترلر PI استفاده شده است. بنابراین، ساختار ارائه شده قادر به حل تمام مشکلات هارمونیکی ولتاژ و جریان در دو فیدر مجاور میباشد. برای صحت سنجی سیستم، شبیه سازی در نرم افزار MATLAB/Simulink انجام شد که نتایج صحت عملکرد سیستم را نشان داد.
.1 مقدمه
با گسترش تجهیزات الکترونیکی و مصارف غیر خطی در سیستم توزیع و صنعت، مسایل کیفیت توان نظیر هارمونیک ها، فلیکرها و نامتعادلی به چالش بزرگی تبدیل شده است. علاوه بر آن، کلیدزنی بانک های خازنی، برخورد صاعقه در خطوط انتقال و خطاهای مختلف در شبکه میتواند سبب مشکلات کیفیت توان نظیر گذراها، افت/بیشبود ولتاژ و قطعی گردد. از طرف دیگر، گسترش استفاده از بارهای حساس شامل مدارات دیجیتالی باعث شده است که نیاز به منبع سینوسی خالص بیشتر دیده شود.
مبدلهای الکترونیک قدرت میتواند به خوبی در کاربرد بهبود کیفیت توان استفاده شود. در بسیاری از حالات، این مبدلهای به صورت سری یا شانت با شبکه قرار گرفته و میتوانند حبرانسازی هارمونیک، تثبیت ولتاژ انجام دهند. مبدلهای شنت برای کنترل جریان و مبدلهای سری برای کنترل ولتاژ استفاده میشوند. برای این کار معمولاً از دو مبدل پشت به پشت با لینک dc مشترک استفاده میشود که شامل 12 کلید است.
مفهوم UPFCدرسال 1991 توسط " گایوگی " عرضه شد، UPFCقادر به کنترل هم زمان یا انتخابی تمام پارامترهای موثر بر انتقال توان در خط انتقال - ولتاژ، امپدانس و زاویه فاز است - که به همین علت به آن کنترل کننده یکپارچه توان می گویند، علاوه برآن می تواند به صورت مستقل، انتقال هر دو توان حقیقی و راکتیو را در خط انتقال کنترل کند .[1] توپولوژی UPFC متداول، بر اساس استفاده از دو اینورتر سه فاز دو سطحی است[2] که یکی از اینورترها، اینورتر سری و اینورتر دیگری یک اینورتر موازی است. کارکرد اصلی اینورتر موازی تامین یا جذب توان حقیقی درخواست شده توسط اینورتر سری در لینک DC مشترک است تا مبادله توان حقیقی ناشی از تزریق ولتاژ سری را تامین کند.
توان دریافتی اینورتر سری از لینک DC مجددا توسط اینورترموازی به ac تبدیل و از طریق یک ترانسفورماتور موازی بسته شده به شینه خط انتقالی مرتبط میشود. علاوه بر نیاز اینورتر سری به توان حقیقی، اینورتر موازی نیز می تواند در صورت ضرورت توان راکتیو قابل کنترل تولید و یا جذب کند، به این صورت جبران سازی موازی توان راکتیو را به این خط به صورت مستقل تامین نماید. هیچگونه شارش توان راکتیو از لینک DC در UPFC نمی تواند وجود داشته باشد 3]؛.[6 در این ساختار امکان تزریق ولتاژ سری سینوسی با اعوجاج هارمونیکی کم وجود ندارد، دو روش مناسب برای حل این مشکل استفاده از ترانسفورماتورهای زیگزاگ[7] و استفاده از اینورترهای چند سطحی به جای اینورترهای دو سطحی است[8] که هر کدام از این روش ها دارای مشکلاتی است.
استفاده از ساختار زیگزاگ فضای زیادی اشغال می کند، از نظر هزینه گرانتر است، استراتژی کنترل آن مشکل تر است و همچنین تلفات بیشتری دارد .[7] در طرف دیگر، اینورترهای چند سطحی استانداردهای THD را بدون هزینه های ترانس برآورده می کنند و به نظر می رسد که یک کاندیدای مناسب برای ساختار UPFC باشند وذدر سالهای اخیر مقالات متعددی در مورد استفاده از مبدلهای چند سطحی ارائه شده است8]؛.[10 اینورترهای چند سطحی سری برای کاربرد UPFC مناسب نیستند چون نصب منبع DC مجزا بین دو اینورتر در یک آرایش پشت به پشت ممکن نیست و هنگامی که دو اینورتر به صورت سنکرون کلید زنی می شوند امکان اتصال کوتاه وجود دارد.
برای حل این مشکل ترانسفورماتورهای سری پیشنهاد شده که استفاده از آن ها موجب افزایش هزینه UPFC می شود.[7] از طرف دیگر، مشکل اینورترهای دیود-کلمپ وخازن شناور، مشکل بودن استراتژی کنترل ومدارقدرت آنها است [1] و .[5] برای حل مشکلات مطرح شده، ساختاری که در[11] مطرح شده است شامل یک اینورتر دو خروجی شش کلیدی دوسطحی که به صورت موازی به شبکه وصل می شود و یک خازن سری به جای ساختار متداول که شامل یک اینورتر سری ویک اینورتر موازی است. علاوه بر امکان تزریق ولتاژ سری سینوسی با اعوجاج هارمونیکی کم، توان نامی این ساختار نیز نسبت به ساختارهای مرسوم پایین تر است.
در 14]؛[12 از کنترلر فازی در کاربرد FACTS نظیر STATCOM و UPFC استفاده شده است. در [15 ]کاربرد یک ساختار جدید UPFC بدون ترانسفورماتور برای اتصال دو شبکه AC سنکرون با اختلاف فاز بزرگ ارائه شده است. ساختار ارائه شده در این مقاله براساس مبدل های چند سطحی آبشاری می باشد. همانطوری که می دانید شارش توان اکتیو بین دو ژنراتور بیشتر به اختلاف فاز وابسته است. در صورتی که دو شبکه با اختلاف فاز بالا به هم اتصال یابند، جریان بالایی در خط انتقال شارش یافته و سبب آسیب رساندن به ژنراتورها و سایر تجهیزات خواهد شد.
بنابراین اتصال دو شبکه AC هم فاز بدون تجهیز کمکی امکان پذیر نمی باشد. برای دهه های زیادی محققان روش های مختلفی برای این مساله پیشنهاد داده اند UPFC .بدون ترانسفورماتور می تواند این وظیفه را به عهده بگیرد و اتصال بین دو شبکه، کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو انجام دهد و ولتاژ لینک DC را کنترل نماید. یک روش مدولاسیون و کنترلی برای UPFC بدون ترانسفورماتور در [16] ارائه شده است. 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.
.2 ساختار پیشنهادی
شکل 1 ساختار کلی سیستم پیشنهادی را نمایش میدهد. چنانچه مشاهده میگردد این سیستم در دو فیدر مجاور دارای دو جبرانگر سری و دو جبرانگر موازی است که از یک مبدل 15 کلیدی با چهار خزوجی 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 جریان غیر خطی 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 24 کلید استفاده می-شد زیراکه هر خروجی به شش کلید نیاز دارد. در ادامه در مورد نحوه عملکرد اینورتر و سیستم کنترلی بحث میگردد . در صورتی که بار یک فیدر هارمونیکی نباشد، می توان یکی از مبدل های شنت را حذف کرد و مبدلی با سه خروجی و 12 کلید کافی میباشد. در اینصورت بار یکی فیدر هارمونیکی و حساس است و فیدر دیگر بار حساس است و هیچ افتی یا بیشبود ولتاژی حس نخواهد کرد.
