بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه یکی از بزرگترین چالشهای شبکه توزیع، فلیکر ولتاژ است که باعث بروز مشکلات زیادی همچون تأثیر سو بر چشم انسان و ایجاد خطا در دستگاههای حساس میشود. برای برطرف کردن این مشکل روشهای زیادی ازجمله استفاده از جبرانسازها پیشنهاد شده که روزبهروز نتایج بهتری در این زمینه کسب میشود. در میان جبرانسازها، جبرانساز توان راکتیو ازلحاظ نتیجه و صرفه اقتصادی دارای عملکرد مناسبی است. این تجهیزات با تزریق توان راکتیو در فیدر آلوده موجب میشوند که میزان فلیکر ولتاژ به میزان چشمگیری کاهش پیدا کند.
موضوع قابل اهمیت دیگر در انجام این کار انتخاب روش مناسب کنترلی میباشد که نقش اصلی را در جبرانسازی ایفا میکند. در این مقاله برای جبرانسازی فلیکر ولتاژ از یک SVC نوع TCR-FC استفاده شده که به فیدر آلوده در شبکه توزیع متصل میباشد. برای ایجاد فلیکر ولتاژ از یک بار متغییر با زمان استفاده شده که میزان آن در یک بازه مشخصدائماً در حال تغییر است. روش کار اینگونه است که با استفاده از تزریق توان در نقطهی موردنظر و کنترل میزان آن با کلید زنی عمل جبرانسازی انجام میشود. PSCAD یکی از پرکاربردترین نرمافزارهای صنعت برق است که در این مقاله نیز برای بررسی میزان تأثیر SVC بر روی پدیده فلیکر استفاده میشود.
1 مقدمه
در سیستمهای توزیع به دلیل تنوع بارها مشکلات زیادی به وجود میآید که به علت ارتباط مستقیم با مصرفکنندهها اهمیت دور بودن این سیستم از مشکلات زیاد است و چون بحث رقابتی بودن بازار برق در سیستم توزیع مطرح بوده و بسیار مهم است؛ بهبود هرچه بیشتر انرژی تحویل دادهشده به مصرفکنندگان مخصوصاً واحدهای صنعتی از اهمیت فراوانی برخوردار است. برای از بین بردن این مشکلات از ادوات جبرانساز نظیر SVC استفاده میشود که با توجه به نوع چالش به وجود آمده باید نوع جبرانساز انتخاب شود.
این چالشها در مصارف خانگی یا تجاری مشکلات زیادی را به وجود نمیآورند ولی در مصارف صنعتی اینگونه نیست چراکه بارهای صنعتی به دلیل حساس بودن و هزینههای تأمین و تعمیر و نگهداری زیاد دچار اختلالات و متحمل خسارات زیادی میشوند. امروزه نیز به دلیل ورود ادوات الکترونیک قدرت و بارهای غیرخطی مثل کورههای قوس الکتریکی و القایی به صنعت این پدیدهها بیشازپیش به چشم میخورند چراکه غلباً دلیل ایجاد مشکلات از این قبیل، ادوات ذکرشده میباشند .[1]
یکی از مشکلات مهم در شبکههای توزیع فلیکر ولتاژ است. این پدیده عوارض و اثرات سوء فراوانی دارد که 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 یک برشگر را در نظر بگیرید که میبایست در ابعاد مشخص یک محصول را برش دهد؛ حال اگر برشگر براثر فلیکر دچار خطا شود واحد صنعتی موردنظر دچار خسارت مالی میشود.
از نمونه دیگر اثرات مخرب اینچنینی فلیکر میتوان به تأثیر آن بر روی تجهیزات حساس مثل PLC، درایوهای تنظیم سرعت موتورها، گیرندههای مخابراتی و تجهیزات پزشکی اشاره کرد. عوامل متعدد و گوناگونی در به وجود آمدن فلیکر ولتاژ دخیل هستند. بهطورکلی تجهیزات و عوامل ایجادکننده فلیکر را میتوان بهصورت زیر دستهبندی کرد:
- 1 راهاندازی بارهای بزرگ مثل موتورهای الکتریکی - 2 عبور جریانهای نامنظم و غیر سینوسی ناشی از کورههای الکتریکی، دستگاه جوشکاری و حفاری - 3 قطع و وصل سریع بارها - 4 نوسانات بار برای رفع مشکل فلیکر میتوان از جبرانسازها استفاده کرد. در میان جبرانکنندهها SVC به خاطر قابلیت انعطافپذیری بالا، سرعت پاسخ مناسب و صرفهی اقتصادی خوب، موردتوجه بسیاری قرارگرفته است. خروجی SVC توسط کلیدهای تریستوری کنترل میشود که این کنترل با زاویهی آتش تریستورها انجام میشود. با شبیهسازی کامپیوتری میتوان تئوریها و روشهای ارائهشده را مورد بررسی قرار داد. نرمافزارهای زیادی در صنعت برق ارائه شده که PSCAD یکی از مشهورترین آنها است.
-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 این 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.
PWM -3 و بهرهگیری از آن برای کلیدزنی
PWM یا همان مدولاسیون پهنای پالس روشی است که برای کلیدزنی در این مطالعه از آن استفاده شده است. PWM بهصورت تک فاز و سه فاز انجام میشود. در اینجا از روش اول یعنی SPWM بهره گرفته شده که دلیل آن آسان بودن و برتری داشتن نسبت به سایر روشها است. در روش گزینششده طبق شکل 2 موج Carrier را که از نوع مثلثی است با سه موج مرجع سینوسی که هرکدام 120 درجه باهم اختلاففاز دارند، قطع میدهیم.
