بخشی از مقاله
چکیده
یکی از انواع جبران کنندههاي توان راکتیو استاتیک - SVC - نوع راکتور تایریستور کنترل - TCR - است. این نوع SVC بدلیل تولید هارمونیکهاي جریان نیاز به بانک فیلتري براي حذف آنها دارد. در این مقاله چگونگی طراحی یک بانک فیلتر مناسب براي SVC پست 230/63/20 کیلوولت بندرلنگه ارائه گردیده است. براي تعیین روند طراحی فیلتر، الگوریتم جامعی تدوین شده که طراحی بر اساس آن صورت میپذیرد.
در شروع طراحی آرایش مناسب و تعداد شاخههاي فیلتر تعیین میگردد. با استفاده از منحنیهاي امپدانس مشخصه تشدید سري و موازي طراحی اولیه فیلتر انجام شده و مقادیر اولیه هر شاخه تعیین میگردد. در ادامه با استفاده از شبیهسازي زمانی کارایی فیلتر از نظر تأمین توان راکتیو و حذف هارمونیکهاي جریان و عملکرد آن از نظر عدم ایجاد تشدید بررسی میشود
.1 مقدمه
استفاده از جبران کنندههاي توان راکتیو در شبکه برق به نصب بانکهاي خازنی و استفاده از کندانسورهاي سنکرون برمیگردد. هدف از نصب بانکهاي خازنی جبران توان راکتیو و حفظ ولتاژ در سطوح مجاز آن است. تغییرات دائمی بار، تنظیم ولتاژ با استفاده از یک بانک خازنی ثابت را عملا غیر ممکن میکند. بمنظور حل این مشکل استفاده از بانکهاي خازنی پلهاي پیشنهاد شد. عملکرد گسسته و پلهاي این بانکهاي خازنی و سرعت پایین قطع و وصل آنها نیازهاي سیستم قدرت را برآورده نمیکند.
کندانسورهاي سنکرون قابلیت عملکرد پیوسته و البته سرعت پاسخ بالاتر نسبت به بانکهاي خازنی را دارند. ولی به دلیل وجود اجزاء دوار داراي هزینه تعمیر و نگهداري نسبتا بالا بوده و سرعت پاسخ آنها نیز تحت تأثیر دینامیک کند روتور است. با توسعه دامنه کاربرد ادوات الکترونیک قدرت به سطوح بالاتر ولتاژ و جریان ایده استفاده از این اداوات در شبکه برق شکل گرفت و به دنبال آن ادوات جبران کننده توان راکتیو استاتیک - - SVC شامل راکتور تایریستور کنترل - - TCR، خازن طراحی بانک فیلتري براي جبران کننده توان راکتیو استاتیک - SVC - بندر لنگه تایریستور سوئیچ - - TSC و راکتور قابل اشباع - - SR در دهه هفتاد میلادي معرفی گردیدند.
با گذشت حدود 30 سال از ابداع SVC ، تکنولوژي ساخت آن به تکامل رسیده و از نظر دامنه کاربرد و قابلیتها تواناییهاي خود را به نشان داده است. علیرغم این مسأله سازندگان SVC در دنیا محدود بوده و عملا تکنولوژي ساخت آن محدود به چند شرکت است. پژوهشگاه نیرو به منظور گام گذاشتن در حیطه ساخت SVC و تولید دانش طراحی و ساخت آن از چندین سال پیش اقدام به طراحی و ساخت SVC در ابعاد آزمایشگاهی و نیمه صنعتی نموده است. در ادامه این روند و با همکاري شرکت توانیر قرارداد طراحی و ساخت یک SVC از نوع TCR با ظرفیت +15/-15 مگاوار در سطح ولتاژ 20 کیلوولت بمنظور نصب در پست 230/63/20 کیلوولت بندرلنگه منعقد گردید. در این مقاله روند طراحی بانک فیلتري مورد نیاز این SVC ارائه گردیده است.
.2 تدوین روند طراحی فیلتر
دانش طراحی فیلترهاي پسیو در کشور عموما محدود به سطوح ولتاژ فشار ضعیف است. به همین لحاظ در تدوین روند طراحی و تعین الزامات طراحی در سطح 20 کیلوولت نیاز به تحقیق وسیع و استفاده از منابع خارجی بود که البته این منابع نیز عمدتا کلی و فاقد اطلاعات فنی لازم هستند. با در نظر گرفتن ملاحظات خاص مربوط به SVC و اضافه نمودن جزئیات لازم به چلرچوب فوق الگوریتم طراحی فیلتر تعیین گردید. این الگوریتم در ضمیمه الف نشان داده شده است. با توجه به اینکه روند طراحی طبق این الگوریتم صورت میپذیرد توضیحات مربوط به آن در طی طراحی ذکر میشود.
.3 مشخصات سیستم قدرت و SVC
محل نصب SVC در ثالثیه ترانسفورماتور 230/63/20 کیلوولت پست بندر لنگه میباشد. امپدانس معادل شبکه از دید شینه 20 کیلوولت برابر 0/457 پریونت بوده و مقادیر امپدانسهاي هارمونیکی تا مرتبه 11 نیز اندازهگیري گردیده و در دسترس است. با توجه به ظرفیت SVC بانک فیلتر مورد نظر باید قادر به تأمین 15 مگاوار توان راکتیو خازنی باشد. ظرفیت TCR نیز 30 مگاوار است.
حداکثر جریانهاي هارمونیکی TCR در زوایاي آتش مختلف در جدول - - 1 ذکر گردیده است.[2] براي شاخه دوم هر دو آرایش تک تنظیمه و بالاگذر قابل بررسی است. روابط مورد نیاز براي فیلتر تک تنظیمه در ضمیمه ب ذکر گردیده است. انتخاب فرکانس تنظیم فیلتر مهمترین بخش طراحی است. تنظیم فیلتر در فرکانس هارمونیک مورد نظر منجر به دو مشکل میشود:
- 1 امپدانس بسیار کوچک فیلتر در فرکانس تنظیم منجر به جاري شدن هارمونیکهاي مجاور به سمت فیلتر شده و میتواند منجر به اعمال اضافه بار به فیلتر شود.
- 2 تعامل بین امپدانس فیلتر و امپدانس شبکه باعث ایجاد فرکانس تشدید موازي در فرکانسی کمتر از فرکانس تنظیم فیلتر میشود. تغییر امپدانس اجزاء فیلتر با گذشت زمان بطور غالب در جهت افزایش فرکانس تنظیم فیلتر عمل میکنند. در صورت تنظیم فیلتر در فرکانس هارمونیک مورد نظر این تغییرات باعث ایجاد فرکانس تشدید موازي در نزدیک هارمونیک مورد نظر میشود.
براي جلوگیري از مشکلات فوق اغلب فرکانس تنظیم %3 تا %15 کمتر از فرکانس هارمونیک مورد نظر انتخاب میشود.[3] این کار ضمن فراهم نمودن عملکرد فیلترینگ مطلوب تا حدودي خروج از تنظیم فیلتر را جبران میکند. بانک فیلتري باید در شرایط عادي شبکه و فیلتر محدودیتهاي هارمونیکی استاندارد را برآورده نموده و توان راکتیو خازنی مورد نیاز را نیز تأمین کند. مشخصات نامی فیلتر و اجزاء آن نیز باید به گونهاي تعیین شود که شرایط پیشامدي شبکه و فیلتر مشکلی براي آنها فراهم نکند.
شرایط عادي شبکه عبارتند از:
-1 در نظر گرفتن هارمونیکهاي ولتاژ و جریان موجود و آینده.
-2 تغییرات ولتاژ سیستم بویژه اضافه ولتاژهاي کم باري.
-3تغییرات فرکانس شبکه.
-4 تغییرات ساختار شبکه قدرت.
-5 عدم تعادل ولتاژ.
شرایط پیشامدي شبکه عبارتند از:
-1کلیدزنیها در شبکه شامل خود فیلتر.
-2تغییرات فرکانس سیستم بیش از مقدار مجاز.
-3شرایط پیشامدي شبکه.
-4منابع هارمونیک ناشناخته. شرایط عادي فیلتر عبارتند از:
-1 تلورانس مجاز اجزاء.
-2 تغییر مقادیر نامی با دماي محیط.
-3 سوختن سلولهاي خازنی. شرایط پیشامدي فیلتر عبارتست از: خروج از مدار یک یا چند شاخه فیلتر. طراحی فیلتر با ظرفیت نامی بیش از مقدار مورد نیاز امري متداول و مطلوب است. هارمونیکهاي مجاور در شبکه ممکن است براحتی به سمت فیلتر سرازیر شده و منجر به اضافه بار فیلتر شوند. رشد بار شبکه نیز میتواند منجر به افزایش هارمونیکها و بالتبع آن اعمال اضافه بار به فیلتر شود. با توجه به اینکه هزینه اضافی ناشی از این ظرفیت اضافی بسیار کمتر از هزینه متوسط ساخت فیلتر است، افزایش حداقل %10 درصدي ظرفیت فیلتر امري معمول است.
.5 طراحی بانک فیلتري SVC
انتخاب آرایش شاخههاي فیلتر و همچنین امکان استفاده از بانک خازنی به همراه فیلتر بطوري که قسمتی از توان راکتیو مورد نیاز را تأمین کند از جمله بررسیهاي صورت گرفته است. مطالعات صورت گرفته در خصوص نوع آرایش شاخههاي فیلتر و تعداد آنها نشان داد که استفاده از فیلترهاي تک تنظیمه هارمونیک پنج و هفت از نظر برآورده نمودن معیارهاي هارمونیکی استاندارد [2] و همچنین امکان ساخت با استفاده از تجهیزات ساخت داخل بهترین گزینه میباشد.[7] دو طرح مختلف فیلتر که یکی شامل یک بانک خازن و دو شاخه فیلتر و دیکري تنها شامل دو شاخه فیلتر است مورد بررسی قرار گرفت. - شکل - 2 ارزیابی اقتصادي صورت گرفته براي این دو طرح با در نظر گرفتن قیمت و تجهیزات مورد نیاز نشان میدهد که طرح دوم به لحاظ قیمت %20 ارزانتر از طرح اول است.[7]
