بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک محدودکننده جریان هجومی با ساختار الکترونیک قدرت براي کاهش جریان گذراي ناشی از کلیدزنی بانکهاي خازنی مطالعه و بررسی شده است.در این روش از یک راکتور dc براي محدود کردن گذراي کلیدزنی بانک خازنی استفاده می شود. راکتور dc از طریق یک پل دیودي و یک ترانسفورمر در هنگام کلیدزنی بین بانک خازنی و منبع ولتاژ قرار گرفته و گذراي کلیدزنی را محدود میکند. ترانسفورمر به طور سري بین بانک خازنی و منبع ولتاژ قرار دارد. براي کاهش تلفات کلیدزنی IGBT، از یک مدار اسنابر استفاده شده است تا اضافه ولتاژهاي کلیدزنی را کاهش دهد.
کلید IGBT در عملکرد عادي شبکه روشن است و مقاومت سري را بایپس میکند. در حالت کلید زنی بانک خازنی، اگر جریان بانک خازنی از مقدار آستانه سیستم کنترل فراتر رود، IGBT خاموش شده و مقاومت سري را براي کاهش جریان بانک خازنی از طریق ترانسفورماتور وارد شبکه میکند. وجود یک منبع dc به طور سري با راکتور باعث میشود راکتور در حالت کار دائم افت ولتاژ ناچیزي داشته باشد. در نتیجه می-توان گفت ترانسفورمر در حالت اتصال کوتاه قرار دارد و حالت کار دائم بانک خازنی را تحت تأثیر قرار نمیدهد. شبیه سازي محدودکننده جریان هجوي در نرم افزار PSCAD انجام شده است.
.1 مقدمه
امروزه در صنعت برق حفظ کیفیت توان و بهبود ضریب قدرت فواید بسیاري به همراه دارد .[1-3] آزادسازي ظرفیت ترانسفورمرها و خطوط انتقال انرژي،کاهش تلفات در فیدرهاي توزیع و بهبود پروفیل ولتاژ از مزایاي اصلاح ضریب قدرت است. از آنجا که عمدهي بارهاي الکتریکی ماهیت سلفی دارند و مصرفکنندهي توان راکتیو میباشند، یک راه بسیار متداول براي اصلاح ضریب قدرت استفاده از بانکهاي خازنی است .[4-6] بانکهاي خازنی به طور معمول در کارخانههاي صنعتی و یا پستهاي فوق توزیع استفاده میشوند و با تولید توان راکتیو در محل مصرف آن از جاري شدن توان راکتیو در خطوط جلوگیري میکنند. هنگامی که بانک خازنی وارد مدار میشود جریان هجومی و اضافه ولتاژ گذرا را در پی دارد
گذراهاي ولتاژ و جریان در صورت عدم اقدام مناسب و به موقع عمر بانک خازنی را کاهش داده و به کنتاکتهاي مدارشکن و سوئیچهاي الکترومغناطیسی آسیب میرساند. از طرفی این گذراها باعث کاهش کیفیت توان شده و میتواند در عملکرد بارهاي حساس اختلال ایجاد کند
گذراهاي ناشی از کلیدزنی بانکهاي خازنی میتواند به شبکه توزیع و یا حتی فوقتوزیع سرایت کند و به تجهیزات آسیب برساند.
براي کاهش حالات گذراي ناشی از کلیدزنی بانک خازنی روش - هاي مختلفی پیشنهاد شده است که از جمله آنها میتوان به محدود کننده جریان هجومی ترانسفورماتورهاي بدون کنترل اشاره کرد که در آن محدود کننده شامل یک پل دیودي بدون کنترل و یک س یمپ یچ تنها که با هریک از فازها ي ترانسفورماتور سريشدهاند م یباشد . محدودکننده فوق هیچ تاثیري در عملکرد نرمال ترانسفورماتور ندارد
.سادگی ساختار مدار این محدودکننده و عدم ینبهاز مدار کنترل ی جذابترین ویژگی این محدودکننده است و در تحلیل آنی عملکرد جریانی از معادل اندوکتانسی ترانسفورماتور استفاده میگردد. بررسی تحلیلی و طراحی نحوه محدودسازي جریان هجومی در این مقاله ارائه گردیده است.
در پیشنهاد بعدي میتوان به محدود کننده جریان هجومینوع جبرانگر ولتاژ جهت کاهش جریان هجومی ترانسفور ماتورهايقدرت اشاره کرد که در آن با شارژ شدن ترانسفورماتور در لحظات اولیه هسته آهنی به اشباع رفته و موجب ایجاد جریان هجومی مغناطیسی با دامنه بالا میگردد .که در این مقاله به منظور درك یا ن پدی دهگذرا ی ک محدود کننده جریان هجومی از نوع جبرانگر ولتاژ VCT-ICLپیشنهاد میگردد. VCT-ICLدر حالت گذرا به طور اتوماتیک امپدانس بالایی را جهت جلوگیري از تغییرات ناگهانی جریان خط در مدار قرار میدهد و پس از محدودسازي در مد خلاص می چرخد و مانند اتصال کوتاه عمل میکند
محدودکننده بعدي محدود کننده جریان هجومی ترانسفورماتورهاي نوع رزونانس موثر میباشد که در آن ی ک ساختار جدید از محدودکننده جریان هجومی وضعیت جامد SSICL ارائه می-دهد SSICL. داراي یک ساختار سري – موازي بوده که با دومدار رزونانسی شکل گرفته است .در هنگام شارژ شدن ترانسفورمات ور ،SSICL امپدانس بالایی را توسط مدارهاي رزونانسیمواز ي در مدار قرار میدهد در نتیجه جریان هجومی را به شدت کاهش میدهد و در وضعیت نرمال این مدار رزونانسی امپدانس بس یارپا یینی را از خود نشان میدهد .با شارژ شدن ترانسفور ماتور یک مدار یکسوساز کنترلی سیلیکونی خود رهانداز - - SCR مدار رزونانسیمواز ي را در ورودي ترمینالهاي TR قرار میدهد که با فرمان از خارج مدار ین ز میتوان SSICL را راه اندازي کرد.
محدود کننده دیگر هم پیشنهاد میشود که محدود کننده جریان هجومی راه حلی براي بزرگسازي ترانسفور ماتورهاي تزرقی ی در ت رمیم ولتاژ دینامیکی میباشد این محدودکننده مشکل اشباع ترانسفورماتورهاي تزریقی در ترمیم ولتاژ دنامی یکی بررسی گردی ده است. مقدار زیاد جریان هجومی موجب ایجاد خطا و بروز وقفههایی در سیستمهاي الکترونیک قدرتی میگردد در نتیجه شاهد افت ولتاژ بالایی در خطوط و سیستمها خواه یم بود .که با بزرگساز يسا یز ترانسفورماتورها میتوان تا حدودي این مشکلات را حل کرد. کی ی از روشهاي پیشنهادي استفاده از محدودکننده نوع راکتور جریان مستقیم است که ساختار آن ازی ک پل دی ودي و راکتور جریان مستقیم که در سمت اولیه ترانسفورماتور متصل شده است استفاده میگردد.
آخرین محدود کننده پیشنهاد شده محدود کننده جری ان هجومی ترانسفورماتورهاي نوع راکتور جریان مستقیم میباشد. که در آن ICL یک محدود کننده جدید جریانهجوم ی بوده که شامل 3 مجموعه مشابه میباشد .هرمجموعه دارايی ک پل دی ودي وی ک راکتور جریان مستقیم بوده که به فازهاي ترانسفورماتور متصل م ی-شوند ICL. هیچ اثري در عملکرد نرمال ترانسفورماتور ندارد و از توپولوژي معادل آنی اندوکتانس ترانسفور ماتوربرا ي آنال یز و تحلی ل وضعیت جریان استفاده میکند .از وژگی یها ي شاخص یا ن محدود کننده عدم نیاز به کنترل،اندازهگیري میباشد
2. انواع محدودکنندهي حالات گذرا در کلیدزنی بانکهاي خازنی
در صورت عدم اقدام مناسب براي کاهش گذراهاي ولتاژ و جریان در کلیدزنی بانکهاي خازنی صدماتی به بانک خازنی و دیگر تجهیزات مربوطه وارد میشود. از آنجا که کلیدزنی بانکهاي خازنی در شبکهي قدرت بسیار متداول است، محققان و بهرهبرداران شبکه همواره به دنبال راهکاري براي مقابله با این پدیده بودهاند
جدول . - 1 - مقایسه روشهاي محدودکننده گذراي کلیدزنی بانک خازنی
کلیدزنی خازن را میتوان به صورت کلیدزنی در یک مدار RLC مانند شکل - - 1 مدل کرد.
شکل .1 کلیدزنی بانک خازنی
پیک جریان هجومی و فرکانس آن از روابط - 1 - و - 2 - قابل محاسبه است. در این روابط Eu ولتاژ منبع، Ceq خازن معادل بانک خازنی، Leq سلف معادل شبکه و imax peak جریان پیک عبوري از شبکه میباشد.
امپدانس منبع و اندازه و ساختار بانک خازنی در رنج 5 پریونیت است و فرکانس آن بین 200 تا 600 هرتز متغیر است. در نتیجه روشهایی براي این کار مطرح شده است. هر یک از این روشها مزایا و معایبی دارند و با توجه به شرایط کاري و اهداف کاربر میتوانند به طور خاص مورد استفاده قرار گیرند. در جدول - - 1 چهار روش با این هدف مطرح شده است. مزایا و معایب هر یک از این روشها در جدول قابل مشاهده است. روش مورد استفاده در این مقاله به طور جداگانه مطرح خواهد شد.
.3 محدود کنندهي گذراي راکتور DC
در بخش قبل روشهاي محدود کردن گذراي مربوط به کلیدزنی بانک هاي خازنی مطرح شد . در این بخش در مورد روش دیگري به تفصیل بحث میشود. روشی که در این مقاله مورد استفاده قرارگرفته است مدل اصلاح شده ي روش چهارم می باشد. به این صورت که در این روش تنها از یک راکتور dc استفاده می شود که در کاهش تجهیزات و به دنبال آن صرفه جویی اقتصادي و از طرفی افزایش قابلیت اطمینان مؤثر است.
مزایاي این روش به شرح زیر است:
به علت استفاده از یک راکتور و کاهش تجهیزات دیگر نسبت به روش چهارم هزینهي کمتري دارد. همچنین تلفات در حالت کار دائم نیز کاهش یافته است.
