مقاله پخش بار هارمونیکی در یک لینک HVDC

word قابل ویرایش
16 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

پخش بار هارمونیکی در یک لینک HVDC

۱ـ چکیده
بارهای غیر خطی دارای مشخصه های v − i غیرخطی هستند و زمانی که در شبکه قرار میگیرند، هارمونیکهایی را ایجاد میکنند که موجب ایجاد اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جریان می گردند. مبدلهای الکترونیک قدرت که به دلایل مختلفی همچون انتقال توان به صورت DC، افزایش قابلیت اطمینان، کیفیت توان و اهداف دیگری همچون کنترل در شبکه های قدرت امروزه به صورت گسترده به کار برده میشوند، از المانهای غیرخطی تشکیل شدهاند و این المانها باعث رفتار غیرخطی مبدل میگردند. لذا مبدل به عنوان یک منبع هارمونیکی در شبکه عمل می کند و این هارمونیکهای تزریق شده به شبکه اعم از ولتاژ یا جریان باعث افتهای اضافی در روی سایر اجزاء شبکه میگردد. در مطالعات پخش بار، بارهای متصل به شینها در هر تکرار ثابت فرض شده و روشهای پخش بار اجرا می گردد، ولی در یک مبدل به دلیل تغییرات ولتاژ طرف

AC در هر تکرار پخش بار مقادیر جریان و توان طرف دیگر مبدل، تغییرات قابل ملاحظهای میکند که در صورت ثابت فرض کردن توان مبدل بعد از انجام پخش بار نتایج معتبری حاصل نمیشود. در بررسی انجام شده، پخش بار برای یک سیستم قدرت شامل لینک DC با در نظر گرفتن رفتار مبدلها، تحت اهداف کنترل مختلف، انجام گرفته است و ولتاژهای نقاط مختلف سیستم قدرت بدست آمده است. حال با توجه به اینکه تزریق هارمونیک به شبکه باعث اتلاف بیشتر توان بر روی اجزاء شبکه میگردد، مدل هارمونیکی برای هر یک از المانهای شبکه همچون بار، ترانس و غیره در نظر گرفته شده و پخش بار هارمونیکی مربوطه انجام گرفته است.

۲ـ مقدمه:

گسترده شدن شبکه های AC و افزایش کاربرد آن مستلزم افزایش اتصالات بین نقاط مختلف یک شبکه و یا اتصال شبکه های مجزا به یکدیگر میباشد. با افزایش اتصالات داخلی شبکه، پایداری آن در برابر نوسانات و گذراها ضعیف گشته که باعث بیشتر مطرح شدن مسائل پایداری آن میگردد. علاوه بر افزایش اتصالات داخلی در یک شبکه اتصال شبکههای مختلف به یکدیگر باعث بزرگ شدن شبکه های AC شده و علاوه بر مسائل پایداری خود شبکه، نوسانات بین ناحیهای نیز، تشدید می یابد. ماکزیمم توان قابل انتقال و قابل حصول از چنین شبکه هایی از مسائل فوق تأثیر میپذیرد و به شدت کاهش پیدا میکند. با توجه به مسائل فوق، استفاده از پیوندهای DC حتی در شبکههای سنکرون امری ضروری و اجتناب ناپذیر شده است. هدف اصلی از HVDC انتقال توان الکتریکی معین از یک شین به شین دیگری است. از آنجایی که سیستمهای

HVDC امکان انتقال سریع توان و تغییر سریع مقدار آن را ممکن میسازند، میتوان از لینک DC، برای بهبود پایداری شبکه های الکتریکی نیز استفاده کرد .(FACTS)
مبدلهای الکترونیک قدرت که از المانهای غیرخطی تشکیل شده اند و باعث رفتار غیرخطی مبدلها میگردند. در پیوندهای

DC، مبدلها به صورت منابع هارمونیکی عمل میکنند و در صورت فیلتر نشدن هارمونیکهای تولید شده، بویژه هارمونیکهای جریان طرف AC مبدلها، به کل شبکه AC تزریق شده و باعث افتهای اضافی در شبکه میگردد. لذا آنالیز و پخش بار هارمونیکی شبکه الکتریکی شامل پیوند، علاوه بر آنالیزهای دیگر شبکه برای تعیین دقیق رفتار شبکه در شرایط مختلف و کنترل مطمئن آن لازم است .[۶]

۳ـ آنالیز هارمونیکی پیوند :DC

شکل (۱) شماتیک یک پیوند DC را نشان میدهد. تحت شرایط ایدهآل همچون متقارن بودن ولتاژ در کل شبکه و یکسان بودن هر سه فاز شبکه و راکتانس صاف کننده نامحدود در طرف DC پیوند هارمونیکهای جریان طرف AC و هارمونیکهای ولتاژ طرف DC را به سادگی میتوان توسط روش فوریه آنالیز کرد و عبارتهای مشخصی برای زوایای آتش، مدت زمان کموتاسیون، ولتاژ مؤلفه اصلی و هارمونیکهای آنها بدست آورد.

شکل ۱ـ شماتیک پیوند DC

هارمونیکهایی که تحت این شرایط حاصل میشوند دارای ضرایب مشخصی هستند و اصطلاحاً به نام هارمونیکهای مشخص نامیده می شوند. ولی تحت شرایط واقعی اندکی نامتقارنی در ولتاژ فازهای شین مبدل و نامتعادلی بین فازها وجود داشته و لحظات سوئیچینگ کلیدهای مبدل در طول مدت یک پریود عملکرد کنترلی یکسان، شبیه به هم نبوده و توابع تبدیل موجود بین کمیتهای AC و DC تغییر مییابند. علاوه بر اینها یک مدولاسیون کوچکی در لحظات سوئیچینگ منجر به ایجاد مؤلفه های جریان در طرف AC، در باندهای فرکانسی مدوله می گردد و هارمونیکهای حاصل دارای مضارب مشخصی مثل آنالیز فوریه نمیگردد.

تحت شرایط واقعی مبدل بعنوان مدولاتور فرکانس عمل خواهد کرد. در یک پیوند HVDC هارمونیکهای سیستمهای AC طرفین پیوندها و خود خط DC منتقل شده و در قسمتهای مختلف اثر میگذارند. برای توجیه واضحتر میتوان از تئوری مدولاسیون استفاده کرد .[۸]

۴ـ فرآیند مدولاسیون فرکانسی مبدل:

در یک مبدل ۱۲ پالسه در هر ۳۰ درجه الکتریکی یک تریستور سوئیچ میشود و در اثر این سوئیچینگ فرکانس اصلی شکل موج به DC مدوله میشود. همین سوئیچینگ جریان طرف DC را به طرف AC مبدل سوئیچ میکند. الگوی سوئیچینگ با مؤلفه اصلی فرکانس طرف AC سنکرون بوده و لذا در طرف AC هارمونیکهای ۱۲n+1 با توالی مثبت و هارمونیکهای
۱۲n-1 با توالی منفی و همچنین در دو طرف DC هارمونیکهای ۱۲n بوجود میآیند. این هارمونیکها همان هارمونیکهای مشخص هستند.

شکل ۲ـ عملکرد مبدل بعنوان مدولاتور فرکانس

هر فرکانس نامعین هم در طرف AC و هم در طرف DC مبدل در معرض همان فرآیند مدولاسیون میباشد. شرایط ایدهآل همچون ولتاژ سیستم AC متقارن و اعوجاج نیافته، زاویه آتش ثابت، و زمان کموتاسیون ثابت در عمل به ندرت اتفاق میافتد و هارمونیکهای ولتاژ و نامتقارنی ولتاژ در طرف AC و ریپل های جریان DC وجود دارند. علاوه بر اینها مدهای کنترل مختلف نیز باعث تغییر زوایای آتش و زمانهای کموتاسیون میگردد. حتی زمانی که فرکانس اصلی سیستمهای Ac متصل به هم یکی نباشند، هارمونیکهای نامشخص خودشان را نشان می دهند. مطابق این فرآیند مدولاسیون ولتاژ DC و جریان طرف AC بصورت روابط (۱) و (۲) هستند: (۱)

(۲)

که در آن YψAC تابع تبدیل برای ولتاژها و YψAC تابع تبدیل برای جریان میباشند و برای یک سیستم سه فازه
ψ  ۰o ,1200 ,240o درجه میباشد.
تابع تبدیل برای ولتاژ ψ  ۰ را میتوان بصورت شکل (۳) نشان داد. واضح است که اگر u=0 و α  ۰ باشد YψDC بصورت نمودار خط چین میشود.

شکل ۳ـ تابع تبدیل ولتاژ

تابع تبدیل برای جریان و ψ  ۰ را میتوان بصورت شکل (۴) نشان داد و مطابق آن برای u=0 و α  ۰، YψDC بصورت نمودار خط چین است.

شکل ۴ـ تابع تبدیل جریان

مطابق شکلهای (۳) و (۴) اگر زاویه کموتاسیون صفر باشد، توابع تبدیل بصورت شکل موجهای مربعی هم برای ولتاژ و هم برای جریان در میآیند و میتوان بصورت روابط ۳ نمایش داد :[۸]
(۳)

اگر جریان DC دارای ریپل باشد مطابق فرآیند مدولاسیون، جریان در طرف AC مبدل بصورت شکل (۲) میباشد.

زمانی که زاویه تداخل کموتاسیون در نظر گرفته شود، توابع تبدیل ولتاژ مطابق رابطه (۱) میباشد فقط An با Ani طبق رابطه (۵) جایگزین میشود.

(۵)

حال اگر در مدت زمان کموتاسیون تغییرات جریان خطی فرض شود (جریان خط DC ثابت) در این حالت رابطه زیر را خواهیم داشت:

(۶)

۵ـ مدل هارمونیکی شبکه

با رشد روزافزون پیوندهای DC برای اهداف مختلف مطالعات پخش بار هارمونیکی هم مورد توجه بیشتری قرار گرفته و میگیرد. برای انجام پخش بار هارمونیکی بایستی مدل هارمونیکی شبکه و در نهایت مدل تک تک اجزاء شبکه مدنظر باشد.

اجزاء شبکه عبارتند از خطوط انتقال، ترانسفورمرها، ژنراتورها، بار، جبران کنندههای استاتیکی توان، مبدلها. بعضی از اجزاء همچون مبدلها ذاتاً غیرخطی هستند و بعضی دیگر همچون بعضی از بارها میتوانند غیرخطی هم باشند و یا همچون ترانسها و موتورهای القائی نسبت به مضارب مختلف هارمونیکی رفتار خطی از خود نشان ندهند ولی در یک فرکانس مشخص بتوان آنها را خطی فرض کرد. برای سهولت آنالیز فرض می شود که کل اجزاء از نقطه نظر هر سه فاز یکسان هستند.

از آنجائیکه فرآیند مدولاسیون در تولید هارمونیکها در عملکرد مبدل حاکم است، برای یک هارمونیک معینی از هارمونیکهای نامشخص ممکن است هم توالی مثبت و هم توالی منفی آن هارمونیک تولید شود. این حالت در واقع همان حالت نامتعادلی سه فاز را بوجود میآورد. در چنین وضعیتی برای همان هارمونیک، بایستی هم مدل توالی مثبت و هم مدل توالی منفی هارمونیکی آن المان را در نظر گرفت و حالت نامتعادلی را بصورت توالی مثبت و منفی متعادل بررسی کرد.

شکل ۵ـ مدل هارمونیکی خط انتقال

ـ خط انتقال
در مطالعات پخش بار اغلب مدل خط کوتاه برای خطوط انتقال در نظر گرفته می شود و برای بررسیهای پایداری سیستم اغلب خط بلند منظور میشود. در پخش بار هارمونیکی نیز مدل خط کوتاه معادل یک امپدانس است بکـار برده میشود و مطابق شکل (۵) مدل هارمونیکی خط بین شینهای n و m معادل رابطه (۷) میباشد.

(۷)

اغلب برای اجزاء شبکه ممکن است پارامترهای توالی مثبت و منفی آن با هم نباشند در این صورت اگر هارمونیک مورد نظر توالی مثبت فازها را داشته توالی منفی فازها پارامترهای توالی منفی برای مدل کردن هارمونیکی بکار برده میشود.

ـ جبران کننده های استاتیکی وار :SVC

ساختار جبران کنندههای استاتیکی وار مبدلهای الکترونیک قدرت بوده و با استراتژیهای مختلف بر حسب اهداف جبران کنترل میشوند. علی رغم کنترل آسان مقدار توان راکتیو تزریقی یا اخذ شده از شین شامل جبران کننده، هارمونیکهای جریان را به شین تزریق میکنند. این هارمونیکها هیچ تفاوتی با هارمونیکهای تولیدی توسط پیوند HVDC ندارند و در بررسی دقیق و کامل بایستی در

شکل ۶ـ مدلهای هارمونیکی شین کنترل ولتاژ

نظر گرفته شوند. در مقاله حاضر فرض شده است که توسط فیلترهای اکتیو و ایدهآل این هارمونیکها فیلتر میشوند. به هر حال جبران کننده ها در حالت کلی یک سوسپتانس میباشند که مقدار آن بر حسب میزان توان راکتیو تزریقی یا کشیده شده از شین در ولتاژ آن شین توسط کنترل کننده تعیین میشود. اگر Qm مقدار توان راکتیو تزریقی به شین کنترل ولتاژ با ولتاژ Vm باشد مطابق شکل a)ـ(۶ سوسپتانس معادل شین برابر رابطه (۸) میباشد. در این صورت مدل هارمونیکی kام آن دارای سوسپتانس k.B خواهد بود. این در حالتی است که توان راکتیو به شبکه تزریق شود اگر مانند TCR ها مطابق شکل b)ـ(۶
توان راکتیو از شبکه اخذ شود، سوسپتانس برای هارمونیک k ام برابر رابطه (۹) می شود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 16 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد