بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، عوامل، استانداردها و تکنیکهای کاهش جریان اضافی نوترال در سیستم توزیع سه فاز چهار سیمه بررسی می شود و همچنین یک تکنیک با استفاده از ترانس zig-zag همراه با VSC به عنوان یک D-STATCOM برای اصلاح این مسائل طراحی میشود. علاوه براین، تنظیم ولتاژ در نقطه کوپلینگ مشترک - PCC - در دو سر بارها حاصل میشود.و عملکرد جبران ساز پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی جامع کامپیوتری اعتبارسنجی می شود .
.1 مقدمه
سیستمهای توزیع با مسائل شدید کیفیت توان - PQ - نظیر تنظیم ضعیف ولتاژ، توان راکتیو بالا، بارهای با جریان هارمونیکی، نامتعادلی بار، جریان اضافی نول و غیره مواجه هستند. به منظور محدود نمودن مسائل PQ، استانداردهای زیادی نظیر IEEE1992-519، استاندارد IEEE 1993-141، IEC 1000 -3 -2 و ... پیشنهاد شده است.[12-18] راه حلهای جبرانسازی مسائل کیفیت توان در مقالات[4-11]بررسی و بحث شده است و از گروهی از تجهیزات به نام دستگاههای custom power و یا CPD استفاده شده است. این گروه شامل D-STATCOM،DVR و UPQC میباشد.
جبرانساز استاتیکی توزیع - D-STATCOM - برای جبرانسازی مسائل PQ در جریان استفاده میشود، بازیاب دینامیکی ولتاژ - DVR - برای اصلاح مسائل PQ در ولتاژ استفاده میشود در حالی که ترمیم کننده یکپارچه کیفیت توان - UPQC - برای حل مسائل PQ جریانی و ولتاژی استفاده میشود. تکنیکهای زیادی برای حذف هارمونیکها از جریان منبع و جبرانسازی جریان نول و متعادل سازی بار ارائه شدهاند.[24-19] تعدادی از روشهای جبرانسازی جریان سیم نول در مراجع[27-24]ذکر شدهاند.
سیستمهای توزیع سه فاز چهار سیمه برای تغذیه بارهای تک فاز ولتاژ پایین استفاده میشوند. بارهای نوعی ممکن است بارهای کامپیوتری، ماشینهای اتوماسیون اداری، چوک های روشنایی، درایوهای سرعت متغیر - ASD - در دستگاههای تهویه مطبوع کوچک، فنها، یخچالها، سایر دستگاههای تجاری و خانگی و ... باشد و بطور کلی به صورت بارهای غیرخطی رفتار میکنند.
این بارها ممکن است باعث ایجاد هارمونیکهای بالای جریان ورودی و جریان اضافی در سیم نول گردند. جریان سیم نول، اغلب شامل هارمونیکهای مضرب سه میباشد. جریان توالی صفر نول از مسیری از طریق سیم نول جریان پیدا میکند. علاوه براین، بارهای نامتعادل تک فاز نیز منجر به جریان خطرناک مؤلفه اصلی توالی صفر میشود. کل جریان نول برابر با جمع مؤلفه هارمونیکی توالی صفر و مؤلفه اصلی توالی صفر جریان بار نامتعادل است و این ممکن است باعث اضافه بار سیم نول سیستم توزیع سه فاز چهار سیمه گردد.
تعدادی از مقالات به بررسی و تحقیق، در خصوص عوامل جریان اضافی نول در سیستم توزیع پرداختهاند .[31-35] تکنیکهای مختلفی برای اصلاح جریان نول در سیستمهای سه فاز چهار سیمه وجود دارد.[35-54] جبرانسازی جریان نول با استفاده از یک ترانس[38-35] zig-zag، استفاده از یک ترانس ستاره مثلث [39-40]، استفاده از یک جبرانساز اکتیو تک فاز در مسیر نول [41-43] و استفاده از جبرانسازهای اکتیو سه فاز چهار سیمه همراه با جبرانسازی هارمونیکی جریان [44-54]، در مقالات ارائه شدهاند.
در این مقاله، عوامل، استانداردها و راه حلهای جبرانسازی مسائل PQ ناشی از جریان اضافی نول، آنالیز میشوند و یک تکنیک با استفاده از ترانس zig-zag همراه با VSC به عنوان یک D-STATCOM برای اصلاح این مسائل PQ طراحی میشود. علاوه براین، تنظیم ولتاژ در نقطه کوپلینگ مشترک - PCC - در دو سر بارها حاصل میشود.
.2 تکنیک های جبران سازی جریان نوترال
عوامل اصلی وجود جریان نوترال در سیستمهای توزیع سه فاز، نامتعادلی جریان فازها، جریانهای هارمونیک سوم تولید شده بوسیله بارهای یکسوسازهای تکفاز و هارمونیک سوم ناشی از ولتاژ منبع است.[28] حتی بارهای کامپیوتری در سیستمهای سه فاز متعادل، یک جریان اضافی در نوترال ایجاد میکنند. یک مطالعه نشان میدهد که % 22,6 از بارها، یک جریان نوترال بالغ بر %100 دارند .[29-31] اعوجاجات ولتاژ منبع در سیستمهای با بارهای کامپیوتری نیز میتواند باعث جریان اضافی نوترال گردد.[33-32] بارهای غیرخطی به بارهای منبع جریان هارمونیکی و بارهای منبع ولتاژ هارمونیکی دسته بندی میشوند.[39]
استانداردهای مختلفی برای اصلاح مسائل PQ در سیستم توزیع پیشنهاد شدهاند.[18-12] در طراحی برای یک سیستم توزیع، ملاحظات ولتاژ، محاسبه ظرفیتهای اتصال کوتاه، تکنیکهای بهبود ضریب توان، دستگاههای حفاظتی و حفاظت اضافه ولتاژ صاعقه و زمین کردن در استاندارد IEEE141-1993 پیشنهاد شدهاند. که راهنمای کاملی برای سیستم قدرت صنعتی است.[12]
آزمایش های لازم برای سیستمهای قدرت الکتریکی در ساختمانهای تجاری [13]،کنترل هارمونیک در سیستمهای قدرت[14]، طراحی خازن موازی و دستورالعملهای نصب بهبود ضریب توان[15]، آزمایش هایی برای مانیتورینگ الکتریکی [16 ] PQ و راهنمایی برای استفاده و مشخصات فیلترهای هارمونیکی [17]، در مقالات موجود هستند. در تعداد کمی از استاندارد ها، چندین تکنیک برای جبرانسازی جریان نوترال در سیستم توزیع سه فاز چهار سیمه پیشنهاد شده است که در بخشهای زیر به آن پرداخته شده است.
.I جبرانسازی مبتنی بر ترانس Zig-zag
استفاده از ترانس zig-zag به منظور کاهش جریان نوترال از جمله جبرانسازی پسیو است، که با توجه به پیچیدگی کمتر نسبت به تکنیکهای جبرانسازی اکتیو، مفید و نافع است37] و .[35 شکل 1، اتصال یک ترانس زیگزاگ در سیستم توزیع سه فاز چهار سیمه را نشان میدهد و در شکل 2 ترانس زیگزاگ نشان داده شده است. یک ترانس zig-zag، یک اتصال خاص از سیم پیچی سه ترانس تک فاز یا سیم پیچی یک ترانس سه فاز است. ترانس zig-zag در گذشته برای ایجاد نوترال و تبدیل یک سیستم سه فاز سه سیمه به یک سیستم سه فاز چهار سیمه استفاده میشد. کاربرد جدید ترانس zig-zag، متصل شدن بصورت موازی با بار برای فیلتر کردن مؤلفههای توالی صفر جریانهای بار است. دیاگرام فازوری ترانس زیگزاگ در شکل 3 نشان داده شده است.
