بخشی از مقاله
چکیده - در خطوط انتقال جبران شده با خازن سری در هنگام بروز خطا، یک سیگنال فرکانس پایین ناشی از تشدید خازن سری جبرانساز با سلفهای سیستم انتقال، به مودهای مکانیکی سیستم توربین-ژنراتور افزوده میشود. زمانی که فرکانس زیر سنکرون ناشی از تشدید سلف و خازن متناظر با مکمل یکی از مودهای پیچشی سیستم محور توربین-ژنراتور باشد، به رخداد پدیده تشدید زیرسنکرون میانجامد که باعث ایجاد نوسانات شدیدی در سیستم محور توربین-ژنراتور می شود.
تحت این شرایط، سیستم محور توربین-ژنراتور در فرکانس مطابق با فرکانس مود پیچشی نوسان میکند اگر راهحلی برای این پدیده در نظر گرفته نشود، نوسانات میتواند افزایش یابد و منجر به صدمه زدن به محور گردد. هدف از این مقاله بررسی پدیده تشدید زیرسنکرون در سیستم قدرت در حضور سیستم انتقال فشار قوی جریان بالا بر پایه مبدلهای منبع ولتاژ - VSC HVDC - و یافتن راهی برای مهار آن با استفاده از کنترل VSC HVDC می باشد. در این راستا برای ارزیابی عملکرد این مبدل ها شبیه سازی های لازم در محیط نرم افزار MATLAB انجام شده است.
-1 مقدمه
نقش اصلی HVDC کنترل فلوی عبوری جهت انتقال توان میباشد. کنترل این توان توسط دو مبدل منبع ولتاژ انجام میپذیرد که مبدل سمت ژنراتور، توان AC را به DC تبدیل کرده و مبدل سمت شبکه توان DC را به AC تبدیل میکند و انتقال توان به صورت DC انجام میپذیرد. اما با توجه به اینکه این مبدلها میتوانند به مانند فیلتر فعال عمل کنند، لذا میتوان با کنترل ثانویه جریان های هارمونیک پایین را جذب نمایند.[1]
مبدلهای الکترونیک قدرت، میتوانند طوری کنترل شوند که جریان مرجع را دنبال نمایند. مزیت این ویژگی در فیلترهای فعال و نیز در تولید پراکنده مورد توجه قرار گرفته است. برای مثال در تولید پراکنده، منبع تولید اینورتری علاوه بر انتقال توان به بار یا شبکه، میتواند جریانهای هارمونیکی بارهای غیر خطی محلی را جبران نماید. به این نحوه عملکرد اینورترها، عملکرد چند منظوره اتلاق میگردد.
در عملکرد چند منظوره علاوه بر کنترل فلوی عبوری، کنترل هارمونیکها و یا کنترل عدم تعادلی و ... بر عهده مبدل میباشد.[2] در این مقاله قصد داریم جریان هارمونیکی با فرکانس های زیر سنکرون را با استفاده ازمبدل سمت ژنراتور جبران نماییم. لذا مبدلها به عنوان نقش ثانویه خود، جریان SSR را جذب نموده و بدین ترتیب، نوسانات زیر سنکرون محدود خواهد شد.
-2 تشریح سیستم
سیستم مورد مطالعه در شکل - 1 - نشان داده شده است. ماشین به صورت شش جرمه مدل شده است. توربین به صورت چهار جرم شامل توربین فشار بالا، فشار متوسط و دو واحد توربین فشار پایین و همچنین ژنراتور و اکسایتر به صورت تک جرم در نظر گرفته شده اند. توان تولیدی توسط واحد، به وسیله خط 230 کیلوولت و نیز 100 HVDC کیلوولت به شبکه منتقل میشود. خط AC، 230 کیلوولت به وسیله خازن سری جبران شده است. درصد جبران 30 درصد تنظیم گردیده و کنترل کننده بر اساس آن تنظیم شده است.[3]
بعد از مدل سازی ژنراتور سنکرون، ابتدا لازم است تاثیر جبران سری بر تشدید زیر سنکرون بررسی شود، لذا در مرحله نخست بدون در نظر گرفتن مبدل ها شبیه سازی انجام می شود تا میزان تشدید در اثر حضور خازن مشخص شود و سپس شبیه سازی با حضور مبدل ها انجام می گیرد تا تاثیر حضور مبدل های منبع ولتاژ در کاهش تشدید زیر سنکرون نمایان شود.
در این قسمت تاثیر جبران سری بر تشدید زیر سنکرون بررسی می شود . شبیه سازی در محیط نرم افزار متلب انجام شده و در ادامه ابتدا ژنراتور سنکرون مدلسازی خواهد شد و در مرحله بعد نتایج شبیه سازی تاثیر حضور خازن سری بر تشدید زیر ستکرون را نشان خواهد داد. وقتی خازن سری در مدار قرار می گیرد، با سلفهای خطوط و ترانسفورمرها و نیز امپدانس منبع و ژنراتورها تشدید موازی ایجاد می کند.
هنگام بروز خطا این دامنه این تشدید زیاد شده و پس از مدتی توسط مقاومت های مسیر میرا می گردد. اما مشکل اساسی از اینجا شروع می شود که این نوسان توسط معادله گشتاور به سمت مکانیکی منتقل می شود و با مدهای مکانیکی تداخل ایجاد می کند که تاثیر این تداخل، ناپایدار شدن گشتاور بین جرمهای روتور می شود.[6-7]
اگر فرکانس تشدید موازی خازن سری با سلف خط با مد نوسانی یکسان باشد باعث ناپایداری سیستم مکانیکی خواهد شد.[8] می دهد. مشاهده میشود که قبل از بروز خطا هر جرم گشتاور مربوط به خود را بدون نوسان تولید می کند . اما پس از بروز خطا مدهای فرکانسی تحریک شده و گشتاورها شروع به نوسان می کند. این پدیده اثر خود را در فرکانس زاویه اجزای توربین ژنراتور نیز نشان میدهد که این نوسانات در Error> Reference source not found. آورده شده است. Error> Reference source not found. طیف فرکانسی زاویه الکتریکی ژنراتور را نشان میدهد که شامل فرکانسهای تشدید 32 و 12 و 23 هرتز میباشد. توجه شود که مقیاس محور فرکانس 0,1 میباشد . از این شکل برمی آید که بعد از بروز خطا فرکانس مدهای 2 و 4 و 5 سیستم مکانیکی در سمت ژنراتور تشدید می گردند.
-5 کنترل HVDC جهت کاهش تشدید زیر سنکرون
همان طور که گفته شد، نقش اصلی HVDC کنترل فلوی عبوری جهت انتقال توان میباشد. کنترل این توان توسط دو مبدل منبع ولتاژ انجام میپذیرد که مبدل سمت ژنراتور، توان AC را به DC تبدیل کرده و مبدل سمت شبکه توان DC را به AC تبدیل میکند و انتقال توان به صورت DC انجام میپذیرد.
