بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از محدود کنندههای جریان خطا راهحلی مناسب و ارزان قیمت به جای تغییر تجهیزات حفاظتی مرسوم و متداول میباشد. در این مطالعه ساختار یک محدود کننده جریان خطا که بر اساس رزونانس مدار متشکل از خازن و سلف موازی استوار است، بیان شده که در آن یک مقاومت نیز با خازن سری شده است.
این ساختار سبب کاهش جریان خطا به نزدیکی مقدار جریان قبل از خطا میشود و همچنین از افت ولتاژ قابل توجه نقطه مشترک نیز جلوگیری میکند. مزیت اصلی استفاده از این روش عدم استفاده از یک سلف ابر رسانا میباشد که باعث کاهش قابل توجه هزینه میشود.
عملکرد این محدودکننده با شبیهسازی توسط نرمافزار SIMULINK/MATLAB نشان داده شده و نتایج حاصل از آن مورد بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
امروزه شبکههای انتقال و توزیع بسیار بزرگ و بهم پیوسته شدهاند. این شبکههای بزرگ دارای مزایایی از قبیل افزایش قابلیت اطمینان و پایداری هستند اما قدرت دفاع این شبکهها در برابر خطای اتصال کوتاه کاهش پیدا کرده و همچنین جریان اتصال کوتاه نیز افزایش یافته است. از این رو کاهش جریان خطا امری ضروری میباشد. از رایج ترین روشها برای محدود کردن جریانهای خطا با مقدار زیاد میتوان ارتقای سوییچگیرها و سایر تجهیزات، تقسیم بندی شبکه قدرت و استفاده از ترانسفورمرهای امپدانس بالا را نام برد. این راهکارها سبب ایجاد مشکلاتی دیگر مانند تلفات توان بیشتر، کاهش ایمنی شبکه قدرت، کاهش قابلیت اطمینان شبکه و افزایش هزینهها میشوند
جریان خطا میتواند با استفاده از محدودکننده جریان خطای ابر رسانا کاهش یابد. این محدودکننده دارای توانایی تغییر امپدانس در شرایط عادی و شرایط خطا میباشد .[4-6] به دلیل استفاده از سلفهای ابر رسانا در ساختار این محدودکنندهها معمولا ساخت این نجهیزات هزینه زیادی دارد. بنابراین از این تجهیزات به صورت تجاری به خصوص در کشورهای جهان سوم استفاده نمیشود. و از طرف دیگر در محدودکنندههای جریان خطایی که به جای سلفهای ابر رسانا از یک سیم پیچ مسی معمولی استفاده میکنند، تلفات توان زیادی در ساختار آنها وجود دارد
ساختارهای دیگری برای محدودکننده جریان خطا از جمله استفاده از دو کلید تریستوری در شاخه ac پل دیودی [9,10]، محدودکننده حالت جامد [11]، محدودکننده بر اساس ساختار شار-قفل [12] و محدود جریان رزونانسی سری [13,14] مطرح شدهاند.
در این مقاله یک ساختار جدید برای محدودکننده جریان خطا بر اساس رزونانس مدار خازن و سلف موازی معرفی شده است. محدودکننده مطرح شده دارای یک مقاومت سری با خازن میباشد که می تواند امپدانس بار را در هنگام خطا شبیه سازی کند. به کمک این روش، میتوان مقدار جریان خطا را نزدیک به شرایط قبل از خطا محدود کرد. از طرف دیگر با استفاده از این محدودکننده جریان خطا به طور پیوسته افزایش نمییابد، اتفاقی که در اکثر محدود کنندههای رزونانسی سری رخ میدهد.
.2 ساختار محدودکننده جریان خطای رزونانسی موازی
شکل 1 ساختار مدار قدرت تک فاز محدود کننده جریان خطای مطرح شده را نمایش می دهد.
شکل - 1 ساختار تکفاز محدودکننده جریان خطای پیشنهادی
این ساختار تشکیل شده است از دو قسمت اصلی که عبارتند از:
الف - قسمت پل: این قسمت تشکیل شده از یک پل یکسو کننده که شامل دیودهای D1 تا D4 ، یک راکتور کوچک محدود کننده - Ldc - dc ،کلید نیمه هادی دارای مکانیزم خود خاموش کننده - مانند گیت تریستور - ، و مدار اسنابر و یک دیود هرزگرد - Df - میباشد.
ب - قسمت رزونانسی: این قسمت شامل یک مدار رزونانسی موازی Lsh - LC و - Csh و یک مقاومت Rsh سری با خازن میباشد که فرکانس رزونانس آن برابر با فرکانس قدرت میباشد.
قسمت پل همانند یک کلید پر سرعت عمل میکند که مسیر جریان خطا را در هنگام بروز خطا به قسمت رزونانسی تغییر میدهد . واضح هست که این امکان وجود دارد که بتوان این قسمت را با اتصال موازی دو کلید نیمه هادی خود خاموشکننده جایگزین کرد .[15] استفاده از پل یکسوکننده دیودی نسبت به کلید اتصال موازی دو مزیت دارد.
اول اینکه در این ساختار تنها از یک کلید قابل کنترل نیمه هادی در سمت dc به جای استفاده از دو کلید در سمت ac، استفاده شده است. این امر باعث سادهتر شدن مدار کنترل شده است چرا که دیگر نیازی به کلیدزنی خاموش-روشن در شرایط عملکرد معمول نمی باشد.
دوم اینکه میتوان در سمت dc یک راکتور کوچک را با کلید نیمه هادی سری کرد. این راکتور هم نقش یک اسنابر را برای کلید نیمه هادی دارد و هم در لحظات اولیه خطا سبب محدود شدن جریان خطا میشود.
از نظر اتلاف توان، محدود کننده جریان خطای مطرح شده در بخشهایی مانند دیودهای پل یکسوکننده، کلیدهای نیمه هادی و مقاومتهای کوچک راکتور dc دارای تلفات میباشد. در هر نیم سیکل هر دیود پل یکسوکننده روشن می-شود و این در حالی است که کلید نیمه هادی همیشه روشن میباشد. بنابراین توان تلف شده در محدود کننده جریان خطا در شرایط عملکرد نامی عبارت است از:
در این اینجا Idc جریان سمت DC است که برابر با ماکزیمم مقدار جریان خط میباشد. Rdc مقاومت راکتور dc و همچنین VDF و VSWF به ترتیب ولتاژ هدایت هر کدام از دیودها و ولتاژ هدایت کلید نیمه هادی میباشند. در این رابطه Iave میانگین جریان دیودها در هر سیکل که معادل با Ipeak/ است. با توجه به مقدار کم راکتور dc مجموع توان تلف شده در این محدودکننده جریان خطا، برای یک فیدر انتقال مقدار بسیار کمی میباشد.
.3 کنترل محدودکننده جریان خطای رزونانسی موازی
شکل 2 مدار کنترلی محدودکننده بیان شده را نشان میدهد . در شرایط عملکرد معمول شبکه، کلید نیمه هادی روشن است، بنابراین Ldc تا حد پیک جریان، شارژ شده و همانند اتصال کوتاه عمل میکند. استفاده از تجهیزات نیمه هادی - دیود ها و کلید نیمه هادی - و راکتور کوچک dc افت ولتاژ ناچیزی را بر روی محدود کننده جریان خطا ایجاد می-کنند.
