بخشی از مقاله
چکیده - در این نوشتار میرا کردن تشدیدهاي زیر سنکرون در سیستمهاي انتقال جبران شده با خازن سري موردبررسی قرار میگیرد. خازنز هاي جبران ساز سري، خطر یک پدیده مضر که SSR نامیده میشود را افزایش میدهند. حضور تنش بر روي محور توربین- ژنراتور، باعث کاهش عمر مفید محور توربین میشود. هدف این است که با استفاده از قابلیتهاي جبرانکننده خازن سري کنترل شونده با گیت - GCSC - بهعنوان یک عضو از خانواده FACTS به کاهش SSR و همچنین میرایی - LFPO - پرداخته شود.
براي رسیدن به هدف موردنظر از کنترلکننده فازي TS و کنترل حلقه باز استفاده میشود که تأثیر قابلتوجهی در کنترل تنشهاي به وجود آمده در سیستم موردمطالعه دارد. نتایج شبیهسازي با استفاده از نرمافزار Simulink / Matlab آورده شده است. موارد موردمطالعه بهمنظور نشان دادن این واقعیت است که الگوریتم موردنظر قادر به کاهش تشدیدهاي زیر سنکرون میباشد و نشان دادهشده که کنترلکننده فازي بهخوبی میتواند این نوسانات را کاهش دهد.
-1 مقدمه
در دنیاي امروز، با توجه به پیچیدگیها و اتصالات داخلی سیستمهاي قدرت الکتریکی، بهمنظور تأمین انرژيهاي مصرفی، نیاز است که عملکرد شبکهها، تجهیزات سیستم و کنترلکنندههاي موجود در سیستم بهینه گردد. یک سیستم قدرت شامل خط انتقال، ژنراتور، توربینها و بارهاي مختلف است و در قسمت مکانیکی محور توربین- ژنراتور، به تعداد توربینهاي فشارقوي - HP - و فشار ضعیف - LP - ، ژنراتور - GEN - وجود دارد که بهوسیله فلنجها به هم متصل میشوند. چنین محوري در نیروگاه بهعنوان جسم صلب در حال چرخش، مدهاي نوسانی پیچشی متفاوتی دارد .[1]
درصورتیکه با ایجاد اغتشاشی همانند اتصال کوتاه، کلید زنی، قطع بار و اضافهبار ناگهانی، فرکانس شبکه دچار تغییرات شود [2]، رفتار ژنراتور سنکرون همانند ژنراتور القایی میشود و در حالتی که تفاضل فرکانس جدید ژنراتور سنکرون و فرکانس سنکرون شبکه، با یکی از فرکانس مدهاي نوسانات چرخشی محور یکسان شود، باعث تشدید آن مد نوسانی محور میشود.
در این حالت گشتاور الکتریکی در این فرکانس زیاد میشود که باعث تقویت دامنه نوسانات پیچشی روي محور میگردد .[3] جبران سازي سري خطوط انتقال، با کاهش مقاومت ظاهري و طول الکتریکی و افزایش بار طبیعی خط، تأثیر به سزایی در بهبود حد پایداري ماندگار و گذرا داشته و پروفیل ولتاژ را نیز بهبود میبخشد .[4] در چنین شبکههاي جبران شده، فعلوانفعالات بین حالتهاي الکتریکی شبکه و حالتهاي مکانیکی شفت توربین ژنراتور منجر به یک پدیده مضر تحت عنوان نوسانهاي زیر سنکرون 1 - SSR - میشود .[5]
پدیده تشدید زیر سنکرون اغلب در سیستمهاي جبران شده با خازن سري رخ میدهد با توجه به محدودیت محور در تحمل این تنش ها، بروز خستگی و درنهایت شکست در محور به وجود میآید که خسارتهاي جبرانناپذیري را در پی دارد و بایستی در جلوگیري از پیدایش آن تلاش جدي انجام گیرد. بهمنظور جلوگیري از وقوع و میرا سازي سریع نوسانات در صورت بروز، تجهیزات و روشهاي متنوعی به عرصه آمدهاند؛ که میتوان به سیستمهاي انتقال - FACTS - AC و همچنین استفاده از سیستم تحریک ژنراتور و پایدارساز سیستم قدرت 1 - PSS - بهعنوان روش-هاي مؤثر اشاره داشت.
تاکنون استفاده از ادوات 2 - FACTS - بهمنظور کاهش نوسانهاي زیر سنکرون موفقیتآمیز بوده است؛ که در این راستا روشهاي کنترلی متنوعی نیز به کار گرفتهشده است. تحقیقات بیشتر از توانایی GCSC با توجه به SSR و همچنین میرایی 3 - LFPO - ارائهشده است و در این تحقیقات اثر GCSC نیز در نظر گرفتهشده و GCSC با رتبهبندي کوچک، متوسط و بزرگ موردمطالعه قرارگرفته است.
تجزیهوتحلیل دقیق از تأثیر متفاوت روش کنترل GCSC در SSR و میرایی LFPO ارائهشده است. در این مقاله در راستاي بررسی این پدیده، سیستم تک ماشین متصل به شین بینهایت موردمطالعه قرارگرفته است. در قسمت دوم این مقاله، سیستم قدرت موردمطالعه به همراه معادلات و نمودار بلوکی ارائه میگردد، در بخش سوم ساختار GCSC معرفی میشود و کنترلکننده طراحیشده فازي در قسمت چهارم و همچنین نتایج شبیهسازي سیستم موردمطالعه در قسمت پنجم نشان داده میشوند. نتایج حاصل از این مقاله در قسمت آخر بیان میگردد.
سیستم تحریک - EXC - و دو خط انتقال
موازي است. روتور یک واحد تولید حرارتی، خود سیستم مکانیکی پیچیدهاي دارد. اطلاعات سیستم قدرت موردمطالعه در [6] دادهشده است. میزان جبران سازي توسط خازن سري 52 ٪ از مجموعه راکتانس XL در نظر گرفتهشده است. روتور یک واحد تولید حرارتی، خود سیستم مکانیکی پیچیدهاي است. روتور ممکن است مجموعا بیش از 50 متر طول و صدها تن وزن داشته باشد و از قسمتهاي تراشکاري شده محوري با اندازههاي مختلف و تزویجهایی تشکیلشده باشد که یا یکپارچه هستند و یا داراي قسمتهاي کوچکتري میباشند که به روتور محکم شدهاند که توربین، دیسکها، تیغهها و قسمتهاي کوچکتر دیگري را در برمیگیرد. جهت نوشتن معادلات مکانیکی محور و مدلسازي سیستم مکانیکی توربین ژنراتور، از شکل ساده - 2 - که شامل مجموعهاي از جرم و فنر میباشد، استفادهشده است.
-2 سیستم قدرت تک ماشینه متصل به شین بینهایت
در مورد اول، عملکرد این سیستم بدون ماژول GCSC و بدون کنترلکننده خاصی موردمطالعه قرارگرفته است. هدف روشن کردن این واقعیت است که بدون وجود کنترلکننده، روتور آسیب خواهد دید و نوسانها در این سیستم افزایش می-یابند. براي شبیهسازي حالت اول یک خطاي سه فاز به زمین در وسط خط انتقال در اعمال میشود و پس از 75 میلیثانیه رفع میشود.
-3 ساختار لاSلا
امروزه یکی از تجهیزاتی که براي جبرانسازي کنترلپذیر در خطهاي انتقال و توزیع کاربرد زیادي پیداکرده است، سیستم GCSC بوده که نوعی از تجهیزات FACTS جهت جبرانسازي سري با خازن کنترلشده توسط کلیدهاي GTO ضد موازي می-باشد. این سیستم از قابلیت انعطاف، سرعت وقّتد بسیار بالایی برخوردار میباشد. شکل شماره - 3 - سیستم GCSC که متشکل از یک خازن و دو سوئیچ نیمههادي - مانند GTO و - IGBT را نمایش میدهد و همچنین در شکل - 4 - شکل موجهاي جریان و ولتاژ GCSC نشان دادهشده است .[7]
