مقاله کنترل و بهبود ولتاژهای گذرا ناشی از سوئیچینگ بانک خازنی به¬کمک روش¬های موثر کلیدزنی در شبکه¬های توزیع

بخشی از مقاله

چکیده

کیفیت توان الکتریکی یک موضوع اساسی و بنیادی در سیستمهای برقی بوده است. زیرا توجه نکردن به کیفیت این توان مشکلات ذاتی در شبکههای برق بوجود میآورد که میتواند منجر به تلفات اقتصادی بزرگ بخصوص در فرایندهای صنعتی شود. در میان این عوامل گوناگون مسئله حالت گذرا از سوئچینگ بانک خازنی در سیستمهای توزیع بسیار حائز اهمیت میباشد که در این مقاله به آن پرداخته شده و به کمک نرمافزار ATP-EMTP راههای بهبود و کنترل گذراهای ولتاژ ناشی از سوئیچینگ بانک خازنی به روشهای مختلف بیان میشود.

-1 مقدمه

در سیستم توزیع، اکثر بارهای صنعتی القایی ه ستند که توان راکتیو م صرف میکنند. بنابراین باید توان راکتیو تامین شود تا بتواند مصرف کنند. برای تامین تقاضای توان راکتیو از بانک خازنی استفاده میکنند که از مزایای نصب بانک خازنی در سیستم های توزیع می توان به کاهش تلفات الکتریکی، کاهش شارژ، آزاد کردن ظرفیت سیستم و بهبود ضریب توان اشاره کرد

خازنهای مورد استفاده در شبکههای توزیع به صورت ثابت و قابل سوئیچ میباشند. در شبکههای توزیعی که از خازنهای ثابت یا قابل سوئیچ استفاده میکنند، استفاده از بانکهای خازنی بیشتر احساس میشود. با توجه به مزایای ذکر شده وجود بانک خازنی در شبکههای برق بخصوص در شبکههای توزیع ضروری میبا شد اما سوئچینگ بانک خازنی در شبکههای توزیع مشکلاتی بوجود میآورد که باید به آنها توجه ویژه گردد. کلیدزنی هر بانک خازنی موازی اضافه ولتاژ گذرا تولید میکند

اضافه ولتاژها همیشه در مدت برقدار کردن بانک خازنی رخ میدهد و فقط زمانی در مدت بیبرق کردن بانک خازنی بوقوع میپیوندد که جرقه در وسیله کلیدزنی رخ دهد. کلیدزنی بانک خازنی موازی عمومیترین منبع ولتاژ گذرا در سیستم قدرت است. اضافه ولتاژهای گذرای نا شی از کلیدزنی بانکهای خازنی نه تنها برای بانکهای خازنی، بلکه برای سایر تجهیزات همچون کلیدهای قدرت و ترانسفورماتورها میتوانند زیان آور باشند.

بنابراین سوئیچینگ بانک خازنی میتواند اضافه ولتاژهای گذرا ایجاد کند که این ولتاژهای گذرا در صورت کنترل نشدن میتواند به مقدار 2 پریونیت نیز برسد. از عوامل موثر بر ولتاژهای گذرا در طول سوئیچینگ بانک خازنی میتوان به اندازه ظرفیت خازنی که سوئیچ میشود، ظرفیت اتصال کوتاه در ناحیهای که خازن در آن قرار دارد، توان ترانسفورماتور - خریدار - - مشترک صنعتی - و مشخصات بار - مشترک صنعتی - اشاره کرد.

در این مقاله ا ضافه ولتاژ گذرا نا شی از کلیدزنی بانک خازنی موازی برر سی و شبیه سازی می شود و روشهایی جهت کاهش گذراها ناشی از کلیدزنی بانکهای خازنی موازی ارائه میگردد که این روشها بکارگیری مقاومت در ساختار کلید قدرت، روش وصل همزمان در صفر ولتاژ - VZSC - 1، روش وصل همزمان در اوج ولناژ - VPSC - 2 و کاربرد برقگیرها میباشند.

- 2 مفاهیم اصلی مربوط به انرژیدار کردن خازنها

در سیستمهای الکتریکی هر زمانی که فرکانس طبیعی حلقهLC   - f= 1/ - LC    از فرکانس اصلی بزرگتر شود اضافه ولتاژها باید به صورت پیوسته به نسبت معین از فرکانسهای طبیعی تا نزدیک شدن به یک واحد افزایش یابد تا ولتاژ پایه ضروری ثابت بماند. در سیستم دو حلقه LC حداکثر اضافه ولتاژ گذرا هنگامی اتفاق میافتد که مولفه های فرکانس طبیعی هر دو حلقه LC مشابه هم باشند.

پدیده نوسان در خازن سوئیچینگ از تبادل انرژی بین المانهای ذخیره کننده انرژی سلف و خازن نتیجه میشود. انرژی ذخیره شده در خازن < - cv2 - به انرژی سلف < - LI2 - تبدیل میشود. نوسانهای گذرا در طول سوئیچینگ بانک خازن در سیستمهای برق و با یک فرکانس کم در حدود 300-600 هنگامی که بانک خازنی در عمل متقابل با منبع قرار میگیرد بدست میآید

-3 روشهای کاهش گذرای ناشی از کلیدزنی بانکهای خازنی موازی

برای کاهش گذراهای ولتاژ ناشی از کلیدزنی بانک خازنی روشهای متعددی وجود دارد که روشهای سنتی و قدیمی میباشند. در این مقاله روش بکارگیری مقاومت در ساختار کلید قدرت، روش وصل همزمان در صفر ولتاژ، روش وصل همزمان در اوج ولتاژ و کاربرد برقگیرها جهت کاهش گذراهای ولتاژ معرفی میشوند و در نهایت با هم مقایسه میشوند.

1-3 بکارگیری مقاومت در ساختار کلید قدرت

روش قدیمی کنترل گذراهای کلیدزنی بدین نحو بوده است که عملکرد کلید زنی را بدترین زمان - بدترین نقطه شکل موج - فرض میکردهاند و سپس پارامترهای مدار را به منظور کاهش این گذراها تغییر میدادهاند .[7] بدین ترتیب که عملکرد کلید زنی را دوگانه انجام میدادهاند. به عبارت دیگر، به منظور برقدار کردن بانک خازنی در گام اول، مقاومت وارد مدار میکردند و در گام دوم مقاومت را بایپس - اتصال کوتاه - میکردهاند. این روش در کاهش دامنه اضافه ولتاژها بسیار موثر بوده است. در شکل 1 نحوه قرارگرفتن مقاومت در مدار و موقعیتهای کلیدهای کمکی و اصل به نشان داده شده است.

شکل :1 نحوه قرارگرفتن مقاومت در مدار

در هنگام وصل کلید مجهز به مقاومت وصل R، ابتدا کلید کمکی K سپس به فاصله کوتاهی در حدود چند میلیثانیه کلید اصلی S بسته میشود. با بسته شدن کلید اصلی مقاومت اتصال کوتاه شده و از مدار خارج میگردد. مقدار مقاومت بهینه برای کنترل گذراهای ناشی از برقدار کردن بانک خازنی به اندازه بانک خازنی و قدرت منبع بستگی دارد.

2-3 روش وصل همزمان در صفر ولتاژ - VZSC -

در این روش کلید هر فاز به طور مستقل در ولتاژ صفر بسته میشود. از آنجا که در این روش خازنی شارژ نمیباشند کمترین گذرا زمانی رخ میدهد که کلید قدرت در ولتاژ صفر سیستم بسته شود. از آنجا که گذرای ولتاژ صفر کوچک میباشد وزمانی که ولتاژ سیستم صفر میباشد این گذرا شروع میشود بنابراین اضافه ولتاژ کوچکی تولید میکند.

3-3 روش وصل همزمان در اوج ولتاژ - VPSC -

چون جریان صفر در لحظه اوج ولتاژ یک بانک خازنی موازی - در حالت پایدار - ظاهر میشود و نرخ تغییر ولتاژ در آن لحظه حداقل است بنابراین بانک خازنی میتواند با یک سطح ولتاژ از پیش تعیین شده در لحظه اوج ولتاژ برقرار شود بدین ترتیب گذراها کاهش و یا حتی حذف میگردند. روش VPSC دارای دوگام است، گام اول خازن تا سطح ولتاژ سیستم شارژ میشود و گام دوم کلید در لحظه پیک ولتاژ بسته میشود. شکل 2 زمان کلید زنی را برای روش پیشنهادی نشان میدهد :

شکل :2 روش وصل همزمان در اوج ولتاژ