بخشی از مقاله
چکیده
در چند دهه اخیر با پیشرفت سریع نیمه هاديها در سطح ولتاژ و توان و نیز پیشرفت سیستمهاي کنترلی، جبرانسازهایی با انعطافپذیري و دامنه عملکرد بالا طراحی و ساخته شدهاند و در سیستمهاي قدرت نصب گردیدهاند. این جبرانسازها تحت عنوان سیستمهاي انتقال AC انعطافپذیر شناخته می شوند.
کنترل کننده یکپارچه پخش توان یکی از عناصر اصلی ادوات FACTS نسل دوم میباشد که میتواند به طور پیوسته زاویه فاز، امپدانس و دامنه ولتاژ را کنترل کند همچنین توان اکتیو و راکتیو خط انتقال را مستقلاً کنترل میکند. این مقاله کنترل پخش توان اکتیو و راکتیو را از طریق نصب UPFC در خط انتقال سیستم قدرت توصیف مینماید. شبیهسازيهاي لازم در محیط سیمولینک نرمافزار MATLAB انجام شده است. نتایج شبیهسازي صحت عملکرد UPFC نسبت به SSSC را نشان میدهد.
.1 مقدمه
امروزه با توجه به گسترش سیستمهاي قدرت، کنترلکنندههاي سیستمهاي انتقال AC انعطافپذیر a - FACTS - براي مدیریت پخش توان مورد تقاضا قرار میگیرند تا از خطوط انتقال تا بالاترین حد حرارتیشان استفاده نماید که اثر کلی بر پروفیل ولتاژ، پایداري و امنیت سیستم دارد. براي توانایی انتقال تا بیشترین حد حرارتی، لازم است هماهنگی بیشتري براي توازن بین قابلیت اعتماد و اقتصاد در سیستم قدرت به عمل آید. در سراسر جهان، تولید و انتقال انرژي الکتریکی به صورت اقتصادي و سازگار با محیط زیست به عنوان آیندهاي روشن بوده و ادوات FACTS به عنوان راهگشایی این آینده مطلوب میباشد. پخش توان مربوط به سیستم قدرت 2 باسه با صرفنظر کردن از تلفات خطوط انتقال، مطابق رابطهي - 1 - تعیین میشود.
که Vi و i به ترتیب دامنه ولتاژ و زاویه فاز باس i، Vj و j به طور مشابه دامنه ولتاژ و زاویه فاز باس j و همچنین Xij راکتانس خط انتقال میباشد. بنابر رابطه ي - 1 - روشن است که پخش توان تابعی از امپدانس خط، دامنهي منبع ولتاژ ارسالی و زاویهي فاز بین ولتاژهاي ارسالی و دریافتی میباشد.
در حال حاضر انواع مختلفی از ادوات FACTS در سیستمهاي قدرت به کار برده میشوند. مانند جبرانساز استاتیکی توان راکتیو b - SVC - ، جبرانساز استاتیک c - STATCOM - ، جبرانساز سري سنکرون استاتیک d - SSSC - و کنترلکننده یکپارچه توان e - UPFC - و غیره که این ادوات هر کدام به نوبهي خود قادرند دامنه ولتاژ باس، امپدانس خط و زاویه فاز در سیستمهاي قدرت به سرعت تنظیم نمایند. کنترلکنندههاي FACTS مجهز به مبدلهاي منبع ولتاژ هستند. بنابراین ادوات FACTS میتواند کنترل پخش توان را تسهیل نماید، قابلیت انتقال توان را افزایش، هزینهي تولید را کاهش دهد، امنیت و پایداري سیستمهاي قدرت را بهبود بخشد
SSSC یکی از عناصر اصلی ادوات FACTS میباشد به گونه اي که ولتاژ جبرانساز را به صورت سري به خط تزریق میکند. توجه به این موضوع مهم است که SSSC متشکل از مبدل منبع ولتاژ حالت جامد میباشد به طوري که ولتاژ AC قابل کنترلی را در فرکانس اصلی تولید مینماید. اگر ولتاژ تزریقی 1 جریان خط انتقال باشد آنگاه مبدل میتواند نقش القایی یا خازنی را ایفا کند به گونهاي که بر روي پخش توان خط انتقال تاثیرگذار است
هدف بکارگیري SSSC، کنترل پخش توان در حالت ماندگار است که پایداري گذاري سیتم قدرت را بهبود میبخشد .[6] در [7] مدل f - LLC - به صورت تزریق یک ولتاژ سري پیشنهاد شده است و اثر این تزریق بر روي کنترل توان شارش یافته در خط مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج حاصل با حضور SSSC مقایسه گردید. مدلهایی مبتنی بر ادوات FACTS جهت محاسبه جریان بار با استفاده از روش نیوتن رافسون در [8] ارائه شده است.
UPFC نیز یکی از عناصر اصلی نسل دوم ادوات FACTS میباشد که ویژگی منحصر به فردي دارد .[ 9] UPFC قادر به کنترل همزمان یا غیرهمزمان همهي پارامترهاي مؤثر بر پخش توان در خط انتقال از جمله دامنهي ولتاژ، امپدانس خط و زاویهي فاز میباشد
UPFC به عنوان یکی از پیچیدهترین و گرانترین ادوات FACTS شناخته شده است. UPFC به صورت ترکیبی از دو مبدل منبع ولتاژ g - VSC - که داراي یک خازن مشترك در طرف DC هستند و به صورت یک سیستم کنترل یکپارچه در نظر گرفته میشود. کنترلکننده UPFC که بر پایه VSC است داراي قابلیتهاي کنترلی میباشد؛ در مبدل سري کنترل پخش توان اکتیو و راکتیو خطوط انتقال با تزریق ولتاژي که دامنه و زاویه فاز آن قابل تنظیم است انجام میپذیرد افزون بر این تنظیم دامنه ولتاژ ترمینال مبدل موازي و کنترل ولتاژ خازن لینک DC به عهده مبدل موازي میباشد
SSSC به عنوان جبرانساز سري حالت جامد شناخته شده است که زاویه فاز ولتاژ سري بین 0 تا 2 و دامنه ولتاژ آن بین مقادیر صفر و ماکزیمم متغیر میباشد.STATCOM بخش موازي کنترلکننده UPFC میباشد که جریان سینوسی با دامنهي متغیر در نقطهي اتصال تزریق میکند.
در این مقاله سیستم قدرت تک ماشین h - SMIB - متصل به شین بینهایت با و بدون حضور UPFC در محیط سیمولینک نرمافزار MATLAB شبیهسازي شده است. عملکرد کنترل پخش توان اکتیو و راکتیو توسط UPFC ارزیابی شده است و نتایج حاصل با SSSC مقایسه میشود؛ در پایان به صحت عملکرد روش پیشنهادي پی میبریم.
.2 کنترل کنندههاي FACTS
اصول اولیهي کنترلکنندههاي FACTS به کار رفته در سیستم قدرت تک ماشینه متصل به شین بینهایت به اختصار مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
-1-2 کنترلکننده یکپارچه پخش توان - UPFC -
UPFC از دو VSC ساخته شده که با بکارگیري قطعات نیمه هادي با قابلیت خاموش شدن از قبیل GTO در ادوات FACTS، برجستگیهاي عمدهاي در رفتار آنها شناسایی شد که میتوان از آنها به عنوان نسل جدید ادوات FACTS نام برد. شکل 1 ساختار UPFC را نشان میدهد.
شکل :1 پیکربندي UPFC
UPFC از دو اینورتر منبع ولتاژ i - VSI - تشکیل شده اند که خروجی یکی از آنها از طریق یک ترانسفورماتور به طور موازي به شبکه متصل شده و ثانویه ترانس خروجی اینورتر دوم به صورت سري با خط انتقال قرار میگیرد. ترانسفورماتور موازي تبادل توان اکتیو با شبکه دارد و توان اکتیو اینورتر سري از این طریق تأمین میشود در نتیجه ترکیب دو کانورتر باعث میشود که توان اکتیو از طریق لینک DC مستقیم مبادله شده و در عین حال به طور کاملاً مجزا j VAR سیستم متناوب تغذیه شود. مبدل سري از طریق ترانسفورماتور افزاینده به خط انتقال AC متصل میشود و به تولید ولتاژ با دامنه و زاویه فاز متغیر در فرکانس اصلی میپردازد. ولتاژ خروجی اینورتر به طور سري در خط تزریق میشود و قادر به کنترل ولتاژ لینک DC، زاویه فاز و جبرانسازي سري میباشد .
منبع ولتاژ مذکور میتواند تمام توان راکتیو مورد تقاضاي اجزاي موجود جذب یا تولید نماید و از طرفی توان اکتیو به لینک DC منتقل کند. هر دو مبدل سري و موازي به طور مستقل توان راکتیو را تولید یا جذب مینماید که در لینک DC نمیتواند جاري شود [16]، .[17] لینک DC مسیري را جهت مبادله توان اکتیو بین دو کانورتر را فراهم میآورد. مبدل سري ولتاژ را از طریق یک ترانسفورماتور سري به خط انتقال تزریق میکند به گونهاي که تنظیم پخش توان تابعی از کنترل دامنه و زاویه فاز ولتاژ سري تزریقی به خط انتقال میباشد. بایستی توجه داشت که ولتاژ تزریقی و جریان خط تعیین کنندهي توان اکتیو و راکتیو تزریق شده توسط مبدل سري میباشد.
مبدلها قابلیت جذب یا تولید الکترونیکی توان راکتیو را دارا میباشد. . قابل ذکر است که هر کدام از دو مبدل سري و موازي به طور مستقل میتواند راکتیو را با سیستم AC مبادله کند . به هر حال توان اکتیو تزریقی که توسط لینک DC مبادله شده به نوبهي خود از طریق مبدل موازي سسیتم AC تأمین میگردد. با چشمپوشی از تلفات مبدلها و ترانسفورماتورهاي موجود کل توان اکتیو مبادله شده بین UPFC و سیستم AC صفر میشود
-2-2 جبرانساز سري سنکرون استاتیک - SSSC -
SSSC یکی از عناصر اصلی ادوات FACTS براي جبرانسازي سري سیستم قدرت میباشد. SSSC به عنوان مبدل منبع ولتاژ سنکرون در نظر گرفته میشود که میتواند ولتاژ تقریباً سینوسی با دامنه و زاویه فاز قابل کنترل و متغیر به خط انتقال به طور سري تزریق نماید. ولتاژ تزریقی تقریباً 1 جریان خط می باشد. بخش کوچکی از ولتاژ تزریقی که با جریان خط اختلاف فاز دارد تلفاتی را در اینورتر فراهم میآورد. بخش اعظم ولتاژ تزریقی همانطور که بیان شد تقریباً 1 جریان خط میباشد که میتواند مشابه اندوکتانس یا خازن سري در خط انتقال عمل کند. راکتانس متغیر پخش توان در خط انتقال تحت تأثیر قرار میدهد. شماتیک سادهاي از SSSC در شکل 2 نشان داده است.
شکل :2 شماتیک SSSC
.3 مدل سیستم قدرت
سیستم قدرت تک ماشینه با حضور ادوات FACTS در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل :3 سیستم SMIB با حضور ادوات FACTS
