پایان نامه معرفی و بررسی جبران گر UPQC و شبیه سازی جبرن افت ولتاژ بوسیله نرم افزار EMTP در محیط آلوده

پایان نامه معرفی و بررسی جبران گر UPQC  و شبیه سازی جبرن افت ولتاژ بوسیله نرم افزار EMTP  در محیط آلوده

چکیده:

جهت برآوردن کیفیت توان مطلوب به یک دستگاه حساس و جلوگیری از متأثر شدن توان ارسالی به آن از هرگونه اغتشاش شبکه و یا فیدر تغذیه کننده آن، ساخت ادواتی با نام Custom Power گسترش یافته است. با توجه به تأثیرپذیری سیستم حساس به نوع اغتشاش و براساس هدف، جبرانگر خاص آن طراحی می گردد. 

تنها جبرانگری که می تواند تا حدودی کلیه اغتشاشات را همزمان جبران نماید، جبرانگر UPQC است که مورد بحث این پروژه نیز می باشد. 

UPQC توانایی غلبه بر نامتعادلی بار و یا ولتاژ و Voltage Sag/Swell و همچنین حذف هارمونیک های ولتاژ و جریان و تامین توان راکتیو بار را دارد. 

UPQC دارای کنترل های مختلفی است که هرکدام از آنها دارای نقاط قوت در یک یا چند مورد می باشند 

در این پروژه ابتدا انواع مختلف کنترلرها و مدار قدرت معرفی گردیده و به مقایسه بین آنها پرداخته می شود. سپس جهت پوشش افت ولتاژ، نوع خاصی از کنترلر معرفی و شبیه سازی می شود. نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار ATP-EMTP به پیوست ارائه گردیده است. 

مقدمه: 

Unified Power Quality Conditioner (UPQC 

در گذشته، پرداختن به مسائل کیفیت برق و توان ارسالی به مشترکین چندان مهم نبود و تنها پایداری شبکه با توجه به تغییر بار حائز اهمیت بود. دلیل آن، توقع پایین مشترکین از این انرژی بود چرا که کاربرد آن بیشتر در زمینه روشنایی بوده است. صنایع نیز از تجهیزاتی که با منبع انرژی دیگر تامین می شدند استفاده می کردند. طبعا وابستگی مشترکین نیز به این انرژی چندان نبوده و کیفیت توان پایین تأثیر کوچکی در زندگی داشته است. 

صنایع نیز مشابه مشترکین خانگی، نیاز چندانی به تأمین انرژی از طریق برق نداشتند. با گذشت زمان و پیشرفت صنایع و ساخت وسائل مختلف که توسط این انرژی تأمین می شدند، اهمیت کیفیت انرژی ارسالی هم به مشترکین و هم به صنایع سازنده تجهیزات بیشتر شد. به طور مثال با ساخت موتورهای الکتریکی توان راکتیو قابل ملاحظه ای توسط آنها مصرف می شد و جریان راه اندازی آنها سبب افت ولتاژ می گردید. 

همچنین با گسترش شبکه ها و استفاده از ترانسفورماتورها و مسئله به اشباع رفتن آنها تولید هارمونیک ها در شبکه افزایش یافت. این موارد سبب ناپایداری، تلفات و افت ولتاژ برای مصرف کننده ها و غیره در شبکه شدند و مشترکین و صنایع را تحت تأثیر قرار دادند. با گسترش شهرها و تولید برق در خارج آنها و افزایش فاصله بین مراکز تولید برق و مصرف کننده ها مسائلی مانند، ظرفیت انتقال توان توسط خطوط انتقال نیرو اهمیت یافت. با جبران توان راکتیو در محل بار و جلوگیری از انتقال آن در خطوط انتقال، ظرفیت انتقال توان افزایش یافت. 

امروزه، با ساخت لوازم مختلف که توسط این انرژی تأمین می گردند و تبدیل انرژی های مصرفی به شکل برق و گسترش شبکه ها، مسائل دیگری پدید آمدند. 

ابزاری که توسط مبدل های الکترونیک قدرت کار می کنند و موتورهایی که سرعتشان کنترل می گردد (محرکه های الکتریکی) از سوئیچ هایی در مبدلشان استفاده می شود که منجر به تولید هارمونیک در جریان و نامتعادلی در ولتاژ می شوند. 

همچنین استفاده از ابزاری خاص در صنایع مانند کوره های القائی، سبب نامتعادلی شدید در جریان بار می شود (نامتعادلی در اندازه و در فاز) و به سبب استفاده از سوئیچ های توان بالا، هارمونیک های زیادی به سیستم وارد می شود. تولید این هارمونیک ها توسط بارها بر روی جریان هارمونیک هایی که توسط خود ژنراتورها و اشباع ترانسفورماتورها بر روی ولتاژ ایجاد می شود سبب به اشباع رفتن زودتر از موعد ترانسفورماتورها و تلفات بیشتر و عدم استفاده از ظرفیت کامل موتورها و ترانسفورماتورها می گردد. دلیل آن رابطه مستقیم و مجذور فرکانس با تلفات فوکووهیسترزیس است. 

نامتعادلی نیز سبب به وجود آوردن توالی منفی در ولتاژ می گردد. توالی منفی سبب وارد آمدن نیروئی برخلاف شار مغناطیسی گردان در موتورها شده و لرزش و صدا و بهره برداری دربار پایین تر را به همراه دارد. توان راکتیو نیز موجب کاهش قابلیت انتقال توان در خطوط و احاطه بخشی از توان تولیدی در ژنراتورها می گردد. 

همچنین با ساخت وسایلی که به کیفیت توان حساس هستند نیاز است که انرژی ارسالی به آنها استانداردهای مطروحه در مورد کیفیت توان را رعایت نماید. این استانداردها هرگونه نامتعادلی، هارمونیک، افت یا افزایش ولتاژ را شامل می شوند. معمولا دلایل تغییر در اندازه ولتاژ، کلیدزنی در شبکه قدرت، راه اندازی موتورهای پرتوان در همان فیدر تغذیه، یا اتصالی با توجه به افزایش طول فیدرهای تغذیه کننده است. 

جبرانگرها در جبران توان راکتیو به دو نوع غیرفعال (Passive) و فعال (active) می باشند. ساختار فیلتر غیرفعال متشکل از بانک های خازنی است که کارکرد آن با وارد کردن خازن ها به باس اتصال بار به صورت ثابت و یا پله ای (متغیر) محقق می گردد. از سوئیچ های مکانیکی جهت ورود و خروج خازن ها به باس استفاده می گردد. 4 ایراد اساسی در استفاده از خازن های متغیر وجود دارد: 

1- تولید ایمپالس ها و گذراها در شبکه ناشی از کلیدزنی، 2- با توجه به پله ای بودن ورود و خروج خازن، کنترل توان راکتیو ناقص انجام می پذیرد (گسسته). 3- سرعت پایین در سوئیچ نمودن که موجب اصطکاک بالا و خرابی زودتر از موعد سوئیچ های مکانیکی است. 4- با اندوکتانس های سیستم ایجاد رزونانس می کند. 

در استفاده از خازن ثابت، باید خطر اضافه ولتاژ در هنگام پایین بودن بار را لحاظ نمود. استفاده از خازن ظرفیت پایین تر، جبران کمتر توان راکتیو را به همراه دارد.