مقاله درمورد دانلود دینامیکی، پایداری گذرا، قابلیت اطمینان

فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل (1-1): ساختمان SVC و مشخصه V-I آن 4
شکل (1-2): انواع SVC 6
شکل (1-3): TCSC و نمودار P-V 7
شکل (1-4): STATCOM و مشخصه V-I آن 8
شکل (1-5): مقايسه مشخصه V-I SVC و STATCOM 10
شکل (1-6): PST و نمودار فازوري ولتاژ 12
شکل (1-7) ساختار SSSC 13
شکل (1-8): UPFC و ناحيه كاري چند نوع FACTS در صفحه ‍P-Q 14
شکل (1-9): ساختار IPFC 16
شکل (1-10): افزايش فروش سالانه ناشي از افزايش ظرفيت خطوط انتقال 20
شکل (1-11): هزينه‌هاي نمونه‌اي احداث خطوط جديد انتقال AC 21
شکل (1-12): هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري نمونه براي SVC و STATCOM 27
شکل (1-13): هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري نمونه براي TCSC، UPFC و FSC 27
شکل (1-14): تابع هزينه ادوات FACTS 28
شكل (2-1): ساختار SVC 30
شكل (2-2): مدل تك ماسين به شين بي نهايت با svc 30
شكل (2-3): بلوك دياگرام كنترل تك ماشينبه شين بي نهايت بدون SVC 32
شكل (2-4): ساختار كنترلر PI 33
شكل (2-5): سيتم تك ماشين به شين بي نهايت با svc,PI 33
شكل (2-6): مدار شبيه سازي مربوط به SVC 37
شكل (2-7): مدار كنترل SVC 38
شكل(2-8) :نتايج حاصل از شبيه سازي SVC 39
شكل (2-9): بلوك دياگرام با كنترل ولتاژ PWM 40
شكل (2-10) :مدل پايداري گذرا STATCOM با كنترل ولتاژ PWM 41
شكل (2-11) :كنترل ولتاژ PWM يك STATCOM 43
شكل (2-12) :محدوديتهاي كنترلSTATCOM 44
شكل (2-13): مدار شبيه سازي STATCOM 47
شكل (2-14): نتايج به دست از شبيه سازي STATCOM 48
شكل (2-15): نتايج به دست آمده از شبيه سازي STATCOM 49
شكل (2-16): نماي كلي يك TCSC 50
شكل(2-17) :ساختار كنترلر TCSC 51
شكل (2-18) :مدار شبيه سازي TCSC 54
شكل(2-19) :مدار كنترل TCSC 55
شكل (2-20): نتايج به دست آمده از شيبه سازي TCSC 56
شكل (2-21): نتايج به دست آمده از شبيه سازي TCSC 57
شكل (2-22): شماتيك sssc 58
شكل(2-23): دياگرام فازوري 59
شكل (2-24): سيستم جبرانشده با sssc 60
شكل (2-25) كنترلر نوع دوم 61
شكل (2-26) :مدار شبيه سازي SSSC 63
شكل (2-27): نتايج به دست آمده از شبيه سازي SSSC 64
شكل(2-28) :نماي كلي يك dvr 65
شكل (2-29): شماتيك دياگرام يك dvr 66
شكل (2-30) :كنترلر PI 67
شكل (2-31) :مدار شبيه سازي DVR 69
شكل (2-32): مدار كنترل DVR 70
شكل (2-33): نتايج به دست آمده از شبيه سازي DVR 71
شكل(2-34) :شماتيك دياگرامD-STATCOM 72
شکل 3(-1): مدار معادل UPFC 75
شکل( 3-2): سیستم نمونه استاندارد 5 باسه 77

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (1-1): خلاصه‌اي از مهمترين تفاوتهاي بين SVC و STATCOM 10
جدول (1-2): كميات كنترلشده 10 نوع ساختار CSC 17
جدول (1-3): مودهاي عملكرد PST 18
جدول (1-4): مزاياي فني بكارگيري ادوات FACTS 22
جدول (1-5): كاربردهاي حالت ماندگار ادوات FACTS 22
جدول (1-6): كاربردهاي ديناميكي ادوات FACTS 23
جدول( 3-1): ولتاژ باس‌های سیستم بدون حضور UPFC 77
جدول(3-2): توان‌های اکتیو و راکیتو خطوط بدون حضور UPFC 77
جدول (3-3):پارامترهای مبدل موازی UPFC 78
جدول (3-4): پارامترهای مبدل سری UPFC 78
جدول( 3-5):ولتاژ باس‌های سیستم با حضور UPFC 78
جدول( 3-6): توان‌های اکتیو و راکتیو خطوط با حضورUPFC 79

فـصل اول
تکنولوژی FACTS

فـصل اول – تکنولوژی FACTS
1-1- مقدمه
مشخصات یک سیستم قدرت با زمان تغییر می‌کند، به این صورت که با رشد بار تولید هم افزایش می یابد؛ بنابراین اگر امکانات انتقال با توجه به رشد بار و تولید به روز و جدید نشود به علت مسائل پایداری حالت ماندگار و پایداری گذرا سیستم قدرت صدمه می‌بیند و حدود پایداری کاهش می‌یابد. توانایی سیستم انتقال در انتقال توان توسط محدودیت‌های دینامیکی و حالت ماندگار پایداری زاویه‌ای، دامنه ولتاژ، محدودیت‌های حرارتی، پایداری گذرا و پایداری دینامیکی کاهش می‌یابد [1]. راه حل جدیدی که برای حل این قبیل مشکلات می‌توان در نظر گرفت مربوط به استفاده از جدیدترین روش‌ها و تجهیزات الکترونیک قدرت تحت عنوان سیستم‌های انتقال AC انعطاف‌پذیر (Flexible AC Transmission System- FACTS) می‌باشد. کنترل‌کننده‌های FACTS نقش مهمی در افزایش قابلیت اطمینان سیستم، افزایش ظرفیت انتقال توان و کنترل پخش توان را ایفا می‌نماید [2]. کنترل‌کننده یکپارچه پخش توان (Unified Power Flow Controller- UPFC) از جمله کنترل‌کننده‌های FACTS مورد نظر برای کار در حالت ماندگار می باشد. UPFC قادر به کنترل همزمان یا غیر همزمان امپدانس خط انتقال، دامنه ولتاژ گره، زاویه فاز و پخش توان اکتیو و راکتیو می‌باشد [3]. UPFC از اتصال یک کنترل‌کننده سری (Series Synchronous Static Compensator- SSSC) و یک جبران‌کننده استاتیکی (Static Compensator- STATCOM) تشکیل می‌شود طوری که یک خازن DC مشترک بین آنها قرار گرفته است. SSSC به صورت سری به سیستم AC متصل می‌شود، جریان خروجی آن برای کنترل دامنه ولتاژ گره یا توان راکیتو تزریقی و زاویه فاز به یکی از ترمینال‌های ترانسفورماتوری که به طور سری به آن وصل شده است تنظیم می‌گردد، در حالی که STATCOM کندانسور سنکرون می‌باشد که به طور موازی به سیستم AC وصل می‌شود، جریان خروجی آن برای کنترل دامنه ولتاژ گره یا توان راکتیو تزریقی به باس تنظیم می‌گردد همچنین توان DC مورد نیاز برای هر دو اینورتر فراهم می‌کند. با افزایش ولتاژ دریافتی یا کاهش راکتانس خط، توان راکتیو بهبود می‌یابد. UPFC به منظور کنترل همزمان پخش توان اکتیو، پخش توان راکتیو و دامنه‌ی ولتاژ در خط انتقال نصب می‌شود. مقایسه‌ای بین LLC (Line to Line Compensator) و SSSC در [4] ارائه شده است؛ به گونه‌ای که اصول کارکرد جبرانساز خط به خط LLC، مدلسازی آن، نحوه کنترل توان اکتیو توسط آن و کنترل LLC بدون سنسور جریان بیان شده است. Anton Vinkovic و همکاران در [5] مدل‌هایی مبتنی بر ادوات FACTS جهت محاسبه پخش بار سه فاز ارائه داده‌اند. در مقاله‌ی حاضر، آنالیز استاتیکی و دینامیکی بر روی سیستم استاندارد 5 باسه در نرم افزار MATLAB انجام شده است.

1-2- ادوات FACTS
در حال حاضر انواع مختلفي از ادوات FACTS در سيستمهاي قدرت به كار مي‌رود که مشهورترين آنها عبارتنداز:
– SVC1 : جبرانساز Var استاتيك
– TCSC2 : خازن سري كنترل تريستوري
– (PAR3)PST : ترانسفورماتور شيفتدهنده فاز (تنظيمكننده زاويه فاز)
– STATCOM4 : جبرانساز استاتيك
– SSSC5 : جبرانساز سري سنكرون استاتيك
– UPFC : كنترلكننده يكپارچه توان
– IPFC6 : كنترلكننده توان بين خطوط
– CSC7: جبرانساز استاتيك تغييرپذير
در ادامه عملكرد و ساختار اين ادوات معرفي شده است.

1-3- معرفي انواع ادوات FACTS
1-3-1- جبرانساز Var استاتيك (SVC)
SVC يكي از مهمترين عناصر FACTS است كه سالهاست به دليل مزيت فني و اقتصادي در حل مساله ديناميك ولتاژ مورداستفاده قرار مي‌گيرد. دقت، دسترس‌پذيري و پاسخ سريع SVC در مقايسه با جبرانگرهاي موازي كلاسيك آنرا به وسيله‌اي بسيار كارآمد در كنترل ولتاژ حالت گذرا و حالت ماندگار تبديل نموده است. شکل (1-1) ساختمان SVC و مشخصه V-I آنرا نشان مي‌دهد.

شکل (1-1): ساختمان SVC و مشخصه V-I آن
SVC به صورت موازي به شبكه وصل مي‌شود و همانطور كه از شكل پيداست مي‌تواند در دو مود راكتيو سلفي يا خازني ظاهر شود. در جريان خازني بزرگتر از Icmax، SVC به يك خازن تبديل مي‌شود و توان راكتيو آن به صورت تابعي از ولتاژ شبكه تغيير مي‌كند. شيب نمودار V-I بين Icmax و -Irmax معمولاً %2 تا %5 درنظرگرفته مي‌شود.
مهمترين كاربردهاي SVC عبارتنداز :
– تثبيت ولتاژ در شبكههاي ضعيف،
– كاهش تلفات انتقال،
– افزايش ظرفيت انتقال توان،
– افزايش ميرايي اغتشاشات كوچك،
– بهبود پايداري ولتاژ،
– حذف نوسانات توان.
رايجترين انواع SVC با توجه به عناصر بهكاررفته در ساختمان آنها به شرح زير است:
– راكتور كنترل تريستوري TCR8،
– خازن سوييچ تريستوري TSC9،
– راكتور سوييچ تريستوري TSR10،
– خازن سوييچ مكانيكي MSC.
در شكل (1-2) موارد فوق و نحوه اتصال آنها به سيستم انتقال نشان داده شده است. با تنظيم زاويه آتش تريستورها، SVC در مود راكتيو سلفي يا خازني ظاهر مي‌شود.
معمولاً حوزه تغييرات ولتاژ سيستم توسط SVC %5 لحاظ مي‌شود. اغلب سه محل براي نصب SVC پيشنهاد مي‌شود:
– در مجاورت بارهاي عمده و بزرگ (نواحي وسيع شهري)،
– نزديك به بارهاي حساس به ولتاژ،
در واقع نصب SVC در سه محل مزبور بيشترين تاثير را بر بارهاي شبكه قدرت دارد. همانطور كه گفتيم اگر SVC به حد توان راكتيو خود نزديك شود (مثلاً به Icmax در شكل (1-2)) به يك خازن ثابت تبديل مي‌شود و توليد توان راكتيو آن تابعي از ولتاژ شبكه مي‌گردد. اين پديده از معايب SVC محسوب مي‌شود.

شکل (1-2): انواع SVC

1-3-2- خازن سري كنترل تريستوري(TCSC)
خازنهاي سري كنترل تريستوري همان خازنهاي سري معمولي هستند كه با اضافهكردن راكتور كنترلشونده تريستوري توسعه داده شده‌اند. قراردادن راكتور كنترلشونده به صورت موازي با خازنهاي سري، سيستم جبرانسازي سري با تغييرات سريع و پيوسته را بوجود مي‌آورد. بكارگيري خازنهاي سري قابل تنظيم موثرترين روش جبرانسازي راكتيو خطوط انتقال بلند است و ابزار سودمندي جهت كنترل توان انتقال يافته از اين خطوط محسوب مي‌شود. بدليل اندوكتانس نسبتاً زياد، در شرايط عادي (بدون جبرانسازي)، افزايش در توان انتقاليافته از خطوط انتقال بلند مي‌تواند سبب ناپايداري شود. خازنهاي جبرانساز سري عامل موثري در تثبيت خطوط بلند ميباشند. جبرانسازي خطوط انتقال توسط خازنهاي سري با اهداف زير صورت مي‌گيرد:

– افزايش ظرفيت انتقال و افزايش حد پايداري گذرا،
– كاهش تلفات (تقسيم توان بين خطوط موازي)،
– ميراكردن رزونانس زير سنكرون (SSR)11: امكان رويداد اين پديده، در خطوط بلند جبرانسازي شده با خازنهاي سري، وجود دارد،
– كنترل توان خطوط،
– كاهش افت ولتاژ وابسته به بار،
– ميراكردن نوسانات توان12 و در نتيجه بهبود پايداري سيستم،
– كاهش زاويه و امپدانس خط انتقال.
شكل (1-3) طرحي از TCSC و نمودار (P-V) مربوط به سيستم انتقال مجهز به TCSC را نشان مي‌دهد. افزايش فاصله بين زانوي منحني (P-V) و نقطه كار خط به معناي افزايش ظرفيت انتقال توان از خط است.

شکل (1-3): TCSC و نمودار P-V

1-3-3-جبرانساز استاتيک(STATCOM)
اساس عملكرد STATCOM مشابه كندانسور سنكرون است. از آنجا كه در ساخت اين وسيله از ادوات الكترونيك قدرت استفاده مي‌شود به آن جبرانساز استاتيك مي‌گويند. مبدلهاي به كاررفته در اين جبرانساز توان راكتيو موردنياز را بطور محلي (در محل اتصال STATCOM به شبكه) تأمين کرده و خروجي آن بطور پيوسته قابل تنظيم مي‌باشد، به همين دليل در مواردي كه ولتاژ شبكه قدرت تغييرات وسيعي داشته باشد (در حالت بروز اغتشاش يا پس از رفع خطا) از اين جبرانساز استفاده مي‌شود.
شکل (1-4) طرحي از STATCOM و مشخصه V-I آنرا نشان مي‌دهد. توليد يا جذب توان راكتيو توسط مبدل منبع ولتاژ (VSC) با تنظيم ولتاژ Vref صورت مي‌گيرد.

شکل (1-4): STATCOM و مشخصه V-I آن

مهمترين كاربردهاي STATCOM به شرح زير است:
– كنترل ديناميكي ولتاژ،
– بهبود پايداري گذرا،
– حذف نوسانات توان در شبكه انتقال،
– كنترل توان حقيقي و راكتيو.
مقايسه STATCOM و SVC
SVC و STATCOM از لحاظ قابليت عملکرد جبرانسازي بسيار به هم شبيه هستند، اما اصول عملکرد آنها اساسا متفاوت است. STATCOM به عنوان