تحلیل برداری و کنترل جبرانسازهای استاتیک VAR پیشرفته

چکیده

مقدمه 

استخراج مدل ریاضی ASVC

جریان راکتیو لحظه‌ای

شکل. 1 نمایش برداری متغیرهای لحظه‌ای سه فاز

نمایش برداری کمیت‌های لحظه‌ای سه فاز

شکل. 2 نمونه‌ای از مسیر حرکت بردار: 25% هارمونیک پنجم

شکل. 3 تعریف مختصات متعامد

شکل.4  تعریف دستگاه مختصات چرخشی

مدار معادل و معادلات

شکل 8 : بردارهای ASVC در چارچوب سنکرون

انواع اینورترهای منبع ولتاژ

سیستم کنترلی اینورتر نوع 1

شکل 7 : بلوک دیاگرام کنترل اینورتر نوع 1

توسعۀ بیشتر مدل سیستم کنترل اینورتر نوع 2

شکل 8 : نقاط کاری حالت دائم در برابر زاویۀ بردار ولتاژ خروجی اینورتر (نوع 1)

خطی‌سازی معادلات ASVC برای اغتشاشات کوچک

شکل 10 : الف تابع تبدیل ∆I’q(s)/∆α(s) ،  

مورد 1: بار کاملا خازنی

شکل 10 :  تابع تبدیل ∆Q’(s)/∆α(s)

شکل. 11 بلوک دیاگرام برای کنترل اینورتر نوع 2

شکل. 12 مدار معادل ASVC با منابع ولتاژ هارمونیکی

شکل 13 : بردارهای هارمونیکی در دستگاه مختصات سنکرون

نامتعادلی و اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خط

شکل 14 : مولفه‌های جریان SVC با ولتاژ توالی منفی روی خط

نتایج تجربی مدل مقیاس‌بندی شدۀ ASVC

شکل 15 : پاسخ گذرای اندازه‌گیری شدۀ سیستم کنترل جریان راکتیو 

نتیجه‌گیری

شکل 16 : پاسخ سیستم ASVC به خطای خط به زمین

جبرانساز استاتیک VAR پیشرفته (که امروز اغلب آن را کندانسور استاتیک یا STATCOM می‌نامند) از یک اینورتر خودکموتاسیون توان بالا برای جذب جریان راکتیو خطوط انتقال استفاده می‌کند. برای این منظور از دو نوع کاملاً متفاوت اینورترها می‌توان بهره جست، یکی از این اینورترها کنترل دامنه و زاویه فاز ولتاژ خروجی را فراهم می‌کند و دیگری تنها موجب کنترل زاویه فاز می‌شود. برای هرکدام از این نوع اینورترها، معادلات مربوطه استخراج شده و تحلیل حوزۀ فرکانس برای بدست آوردن توابع تبدیل مربوطه جهت بررسی سیستم کنترلی استفاده می‌شود. تحلیل‌های بیشتر به منظور تعیین پاسخ STATCOM به مولفه‌های توالی منفی و ولتاژ هارمونیکی روی خط انتقال انجام می‌گیرد. نتایج به کمک شکل موجهای اندازه‌گیری شده که از مدل آنالوگ یک STATCOM 80 مگاوار بدست آمده‌اند، تشریح می‌شوند.

جبرانساز VAR استاتیکی پیشرفته (ASVC) براین قانون استوار است که یک اینورتر استاتیکی خودکموتاسیون بین خطوط توان AC سه‌ فاز و یک تجهیز ذخیره ساز انرژی مثل یک سلف یا خازن، قرار گرفته و بگونه‌ای کنترل شود که عمدتاً جریان راکتیو را از خطوط بکشد. این قابلیت مشابه همانی است که کندانسور سنکرون چرخان از آن استفاده می‌کند و به شیوه‌ای مشابه می‌توان از آن برای جبرانسازی دینامیکی سیستمهای انتقال توان استفاده کرد تا پشتیبانی از ولتاژ صورت گرفته پایداری گذرا افزایش و میرایی بهبود یابد ]1 و 2[. اینورتر ASVC نیاز به تجهیزات کلید زنی قدرت با گیت کنترل شده، مثل تریستورهای GTO، دارد. امروزه GTOها دارای چنان مقادیر نامی هستند که به اندازۀ کافی بزرگ بوده و می‌توان از آنها در عملیات خطوط انتقال بهره برد. ASVC به یک بخش مهم از سیستم انتقال AC انعطاف‌پذیر (FACTS)، معرفی شده توسط هینگرانی، تبدیل شده است ]3[، و در حال حاضر توسط موسسۀ تحقیقات توان الکتریکی (EPRI) ارتقاء یافته است. اخیراً EPRI یک مدل مقیاس بندی شده از یک ASVC با ظرفیت 80 مگاوار را برای خطوط انتقال طراحی و ساخته است ]4[. این مدل یک پیکربندی بهینه از مدار قدرت است که مبتنی بر اینورتر منبه ولتاژ بوده و شامل یک سیستم کنترلی است که از حالت ظرفیت کامل اعمال می‌شود. سیستم کنترلی به منظور دستیابی به کنترل سریع دینامیکی جریان راکتیو لحظه‌ای دریافتی از خط طراحی شده است. این قابلیت تضمین می‌کند که ASVC در طول اغتشاش‌های سیستم قدرت به طور موثری عمل خواهد کرد. جریان راکتیو لحظه‌ای یک مفهوم جدید بوده و در بخشهای ذیل توضیح داده خواهد شد. در این کار رفتار دینامیکی ASVC به طور عمیق مطالعه می‌شود. این مقاله یک مدل ریاضی ساده از ASVC ارائه می‌دهد که استخراج توابع تبدیل مورد نیاز برای تحلیل سیستم‌های کنترلی را امکانپذیرمی‌کند. طرح‌های سیستم کنترلی حاصل به طور مختصر بیان شده و تحلیل‌های بیشتری ارائه می‌شود تا وقتی ولتاژ خط نامتعادل بوده و یا دچار اعوجاج می‌شود رفتار ASVC مشخص شود. این تحلیل مبتنی بر تبدیل برداری متغیرها است که ابتدا توسط آقای پارک ]5[ برای تحلیل ماشین AC ارائه شد . بعداً با استفاده از اعداد مختلط، توسط لیون ]6[ در نظریۀ مولفه‌های متقارن لحظه‌ای به کار رفت.