یک روش برای کنترل توان راکتیو در بانک های خازنی در شبکه های توزیع و صنعتی

چکیده

کلمات کلیدی

مقدمه

نماد گذاری:

طراحی و عملکرد جبران کننده:

شکل ۱.آرایش بانک خازنی متشکل از ۹ بخش و رآکتور است.

نتایج عددی

پارامترهای طراحی بانک خازنی

کاربرد در شبکه توزیع

نتیجه گیری

این مقاله یک راه حل کارآمد برای کنترل توان راکتیو خازن با استفاده از تغییرات راکتانس راکتور متصل است. این راه‌حل کنترل آسان توان راکتیو بانک‌های خازنی به عنوان یک مشخصه عملیاتی مهم برای حفظ کیفیت عرضه را تضمین می‌کند. روش پیشنهادی برای طیف وسیعی از تغییرات توان راکتیو در سیستم کار می‌کند و در صورت نیاز قادر به تزریق یا جذب توان راکتیو است. این روش کنترل را می توان در شبکه‌های توزیع و صنعتی مورد استفاده قرار داد که در آن بارها تقاضای خود برای توان راکتیو را تغییر می‌دهند. کاربردهای دیگر این روش ، تنظیم ولتاژ، تصحیح ضریب توان و جبران توان راکتیو است. اثربخشی روش پیشنهادی از طریق مطالعات موردی به منظور اثبات امکان پذیری آن برای بهبود مشخصات ولتاژ و کاهش تلفات قدرت نشان داده شده است.

کنترل توان راکتیو به عنوان یک عامل مهم در طراحی و بهره‌برداری از شبکه‌های انتقال و توزیع ( و صنعتی ) به مدت طولانی شناخته شده‌است. توسعه سریع و اقتصاد نسبی وسایل جبرانی شنت(موازی) منجر به جایگزین شدن متراکم کننده‌های همزمان در شبکه‌های انتقال شده است. در همان زمان، دستگاه‌های جبرانی شنت در شبکه‌های توزیع و صنعتی نصب شدند تا بهترین راه برای بهبود تنظیم ولتاژ، اصلاح ضریب توان، بار ( فاز ) و جابجایی هارمونیکها باشد. کنترل توان راکتیو عملکرد عملیاتی بسیار مهمی برای حفظ کیفیت تامین، به خصوص در جلوگیری از آشفتگی‌های ولتاژی است که بیش‌ترین نوع اختلال را دارند. انواع خاصی از باره‌ای صنعتی، از جمله کوره‌های الکتریکی، آسیاب بادی، جرثقیل‌ها و دستگاه‌های حفاری، در تقاضا برای توان راکتیو به تغییرات بزرگ و سریع نیاز دارند و اغلب برای جبران آن‌ها با تجهیزات تثبیت‌کننده ولتاژ در شکل توان راکتیو استاتیک ، لازم است [ ۱، ۲ ]. تنظیم ولتاژ به یک مساله مهم و گاهی حیاتی در حضور بارها تبدیل می‌شود که تقاضای آن‌ها برای توان راکتیو را تغییر می‌دهد [ ۳ - ۸ ]. همه بارها تقاضای خود برای توان راکتیو را تغییر می‌دهند، اگرچه آن‌ها در محدوده و نرخ نوسان خود به طور گسترده با هم تفاوت دارند. در تمام موارد، تغییر در تقاضا برای توان راکتیو باعث تغییر در ولتاژ در نقطه تامین می‌شود که می‌تواند با عملکرد موثر شبکه تامین تداخل داشته باشد و امکان تداخل بین بارهای متعلق به مصرف کنندگان مختلف را افزایش دهد. دستگاه‌های جبران کننده نقش اساسی در حفظ ولتاژ تغذیه در محدوده مورد نظر دارند [ ۹ - ۱۳ ]. در اغلب شبکه‌های هارمونیک صنعتی، هدف اولیه نصب بانک‌های خازنی، برآورده کردن شرایط فاکتور توان مصرفی است. مزایای بیشتر تنظیمات ولتاژ بهتر و تلفات کمتر است. هر بانک خازنی می‌تواند منبع تشدید موازی با سلف سیستم باشد. بهترین رویکرد برای جلوگیری از مشکلات رزونانسی، نصب بانک‌های خازنی بزرگ در باس اصلی است. این راه حل مزایای زیر را ارائه می دهد: (i) توان راکتیو بیشتر در دسترس شبکه به طور کلی؛ (ii) کنترل آسان تر از ولتاژ ها و جریان های هارمونیک؛ (iii) هزینه های سرمایه پایین تر، زیرا بانک های بزرگ از نظر هزینه خرید ارزان تر هستند و (4) راکتورها را می توان اضافه کرد تا فرکانس رزونانس را از فرکانس هارمونیک نیروگاه تغییر دهد [3]. برای کنترل توان راکتیو در شبکه‌های توزیع و صنعتی به طور عمده ، ساختارهای بانک خازنی از طریق تغییر طرح اتصال ، تعداد معینی از بخش‌های خازنی مطابق با الزامات بار واکنش پذیر ، مورد استفاده قرار گرفتند. در این کاربردها بانک های خازنی بوسیله مکانیکی [14-16] بهینه ترین منابع جبران توان راکتیو هستند. آن‌ها یک روش ساده و بدون تاثیر بر توان اتصال کوتاه و کم‌هزینه، اما راه‌حل سریع برای کنترل ولتاژ و ثبات شبکه تحت شرایط بار سنگین هستند. راه‌حل‌های جدیدتر ، تغییر توان راکتیو از بانک‌های خازنی به عنوان خروجی هموار و یا خروجی در بلوک‌های بسیار کوچک را ممکن می‌سازند. این راه حل ها شامل حداقل تعداد سوئیچ ها و بسیار منطقی هستند. یکی از مهم‌ترین مشکلات مربوط به برنامه‌ریزی شبکه‌های توزیع برق و شبکه‌های صنعتی انتخاب اندازه بهینه و تخصیص بانک‌های خازنی است. اخیرا تکنیک‌های متعددی برای حل این مشکل استفاده شده‌است. به عنوان مثال، کارهای ارایه‌شده در [ ۱۷، ۱۸ ] ، محل بهینه بانک‌های خازنی و تنظیم‌کننده‌های ولتاژ را در شبکه‌های توزیع جستجو می‌کنند. استراتژی پیشنهادی در [ ۱۷ ] شامل تخصیص بانک‌های خازنی با مشخصات نوع بانک ( ثابت یا خودکار ) و توان راکتیو و نیز تخصیص تنظیم کنندگان ولتاژ با تنظیم ولتاژ ثانویه آن‌ها است.برای تخصیص تنظیم کنندگان ولتاژ و یا تغییر جهت بانک‌های خازنی در سیستم‌های توزیع شعاعی، مدل پیشنهادی در [ ۱۸ ] مجموعه تجهیزات مورد نظر را ارزیابی می‌کند. در [ ۱۹ ] اندازه بانک خازنی با استفاده از یک روش اکتشافی کارآمد تعیین می‌شود، در حالی که مکان‌های بانک خازنی مناسب با استفاده از شاخص‌های پایداری گره‌ها شناسایی می‌شوند. روش پیشنهادی در [ ۲۰ ] موقعیت‌های بهینه برای بانک‌های خازنی شنت از منحنی بار روزانه پیدا می‌کند و مقادیر مناسب خازن‌های ثابت و تغییر مدار را تعیین می‌کند. یک مدل دینامیک با در نظر گرفتن مساله تخصیص بانک‌های خازنی PWM به سیستم توزیع شعاعی اولیه در [ ۲۱ ] پیشنهاد شده‌است. در مرجع [ ۲۲ ] یک روش کنترل توان راکتیو جدید برای شبکه میکرو که برای سیستم‌های توزیع نامتوازن در مقیاس کوچک طراحی شده‌است ، ارائه شده‌است. این روش به طور پویا بین تولید توان راکتیو و توان راکتیو و مصرف برای نگه داشتن ولتاژهای اتوبوس نزدیک به مقدار نامی آن‌ها هماهنگ است. جبران‌کننده استاتیک VAr یکی از تجهیزات الکترونیک قدرت مدرن است که تامین انرژی سریع و مداوم و تامین توان سلفی را به سیستم قدرت الکتریکی تضمین می‌کند. به طور کلی دو رویکرد برای تحقق الکترونیک قدرت براساس جبران کننده های VAR وجود دارد: اولی که از خازن‌ها و راکتورها ی سوئیچ تریستور استفاده می‌کند و دومی که از مبدل‌های استاتیک خود تعویض استفاده می‌کند [ ۱۳ ]. پیکربندی های مختلف و ترتیبات خازن های خازن تریستور (TSC)، خازن های سوئیچ دیود تریستور دوتایی، راکتورهای کنترل تریستور (TCR)، راکتور کنترل تریستور با خازن شنت بسته به نوع استفاده می شود. همه این ترتیبات ، مزایا و معایب خاص خود را دارند به خصوص وقتی که به دامنه پیوسته کنترل توان راکتیو، تولید اجزای هارمونیک‌ها در طول فرآیند کنترل، و گاهی ساخت‌وساز و غیره مربوط می‌شود. جبران کننده های استاتیک همراه با TSC و TCR تنظیمات پیشرفته تر هستند که با کنترل مداوم، عملا هیچ گذارنده، تولید کم هارمونیک و انعطاف پذیری در کنترل و عملکرد مشخص می شود. پیشرفت قابل توجهی از دستگاه های نیمه هادی تعویض شده، توجه خود را بر جبران کننده های VAr خود تعویض متمرکز کرده است، که قادر به تولید یا جذب توان راکتیو بدون نیاز به بانک های بزرگ خازن ها یا راکتورها است. در حالی که برای یافتن راه حل هایی که طیف پیوسته کنترل قدرت راکتیو را تضمین می کنند، ما یک طراحی جبران کننده را که در این مقاله ارائه شده است بررسی کرده ایم. طراحی مبتنی بر آرایش بانک خازنی متشکل از ۹ بخش و رآکتور است. با این ترتیب امکان کنترل آسان توان راکتیو با استفاده از تغییر مقاومت رآکتور، که سهم اصلی این مقاله است ، امکان پذیر است. راه حل پیشنهادی یک سادگی نظری جذاب دارد و نشان دهنده انگیزه برای تحقیقات بیشتر (رفتار جبران کننده در شبیه سازی دینامیکی، تجزیه و تحلیل هارمونیک ها و فلیکرزها و غیره) است. به نظر ما رآکتور کنترل‌شده تریستور یک راه‌حل خوب خواهد بود. این جبران‌کننده در پست های مگاولتی مانند یک جبران‌کننده شنت نصب خواهد شد.