پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش قدرت:جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در شبکه‌های توزیع نیروی برق با بهره گرفتن از بازیاب دینامیکی ولتاژ مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش قدرت

با عنوان :جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در شبکه‌های توزیع نیروی برق با بهره گرفتن از بازیاب دینامیکی ولتاژ مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

رشته: مهندسی برق – گرایش قدرت

عنوان:

جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در شبکه‌های توزیع نیروی برق با بهره گرفتن از بازیاب دینامیکی ولتاژ مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری

استاد راهنما:

دکتر عبدالرضا شیخ الاسلامی

استاد مشاور:

مهندس توحید نوری

 

(تابستان 1393)مقدمات

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چكیده

 

امروزه با وجود کاربرد وسیع بارهای حساس نظیر، ادوات الکترونیک قدرت، کامپیوترها و بارهای غیرخطی در شبکه‌های توزیع، مسئله کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. اکثر این بارها به تغییرات ولتاژ، نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ، حساس بوده و جهت عملکرد مناسب به منبع ولتاژ سینوسی نیاز دارند. بنابراین استفاده از بهسازهای کیفیت توان جهت کاهش اثر نامطلوب این اختلالات بر عملکرد بارهای حساس ضروری به نظر می‌رسد. در سال‌های اخیر راه ‌حل ‌های مختلفی برای مقابله با این مشکل پیشنهاد شده است که یکی از بهترین و مؤثرترین روش‌ها، استفاده از ‌DVR[1] می‌باشد.

هدف از انجام این پایان‌نامه بهبود کیفیت توان در شبکه‌های توزیع نیروی برق با وجود اغتشاشاتی نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ با بهره گرفتن از DVR پیشنهادی می‌باشد. همچنین مقایسه عملکرد چهار تیپ مختلف DVR در جبران کمبود و بیشبود ولتاژ را می‌توان از دیگر اهداف این پایان‌نامه برشمرد. مبدل‌های منبع ولتاژ مختلفی جهت استفاده در DVR، در پژوهش‌های قبلی ارائه شده است. در این پایان‌نامه جهت نیل به اهداف فوق، مبدل منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری ([2]MMCC) جهت بهبود عملکرد DVR در جبران­سازی اغتشاشات ولتاژ، ارائه شده است.

به منظور مشاهده عملکرد DVR پیشنهادی در بهبود کیفیت توان، بر روی سیستم تست در محیط MATLAB/SIMULINK شبیه‌سازی شده است. جهت ارزیابی کیفیت ولتاژ و مشاهده عملکرد DVR با بهره گرفتن از مبدل پیشنهادی، [3]THD ولتاژ دو سر بار و ولتاژ تزریقی توسط DVR پیشنهادی سه، پنج و هفت سطحه محاسبه ‌شده و با DVR معمولی (مبتنی بر اینورتر دو سطحه PWM[4]) مقایسه گردیده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی، سرعت عملکرد و دقت DVR پیشنهادی را در بازیابی ولتاژ دو سر بار تأیید می‌کند.

 

کلمات کلیدی: بازیاب دینامیکی ولتاژ، بیشبود ولتاژ، کمبود ولتاژ، کیفیت توان، مبدل چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری.

فهرست علائم و نشانه‌ها

عنوان                                  علامت اختصاری ی

پیک دامنه ولتاژ

زاویه ولتاژ بار

سرعت زاویه‌ای

جریان

دوره تناوب

تبدیل پارک

مختصات محور dq

ولتاژDC

ولتاژ تزریقی

ولتاژ دو سر بار

توان حقیقی

زاویه ولتاژ DVR

ولتاژ تونن

ولتاژ DVR

توان ظاهری DVR

تغییرات آنی ولتاژ

فرکانس کلیدزنی

کیلو هرتز

اهم

امپدانس

فرکانس

سلف

خازن

اندوکتانس

فهرست علایم و نشانه‌ها

عنوان                                  علامت اختصاری ی

ولتاژ منبع

تعداد سلول در هر فاز

مقاومت

کیلوولت

زاویه ولتاژ تزریقی

زاویه ولتاژ بار

زاویه ولتاژ منبع

ولتاژ مؤلفه d

ولتاژ مؤلفه q

توان حقیقی DVR

شاخص مدولاسیون دامنه

شاخص مدولاسیون فرکانس

دامنه تغییرات گام ولتاژ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست علائم اختصاری

جریان متناوب	Alternative Current	AC
سیستم بهساز توان	Custom Power System	CUPS
مبدل تمام پل آبشاری	Cascade H-Bridge	CHB
بازیاب دینامیکی ولتاژ	Dynamic Voltage Restorer	DVR
مبدل چند سطحی با کلمپ دیود	Diode-Clamped Multilevel Converter	DCMC
ادوات FACTS در شبکه توزیع	Distribution-Flexible AC Transmission System	D-FACTS
جبران کننده استاتیکی توزیع	Distribution STAtic COMpensator	D-STATCOM
جریان مستقیم	Direct Current	DC
تداخل الکترومغناطیسی	Electromagnetic Interference	EMI
کمیته تحقیقاتی توان الکتریکی	Electric Power Research Institute	EPRI
سیستم انتقال جریان متناوب قابل انعطاف	Flexible AC Transmission System	FACTS
مبدل چند سطحی خازن شناور	Flying-Capacitor Multilevel Converter	FCMC
ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده	Insulated Gate Bipolar Transistor	IGBT
تریستور کموتاسیون با گیت مجتمع	Integrated Gate-Commutated Thyristor	IGCT
انجمن مهندسین برق و الکترونیک آمریکا	Institute of Electrical and Electronic Engineers	IEEE
اینورتر چند سطحی	Multi-Level Inverter	MLI
مبدل چند سطحی آبشاری مدولار شده	Modular Multilevel Cascade Converter	MMCC
مدولاسیون عرض پالس	Pulse Width Modulation	PWM
نقطه اتصال مشترک	Point of Common Coupling	PCC
کیفیت توان الکتریکی	Power Quality	PQ
حلقه فاز قفل شده	Phase Locked Loop	PLL
پریونیت	Per Unit	P.U.
مقدار مؤثر	Root Mean Square	RMS
مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی	Space Vector Pulse-Width Modulated	SVPWM
قاب مرجع سنکرون	Synchronous Reference Frame	SRF
اعوجاج هارمونیکی کل	Total Harmonic Distortion	THD
کنترل کننده یکپارچه کیفیت توان	Unified Power Quality Conditioner	UPQC
اینورتر منبع ولتاژ	Voltage Source Inverter	VSI

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

1-    مقدمه. 1

2-    رطوبت در ترانسفورماتور و تاثیر آن بر عمر عایق. 4

2-1-                                                                 اهمیت خشک کردن عایق ترانسفورماتور  4

2-2- علل تولید رطوبت در ترانسفورماتور و تاثیر آن بر عایق  8

2-3- روش­های اندازه ­گیری رطوبت موجود در عایق جامد. 14

2-3-1-………………………………………………………………….. روش مستقیم. 14

2-3-2-……………………………………………………. روش­های غیرمستقیم. 14

2-4-……… پیر شدن و تعیین عمر عایق ترانسفورماتور. 19

2-5- تعیین عمر ترانسفورماتور با داشتن دمای نقطه داغ  21

3-  مروری بر روش­های خشک کردن عایق ترانسفورماتور. 23

3-1-                                                                نقش گرما و خلأ در فرایند خشک کردن  23

3-2-                                                                             انواع روش­های خشک کردن عایق ترانسفورماتور  24

3-2-1-…………………………………………………. روش استفاده از خلأ. 25

3-2-2-……………………………………………………………… روش هوای داغ. 26

3-2-3-…………………………………………………………… روش گرما و خلأ. 27

3-2-4-…………………………………………………………… روش گردش روغن. 28

3-2-5-……………………………………….. روش خشک کردن فاز بخار. 29

3-2-6-………………………………….. روش گرمایش فرکانس پایین. 30

3-3-…………………………………. مقایسه روش­های خشک کردن عایق. 34

3-3-1-……………………… مقایسه از نظر سرعت جذب رطوبت. 34

3-3-2- مقایسه انرژی مورد نیاز، زمان و هزینه در روش­های مختلف  36

3-3-3- مقایسه روش گردش روغن در ترکیب با خلأ و روش گرمایش فرکانس پایین. 37

 

4-1-                                                              روش پل وتستون با ترانسفورماتور ولتاژ  38

4-2- روش اندازه گیری چهار سیمه با فیلتر پایین گذر  39

4-3-                                                                                                                       اندازه گیری مقاومت ترانسفورماتور در دستگاه گرمایش فرکانس پایین. 40

5-    ارتقای سامانه کنترلی. 41

5-1-                          مشخصات پردازنده TMS320F2812. 42

5-2-……………………………………………………….. اصلاح بردهای کنترلی. 44

5-3-……………………………………………………….. کالیبراسیون حسگرها. 44

5-3-1- اندازه گیری مقاومت اولیه سیم­پیچی­های ترانسفورماتور  44

5-3-2- پیاده سازی اندازه گیری مقاومت در چند نقطه کار  46

5-3-3- طراحی نرم افزاری برای کالیبره کردن حسگرها  47

5-4-………………………………………………… کنترل حلقه بسته جریان. 49

5-4-1-………………………………….. طراحی کنترل کننده جریان. 51

5-4-2- شبیه‌سازی کنترل کننده جریان با بهره گرفتن از بلوک محاسبه مقدار موثر. 61

5-4-3-……………………………….. آزمایش کنترل کننده جریان. 62

5-4-4-…………. تنظیم وفقی پارامترهای کنترل کننده. 64

5-5-………………………………………………………………….. راه اندازی نرم. 66

5-5-1- تعیین بهینه لحظه تغییر وضعیت کنترل کننده در راه اندازی نرم. 66

5-5-2-………. نتایج آزمایشگاهی در راه اندازی نرم. 67

6-    اندازه گیری مقاومت سیم­پیچی­های ترانسفورماتور. 69

6-1-                                                                          اندازه گیری توان سیم­پیچی­های ترانسفورماتور  69

6-1-1-……………………… نحوه محاسبه توان در روش قدیم. 70

6-1-2-………………………………….. محاسبه توان در روش جدید. 71

6-2-                                          عدم تعادل در مقاومت فازها. 77

6-2-1-………………………………………………………………… اتصال ستاره. 78

6-2-2-…………………………………………………….. اتصال مثلث (D11). 82

6-3-                       نتایج شبیه‌سازی. 86

6-4-                       نتایج آزمایشگاهی. 90

6-5-                                               بررسی حالات دیگر عدم تعادل. 93

7-    نتیجه گیری و پیشنهادات. 96

7-1-             نتیجه گیری. 96

7-2-          پیشنهادات. 97

فهرست منابع. 99

8-    پیوست: مجموعه آزمایش­ها 106

8-1-                             اصلاح برهای کنترلی. 106

8-2-                       مجموعه آزمایش­ها. 109

8-2-1- نتایج آزمایشگاهی در اندازه گیری مقاومت اولیه  109

8-2-2- نتایج آزمایشگاهی در ارزیابی کنترل حلقه بسته جریان  112

8-2-3-………………… نتایج عملی برای راه اندازی نرم. 113

8-2-4-……………………… اندازه گیری مقاومت سیم­پیچی­ها. 116

 

 

 

فهرست شکل­ها

شکل ‏2‑1 نحوه چینش عایق در یک ترانسفورماتور.. 5

شکل ‏2‑2 نحوه چینش عایق در یک ترانسفورماتور.. 6

شکل ‏2‑3 تغییرات مقاومت عایقی و ضریب تلفات عایقی کاغذ بر حسب درصد رطوبت موجود در آن.. 7

شکل ‏2‑4 تغییرات سرعت نسبی وابسپارش کاغذ بر حسب درصد رطوبت موجود در آن.. 7

شکل ‏2‑5 نحوه تشکیل آب از تجزیه سلولز.. 9

شکل ‏2‑6 تغییرات عمر ترانسفورماتور (سال) بر حسب دما در مقادیر مختلف رطوبت عایق.. 10

شکل ‏2‑7 تغییر شکل عایق کاغذی در اثر جذب و پس دادن رطوبت.  13

شکل ‏2‑8 منحنی­های تعادلی رطوبت موجود در کاغذ و روغن بر حسب دما.. 15

شکل ‏2‑9 منحنی رطوبت موجود در کاغذ برحسب رطوبت نسبی روغن.  17

شکل ‏2‑10 وابستگی منحنی پاسخ فرکانسی ضریب تلفات عایقی به رطوبت موجود در عایق. 18

شکل ‏2‑11 پاسخ فرکانسی ضریب تلفات عایقی و نحوه تغییر آن با عوامل مختلف.. 19

شکل ‏2‑12 منحنی عمر یکایی شده ترانسفورماتور بر حسب دمای نقطه داغ.. 22

شکل ‏3‑1 افزایش سرعت نسبی نفوذ آب در پرسبورد (غیر آغشته به روغن) با دما و فشار.. 23

شکل ‏3‑2 روش خلأ تنها برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.  26

شکل ‏3‑3 روش استفاده از جریان هوای داغ برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 27

شکل ‏3‑4 روش استفاده توامان از گرما و خلأ برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 28

شکل ‏3‑5 روش استفاده از گردش روغن به منظور خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 29

شکل ‏3‑6 استفاده از روش فاز بخار برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 30

شکل ‏3‑7 روش گرمایش فرکانس پایین برای رطوبت زدایی از عایق ترانسفورماتور.. 31

شکل ‏3‑8 فرایند خشک کردن ترکیبی از گرمایش فرکانس پایین و پاشش روغن.. 33

شکل ‏3‑9 تعداد ترانسفورماتورهای قدرتی که در محل نصب با روش گرمایش فرکانس پایین خشک شده ­اند.. 34

شکل ‏3‑10 زمان لازم برای خشک کردن یک ترانسفورماتور MVA400 با 14 تن عایق از رطوبت %3 به %5/1.. 35

شکل ‏3‑11 مقایسه قدرت جذب رطوبت در روش­های مختلف.. 35

شکل ‏3‑12 مقایسه انرژی الکتریکی و حرارتی مورد نیاز در روش­های مختلف خشک کردن.. 36

شکل ‏3‑13 مقایسه زمان، انرژی، هزینه نگهداری و سرمایه ­گذاری در روش­های مختلف خشک کردن.. 37

شکل ‏4‑1 مداری برای اندازه گیری مقاومت DC حین اتصال به منبع AC.. 39

شکل ‏4‑2 مداری برای اندازه گیری مقاومت DC حین اتصال به منبع AC با فیلتر پایین گذر.. 39

شکل ‏5‑1 جریان مرجع برای اندازه گیری مقاومت اولیه.  46

شکل ‏5‑2 محیط نرم افزار کالیبراسیون حسگرها.. 48

شکل ‏5‑3 کنترل کننده جریان در سامانه قدیم.. 49

شکل ‏5‑4 بلوک جبران ساز دما از نوع تناسبی.. 50

شکل ‏5‑5 کنترل کننده جریان در سامانه جدید.. 51

شکل ‏5‑6 مدار فیلتر خروجی اینورتر.. 51

شکل ‏5‑7 نمودار بلوکی کنترل کننده جریان با تاخیر مسیر پسخور.  52

شکل ‏5‑8 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R_0,1(s).  55

شکل ‏5‑9 ناحیه­ای از صفحه که پایداری سیستم حلقه بسته را با تقریب پاده R_1,1(s) تضمین می­ کند.. 56

شکل ‏5‑10 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R_1,1(s).  57

شکل ‏5‑11 ناحیه­ای از صفحه که پایداری سیستم حلقه بسته با تقریب پاده مرتبه دوم را تضمین می­ کند.. 58

شکل ‏5‑12 منحنی مکان ریشه ­های سیستم حلقه بسته در تقریب پاده R_2,2(s).. 60

شکل ‏5‑13 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R_2,2(s).  60

شکل ‏5‑14 پاسخ پله کنترل کننده جریان با بهره گرفتن از بلوک محاسبه مقدار موثر.. 62

شکل ‏5‑15 پاسخ پله کنترل کننده جریان (فرکانس 1/0 هرتز.)  63

شکل ‏5‑16 پاسخ پله کنترل کننده جریان (فرکانس 1 هرتز.)  64

شکل ‏5‑17 نمودار بلوکی راه اندازی نرم.. 66

شکل ‏5‑18 منطق کنترلی راه اندازی نرم.. 67

شکل ‏5‑19 شکل موج جریان مرجع، جریان شیب و جریان واقعی هنگام راه اندازی نرم.. 68

شکل ‏6‑1 نمودار بلوکی تخمین مقاومت به روش قدیم.. 71

شکل ‏6‑2 نحوه اتصال ستاره و نمودار فازوری آن.. 71

شکل ‏6‑3 نحوه اتصال مثلث D11.. 72

شکل ‏6‑4 دو روش برای محاسبه مقدار موثر جریان فاز.. 74

شکل ‏6‑5 نمودار بلوکی تخمین مقاومت به روش جدید.. 75

شکل ‏6‑6 خطای تخمین مقاومت در حالت گذرای تغییر پله­ای در ولتاژ ورودی (روش قدیم).. 76

شکل ‏6‑7 خطای تخمین مقاومت در حالت گذرای تغییر پله­ای در ولتاژ ورودی (روش جدید).. 77

شکل ‏6‑8 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال ستاره (فاز r).. 81

شکل ‏6‑9 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال ستاره (فاز y و b).. 82

شکل ‏6‑10 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال مثلث (فاز r).. 85

شکل ‏6‑11 مدار مورد استفاده برای آزمایش الگوریتم جدید اندازه گیری مقاومت (اتصال ستاره).. 86

شکل ‏6‑12 مدار مورد استفاده برای آزمایش الگوریتم جدید اندازه گیری مقاومت (اتصال مثلث D11).. 86

شکل ‏6‑13 شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش قدیم.. 89

شکل ‏6‑14 شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش جدید.. 89

شکل ‏6‑15 آزمایش تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش قدیم… 92

شکل ‏6‑16 آزمایش تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش جدید.. 92

شکل ‏8‑1 برد واسط جدید طراحی شده برای پردازنده TMS320F2812.  106

شکل ‏8‑2 ارتقای برد حفاظت دستگاه به منظور افزایش قابلیت اطمینان.. 107

شکل ‏8‑3 دستگاه گرمایش فرکانس پایین در آزمایشگاه محرکه­های الکتریکی.. 108

شکل ‏8‑4 شکل موج توان کل و جریان مرجع هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 109

شکل ‏8‑5 شکل موج ولتاژ باس DC و اندیس مدولاسیون هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 110

شکل ‏8‑6 ولتاژ موثر و جریان موثر واقعی (میانگین سه فاز) هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 110

شکل ‏8‑7 مقاومت تخمین زده شده (میانگین سه فاز) هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 111

شکل ‏8‑8 نتایج نهایی اندازه گیری مقاومت اولیه در ده نقطه کار.  112

شکل ‏8‑9 پاسخ جبران ساز جریان به پله مثبت و منفی فرمان در فرکانس 1/0 هرتز.. 113

شکل ‏8‑10 پاسخ جبران ساز جریان به پله مثبت و منفی فرمان مقدار موثر جریان در فرکانس 1/0 هرتز.. 113

شکل ‏8‑11 جریان مرجع تولید شده و جریان شیب هنگام راه اندازی نرم.. 114

شکل ‏8‑12 ولتاژ موثر و جریان موثر واقعی (میانگین سه فاز) هنگام راه اندازی نرم.. 115

شکل ‏8‑13 ولتاژ باس DC و اندیس مدولاسیون هنگام راه اندازی نرم.  115

شکل ‏8‑14 دما و مقاومت تخمین زده شده (میانگین سه فاز) هنگام راه اندازی نرم.. 116

شکل ‏8‑15 توان کل تزریقی هنگام راه اندازی نرم.. 116

شکل ‏8‑16 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش قدیم (اتصال ستاره).. 117

شکل ‏8‑17 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش جدید (اتصال ستاره).. 118

شکل ‏8‑18 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش قدیم (اتصال مثلث).. 118

شکل ‏8‑19 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش جدید (اتصال مثلث).. 119

 

فهرست جدول­ها

جدول ‏2‑1 مقدار توصیه شده برای حداکثر رطوبت موجود در روغن برای ولتاژ 69 کیلوولت.. 16

جدول ‏2‑2 معیارهای تخمین پایان عمر عایق ترانسفورماتور.  21

جدول ‏3‑1 مقایسه روش گردش روغن در ترکیب با خلأ و روش گرمایش فرکانس پایین.. 37

جدول ‏5‑1 مشخصات نامی دستگاه گرمایش فرکانس پایین.. 41

جدول ‏5‑2 مقایسه پردازشگرهای TMS320F243 و TMS320F2812.  43

جدول ‏5‑3 تقریب پاده با توابع تبدیل گویا از درجه­های مختلف.  53

جدول ‏5‑4 محدودیت­های اعمال شده برای بهینه سازی جبران ساز جریان با تقریب پاده.. 59

جدول ‏5‑5 مقادیر پارامترها برای آزمون راه اندازی نرم.  67

جدول ‏6‑1 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال مثلث(نتایج شبیه‌سازی). 88

جدول ‏6‑2 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال ستاره(نتایج شبیه‌سازی). 88

جدول ‏6‑3 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال مثلث(نتایج شبیه‌سازی). 88

جدول ‏6‑4 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال ستاره(نتایج شبیه‌سازی). 88

جدول ‏6‑5 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال مثلث(نتایج آزمایشگاهی). 91

جدول ‏6‑6 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال ستاره(نتایج آزمایشگاهی). 91

جدول ‏6‑7 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال مثلث(نتایج آزمایشگاهی). 91

جدول ‏6‑8 مقاومت­های اندازه گیری شده باروش جدید در اتصال ستاره(نتایج آزمایشگاهی). 91

جدول ‏6‑9 خطای نسبی نتایج آزمایش تخمین مقاومت­ها در بار نامتعادل.. 93

جدول ‏6‑10 نتایج شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها (درصد) در حالات مختلف عدم تعادل.. 94

جدول ‏6‑11 خطای نسبی مقاومت­های تخمین زده شده بر حسب درصد.  95

جدول ‏8‑1 شرایط و پارامترهای آزمایش برای اندازه گیری مقاومت اولیه.. 109

جدول ‏8‑2 شرایط و پارامترهای آزمایش برای راه ارزیابی عملکرد جبران ساز جریان.. 112

جدول ‏8‑3 شرایط و پارامترهای آزمایش برای راه اندازی نرم.  114

جدول ‏8‑4 شرایط آزمایش برای اندازه گیری مقاومت­ها در بار متعادل و نامتعادل.. 117

 

1-1- پیشگفتار

عدم آگاهی از مفهوم کیفیت توان، طراحی ضعیف شبکه قدرت، حضور بارهای حساس به تغییرات ولتاژ و افزایش بارهای غیرخطی در شبکه‌های توزیع، بررسی و تحلیل کیفیت توان را به امری مهم مبدل ساخته است. به منظور حفظ کیفیت توان مطلوب در شبکه‌های توزیع در محدوده استاندارد، بایستی پارامترهای مرتبط باکیفیت توان، شناسایی، ارزیابی و اندازه‌گیری شده و سپس با پیدا کردن و در نهایت اعمال راه‌کارهای لازم در بهسازی و کنترل آن قدم‌های مؤثری برداشت. با توجه به وجود مشکلات ناشی از کیفیت نامطلوب برق، استفاده از روش‌های مناسب جهت بهبود آن، امری ضروری به نظر می‌رسد که نیاز به راه ‌حل ‌های مناسب و جدید را به همراه دارد. رشد سریع بارهای غیرخطی و الکترونیک قدرتی منجر به کاهش کیفیت توان می‌شود. تضعیف کیفیت توان در شبکه باعث صدمه دیدن بارهای حساس متصل به شبکه می‌گردد به عنوان نمونه، کمبود و بیشبود ولتاژ[5] در شبکه می‌تواند بارهای حساس را تخریب و باعث عملکرد نامطلوب و صدمه دیدن آن‌ ها گردد. از اینرو صنعت برق به سوی استفاده از بهسازهای کیفیت توان سوق یافته است. از سوی دیگر مسائل اقتصادی، بالا رفتن آگاهی مشترکین نسبت به مسائل کیفیت توان، حساسیت بالای تجهیزات الکتریکی جدید نسبت به تغییرات کیفیت توان، وجود شبکه مجتمع و به هم پیوسته و بهبود راندمان کلی شبکه قدرت، مدیران صنعت برق را بر این می‌دارد تا بیش از پیش به مسئله کیفیت توان و بهبود آن توجه کنند. تمامی دلایل فوق‌الذکر زمینه‌ساز انجام تحقیقات گسترده‌ای باهدف بهبود کیفیت توان شده است. به منظور حفظ کیفیت توان در محدوده مشخص که توسط استانداردهای کیفیت توان تعریف شده است باید از روش‌های جبران سازی استفاده کرد تا تأثیر بارهای مخرب بر روی شبکه را کم کرد. در سال‌های اخیر توجه به سیستم بهساز توان راه حل مناسبی جهت جبران سازی مشکلات کیفیت توان به وجود آورده است. استفاده از فناوری سیستم بهساز توان برای بهبود کیفیت توان، یکی از راه‌هایی است که اکنون برای جبران سازی اغتشاشات کیفیت توان پیشنهاد می‌شود. بر طبق تعریف، ادوات CUPS[6] ، به‌کارگیری کنترل‌کننده‌های الکترونیک قدرت در سیستم‌های توزیع جهت بالا بردن کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه می‌باشد. ادوات CUPS انواع مختلفی نظیر D-STATCOM، DVR، UPQC، UPFC، SVC و … دارند. در واقع ایده‌ی به‌کارگیری ادوات CUPS مبتنی بر کلیدهای قطع و وصل قدیمی و مربوط به اواخر قرن 19 میلادی است. اما اکنون پس از گذشت نزدیک به یک قرن از بهره‌برداری انسان از انرژی الکتریکی، طراحان و برنامه‌ریزان صنعت برق در سراسر دنیا به ایده‌ی جدید جبران‌سازها روی آورده و در جهت بهبود عملکرد آن‌ ها تلاش می‌کنند. خسارات مالی ناشی از کیفیت توان پایین به علت اغتشاشاتی نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ از مشوق‌های اصلی گسترش ادوات CUPS است. این فناوری مبتنی بر الکترونیک قدرت، در نزدیکی محل بار حساس نصب می‌شود که نتیجه آن کاهش و حذف اغتشاشات کیفیت توان و حفاظت بارهای حساس در سیستم توزیع نیروی برق می‌باشد. به طور کلی بهبود کیفیت توان، آزادسازی ظرفیت سیستم‌های توزیع، کاهش خسارات مالی مصرف‌کنندگان شبکه، ارتقاء بهره‌وری و افزایش امنیت برای بارهای حساس و پراهمیت شبکه‌های توزیع از نتایج مثبت به‌کارگیری ادوات CUPS برای مصرف‌کنندگان در شبکه‌های توزیع نیروی برق است. در میان ادوات CUPS، برای کنترل و جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ بهترین گزینه بازیاب دینامیکی ولتاژ (DVR) می‌باشد. DVR، اساساً یک منبع ولتاژ کنترل شده است که بین شین تغذیه و بارهای حساس نصب می‌گردد و با تزریق یک ولتاژ دینامیکی کنترل شده، دامنه و فاز ولتاژ شبکه را طوری کنترل می‌کند که علیرغم وجود اغتشاش در ولتاژ منبع، در دو سر بار حساس ولتاژ سه فاز متقارن با دامنه مشخص به وجود می‌آید. یکی از روش‌هایی که برای افزایش قابلیت جبران سازی این تجهیز پیشنهاد می‌شود استفاده از مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی به جای مبدل‌های معمولی (دو سطحی) است. مبدل‌های چند سطحی قابلیت تولید ولتاژ با اغتشاش هارمونیکی کل (THD%) و کمتر را دارا می‌باشند از اینرو نیاز به فیلترهای بزرگ در DVR از بین می‌رود که این خود باعث کاهش حجم، اندازه و هزینه DVR می‌گردد. همچنین مبدل‌های چند سطحی توانایی کاربرد در سطوح ولتاژ بالا را دارند.

1-2- انگیزه استفاده از مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی در بازیاب دینامیکی ولتاژ و اهداف اصلی پایان‌نامه

در اثر اغتشاش در شبکه‌های توزیع، بارهای حساس دچار مشکل می‌شوند از اینرو برای جلوگیری از صدمه دیدن بارهای حساس استفاده از جبران سازهای CUPS پیشنهاد می‌گردد، که بهترین گزینه جهت جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ، DVR است.

یکی از اجزای اصلی DVR، مبدل منبع ولتاژ است که هرچه ولتاژ تزریقی توسط آن هارمونیک کمتری داشته باشد باعث بهبود عملکرد DVR در جبران سازی خواهد شد از اینرو به جهت دست‌یابی به ولتاژ تزریقی با عملکرد بالا توسط DVR و بهبود بهتر کیفیت توان، استفاده از DVRهای مبتنی بر مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی مطلوب می‌باشد.

مبدلی که در این پایان‌نامه استفاده شده است، مبدل منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و سلول تمام پل (CHB) سری کسکاد با اتصال ستاره، که به اختصار (MMCC) نامیده می‌شود. روش کلیدزنی مورد استفاده در مبدل، مدولاسیون بردار فضایی (SVPWM) مبتنی بر مدولاسیون بردار فضایی دو سطحه استاندارد می‌باشد زیرا در میان انواع مدولاسیون مورد استفاده در اینورترهای چند سطحی بهترین عملکرد را داراست. در راستای نیل به هدف این پایان‌نامه ساختار DVR پیشنهادی در سه تیپ مختلف در محیط نرم افزاری MATLAB/Simulink شبیه‌سازی و مطالعات موردی همراه با مقایسه عملکرد سه تیپ DVR پیشنهادی با DVR معمولی (مبتنی بر اینورتر دو سطحه PWM) و نتایج چند مرجع از لحاظ دامنه ولتاژ جبران‌سازی شده و THD% ولتاژ دو سر بار حساس و تزریقی DVR صورت خواهد گرفت.

1-3- ساختار پایان‌نامه

این پایان‌نامه شامل 5 فصل به شرح زیر می‌باشد:

• در فصل اول، موضوع تحقیق، اهداف و ساختار پایان‌نامه ارائه شده است.
• در فصل دوم، مسئله کیفیت توان و سیستم بهساز توان، در شبکه توزیع نیروی برق بررسی شده است. همچنین به معرفی کامل مبدل‌های سه‌گانه منبع ولتاژ چند سطحی و روش‌های مختلف مدولاسیون آن‌ ها پرداخته شده و مطالعات صورت گرفته توسط محققین در زمینه جبران‌سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در سیستم‌های توزیع به کمک DVR مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی بررسی شده است.
• در فصل سوم، پس از معرفی ساختار کلی و عملکرد DVR پیشنهادی و روش استراتژی کنترلی و آشکارساز خطا مورد استفاده در آن به مدل‌سازی DVR پیشنهادی جهت جبران‌سازی کمبود و بیشبود ولتاژ پرداخته می‌شود.
• در فصل چهارم، DVR با مبدل پیشنهاد شده بر روی یک شبکه نمونه و با بهره گرفتن از نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK پیاده‌سازی شده و مطالعات موردی پس از اعمال اغتشاش (Sag/Swell متقارن) شبیه‌سازی می‌شود تا صحت عملکرد DVR مذکور در جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ مورد تحقیق قرار گیرد.
• در فصل پنجم، جمع‌بندی کلی به همراه نتیجه‌گیری بیان خواهد شد. سپس پیشنهاداتی نیز برای ادامه کار در این زمینه ارائه می‌گردد.

 

2-1- مقدمه

امروزه توجه شرکت‌های برق و مشترکین آن‌ ها به شکل روزافزونی به مسئله کیفیت توان معطوف شده است. واژه کیفیت توان در کشورهای صنعتی و در صنعت برق کاربرد فراوانی پیدا کرده است. مبحث فوق تعداد بسیار زیادی از اعوجاج‌های موجود در شبکه برق را پوشش می‌دهد. موضوعاتی که تحت مبحث کیفیت توان قرار می‌گیرند لزوماً مفاهیم تازه‌ای نیستند، لیکن آنچه جدید است تلاش مهندسین برای جمع‌ آوری این مطالب و قرار دادن آن‌ ها در الگوهای مشخص می‌باشد.

2-2- تعریف کیفیت توان

عنوان کیفیت توان و یا کیفیت برق به صورت یک مفهوم کلی برای تمام اغتشاشات موجود در شبکه‌های توزیع می‌باشد. مهندسین برق- ‌قدرت، کیفیت توان را باید به عنوان ضرورتی مهم مورد توجه خود قرار دهند. ضرورتی که ولتاژ، جریان و فرکانس توان تغذیه‌کننده، یک مصرف‌کننده را تحت تأثیر خود قرار می‌دهد. مشکلات کیفیت توان زمانی رخ می‌دهد که ولتاژ متناوب منبع قدرت 50 یا 60 هرتز از حالت سینوسی خارج شود و تغییر شکل دهد [1].

کیفیت توان از دو جنبه متفاوت بسته به اینکه ما مصرف‌کننده و یا تولیدکننده توان هستیم می‌تواند تعریف شود. آقای Gerry Heyolt در «کیفیت توان الکتریکی» کیفیت توان را این‌گونه تعریف می‌کند: «اندازه‌گیری، آنالیز و اصلاح ولتاژ باس برای نگه‌داشتن آن در حالت سینوسی در ولتاژ و فرکانس نامی». Reger Dugan در «کیفیت توان سیستم‌های الکتریکی» کیفیت توان را این‌گونه تعریف می‌کند: «هر گونه تغییر شکل در ولتاژ، جریان و فرکانس که باعث نقص و کارکرد ناصحیح تجهیزات مصرف‌کننده می‌شود». تعاریف متنوعی از کیفیت توان وجود دارد [2]:

• کیفیت توان: در واقع ترکیبی از کیفیت ولتاژ و جریان است.
• کیفیت ولتاژ: به معنی اختلاف با ولتاژ ایده‌آل می‌باشد. ولتاژ ایده‌آل یک شکل موج سینوسی با دامنه و فرکانس ثابت است.
• کیفیت جریان: به معنی اختلاف با جریان ایده‌آل می‌باشد. جریان ایده‌آل علاوه بر دارا بودن شکل موج سینوسی با دامنه و فرکانس ثابت، می‌بایست با ولتاژ نیز هم‌فاز باشد.

کیفیت ولتاژ مهم‌ترین بخش از کیفیت توان محسوب می‌گردد. شرکت‌های برق کیفیت توان را مترادف با قابلیت اطمینان تعریف می‌کنند درحالی‌که سازندگان تجهیزات الکتریکی، کیفیت توان را به صورت کارکرد مناسب دستگاه‌ها بر اساس مشخصات منبع تغذیه تعریف می‌کنند. این تعریف‌می‌تواند برای سازندگان مختلف متفاوت باشد. مفهومی که در این نوشتار مد نظر است بدین گونه می‌باشد:

« هر گونه مشکلی که سبب تغییر در ولتاژ، جریان یا فرکانس گردد و موجب خرابی و عملکرد نادرست تجهیزات مصرف‌کننده شود. »

[1] Dynamic voltage Restorer

[2] Modular Multilevel Cascade Converter

[3] Total Harmonic Distortion

[4] Pulse Width Modulation

[5] Voltage Sag/Swell

[6] Custom Power System

ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :184

قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :             serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

  *

14,700 تومانافزودن به سبد خرید

—-

پشتیبانی سایت :       

*         parsavahedi.t@gmail.com