استفاده از فیلترهای اکتیو برای حذف هارمونیک ها در سیستم های قدرت


عنوان پروژه:

بررسی استفاده از فیلترهای اکتیو برای حذف

هارمونیک ها در سیستم های قدرت

فهرست مطالب:

1- مقدمه

2- فیلتر کردن

3- ساختار فیلتر اکتیو

4- ساختار قدرت فیلتر اکتیو

5- فیلترهای اکتیو متوالی

6- پاسخ سیستم قدرت به منابع هارمونیکی

1-6- تشدید موازی

2-6- امپدانس سیستم

3-6- امپدانس خازن

4-6- اثر بار مقاومتی

7- بررسی هارمونیک ها

1-7- کلیات

2-7- اعوجاج های هامونیکی

3-7- منابع تولید هامونیک ها

4-7- اثار سوء هارمونیک ها بر سیستم قدرت و تجهیزات ان

5-7-اصلاح پاسخ فرکانسی سیستم
8- تجهیزات فیلتر کردن هارمونیک ها

1-8- فیلترهای پسیو

2-8- فیلترهای اکتیو

3-8- فیلترهای هیبرید

9-انواع ارایش های فیلتر کردن هارمونیک ها

1-9- فیلتر اکتیو و پسیو و بار هر سه با هم موازی

2-9- فیلتر پسیو موازی و اکتیو سری با بار

3-9- فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و موازی با بار

4-9- فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و موازی با بار دارای سلف موازی

با ترانس کوپلینگ

5-9- فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و موازی با بار به همراه فیلتر پسیو

کنترل شده

10- برنامه های کامپیوتری تحلیل هارمونیکی

1-10- قابلیت برنامه های تحلیل هارمونیکی

11- کاهش میزان هارمونیک درسیستمهای قدرت با استفاده ازAPLC

12-پیشنهادات علمی و کاربردی جهت کاهش یا حذف هارمونیک ها در

در شبکه فشار ضعیف

1- مقدمه:

هنگامی که اسفاده از مبدل های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول

گردید،توجه بسیاری ازمهندسین شرکت برق در مورد پذیرش اعوجاج هارمونیک

توسط سیستم های قدرت را برانگیخت پیش بینی ها مایوس کننده ای از سرنوشت

سیستم های قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت.

بروز هارمونیک در سیستم های برق اولین پیامد عناصر غیر خطی در شبکه

است.به خاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیر خطی در سیستم های برق

مانند:راه اندازها و مبدل های الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج

جریان و ولتاژ به طور چشمگیری افزایش یافته است

2- فیلتر کردن:

فیلترهای موازی توسط اتصال کوتاه کردن جریان هارمونیکی تا حدامکان اعوجاج

را کاهش می دهند.این روش معمول ترین نوع فیلترسازی عملی بوده و بدلیل

مسایل اقتصادی و نیز تمایل به بهبود ولتاژ اعمال به بار با حذف هارمونیک های

جریان مورد استفاده قرار می گیرد.

روش دیگر استفاده از فیلتر سری است که باعث سد کردن هارمونیک های جریان

می شود.البته این نوع فیلتر کمتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در صورت

استفاده از ان ولتاژ بار اعوجاجی میگردد.این نوع فیلتر، مدار موازی قابل تنظیمی

است که امپدانس بالایی را در برابر جریان هارمونیکی ایجاد می کند.البته این نوع

فیلتر کمتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در صورت استفاده از ان ولتاژ بار

اعوجاجی می گردد. یک نوع کاربرد عملی این نوع فیلترها، قرار گرفتن انها در

مسیر نقطه نوترال یک بانک خازنی با اتصال ستاره تا نقطه زمین می باشد.با این

عمل مسیر هارمونیک های مرتبه سوم سد شده ، در حالی که مسیر خوبی را در

برابر فرکانس قدرت از خود نشان می دهد.

فیلترهای فعال نیز با وارد کردن مولفه هارمونیکی جریان به یک بار غیر خطی

عمل حذف هارمونیک ها را انجام می دهند.

3- ساختار فیلتر اکتیو:

فیلترهای فعال تجهیزات نسبتا جدیدی برای حذف هارمونیک ها می باشد.عملکرد

انها بر اساس مدارات الکترونیک قدرت پیچیده بوده و در نتیجه هزینه بسیار بیشتر

نسبت به فیلترهای غیر فعال دارند. به هر حال این دسته فیلترها دارای مزایای

متمایزی مانند تشدید نکردن با سیستم می باشد. این گونه تجهیزات را در شرایط

بسیار مشکل، جایی که فیلترهای غیر فعال بصورت موفق عمل نمی کنند(بدلیل

بروز تشدید موازی) می توان بکار برد. اینگونه تجهیزات در یک زمان می توانند

بیش از یک هارمونیک را نیز کنترل کنند و همچنین بعضی دیگر مسایل کیفیت

برق مانند فلیکر ولتاژ را کنترل نماید.این نوع فیلترها بصورت خاص برای بارها

بزرگ و اعوجاج ساز که در یک نقطه بسیار ضعیف در سیستم قدرت متصل می

شوند مفید خواهد بود.ایده اصلی در این گونه تجهیزات وارد نمودن بخشی از موج

سینوسی است که در جریان بار غیر خطی وجود ندارد.

اساس کار فیلترهای اکتیو بدین صورت است که در ابتدا باید سیستم شناسایی کننده

ان مولفه ای زاید(هارمونیکی)جریان بار که یک جریان غیر خطی و محتوی

مولفه هارمونیکی است را شناسایی کند.

فیلترهای فعال علاوه بر هارمونیک ها ضریب قدرت را نیز تصحیح می کنند.

شکل زیر شمای اتصال یک فیلتر فعال را نمایش می دهد.

4- ساختار قدرت فیلتر اکتیو:

ساده ترین ساختار برای فیلتر اکتیو استفاده از دو سوییچ برای هر فاز می باشد که

هر سوییچ هدایت در نصف موج را برعهده دارد. این دو سوییچ را در اینجا پایه

یک پایه فاز می نامیم . شکل زیر شماتیک یک پایه فاز را که از دو سوییچ ایده ال

و دیود آنتی پارالل تشکیل شده است را نشان میدهد.

5- فیلترهای فعال متوالی:

با بررسی هارمونیک های موجود در جریان بار پی میبریم که معمولا هر چه

فرکانس هارمونیک های جریان بار بیشتر می گردد این هارمونیک ها کمتر

می شود.ترانزیستورهای قدرت بالا،جریان دهی زیاد و فرکانس کلید زنی کمی

دارند و همچنین ترانزیستورها با سرعت کلید زنی بالا جریان کمتری را از خود

عبور میدهند.

با توجه به این امر دو نوع فیلتر فعال را می توان در نظر گرفت:

الف: فیلتر فعال با سرعت پایین و قدرت بالا که جهت رفع هارمونیک های

فرکانس پایین و توان راکتیو مناسب می باشد.

ب: فیلترهای فعال با سرعت کلید زنی بالا در جهت رفع هارمونیک های فرکانس

بالا مناسب است.

حال اگر بتوانیم دو فیلتر بالا را به نحوی با هم ادغام کنیم، فیلتر مناسب و با

کارایی قابل قبولی برای کلیه فرکانس ها حاصل می گردد که به ان فیلتر متوالی

گفته می شود. در سیستم فوق از یک خازن مشترک جهت هر دو قسمت استفاده

می شود.یک کنترل کننده واحد هر دو بخش را کنترل می کند. در کنترل هارمونی

ها از هم جدا میشود.

این روش با تفکیک هارمونیک های پایین و بالا مزایای اقتصادی زیادی را ایجاد

می کند. زیرا می توان برای رفع توان اکتیو و هارمونیک های پایین از GTO

استفاده نمود که ارزانتر و مقاوم تر از IGBT است.
6- پاسخ سیستم قدرت به منابع هارمونیکی:

در سیستم های قدرت،پاسخ سیستم به منابع هارمونیکی دارای اهمیت است.سیستم

های قدرت در مقابل جریان هارمونیکی بوجود امده توسط بارهای تولید کننده

هارمونیک،مقاوم می باشد مگر اینکه فرکانس این جریان هارمونیکی با فرکانس

روزنانس موازی امپدانس از ان باس هم اندازه شود. پاسخ سیستم قدرت در هر

فرکانس هارمونیکی اثر واقعی بارهای غیر خطی را بر اعوجاج هارمونیکی ولتاژ

تعیین می کند.

1-6- تشدید موازی:

مدارهای شامل خازن و سلف دارای یک یا تعداد بیشتری فرکانس طبیعی می باشد.

وقتی که یکی از این فرکانس ها برابر با فرکانس سیستم قدرت گردد پدیده تشدید

بوجود می اید و جریان و ولتاژ در ان فرکانس مقدار بالایی را به خود می گیرد.

این پدیده در حقیقت ریشه تمامی مسایل و مشکلات ناشی از اعوجاج هارمونیکی

در سیستم های قدرت می باشد.

در فرکانس های هارمونیکی،از دیدگاه منابع هارمونیک،خازن های موازی با

اندوکتانس معادل شبکه به شکل موازی قرار می گیرند.

در فرکانس هایی غیر از فرکانس اصلی،شبکه قدرت به صورت اتصال کوتاه دیده

می شود به عبارت دیگر فرض می شود که فقط منبع ولتاژ با فرکانس قدرت وجود

دارد. در فرکانسی که XC و راکتانس کلی سیستم برابر می شوند،امپدانس ظاهری

( ترکیب موازی سلف و خازن) که از طرف منبع تولید هارمونیک جریان دیده
می شود پاسخ سیستم بزرگ شده و شرایط تشدید موازی بوجود می اید.

2-6- امپدانس سیستم:

در فرکانس اصلی(50 هرتز) سیستم های قدرت اصولا بصورت اکتیوند.

در مطالعات هارمونیکی سیستم قدرت،این فرض که مقاومت سیستم تا فرکانس

کمتر از مرتبه 9 تغییر زیادی نمی کند،قابل قبول است.

برای کابل ها و خطوط با در نظر گرفتن اثر پوستی،مقاومت بصورت تقریبی با

مربع فرکانس تغییر می کند

مقاومت معادل ترانس های بزرگ بدلیل تلفات جریان گردابی متناسب با فرکانس

افزایش می باد.
شکل فوق امپدانس بر حسب فرکانس براس یک سیستم اکتیو را نشان میدهد.

3-6- امپدانس خازن:

خازن های موازی که برای تصحیح ضریب توان بکار می روند،در فرکانس های

مختلف،امپدانس سیستم را شدیدا تحت تاثیر قرار میدهند.

خازن ها خود عامل تولید هارمونیک نیستند ولی اعوجاج هارمونیکی گاهی اوقات

بدلیل حضور خازن ها تشدید می شود.

در حالی که راکتانس اندکتیو با افزایش فرکانس و متناسب با ان افزایش می یابد،

راکتانس خازن متناسب با فرکانس کاهش می یابد.

4-6- اثر بار مقاومتی:

میزان میرایی ایجاد شده توسط مقاومت یا بارهای مقاومتی در سیستم قدرت باعث

کاهش ولتاژ و جریان در حالت تشدید می گردد بطوریکه تنها افزایش 10% بار

مقاومتی تاثیر بسزایی در کاهش پیک امپدانس سیستم دارد.

اگر طول خط یا کابل های بین شین خازنی و نزدیک ترین ترانسفورماتور زیاد

باشد،بدلیل افزایش مقاومت سیستم ناشی از کابل ها و خطوط،پدیده تشدید اثر

نامطلوب کمتری را ایجاد می کند.

بدترین زمان تشدید زمانی است که خازن ها در پست های توزیع اصلی یا پست

های واحد صنعتی می باشدکه در این حالت امپدانس ترانسفورماتور وجه غالب را

داشته و نسبت X/R بالاست،لذا مقاومت نسبی کم شده وپیک امپدانس تشدید موازی
تیزتر و این پدیده خرابی خازن ها،ترانس ها و سایر تجهیزات را در پی دارد

شکل فوق تاثیر بارهای مقاومتی روی پدیده تشدید موازی را نشان میدهد.

7- بررسی هارمونیک ها:

1-7- کلیات:

یکی از مسایل و مشکلات مهم کیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال مسئله

هارمونیک ها می باشد.

اعوجاج های هارمونیکی در سیستم های قدرت مشکلات خاصی را بدنبال دارند

که عدم عملکرد مناسب تجهیزات،کاهش عمر و پایین امدن راندمان از مهم ترین

انهاست.

شرکت های برق بایستی ضمن مانیتورینگ میزان اعوجاج های هارمونیکی در

شبکه محدودیت هایی را ارایه نمایند تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین خانگی

و صنعتی جلوگیری گردد.

در اغلب مواقع،اعوجاج ولتاژ در سیستم های انتقال کمتر از یک درصد است وهر

چه به سمت مشترکین نزدیک تر می شویم،میزان اعوجاج های هارمونیکی بیشتر

می شود.

2-7- اعوجاج های هارمونیکی:

اعوجاج هارمونیکی در شبکه های قدرت ناشی از عناصر و بارهای غیر خطی

است. جریان عنصر غیر خطی،در حالیکه ولتاژ اعمال شده به ان سینوسی است،

بصورت غیر سینوسی می باشد.

شکل سمت چپ:اعوجاج جریان که به علت یک مقاومت غیرخطی ایجاد شده است

شکل سمت راست:تغییر شکل موج جریان به علت مقاومت غیر خطی ایجاد شده

است.

3-7- منابع تولید هارمونیک:

1- جریان مغناطیسی ترانسفورماتورها

2- بارهای غیر خطی مانند دستگاهای جوشکاری

3- کوره های قوس الکتریکی و القایی

4- سیستم های HVDC ( انتقال برق فشار قوی DC )

5- تجهیزات بکار رفته در کنترل کننده های سرعت ماشین الکتریکی

6- تجهیزات مورد استفاده در حمل و نقل برقی مانند اتوبوس های برقی و

متروها
7- اتصال نیروگاههای خورشیدی و بادی به سیستم های توزیع

8- صنایعی مانند مجتمع های شیمیایی،پتروشیمی،که نیاز به یکسوکننده های

پر قدرت برای تولید برق DC مورد نیاز خود

4-7-آثار سوء هارمونیک ها بر سیستم قدرت و تجهیزات ان:

1- شکست عایقی بانک های خازنی و افزایش جریان و توان راکتیو انها

2- افزایش تلفات اهمی و تلفات اضافی در هسته و ایجاد حرارت اضافی در

ترانس ها و موتورها

3- افزایش تلفات در کابل ها و خطوط هوایی و کاهش میزان بارگذاری انها

4- شکست عایقی کابل ها

5- عملکرد نامناسب و پاسخ اشتباه رله ها

6- ایجاد خطا در دستگاهای اندازه گیری

7- ایجاد نویز و تداخل با سیستم های مخابراتی و PLC

5-7-اصلاح پاسخ فرکانسی سیستم:

با استفاده از روشهای زیر می توان پاسخ سیستم به هارمونیک ها را بهبود

بخشید:

1- اضافه کردن فیلتر موازی

2-اضافه کردن راکتور برای تنظیم مجدد سیستم ( برای جلوگیری از تشدید )

3- تغییر اندازه خازن با اسفاده از خازن های سوییچ شونده و کنترل کننده های

اتوماتیک ( ارزان ترین روش )

4- نصب خازن ها در مراکز صنعتی در محل های بسیار نزدیک به بارها جهت

کاهش احتمال تشدید

5- جابجا کردن محل نصب خازن به نقاطی با امپدانس اتصال کوتاه متفاوت(برای

مشترکان صنعتی امکان پذیر نیست)

6- حذف خازن(قبول تلفات بیشتر،ولتاژ پایین تر و پرداخت جریمه اقتصادی

مصرف توان راکتیو)

8- تجهیزات فیلتر کردن هارمونیک ها:

1- فیلترهای پسیو ( غیر فعال )…………………..PASSIVE FILTERS

2- فیلترهای اکتیو ( فعال )……………………………ACTIVE FILTER

3- فیلترهای هیبرید (ترکیبی )………………………..HYBRID FILTERS

1-8- فیلترهای پسیو:

فیلترهای پسیو از سلف و خازن و مقاومت ساخته می شوند.

این فیلترها در روش سنتی بهبود کیفیت توان مورد استفاده بودند.

مقادیرشان با توجه به امپدانس سیستم بگونه ای انتخاب می شود تا امکان حذف

یک هارمونیک خاص یا یک پهنای هارمونیکی را از طریق کاهش هارمونیک

ها یا سد عبور انها فراهم شود.

این فیلترها بصورت سری یا موازی بکار می روند.

مزایا: قیمت بسیار کم و ساختمان ساده

معایب: احتمال تشدید هارمونیک ها ناشی از امپدانس فیلتر و منبع تغذیه

نیاز به یک فیلتر پسیو برای هر هارمونیک خاص می باشد.اگر تغییرات

بصورت تصادفی در اندازه دامنه و فرکانس جریان های دارای اعوجاج رخ

دهد،استفاده از ان فیلتر پسیو دیگر موثر نمی باشد.

شکل فوق ارایشهای معمول برای فیلترهای غیر فعال می باشد.

شکل فوق ساخت یک فیلتر برشی برای حذف هارموینک پنجم و تاثیر ان روی

پاسخ سیستم را نشان می دهد.

2-8- فیلترهای اکتیو:

فیلترهای اکتیو دارای ساختار یک اینورتر به منظور حذف هارمونیک ها و

جبران سازی توان راکتیو بکار گرفته شده اند.

مجموعه بارغیر خطی و فیلتر اکتیو بصورت یک بار خطی از دید شبکه خواهد

بود.

این فیلترها نیز بصورت سری یا موازی با بار قرار می گیرند.فیلتر اکتیو سری

برای تصحیح ولتاژ و فیلترهای اکتیو موازی برای جبران جریان هارمونیکی بکار

می روند.

مزایا:جبران تمامی هارمونیک ها توسط یک وسیله بر خلاف فیلترهای پسیو

معایب:فیلترهای اکتیو بدلیل اینکه همواره ولتاژ و جریان زیادی را در دو سر خود

می بینند،بایستی توان نامی زیادی داشته باشند و این امر موجب افزایش حجم و

افزایش قیمت می گردد.

شکل فوق کاربرد یک فیلتر فعال در یک بار را نشان می دهد

3-8- فیلترهای هیبرید:

مزایا:قیمت و توان نامی کمتر

جبران تمامی هارمونیک ها توسط یک وسیله ( اکتیو )

تطبیق دینامیک با تغییرات شبکه ( اکتیو )

عدم حساسیت زیاد به تغییرات المانها و امپدانس منبع ( پسیو )

بازدهی بیشتر و امکان استفاده با ارایشها و سیستم های کنترلی متعدد

9- انواع ارایش های فیلتر کردن هارمونیک ها

1-9- فیلتر اکتیو و پسیو وبار هرسه با هم موازی:

کار فیلتر کتیو،جبران جریان هارمونیکی بعد از فیلترهای پسیو می باشد

فیلتر هیبرید به عنوان یک منبع جریان تلقی می شود که با بار غیر خطی که

منبع هارمونیک است موازی می باشد.

فیلتر اکتیو بگونه ای کنترل می شود که همانند یک امپدانس بی نهایت در فرکانس

اصلی و یک مقاومت کم در فرکانس هارمونیک از خود رفتار نماید.

2-9- فیلتر پسیو موازی و اکتیو سری با بار:

فیلتر اکتیو توسط ترانس های کوپلینگ به شبکه متصل بوده و با بارغیرخطی

سری می باشد در حالیکه فیلتر پسیو با بار موازی است.

این ساختار بدلیل توان نامی کم فیلتر اکتیو که در حدود 5 درصد توان نامی بار

است،مورد توجه بیشتری قرار داشته و همانند یک ایزولاتور هارمونیکی بین بار

و منبع عمل نماید.

عمل اصلی فیلتر اکتیو در این ساختار،جبران سازی مستقیم هارمونیک ها نبوده

بلکه ایزولاسیون هارمونیک های موجود بین بار و منبع می باشد.

3-9- فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و موازی با بار:

فیلتر اکتیو و پسیو با هم سری شده و مجموعه با بار غیر خطی موازی بسته شده

است.

فیلتر پسیو برای جبران سازی هارموینک های مرتبه دلخواه تنظیم می گردد.

فیلتر اکتیو نیز مانند یک منبع ولتاژ کنترل شده با جریان بوده و هارمونیک های

جبران کننده را به مدار تزریق می کند.

4-9-فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و موازی با بار دارای

سلف موازی با ترانس کوپلینگ:

یک سلف بصورت موازی با فیلتر اکتیو و ترانس کوپلینگ استفاده شده است.

در صورت بروز عیب در فیلتر اکتیو و خارج شدن ان از مدار به کمک فیوز،

فیلتر پسیو و سلف موازی همچنان در مدار باقی مانده و به حذف هارمونیک ها

می پردازند.

با اضافه شدن سلف موازی به سیستم،ولتاژ وجریان کمی بر روی فیلتر اکتیو افتاده

و این موضوع موجب کاهش توان نامی فیلتر اکتیو می گردد.

5-9-فیلتر اکتیو و پسیو سری باهم و موازی با بار به همراه

فیلتر پسیو کنترل شده:

فیلتر پسیو کنترل شده تریستوری به موازات فیلتر پسیو در مدار قرار دارد.

فیلتر پسیو هارمونیک های مرتب تنظیم شده را حذف نموده و برای رفع مشکلات

رزونانس فیلتر پسیو از یک فیلتر اکتیو بصورت سری با ان استفاده می شود.

با روشن و خاموش شدن تریستورها،جبران توان راکتیو بصورت دینامیکی و بر

اساس نیازهای سیستم صورت می گیرد.

10- برنامه های کامپیوتری تحلیل هارمونیکی:

با گسترش نرم افزارهای تخصصی در تحلیل و آنالیز سیستم های قدرت که بر

اساس مدلسازی تجهیزات شبکه بصورت مدارهای الکتریکی معادل انها می باشد،

برخی به انالیز هارمونیکی شبکه (harmonic analysis) می پردازند:

سه مورد از این نرم افزارها که در ایران نیز وجود دارند،عبارتند از،

1-10- قابلیت برنامه های تحلیل هارمونیکی:

توانایی حل شبکه های بزرگ با حداقل چند صد گره.

قابلیت حل سیستم های چند فاز در جالت نامتعادل.

قابلیت تعیین امپدانس سیستم در فرکانس های مختلف و بدست اوردن مشخصه

فرکانسی سیستم.

تحلیل همزمان چندین منبع هارمونیکی مختلف در شبکه.

قابلیت مدلسازی تمامی تجهیزات شبکه با انواع اتصالات رایج موثر در تحلیل

شبکه و سایر امکانات متداول در نرم افزارهای مشابه جهت تحلیل و مدل سازی

شبکه های قدرت( توزیع،انتقال و صنعتی)

مزایای فنی و اقتصادی کاهش هارمونیک:

انرژی الکتریکی یکی از حامل های با ارزش انرژی بوده و از مزایای ان پاکیزه

بودن و انتقال اسان ان می باشد . اما از انجایی که وجود عوامل تلفات چون

هارمونیکها می توانند سبب انحراف اهداف استراتژیک پخش انرژی هر سازمان

در مصرف انرژی به شکل بهینه و مناسب شوند.می توان در یک جمع بندی

اجمالی مزایای کاهش هارمونیک ها را این طور بیان نمود:

کاهش تلفات تجهیزات الکتریکی و شبکه برقرسانی،افزایش طول عمر تجهیزات

به دلیل کاهش تلفات و کاهش درجه حرارت،کاهش احتمال روزنانس موازی و

سری در شبکه،افزایش راندمان موتورهای الکتریکی،کاهش خطای عملکرد

رله ها( تجهیزات کنترلی و حفاظتی شبکه ناشی از تاثیرات هارمونیک ها )،

کاهش خطای قرائت دستگاهای اندازه گیری و کنتورها و در نتیجه کاهش خطای

مبالغ دریافتی از مشترکین. بنابراین بهینه سازی مصرف انرژی،مستقل از قیمت

انرژی مصرفی بوده و با بکارگیری روش های ابتکاری در چهارچوب قوانین

مقررات دولتی،سعی در اعمال تحولات در سازمان را دارد.

12-کاهش میزان هارمونیک ها در سیستم های قدرت با

استفاده از APLC:

نظر به پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی ها و الکترونیک قدرت و استفاده وسیع

از مبدل ها و دیگر بارهای غیر خطی،اعوجاج هارمونیکی در سیستم های توزیع

قدرت،به سرعت تولید شده و گسترش یافتند.دو روش برای محدود کردن میزان

اعوجاج به طور معمول قابل استفاده است.یکی تدبیر بازدارنده،نظیر تشویق هر

چه بیشتر مصرف کنندگان به عدم استفاده از بارهای هارمونیک زا و دیگری،

تدابیر متعادل کننده سیستم و یا کاهش میزان هارمونیک ها با استفاده ار فیلترهای

غیر فعال و فعال.استفاده از فیلترهای غیر فعال به دلیل ساختار ساده تر،هزینه
کمتر( در مقایسه با فیلترهای فعال ) بسیار متداول بوده است.محدودیت اصلی این

فیلترها ( علاوه بر تغییر مشخصه انها به مرور زمان )،امکان ایجاد تشدید با شبکه

می باشد.

در فیلترهای فعال میزان هارمونیک های ولتاژ وجریان در نقطه ( یا شین )خاصی

از شبکه محاسبه و هارمونیک های مساوی با اختلاف فاز 180 درجه به شبکه

تزریق می شود.عملکرد این فیلترها در بهینه سازی شکل مناسب است ولی قادر

به کنترل و جلوگیری یا تصحیح هارمونیک ها در سایر نقاط شبکه نمی باشد.از

طرفی تزریق هارمونیک در یک نقطه از شبکه ممکن است موجب افزایش میزان

هارمونیک ها در نقاط دیگر شبکه گردد.لذا با توجه به افزایش و پراکندگی بارهای

غیر خطی کوچک و بزرگ در شبکه های قدرت و بالطبع تنوع مرتبه و میزان

هارمونیک های منتج در کل شبکه در هر لحظه،روش های بهینه سازی فیلترهای

غیر فعال و فعال پاسخگو نمی باشد.لذا برای پیشگیری بهتر این هارمونیک ها

روش ارتقا دهنده توان اکتیو خط را مورد مطالعه و بررسی قرار خواهیم داد.

تصحیح کننده های فعال وضعیت خطوط قدرت،با تزریق جریان های هارمونیکی

در نقاط حساس شبکه،کیفیت انرژی تحولی کل سیستم را بهینه می نمایند.تفاوت

عمده APLC ها با فیلترهای فعال در روش محاسبه جریان های تزریقی و جایابی

بهینه انها می باشد.

APLC ها با توجه به اولویتها و قیود انتخاب شده توسط کاربر( تابع هدف ) و

نمونه برداری های انجام شده از کلیه نقاط شبکه و یا نواحی حساس،میزان جریان

های تزریقی مورد نیاز به شبکه را محاسبه می نمایند.به طورکلی ساختمان

APLC را می توان به سه قسمت اصلی مبدل،منبع DC،و سیستم کنترل

تقسیم کرد.

مبدل DC معمولا المان ذخیره کننده انرژی می باشد که ازطریق مبدل الکترونیک

قدرت به شبکه متصل می شود.برای ذخیره انرژی اصولا از یک خازن و یا یک

سلف استفاده می نمایند.در دو حالت منبع DC باید دارای شارژ ثابتی باشد،که یا

از طریق مبدل و یا از طریق مدار شارژ کننده دیگری تامین شود.

همچنین مبدل های APLC را می توان به دو دسته مبدل های ولتاژ و مبدل های

جریان تقسیم کرد . مبدل های ولتاژ،معمولا از یک خازن به عنوان منبع ولتاژ

استفاده می نمایند و می توانند به راحتی به صورت موازی برای حذف هارمونیک

های بالاتر( بدون افزایش نرخ کلید زنی ) استفاده شوند این مبدل ها سبکتر و

ارزانتر و همچنین دارای تلفات کمتری در مقایسه با مبدل های نوع جریان می

باشند.اشکال عمده انها پیچیدگی سیستم کنترل خصوصا در حالت موازی می باشد

و مبدل های جریان،معمولا از یک سلف به عنوان منبع جریان استفاده می نمایند

و دارای ساختار ساده تر و قابلیت اعتماد بیشتری می باشند.لیکن به دلیل تلفات

زیاد در کاربردهای توان بالا محدودیت داشته و بیشتر برای حل مسائل اعوجاج

تک شین استفاده می شوند.بکارگیری فوق هادی ها به عنوان المان ذخیره کننده

انرژی می تواند مزایای بیشتری برای این نوع مبدل ها ایجاد نماید.

در این ثنای موقیعت قرار گرفتن APLC ها در توانایی حذف هارمونیکها بسیار

مهم می باشد و در صورت عدم جایابی مناسب،می توانند به عنوان بارهای غیر

خطی و تولید کننده هارمونیک،اثرات مخربی ایجاد نمایند.در حالت کلی بهترین

محل برای نصب APLC با محاسبه کلیه حالتهای ممکن و انتخاب بهترین

وضعیت از لحاظ کاهش اعوجاج،صورت می گیرد به عبارت دیگر بهترین مکان

برای نصب APLC به عواملی نظیر میزان و فرم توزیع اعوجاج در شبکه،تابع

هدف مورد نظر،مقادیر نامی APLC و امپدانس های شبکه بستگی دارد اما از

انجایی که تعیین محل بهینه نصب APLC بطور دقیق بدون انجام محاسبات

طولانی امکان پذیر نمی باشند،معمولا از روش تقریبی استفاده می کنند.

شکل زیر نمودار ساده شده مدار یک ارتقا دهنده توان اکتیو خط APLC را نشان

می دهد.

13- پیشنهادات عملی و کاربردی جهت کاهش یا حذف

هارمونیک ها در شبکه فشار ضعیف:

نصب دستگاههای کیفیت توان در نقاط مشکوک،جهت حصول اگاهی از دامنه

هارمونیک ها و مقدار THD .

اتصال نقطه نوترال اتصال زیگزاگ ترانسفورماتورهای توزیع به زمین با یک

مقاومت کمتر از 2اهم و انجام تست های دوره ای سالیانه اندازه گیری مقاومت

مزبور.

توصیه های لازم برای مصرف کنندگان جهت استفاده از تجهیزات و دستگاههای

الکتریکی استاندارد و مرغوب از سوی شرکت های برق.

استفاده از ابزارهای معرفی شده حذف یا کاهش هارمونیک در بارهای غیر خطی

موجود در شبکه.

فرهنگ سازی لازم برای مشترکین در جایگزینی بارهای خطی با بارهای غیر

خطی از جمله لامپ های کم مصرف.

استفاده از ترانسفورماتورهای مقاوم( سازگار با هارمونیک )

استفاده نکردن همزمان بانک های خازنی مجهز به فیلتر،با بانک های خازنی

بدون فیلتر در یک شبکه فشار ضعیف.

4