1
کیفیت انرژی الکتریکی و یا کیفیت قدرت
2
کیفیت قدرت چیست، چکیده، مقدمه کمیت ها و پارامترهای موثر بر کیفیت قدرت افت ولتاژ Voltage Dip / Voltage Sag افزایش ولتاژ Voltage Swell حالت گذرا Transient هارمونیک Harmonics فلیکر یا چشمک Flicker عدم تعادل ولتاژ Voltage Imbalance
3
تغییر فرکانس Frequency Deviation
تغییر ولتاژ Voltage Deviation
قطع ترانزینت Transient Interuption
قطع برق Outage
اثرات مرتبط با کمیتهای موثر برکیفیت قدرت
منابع اصلی کاهش کیفیت قدرت
– تجهیزات و وسایل الکترونیک قدرت
4
– تجهیزات مرتبط با فن آوری اطلاعات و دفتری
– تجهیزات قوس الکتریکی
– قطع و وصل بارهای الکتریکی
– راه اندازی موتورهای بزرگ
اندازه گیری کیفیت انرژی الکتریکی
روشهای بهبود مسائل و مشکلات مرتبط کیفیت قدرت ( راه حل ها )
5
چکیده : کیفیت انرژی الکتریکی و یا ( کیفیت قدرت ) موضوعی است که بطور روز افزون ، برای مصرف کننده گان برق در تمام سطوح و کاربرد اهمیت پیدا میکند. تجهیزات حساس و بارهای غیر خطی ، اکنون بطور وسیعی در محیط های صنعتی ، اقتصادی و خانگی مورد استفاده قرار میگیرند. نتیجتاٌ، اتفاقات موثر بر روی منبع الکتریسیته که قبلاٌ برای شرکتهای برق منطقه ای و مصرف کنندگان برق قابل قبول بودند ، اکنون غالباٌ از نقطه نظر مصرف کننده یک مسئله یا مشکل عمده تلقی میشوند.
6
در این سمینار موضوع کیفیت قدرت معرفی شده و اهمیت آن مورد بررسی قرار میگیرد . همچنین ، تعاریف مشترک ، قابل قبول و مورد استفاده در مبحث کیفیت انرژی الکتریکی (قدرت) ، مطرح شده ، در خصوص بعضی از مسائل مشکل آفرین برای مصرف کننده ها بحث خواهد شد. علاوه بر آن ، وضعیت موجود از نقطه نظر های صنعت برق ، تجهیزات موجود برای اندازه گیری کیفیت قدرت و تحقیقات انجام شده در این خصوص ، مورد بررسی قرار میگیرند.
7
مقدمه : عبارت " کیفیت قدرت " و یا Power Quality در سالهای اخیر، مورد استفاده خیلی از مصرف کننده گان صنعتی و اقتصادی برق قرار میگیرد ، در گذشته، تجهیزات برقی غالباٌ ساده و نتیجتا پایدار بوده و نسبت به تغییرات کوچک منبع تغذیه حساس نبودند. اما در حال حاضر تجهیزاتی مورد استفاده میباشند که نیاز به منبع تغذیه ای با کیفیت بالاتر دارند ، نتیجتاٌ مصرف کننده ها ، نیاز به انرژی الکتریکی ، با کیفیت خوب دارند.
8
هرچند مسئولیت شرکتهای برق منطقه ای در این خصوص کاملاٌ روشن است ، اما مصرف کننده گان انرژی الکتریکی نیز میبایستی نسبت به حفاظت بارهای حساس در مقابل اغتشاش برق اقدام نموده و وسایل حفاظتی بر روی آنها نصب نمایند.
راه حل های متعددی همچنین برای حل مسائل مربوط به کیفیت انرژی الکتریکی موجودند ، که بعضی برای اپراتورهای شبکه توزیع و تعدادی برای مصرف کننده ها طراحی شده اند. علاوه بر این ، تجهیزات پیچیده اندازه گیری کیفیت برق بسادگی در اختیار مصرف کننده های نهائی قرار دارند ،
9
که اطلاعات مربوط به سطح کیفیت انرژی الکتریکی را که دریافت و یا مصرف میکنند در اختیارشان قرار میدهد. کمیت ها و یا اتفاقات قابل اندازه گیری: -افت ولتاژ: (Voltage Dip and/or Voltage Sag) کاهش در مقدارRMS ولتاژ در یک محدوده از 0.1 – 0.9 PU برای مدتی طولانی تر از یک نیم سیکل و کمتر از یک دقیقه. غالباٌ این مسئله بدلیل خطاهای ناشی از افزایش تقاضای مصرف و اتفاقاتی گذرا نظیر راه اندازی یک موتور بزرگ اتفاق می افتد.
10
افت ولتاژ
11
گذشته از زمان کوتاه آن ، این اتفاق میتواند ، مشکلات عمده ای را برای رنج وسیعی از تجهیزات ایجاد نماید. افت ولتاژ یک پدیده ی سه فاز میباشد که بر روی ولتاژهای هر سه فاز و حتی گاهی اوقات ولتاژ نول نسبت به زمین تاثیر میگذارد. منشاء تمام افت ولتاژها افزایش کوتاه مدت جریان میباشد، و مهمترین عوامل ایجاد کننده ی این چنین حالتی ، راه اندازی موتورها ، برق دار نمودن ترانسفورماتورها و خرابی هائی همچون خطای زمین و و خطای اتصال کوتاه میباشند.
12
مثالهائی برای افت ولتاژ با دلایل متفاوت در شکلهای زیر نمایش داده شده اند.
در شکلهای زیر مقادیر موثر ولتاژهای سه فاز بصورت تابعی از زمان ترسیم شده اند.
مقدار موثر ولتاژهای سه فاز در هر سیکل محاسبه شده و در زمان هر نمونه برداری تصحیح شده اند.
13
افت ولتاژ در اثر راه اندازی موتور: یک افت ولتاژ کم اما ناگهانی وبازگشت بحالت نرمال، کند. چون موتور الکتریکی یک بار سه فاز متعادل است ، افت ولتاژهای هر سه فاز مشابه هستند
14
برقدار نمودن یک ترانسفورماتور بزرگ: افت ولتاژ ناگهانی و باز گشت به حالت نرمال کند، افت ولتاژهای سه فاز بدلیل جریان های هجومی مختلف، متفاوت هستند.
15
افت ولتاژ بدلیل خطای تکفاز، افت ولتاژ در دو فاز سریع بوده ، بعد از چند سیکل سریعاٌ بحالت عادی بر میگردند
16
افت ولتاژ بدلیل خطای تکفاز: در شکل سمت چپ بار بصورت ستاره، و در شکل سمت راست بار بصورت مثلث متصل شده است.
17
افت ولتاژ بدلیل خطای فاز به فاز: در شکل سمت چپ بار بصورت ستاره متصل شده ، و در شکل سمت راست بار بصورت مثلث متصل شده
18
افزایش ولتاژ 🙁 Voltage Swell ) یک افزایش در مقدار RMS ولتاژ در محدوده از 1.1-1.8 PU برای مدتی طولانی تر از یک نیم سیکل و کمتر از یک دقیقه. غالباٌ این مسئله بدلیل خطاهای سیستم ، قطع و وصل بار و یا خازن روی میدهد.
19
حالت گذرا: (Transient ) تغییرات ناخواسته و لحظه ای ولتاژ تغذیه یا جریان بار را شامل می شود. حالت گذرا معمولاٌ بدو دسته : پالسی و نوسانی ، طبقه بندی میشود
20
حالت ترانزینت در اثرخراب بودن فتوسل روشنائی یک خیابان
21
هارمونیک 🙁 Harmonics ) اغتشاشهای پریودیک و سینوسی ولتاژ منبع و یا جریان بار در اثر بارهای غیر خطی. هارمونیک ها با مضرب صحیحی از فرکانس اصلی و یا فوندامنتال منبع تغذیه اندازه گیری میشوند. با استفاده از آنالیز سری فوریه، مولفه های هارمونیکی شکل موج مغشوش را میتوان بصورت ، مرتبه هارمونیکی ، دامنه و فاز هر کدام تشریح کرد.
22
ولتاژ با اغتشاش هارمونیکی
23
شکل موجهای ولتاژ و جریان مغشوشی که، دارای با مضارب غیر صحیحی ازفرکانس شکل موج فوندامنتال هستند، بین هارمونیک ( enter – harmonics ) نامیده میشوند.
24
فلیکر یا چشمک ( Flicker ) : عبارتی است که برای اثرات عینی تغییرات کم ولتاژ بر روی تجهیزات روشنائی ( خصوصاٌ لامپهای تنگستن و فیلامان دار ) استفاده میشود. محدوده فرکانسی اغتشاشات موثر بر روی وسایل روشنائی، و قابل تشخیص بوسیله چشم بشر از 1 – 30 HZ است.
25
عدم تعادل ولتاژ( Voltage Imbalance ) : بصورت تفاوت در دامنه و یا فاز یک و یا چند فاز، از منبع سه فاز، با توجه به دامنه فازهای دیگر و زاویه فاز معمول 120 درجه تعریف میشود.
26
تغییر فرکانس 🙁 Frequency Deviation ) کم و یا زیاد شدن فرکانس از یک مقدار تعیین شده، معمولاٌ 0.1%
27
تغییر ولتاژ 🙁 Voltage Variation ) کم و یا زیاد شدن ولتاژ از یک مقدار تعیین شده ، معمولاٌ 0.1%
28
قطع ترانزینت 🙁 Transient Interuption ) به کاهش در ولتاژ منبع و یا جریان بار، بمقداری کمتر از 0.1 PU و برای مدت زمانی کمتر از یک دقیقه اطلاق میشود. قطع معمولاٌ بدلیل خطای سیستم ،خرابی تجهیزات سیستم و یا سیستم کنترل و همچنین کار کرد نامناسب سیستم حفاظتی روی میدهد. قطع ترانزِینت معمولا یک اتفاق قابل اندازه گیری است.
29
قطع برق 🙁 Outage ) به قطع کامل برق برای مدتی طولانی تر از یک دقیقه اطلاق میشود.
30
31
منابع اصلی کاهش کیفیت قدرت:
الف – تجهیزات و وسایل الکترونیک قدرت
تجهیزات و وسایل الکترونیک قدرت بارهای غیر خطی بوده و اغتشاش هارمونیکی تولید مینمایند، از سوی دیگر این گونه بارها چنانچه محافظت نشوند به کاهش ولتاژ حساس هستند. بیشترین صدمه های اقتصادی مربوط به مسائل کیفیت قدرت، در رابطه با استفاده از دستگاههای کنترل دور موتورها و یا اینورترها است. این دستگاهها بشدت نسبت به اغتشاشهای مربوط به افت ولتاژ voltage Dip حساس بوده وباعث مسائل خاصی در فرآیندهای صنعتی میشود ، از جمله از دست رفتن همزمانی سیستمهای مکانیکی.
32
ولتاژ سینوسی اعمال شده به یک بار خطی جریانی سینوسی ایجاد میکند و ولتاژ سینوسی اعمال شده به یک بارغیرخطی جریانی غیر سینوسی ایجاد میکند.
33
ب – تجهیزات مرتبط با فن آوری اطلاعات و دفتری
منبع تغذیه تجهیزات مرتبط با فن آوری اطلاعات و دفتری غالباٌ ، شامل یک منبع تغذیه سوئیچی SMPS است که خود باعث افزایش قابل ملاحظه سطح هارمونیک های سوم ، پنجم
و هفتم و نتیجتاٌ اغتشاش ولتاژ میشود. نظر به اینکه هارمونیک سوم دارای سیکوئنس صفر فازی است، بنابراین باعث بار گذاری روی سیم نول میشود. که خود بدلیل استفاده روز افزون از اینگونه تجهیزات باعث گرم شدن بیش از حد ترانس و بارگذاری بیش از حد سیم زمین میشود.
34
هارمونیک سوم: اثر آنها بر بار گذاری روی سیم نول
35
اخیراٌ از منبع تغذیه سوئیچی SMPS همچنین برای کار بردهای روشنائی بوسیله لامپهای فلورسنت ( کم مصرف ) استفاده میشود. در ساختماهای جدید حدود 50% از بار مصرفی مربوط به روشنائی بوسیله اینگونه لامپهای فلورسنت است، نتیجتاٌ استفاده از کابل هائی با سیم زمین با قطری متناسب با مقدار هارمونیک سوم در این ساختمانها امری عادی است.
36
شکل جریان یک منبع تغذیه سوئیچی
37
شکل ولتاژ تغذیه با قله صاف شده در اثر جریانهای مربوط به مصرف چندین منبع تغذیه سوئیچی
38
ج – تجهیزات قوس الکتریکی
کوره های قوس الکتریکی: جوشکاری با قوس الکتریکی و لامپهای تخلیه الکتریکی، تمامی، نوعی از وسایل قوس الکتریکی هستند. این وسایل بشدت غیر خطی بوده ، شکل جریان مصرفی آنها بستگی به مشخصه جریان قوس الکتریکی داشته و با امپدانس شبکه محدود میشود. کوره های قوس الکتریکی بزرگ به جریانهای ده ها هزار آمپری نیاز دارند، دستگاههای جوشکاری جریانهای چند صد آمپری نیاز داشته و لامپهای تخلیه الکتریکی هم ، هرکدام به جریانی کمتر از یک آمپر نیاز دارند. هرچند در صد بالائی از روشنائی شهری و اقتصادی بوسیله لامپهای تخلیه الکتریکی فراهم شده و نتیجتاٌ تاثیر بسزائی نیز دارند.
39
تمامی وسایل قوس الکتریکی منبع اغتشاش هارمونیکی بوده، باعث تولید هارمونیکهای ولتاژ میشوند. بررسی اثرات کوره های قوس الکتریکی مشکل است ، متعادل کردن فازها با دیگر کوره های قوس الکتریکی همیشه موثر نیست ، چون کوره های قوس الکتریکی در مودهای مختلفی کار کرده و باعث عدم تعادل فازها میشوند. دستگاههای جوشکاری با قوس الکتریکی بدلیل اتفاقی بودن عمل سوئیچینگ باعث حالتهای گذرا یا ترانزینت در شبکه محلی میشوند ، نتیجتا ٌبرای حفاظت در مقابل پالسهای تولید شده نیاز به حفاظت وجود دارد.
40
باری متشکل ازچندین دستگاه جوشکاری
41
د – قطع و وصل بارهای الکتریکی
تاثیر قطع و وصل بارهای الکتریکی سنگین بر روی شبکه محلی یک مشکل معمولی بوده باعث خواهد شد تا حالتهای گذرا به تجهیزات متصل به شبکه های الکتریکی نزدیک برسند. این حالتهای گذرا دارای دامنه های ولتاژ بزرگی هستند اما بدلیل زمان کوتاه ( در حدود میلی ثانیه ) دارای انرژی خیلی کوچکی هستند.
42
راه اندازی موتورهای بزرگ:
طبیعت دینامیکی ماشینهای القائی به آن معنی است که جریان کشیده شده توسط آنها بستگی به مود کاری آنها دارد ، در موقع راه اندازی این جریان تا شش برابر جریان حالت باعث افت ولتاژی میشود که دامنه کار نامی بالا میرود. این افزایش بار بر روی شبکه محلی آن بستگی به امپدانس سیستم دارد. ممکن است چندین ثانیه طول بکشد تا موتور به سرعت نامی اش برسد، به همین دلیل میبایستی بطریقی سطح این جریان را کاهش داد. روشهای کاهش این جریان بستگی به نوع موتور و سیستم درایو آن دارد.
43
موارد دیگر در رابطه به کیفیت قدرت عبارتند از:
تجهیزات حساس
صدمات مربوط به طوفان و آب و هوا
44
اندازه گیری کیفیت انرژی الکتریکی: پس از شناخت مسائل و مشکلات مرتبط با کیفیت انرژی الکتریکی ، میبایستی روشهای اقتصادی مربوط به راه حل ها نیز مورد بررسی قرار گیرند. در شکل زیر تجهیزات و سیستمهای اندازه گیری کیفیت قدرت و پیشرفت زمانی آنها نشان داده شده اند.
45
تجهیزات و سیستمهای اندازه گیری کیفیت قدرت و پیشرفت زمانی آنها
46
47
بلوک دیاگرام یک دستگاه فلیکر متر
48
برای نیل به اهداف اندازه گیری کیفیت انرژی الکتریکی ، اطلاعات زیر مورد نیاز میباشند:
طبیعت و یا ماهیت مسائل و مشکلات مرتبط با کیفیت انرژی الکتریکی.
تخمین قیمت و یا هزینه های تقریبی ناشی از اغتشاش.
فرکانس تکرار اتفاق.
زمانی که در آن مشکل اتفاق میافتند.
اطلاعات در خصوص تجهیزاتی که تحت تاثیر قرار میگیرند.
49
اطلاعاتی در خصوص تجهیزاتی که در نزدیکی آن محل هستند.
اطلاعات مربوط به بررسی های قبلی انجام شده در آن محل.
برای دسترسی به اطلاعات فوق معمولاٌ میبایستی برنامه ریزی لازم برای بررسی آن محل و یا پست مشکل دار انجام شود .
50
هرچند اول میبایستی اطلاعات زیر را تهیه کرد:
بررسی کامل دیاگرام مدارهای الکتریکی محل.
اطلاعات ریز در خصوص بارهای مهم .
اطلاعات ریز در خصوص بارهای مشکل آفرین.
تعیین موقعیت و یا محل با بیشترین مشکل .
بحث با پرسنل مربوطه.
داده برداری مقدماتی.
پس از گردآوری اطلاعات فوق و بررسی آنها، چنانچه مشکل اصلی پیدا نشد ، برای گرد آوری اطلاعات وانجام بررسی های بیشتر لازم است تا برای موارد زیر تصمیم مناسب اتخاذ کرد.
51
در چه مواقع و یا زمانهائی داده برداری کنیم؟
1. زمانیکه مسئله ای در رابطه با کیفیت قدرت موجود است.
2. زمانیکه فرآیندی نیاز به کیفیت قدرت بالا داشته و قبلاٌ میبایستی وجود شرایط مطلوب تعیین شود.
3. زمانیکه باری مشکل آفرین به شبکه متصل شده باشد.
4. زمانیکه باری حساس به شبکه متصل شده باشد
5. برای بررسی میزان حفاظت و کیفیت قدرت.
6. در زمان آنالیز مصرف انرژی و ولت آمپر راکتیو
52
تعیین محل نصب سیستم داده برداری:
1. در محلی که بار به شبکه متصل شده
2. هرچه نزدیکتر به بارهای تحت تاثیر
3. هرچه نزدیکتر به بارهای مشکل آفرین
4. در محلی که گروه بارهای خیلی حساس تغذیه میشوند.
5. هر زمان ممکن بود و برای بررسی پست ها، بخصوص زمانهائی که محاسبه هارمونیک بارها مورد نظر باشد.
53
تعیین نوع تجهیزات داده برداری مورد نیاز:
1. دستگاههای قابل حمل برای تعیین مسائل بخصوص
2. دستگاههای ثابت برای داده برداری های طولانی مدت
3. دستگاههای دستی برای بررسی های مقدماتی
54
تعیین کمیتهای مورد نظر برای اندازه گیری و ثبت:
1. ولتاژ ، جریان ( فاز و نول، فاز و زمین، نول و زمین )
2. افت ولتاژ
3. تغییرات ترانزینت
4. فلیکر
5. عدم تعادل فازها
6. ضریب قدرت
55
روش آنالیز اطلاعات ثبت شده:
تعیین اینکه چه اطلاعاتی مفیدتر است
ایجاد پایگاه داده ها
مقایسه با استانداردهای معلوم
انتخاب سطوح مناسب برای اندازه گیری و تعداد هارمونیک ها
تعیین مدت و پریودهای زمانی انجام داده برداری .
56
کمیت های قابل اندازه گیری در رابطه با کیفیت قدرت عبارتند از:
· تغییرات ولتاژ منبع تغذیه.
· قطع برق برای زمانهای کوتاه و بلند.
· کاهش و افزایش ولتاژ
· هارمونیک ها
· هارمونیک های میانی ( Inter Harmonic )
· عدم تعادل ولتاژ
· تغییرات فرکانس
57
روشهای بهبود مسائل و مشکلات مرتبط با کیفیت قدرت (راه حل ها ):
اصلاح سیستم زمین:
گزارشهای متعددی درخصوص مسائل کیفیت قدرت و در رابطه با سیستم زمین غلط موجودند. بررسی سیستم زمین بخصوص زمانی که مشکلات مربوط به هارمونیک موجودند اولین کاری است که میبایستی انجام شود.
58
استفاده از منبع تغذیه وقفه ناپذیر:
منبع تغذیه وقفه ناپذیر شامل یکسو کننده، باطری ، اینورتر، و کلیدهای استاتیک ( کلیدهای الکترونیک قدرت )، از معمول ترین سیستمهای برق اضطراری مورد استفاده امروزی هستند. انواع مختلف این سیستمها ( Standby ,Online and Hybrid ) کمک بزرگی در جهت تامین برق مطمئن و با کیفیت مناسب هستند.
59
مولدهای محلی :
نوعی از تولید برق محلی ، مانند سیستم دیزل و ژنراتور، هرگونه کاستی در ظرفیت برق را تامین نموده و علاوه بر آن اغتشاشهای مربوط به کیفیت برق را کاهش میدهد. این حالت در غالب اوقات راه حلی است گرانقیمت، هرچند به نظر میرسد در آینده ای نزدیک بعضی از انواع آنها مانند میکروتوربینها ( Micro-Turbines )، پیلهای سوختی ( Fuel Cells ) و موتورهای استیرلینگ ( Stirling Eingines ) (با راندمان بالا ) به تعداد زیادی مورد استفاده قرار گیرند.
60
کلیدهای تبدیل ( Transfer Switches ):
از کلیدهای تبدیل برای انتقال بار از یک شبکه به شبکه دیگر استفاده میشود. نتیجتاٌ امکان انتخاب از بین دو منبع برای بار و یا شبکه محلی بوجود میآید. در صورتیکه یک منبع دارای کیفیت مناسب نباشد، بار بطور اتوماتیک به منبع دوم کلید شده امکان بوجود آمدن مشکل را کاهش میدهد.
61
کلیدهای قطع استاتیک ( Static Breakers ):
کلیدهای الکترونیک قدرت با زمان پاسخ کمتر از یک سیکل، قادرند تا مدارهای مشکل دار را ایزوله نموده و کیفیت برق را بهبود ببخشند.
62
فیلترهای فعال و اصلاح کننده های ضریب قدرت :
Active Filters and SVCs) )
قدرت راکتیو و هارمونیکها را میتوان با عبور قسمتی از جریان سیستم قدرت از داخل المانهای راکتیو کنترل نمود. این کار بطور معمول بوسیله اتصال تایریستوری، خازن و سلف بطور موازی با سیستم قدرت انجام میشود.
قسمت اصلی SVC یک کلید دو طرفه تایرِیستوری است، در شکل زیر کلید های تایریستوری مربوط به SVC نشان داده شده است.
63
کلید های تایریستوری مربوط به SVC
64
این کلیدهای تایرِستوری یا جریان یک سلف را کنترل میکند Thyristor Control Reactor ( TCR )، و یا عمل اتصال خازن را انجام میدهند Thyristor Switched Capacitors TSC .
یک SVC شامل هردو این المانها بوده و علاوه بر آنها میتواند قسمتهای زیر را نیز دارا باشد:
اتصال تایریستوری سلف ها ( TSR ) Thyristor Switched Reactors:
در این حالت هیچ هارمونیکی تولید نمیشود ، اما سلف قطع و یا وصل است.
اتصال مکانیکی خازن ها Mechanically Switched Capacitors MSC
فیلتر هارمونیک و یا خازن ثابت Fixex Capacitors FC
65
مادامیکه کار اصلی یک SVC تامین VARs است، اما سیستم کنترل را میتوان بترتیبی طراحی کرد تا بعضی از مشکلات دیگر مرتبط با کیفیت قدرت نیز حل شوند. موارد زیر کارهائی است که SVC قادر به انجام آنها است
66
· کنترل ولتاژ
· کنترل توان راکتیو
· محدود کردن ولتاژ اضافی در موقع قطع بار
· بالا بردن پایداری سیستم قدرت
· دمپ نوسانات قدرت
· کنترل جریان قدرت راکتیو
· بالا بردن ظرفیت سیستم انتقال
· جلوگیری از ناپایداری ولتاژ
· کاهش بار بوسیله کاهش ولتاژ
· دمپ نوسانات کمتر از سنکرون
67
شکل زیر نمای یک سیستم SVC و دیاگرام تک خطی آن را نمایش میدهد:
68
جبران ساز استاتیک Static Compensator
هرچند نام این وسیله STATCOM مشابه با SVC و کار مشابهی را نیز انجام میدهد، اما تکنولوژی عملکرد کاملاٌ متفاوت است. جبران ساز استاتیک STATCOM از یک اینورتر متصل شده بصورت موازی برای جبران سازی VAR استفاده میکند، جریانهای خازنی و اندوکتیو این وسیله را میتوان در رنج وسیعی کنترل نمود.
69
شکل زیر مشخصه های ولتاژ و جریان یک جبران ساز استاتیک STATCOM و یک SVC را نشان میدهد. مقایسه آنها توانائی بهتر جبران ساز استاتیک و توانائی آن در قابلیت کار بصورت فیلتر فعال را بوضوح آشکار میسازد.
70
کنترلرهای یکپارچه عبور قدرت Unified Power flow Controllers کنترلرهای یکپارچه عبور قدرت ( UPFCs ) مشابه جبران ساز استاتیک ضریب قدرت هستند، اما جبران سازی را بهر دو صورت سری و موازی انجام میدهند.
71
کنترلرهای یکپارچه عبور قدرت UPFCs : از دو اینورتر منبع ولتاژ Voltage Sourse Inverters ( VSI) تشکیل شده اند که خروجی یکی از آنها از طریق یک ترانسفورماتور بطور موازی به شبکه متصل شده و ثانویه ترانس خروجی اینورتر دوم بصورت سری با خط انتقال قرار میگیرد. ترانسفورماتور موازی تبادل توان اکتیو با شبکه دارد، و توان اکتیو اینورتر سری از این طریق تامین میشود. نتیجتاٌ ترکیب دو اینورتر باعث میشود که قدرت اکتیو از طریق لینک DC مستقیماٌ مبادله شده و در عین حال بطور کاملاٌ مجزا VAR به سیستم متناوب تغذیه شود. بنابراین عبور قدرت راکتیو از طریق UPFC انجام نشده و هر اینورتر میتواند در ضریب قدرت مناسب با سیستم متناوب کار کنند.
72
با توجه به شکل زیر ( حدود کار سیستم UPFC )، با انتخاب مناسب وکتور Vpq میتوان به سه روش کنترل عبور قدرت و یا ترکیبی از آنها را کنترل نمود .
UPFC میتواند کنترل ولتاژ ترمینال را با تغییرات کوچک انجام دهد که در این حالت Vpq همفاز و یا در تقابل فاز با VS است .
UPFCمیتواند جبران سری انجام دهد که در این حالت ولتاژ تزریقی VC بر I عمود است.
کنترل شیفت فاز و یا زاویه انتقال UPFCs بترتیبی است که V تغییر فاز داده اما دامنه آن تغییر نمیکند.
در حالت کنترل چند منظوره کنترل های فوق بصورت همزمان انجام میشود.
73
حدود کار سیستم ، UPFC تنظیم ولتاژ ، جبران امپدانس خط ، تغییر زاویه فاز و، کنترل همزمان ولتاژ، امپدانس و زاویه فاز
74
شکل شماتیک سیستم UPFC و سوئیچهای مربوط به آن
75
فیلترهای غیر فعال ( Passive Filters ):
فیلترهای غیر فعال دارای ساختمان ساده ای بوده از تعدادی خازن و یا سلف تشکیل شده اند. این فیلترها معمولاٌ برای تضعیف هارمونیکها طراحی میشوند ( فیلتر پائین گذر )، و برای حذف هارمونیکهای فرکانس بالا منبع تغذیه ، بر روی دستگاهها نصب میشوند.
76
سیستمهای ذخیره انرژی ( Energy Storage Systems ):
کلیه سیستمهای ذخیره انرژی الکتریکی دارای قسمتهای اصلی و مشابه هم هستند ، ارتباط با سیستم قدرت ، سیستم تنظیم قدرت، سیستم کنترل شارژ و دشارژ و منابع ذخیره انرژی:
منابع ذخیره انرژی دارای مشخصه های متفاوتی هستند: چگالی انرژی ، زمان شارژ و دشارژ ، تاثیرتکرار شارژ و دشارژ بر روی عملکرد و عمر آنها ، قیمت ، احتیاج به نگهداری و غیره. این مشخصه ها امکان انتخاب منبع مناسب برای کاربردهای متفاوت را میسر میسازد.
77
منابع ذخیره انرژی الکتریکی عبارتند از:
ذخیره انرژی در میِدان مغناطیسی کویلهای ابر رسانا.
ذخیره انرژی در چرخ طیار
ذخیره انرژی در باطری و یا باطریهای پیشرفته
ذخیره انرژی در خازن و یا خازن های بزرگ
78
چگونگی اتصال مداری یک Dynamic Voltage Restorer (DVR) سه سیمه
79
سخت افزار یک دستگاه DVR سه فاز با استفاده از یک اینورترمنبع ولتاژ با مدولاسیون پهنای پالس
80
تجهیزات شبکه ، طراحی شبکه : کنتاکتورهای وصل اتوماتیک Auto-Reclosing معمول ترین وسایل مورد استفاده در شبکه های شعاعی دور از دسترس هستند، این وسایل باعث میشوند تا زمان خطا سپری شده و سپس تغذیه را متصل مینمایند
81
کنتاکتورهای وصل اتوماتیک: حفاظت منبع را برای بعضی از مصرف کننده ها بالا میبرند، اما در عین حال باعث قطع ترانزینت برای دیگر مصرف کننده ها میشوند. البته بدینوسیله در مصرف فیوز صرفه جوئی شده و زمان قطع کامل برق کاهش می یابد.
82
اتصال خازن باعث حالت ترانزینت بر روی شبکه تغذیه میشود، بعضی از خازنها بطور پیوسته یا دائماٌ به شبکه متصل اند، و انواع دیگری متناسب با شرایط بار اضافه میشوند. در موقع اتصال خازن به منبع تغذیه، ترانزینت ولتاژ در اثر عکس العمل المانهای راکتیو شبکه و خازن اضافه شده روی خواهد داد. زمانیکه خازنهای اصلاع ضریب قدرت در پست مصرف کننده نصب شده باشند و خازنهای شبکه برق آن ناحیه متصل شوند، اثر سویچ زنی و ترانزینت مربوطه تقویت شده و نوسانی خواهد شد. تقویت ولتاژ مربوط به این عمل تابعی است از امپدانسهای خازنها، شبکه ، اندوکتانس مدار مصرف کننده وفرکانس سوئیچینگ خازن. اگر فرکانس رزونانس مدار مصرف کننده و رزونانس شبکه در پاسخ به سوئیچینگ خازن مساوی باشند ماکزیمم تقویت ولتاژ اتفاق می افتد. مقدار این افزایش ولتاژ در بدترین حالت شرایط دو برابر ولتاژ نامی خواهد بود.
83
عوض کردن تپ ترانسفورماتور هم برای تنظیم ولتاژ استفاده میشود. این عمل توسط وسائل مکانیکی و یا الکترونیک قدرت انجام میشود، که هرکدام برای موقعیت های با سرعت تغییر بار کم و یا زیاد مناسب هستند.
راه حل های دیگر عبارتند از :
فیوزهای محدود کننده جریان
خازنهای تنظیم کننده
جرقه گیرها Surge Arresters
مجزا سازی خطوط
قسمت بندی نمودن شبکه
84
نتیجه گیری:
کیفیت برق موضوع یا عنوانی است که به خوبی تعریف شده و در عین حال توجه زیادی به راه حلهای مرتبط با حل مشکلات آن میشود. بنظر میرسد در حال حاضر کیفیت برق فقط برای تعداد کمی از مصرف کننده های بزرگ مهم باشد، هرچند در سالهای اخیر ، افزایش تجهیزات مرتبط با تکنولوژی اطلاعات بخصوص در ساختمانهای اقتصادی ، باعث افزایش مسائل مرتبط با هارمونیک شده است. بنابراین پیش بینی میشود که در آینده نزدیک تعداد مصرف کنندگانی که این موضوع برایشان اهمیت داشته باشد افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد.