تحلیل و طراحی جبرانساز موازی مدولار، برای سیستمهای نامتعادل ولتاژ متوسط

وجود عدم تعادل و هارمونیکها در ولتاژ و جریان شبکه سبب کاهش راندمان، افزایش دمای کاری و کاهش شدید طول عمر در برخی از تجهیزات نصب شده در سیستم قدرت از قبیل ماشینهای الکتریکی و ترانسفورمرها شده و در عمل اثرات نامطلوب و مخربی بر روی سیستم قدرت میگذارد. عدم تعادل جریان یا ولتاژ میتواند به صورت نابرابری سطوح اغتشاشات هارمونیکی بین فازهای مختلف نیز نمود پیدا کند. پستهای تغذیه راه آهن برقی از جمله بارهای نامتعادل توان بالا در سطح ولتاژ متوسط هستند که سبب تولید هارمونیکها و اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جریان شبکه میشوند. بنابراین، استفاده از تجهیزات مناسب در سطح ولتاژ متوسط به منظور حفظ کیفیت توان شبکه امری ضروری میباشد. در این راستا جبران کننده های مبتنی بر الکترونیک قدرت پیشرفته به عنوان پاسخی برای این نیازها مطرح شده و تا کنون به طور قابل توجهی توسعه یافته اند. از جمل? کاربردی ترین جبرانسازهای استاتیکی میتوان به جبرانسازهای موازی اشاره نمود که از نظر نسبت هزینه به عملکرد نسبتا مناسب بوده و قادر به اصلاح بسیاری از مشکلات موجود در صنعت برق میباشند. در دهه اخیر، ساختارهای مداری مختلفی برای مبدلهای الکترونیک قدرت معرفی شده است که از جمله مهمترین آنها برای کاربردهای ولتاژ متوسط و توان بالا مبدلهای چند سطحی هستند. تحقیقات و نتایج عملی نشان داده است که مبدلهای چندسطحی مدولار دارای مزایای فراوانی میباشد که از جمله آنها قابلیت اطمینان بالا، مدیریت بهتر خطا، سادگی در ساخت و انعطاف پذیری برای استفاده در توانهای مختلف است. در این تحقیق، جبرانسازی و متعادلسازی همزمان جریانهای نامتعادل هارمونیکی و تامین توان راکتیو بارهای متصل شده به شبکه در سطح ولتاژ متوسط، توسط یک جبرانساز مبتنی بر مبدل الکترونیک قدرت با ساختار مدولار بدون استفاده از ترانسفورمر واسط مورد مطالعه قرار میگیرد. در این راستا، استفاده از مبدل چند سطحی مدولار مبتنی بر مدولهای نیم- پل به عنوان مبنای ساختار مداری یک جبرانساز توان بالا پیشنهاد گردیده است. بدین منظور نحوه طراحی جبرانساز پیشنهادی که شامل مدار الکترونیک قدرت و روش کنترل آن در شرایط مختلف است ارائه میگردد. به جهت کاربردی شدن این تحقیق، جبرانسازی پست تغذیه یک خط راه-آهن برقی بین شهری نمونه، به عنوان بار مورد مطالعه در نظر گرفته شده و شبیه سازیها و بررسی پایداری مبدل جبرانساز در چنین شرایطی مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین برای جبران بارهای نامتعادل با توانهای بالاتر، مدل توسعه یافته جبرانساز پیشنهادی نیز ارائه میگردد. اعتبار ساختار مداری و کنترل کننده جبرانسازهای مدولار پیشنهادی، از طریق ساخت یک نمونه آزمایشگاهی سه فاز چهارسیمه مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدل آزمایشگاهی ساخته شده با توان 20kva و در سطح ولتاژ 400v برای جبران یک بار نامتعادل سه فاز در یک سیستم چهارسیمه مورد بهره برداری قرار گرفته است.