طراحی و کنترل یک جبرانگر پویای ولتاژ چند منظوره

در سال های اخیر، موضوع کیفیت توان برای تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی دارای اهمیت بسزایی گردیده و به عنوان یکی از شاخصهای شایستگی در بازار خصوصی برق خودنمایی می کند. یکی از پدیده های کیفیت توان، کمبود ولتاژ می باشد. این پدیده از مهمترین مسائل و مشکلات شرکتهای برق در مواجهه با صنایع پیشرفته بوده و تقریباً 80 درصد از مشکلات کیفیت توان موجود در سیستم های قدرت را به خود اختصاص داده است. جبرانگر پویای ولتاژ (dvr) ، یک تجهیز حالت جامد سری است که ولتاژ را به طور سری در سیستم جهت تنظیم ولتاژ بار و مصرف کننده تزریق می کند. برای اولین بار، این تجهیز در آگوست سال 1996 در ایالت کارولینای جنوبی، آمریکا، نصب و راه اندازی شد. به طور معمول، dvr در یک سیستم توزیع بین منبع و فیدر بار حساس نصب می شود. وظیفه اصلی dvr، این است که در هنگام وقوع یک اغتشاش، به سرعت ولتاژ مصرف کننده را به مقدار عادی برساند تا مصرف کننده دچار کمبود انرژی نشود. انواع مختلفی از توپولوژی های مداری و سیستم های کنترلی می توانند در dvr به کار روند. علاوه بر جبران کمبود و بیشبود ولتاژ، dvr می تواند قابلیت های دیگری همچون جبران هارمونیکی ولتاژ خط، کاهش حالت های گذرا در ولتاژ و نیز محدود کردن جریان خطا از خود نشان دهد. ساختار کلی dvr شامل ترانسفورمر تزریق، فیلتر هارمونیکی، اینورتر منبع ولتاژ، مدار شارژ dc و سیستم حفاظت و کنترل می باشد. در این پروژه، از dvr به عنوان یک تجهیز چند منظوره استفاده شده است. بدین معنی که در حالتی که خطا در فیدر موازی روی داده اغتشاش در شکل موج ولتاژ فیدرِ پس از خود را جبران می نماید. همچنین در هنگامی که خطا در فیدر پایین دست خودش روی داده و جریان خطا از dvr می گذرد، جریان را محدود و ولتاژ بارهای موازی با فیدر خودش را حفظ می کند تا این بارها دچار سانحه نگردند. دو مشخصه افت ولتاژ باس مشترک و عدم تجاوز جریان خط dvr از حد تعریف شده، برای dvr مشخص می کنند که باید با استفاده از کنترل کننده های posicast و p+resonant، ولتاژ باس جلوی خود را ثابت نگه دارد (مد عملکرد 1). همچنین کاهش ولتاژ باس مشترک و جریان خطای خارج از محدوده تعریف شده برای dvr، دو عاملی هستند که به dvr این پیام را می رسانند که باید با استفاده از روش کنترلی شار- بار، ولتاژی را به صورت معکوس حالت قبل به طور سری در خط تزریق کند تا ولتاژ باس مشترک حفظ شود (مد عملکرد 2). در این پایان نامه، روش کنترلی شار- بار به نحوی مورد استفاده قرار می گیرد که dvr به عنوان یک امپدانس (نه یک سلف خالص) و با هدف اصلی ثابت نگه داشتن ولتاژ باس مشترک عمل کند. برای رفع مشکل جذب توان حقیقی، یک امپدانس شامل یک مقاومت و یک سلف در ساختار dvr اضافه می شود و به محض ورود به مد عملکرد 2، خازن dc توسط دو سوئیچ از مدار خارج شده و جای خود را به این امپدانس می دهد. جهت تأیید کارایی تجهیز پیشنهادی شبیه سازی هایی بر روی یک سیستم استاندارد ieee و نیز بخشی از سیستم صنعتی محمودآباد اصفهان صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی های انجام گرفته نشان می دهد که dvr قادر است کمبود ولتاژ را حتی تا مقدار تقریباً %100 جبران نموده و نیز جریان خطای در مسیرش را محدود کند. همچنین در مواردی که شکل موج ولتاژ از حالت سینوسی خارج می گردد (مثلاً در هنگام انرژی دار شدن ترانسفورمر) آن را به شکل موج سینوسی نزدیک سازد. با توجه به این مزایا، استفاده از dvr نه تنها در سطح توزیع و ولتاژ ضعیف، بلکه در سطوح فوق توزیع و صنعتی نیز پیشنهاد می شود.