۳-۲-۲. ساختار SVC
یک SVC از دو قسمت تشکیل شده است:

• • راکتور تایریستور کنترل(TCR)^[7]

• • خازن تایریستور سوئیچ(TSC) ^[۸]

این جبران کننده به دلیل مزایایی نظیر سادگی در تحلیل و عملکرد و قیمت پایین تر نسبت به جبران کننده­ های کانورتری که نیاز به قطعات نیمه هادی از نوع قابل قطع با گیت دارند، تا کنون پرمصرف ترین ابزار FACTS می­باشد .
ساختار این جبران کننده در شکل زیر آمده است.
شکل (۴-۲). دو ساختار متعارف از SVC
شکل (۴-۲) دیاگرام تک خطی دو ساختار مختلف از SVC را نشان می­دهد. قبل از آن­که به بررسی تفصیلی هر یک بپردازیم چند وجه کلی را متذکر می­شویم. اول اینکه عموماً خازن­های ثابت به موازات سوسپتانس قابل کنترل قرار می­گیرند. خازن­های ثابت اغلب با راکتورهای کوچک برای فرکانس­های هارمونیک که ممکن است عدد صحیح یا غیر صحیح می باشند، همنوا می­گردند. این عمل همنوایی به منظور جذب هارمونیک­هایی که توسط سوسپتانس قابل کنترل ^[۹]SR)یا(TCR ایجاد می­ شود و یا اجتناب از رزونانس­های مزاحم، انجام می­گیرد. خازن­های ثابت موجب می­شوند که یا خروجی راکتیو جبران کننده به سمت رژیم پیش فاز (تولید توان راکتیو ) سوق داده شود. وجه کلی دیگر در جبران کننده­ های شکل (۲-۲)، به کار گرفتن ترانسفورماتور کاهنده است. ترانسفورماتور همیشه وجود ندارد لیکن وقتی که وجود دارد عملکرد و رفتار جبران کننده را به خصوص نسبت به هارمونیک، تلفات و اضافه ولتاژ به طور قابل ملاحظه­ای تحت تأثیر قرار می­دهد. خازن­های موازی ثابت در بعضی مواقع به طرف فشار قوی این ترانسفورماتور متصل می­شوند، اما عموماً در. باس جبران کننده با ولتاژ متوسط، به طور مشترک با عنصر کنترل شده قرار می­گیرند . گاهی جبران کننده به سیم پیچ سوم ترانسفورماتور موجود در شبکه متصل می­ شود . در جبران کننده­ های از نوع TCR اتصال دادن خازن­های موازی به طرف فشار قوی مستلزم ترانسفورماتور کاهنده بزرگتری است و این امر تأثیر نامطلوبی بر تلفات می­ گذارد . این مطلب در مورد جبران کننده نوع ترانسفورماتور تایریستور کنترل (TCT) که از TCR مشتق شده است نیز صادق است . بالاخره تشابه موجود در دو ساختار کاملاً مفهوم است. طرح پست و قرار گرفتن انواع جبران کننده­ها می ­تواند به طور متنوع تغییر نماید. به عنوان مثال، راکتور قابل اشباع از نظر ساختمان از نوع ترانسفورماتوراست در صورتی که کنترلر تایریستور در جبران کننده TSC و TCR از نظر فیزیکی از خازن­ها و راکتورهای­شان جدا هستند و اغلب در یک ساختمان ساده برای حفاظت در مقابل جو، نگهداری می­شوند. عنصر کنترل کننده راکتور تایریستور کنترل (TCR) ، کنترلر تایریستوری است که در آن یک زوج تایریستور هر یک در جهت خلاف هم قرار گرفته و در نیم سیکل متوالی فرکانس تغذیه هدایت می­ کنند. اگر تایریستورها دقیقا در لحظه پیک ولتاژ تغذیه، آتش شوند، تایریستورها به طور کامل هدایت کرده و جریان عبوری از راکتور مشابه وقتی است که کنترلر تایریستور اتصال کوتاه شده باشد. جریان اساسا راکتیو بوده و از ولتاژ تقریباً ۹۰ درجه عقب تر است. این جریان به واسطه تلفات راکتور که ممکن است (۲-۵/۰)% توان راکتیو باشد، دارای مولفه کوچک همفاز با ولتاژ می­باشد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

اگر در آتش کردن تایریستورها به مقدار مساوی تأخیر ایجاد گردد یک مجموعه شکل موج­های جریان به دست می ­آید . در زاویه آتش ۹۰ درجه هدایت کامل صورت می­گیرد. کسری از هدایت با زاویه آتش بین ۹۰ درجه و ۱۸۰ درجه به دست می ­آید. اثر زاویه آتش، کاهش دادن مؤلفه هارمونیک جریان است و این امر معادل است با افزایش اندوکتانس راکتور که در نتیجه جریان و توان راکتیو آن کاهش می­یابد. تاکنون تا جایی که به مؤلفه جریان پایه مربوط می­ شود، راکتور کنترل شده با تایرستور یک سوسپتانس قابل کنترل بوده و بنا براین می ­تواند به عنوان جبران کننده استاتیک به کار برده شود.
جریان لحظه­ای i از رابطه زیر به دست می ­آید
(۴-۲)
که در آن V ولتاژ rms ،  راکتانس راکتور در فرکانس پایه (بر حسب اهم)،  و زاویه  تأخیر آتش است. مبدا زمان طوری انتخاب شده است که با نقطه صفر مثبت شونده موج ولتاژ منطبق باشد. مؤلفه پایه به وسیله تحلیل فوریه طبق رابطه زیر به دست می ­آید
(۴-۳)
که در آن  زاویه هدایت است و به وسیله رابطه زیر با  مرتبط می­ شود.
(۴-۴)
معادله (۴-۳) را می­توان به صورت زیر نوشت :
(۳-۵)
که در آن  سوسپتانس قابل تنظیم فرکانس پایه است و با زاویه هدایت طبق قانون زیر کنترل می­ شود،
(۴-۶)
حداکثر مقدار  برابر است با  که با  یا ۱۸۰ درجه یعنی در هدایت کامل تایریستور به دست می آید. حداقل مقدار  صفر است که با  به دست می ­آید. این چنین کنترلی به کنترل فاز موسوم است. جبران کننده SVC مستلزم داشتن سیستم کنترلی است که لحظه آتش کردن تایریستور ( ودر نتیجه  ) را معین و پالسهای آتش را به تایریستورها صادر نماید. در بعضی از طرح­ها، سیستم کنترل به سیگنالی که مستقیماً معرف سوسپتانس مطلوب B_L است، پاسخ می_­دهد. در موارد دیگر، سیستم کنترل طی الگوریتمی پارامترهای مختلف سیستم جبران شده (مثلاً ولتاژ) را پردازش نموده و پالسهای آتش را مستقیما -. بدون به کار گرفتن یک سیگنال B_L تولید می­ کند. در هر یک از این دو حالت، یک مشخصه ولتاژ – جریان مطابق شکل (۴-۳) به دست می_­آید.
شکل (۴-۳). مشخصه ولتاژ- جریان SVC
۴-۲-۲-۱. مدل دینامیکی SVC
در بلوک دیاگرام شکل (۴-۴ )بلوک دیاگرام SVC که بر اساس کنترل ولتاژ باس کار و عمل می کند، نمایش داده شد [۱۳،۲۰]. در صورتی که فرض کنیم عملیات فرکانس (نوسان) اساسی در حالت تعادل باشد، می توان مدل سوسپتانس مناسبی را با فرض ولتاژهای سینوسی ساخت.
شکل (۴-۴). بلوک دیاگرام SVC
شکل (۴-۵). مدل سوسپتانس متغیر SVC
۳-۲-۳. ساختار ^[۱۰]STATCOM
عملکرد STATCOM بسیار مشابه کندانسور سنکرون می­باشد [۱۲]. همانطور که در کندانسور سنکرون با کنترل دامنه ولتاژ آن توسط تحریک dc رتور می­توان توان راکتیو تزریقی را کنترل کرد در STATCOM نیز توسط مدولاسیون عرض پالس می توان دامنه ولتاژ و در نتیجه توان راکتیو تزریقی را کنترل کرد . مشخصه ولتاژ - جریان STATCOM در شکل (۴-۶)آمده است. در شکل( ۴-۷) بلوک دیاگرام STATCOM نشان داده شده است. در شکل (۴-۸) مدل دینامیکیSTATCOM آمده است. در این شکل از مدل منبع سنکرون استفاده شده است و در آن ولتاژ تولیدی بر حسب پارامترهای PWM حساب شده است.
شکل (۳-۶). مشخصه ولت آمپر STATCOM
هنگامی که STATCOM برای تولید توان راکتیو به کار می­رود، کانورتر می ­تواند خازن را تا سطح ولتاژ لازم شارژ نگهدارد. این عمل با ایجاد تأخیر فاز کوچک در ولتاژهای خروجی کانورتر نسبت به ولتاژهای سیستم تحقق می­یابد. در این حالت کانورتر توان حقیقی کمی از سیستم ac دریافت می­ کند تا اینکه تلفات داخلی­اش را تأمین و ولتاژ خازن را در سطح مطلوبی نگاه دارد. مکانیزم کنترلی مشابه­ای را می_­توان جهت افزایش یا کاهش ولتاژ خازن و در نتیجه دامنه ولتاژ خروجی کانورتر به منظور کنترل تولید یا جذب توان راکتیو به کار برد. خازن dc همچنین وظیفه برقراری تعادل انرژی بین ورودی و خروجی در حین تغییرات دینامیکی خروجی VAR را به عهده دارد.
شکل (۴-۷). بلوک دیاگرام STATCOM
شکل (۴-۸). مدل دینامیکی STATCO
فصل پنجم
روش های بهبود
پایداری
۵-۱ مقدمه:
با توجه به سیستم مورد مطالعه این پروژه که از شکل(۵-۱) مشخص می باشد، در یک نیروگاه توربین انبساطی ، ژنراتور ، توربین و گیربکس روی یک محور قرار دارند و پس از اینکه دور توربین نزدیک به سرعت سنکرون رسید، بریکر پایانه ژنراتور وصل خواهد شد . همانطور که در فصول قبلی بیان گردید ژنراتور مورد استفاده در نیروگاه توربین انبساطی از نوع القایی (آسنکرون) می باشد. یکی از مشکلات اصلی ژنراتور القایی مصرف توان راکتیو بالا در حالت پایدار و همچنین جذب توان راکتیو خیلی زیاد (حدود ده الی پانزده پریونیت) از شبکه در لحظه راه اندازی و حالت های ناپایدار دینامیکی همچون اتصال کوتاه و قطع لحظه ای گاز ورودی به توربین می باشد. که این مسئله باعث کاهش ولتاژ شدید شبکه می شود و این کاهش ولتاژ نیز باید از طریق شبکه جبران گردد. تحمیل این افت ولتاژ بر روی شبکه باعث مشکلاتی از قبیل نا متعادل شدن پروفیل ولتاژ و ضربه به وحدهای تولیدی مجاور می گردد.
شکل(۵-۱) شماتیک کلی از طرح نیروگاه توربین انبساطی مورد مطالعه
۵-۲ مقدار توان راکتیو مصرفی ژنراتور آسنکرون:
باتوجه به مدار معادل بالا مقدار توان راکتیوی را که ژنراتور از شبکه اخذ می­نماید، می­توان با بهره گرفتن از رابطه زیر بدست آورد.
(۵-۱)
چنانچه از معادله فوق مشاهده می­­گردد با افزایش سرعت رتور و در نتیجه توان مکانیکی، توان راکتیو نیز افزایش می­یابد و کمترین توان راکتیوی را که ماشین آسنکرون جذب می نماید در سرعت سنکرون است شکل (۵-۲) نکته قابل توجه در این حالت این است که میزان توان راکتیوی که ماشین آسنکرون در حالت ژنراتوری از شبکه اخذ می­نماید به ازای لغزش مشخص از حالت موتوری بیشتر بوده و با افزایش توان اکتیو تولیدی آن، میزان توان راکتیوی که ماشین از شبکه اخذ می­نماید افزایش می­یابد.
شکل (۵-۲). منحنی مقدار توان راکتیو مصرفی بر حسب سرعت
به منظور کاستن دامنه جریان راه اندازی ابتدا سرعت رتور را تا حوالی سرعت سنکرون رسانده و پس از آن ترمینال­های استاتور را به شبکه وصل می­نماید. قابل توجه است که گاهی میزان توان راکتیوی که ژنراتورهای آسنکرون از شبکه جذب می­ کنند از میزان قدرت اکتیو تولیدی بیشتر است. که این مشخصه نامطلوب، یک تحمیل غیر ضروری به شبکه و واحدهای سنکرون متصل به شبکه وارد آورده و در نتیجه سیستم را ممکن است از لحاظ شرایط تنظیم ولتاژ ضعیف نماید؛ برای حذف این پدیده می­توان مقدار توان راکتیو مورد نیاز هر ژنراتور آسنکرون را به طور محلی جبران نمود. تعدادی از روش­های کلاسیک که تاکنون برای این منظور عبارتند از:
الف) استفاده از جبران کننده­ های سنکرون
ب) استفاده از خارن­های ثابت
ج) خازن­های ثابت با اندوکتورهای موازی قابل قطع و وصل
د) استفاده از خازن­های قابل قطع و وصل
همانطور که بیان شد روش های مختلفی برای جبران توان راکتیو ژنراتور القایی وجود دارد که یکی از پرکاربرد ترین روش ها ، استفاده از خازن موازی می باشد. شایان ذکر است که تا کنون اکثر پروژه های توربین انبساطی که به بهره برداری رسیده اند ، ژنراتور القایی مربوطه ، به صورت مستقیم به شبکه یا شین بینهایت وصل شده اند ، و توان راکتیو مورد نیاز خود را از شبکه دریافت می نماید.
روش بالا که کم هزینه ترین روش می باشد باعث ولی مشکلات زیادی میگردد که در ذیل به سه مورد اصلی از آنها اشاره میشود:
کاهش ولتاژ شبکه در نزدیک نیروگاه توربین انبساطی.
ضربه به ترانسفور ماتور های خروجی ژنراتور زیرا توان راکتیو مورد نیاز که از شبکه دریافت میگردد باید از ترانسفورماتور عبور نماید که معمولا بیشتر از ظرفیت نامی ترانس می باشد.
تحمیل توان راکتیو مورد نیاز ژنراتور توربین انبساطی به روی منابع تولید نزدیک ژنراتور.
۵-۳ بررسی روش های مختلف جبران توان راکتیو ژنراتور توربین انبساطی
در این پروژه سعی شده بهبود پایداری دینامیکی ژنراتور توربین انبساطی در حضور ادوات فاکت (SVC ، STATCOM) مورد بررسی قرار گیرد. همانطور که در فصل چهارم بیان شد ، ادوات فاکت به منظور جبران سازی توان راکتیو در سیستم های قدرت به کار می روند. طبق آنچه که در فصل چهارم گفته شد حضور ادوات فاکت در سیستم قدرت و همچنین سیستم مورد مطالعه ئ این پروژه کمک زیادی در بهبود پروفیل ولتاژ و جبران توان راکتیو در زمان مناسب می نماید. ما نیز در این پروژه تاثیر حضور اداوت فاکت را بر روی حالت های گذرای ژنراتور ، توربین و همچنین حالت پایدار آن بررسی می نماییم.
۵-۴ حالت های مختلف مورد مطالعه: