فرمت فایل: ورد –Word و قابل ویرایش تعداد صفحات: 168     مولد توان رآکتیو مبتنی بر کنورتور می تواند به یک مقدار حداکثر توان رآکتیو جذب یا تولید کند؛ به عبارت دیگر این مولد دارای محدوده مشابه کنترل ،برای خروجی توان رآکتیو خازنی و القایی است .به هر حال در کاربرد های زیادی ممکن است محدوده متفاوت تولید وجذب توان رآکتیو خواسته شود .این امر به سادگی به وسیله ترکیب کنورتور با خازن های ثابت و یا سو ئیچ شده با تریستور و یا رآکتورها قابل حصول است. ترکیب یک مولد مبتنی بر کنورتور با یک خازن ثابت در شکل (1) الف نشان داده شده است . این آرایش می تولند با جابجایی محدوده عملکرد به منطقه خازنی ، همان گونه که با مشخصه V-I مربوطه در شکل (1) ب نشان داده شده ، بیش ازمقدار نامی کنورتور توان رآکتیو تولید کند.       شکل (1): (الف): مولد توان راکتیو نوع ترکیبی،خازن ثابت و مبتنی بر کنورتر (ب): محدوده V-I عملکرد   البته ، ممکن است که مشخصه عملیاتی یک مولد استاتیکی توان رآکتیو را به وسیله ترکیب کنورتور با رآکتور شنت همان طور که با مدار شکل (2) الف نشان داده شده ، بیشتر به طرف منطقه جذب جابجا کرد . مشخصه V-I این آرایش در شکل (2) نشان داده است .در حالی که ، خازن های ثابت یا رآکتور ها محدوده عملیاتی مولد توان رآکتیو را بیشتر به طرف منطقه خازنی و رآکتورهای سوئیچ شده با تریستور در واقع کل محدوده کنترلی خروجی توان رآکتیو را افزایش می دهند.   شکل(2): ( الف):مولد توان راکتیو نوع ترکیبی،راکتور ثابت ومبتنی بر کانورتر (ب):محدوده V-I عملکرد   توجه کنید که افزودن ادمیتانس های رآکتیو ثابت یا سوئیچ شونده به مولد توان رآکتیو مبتنی بر کنورتوربه طرز نا مطلوبی مشخصه V-I را تغییر می دهد ؛ چون جریان خروجی تابعی از ولتاژ اعمال شده می شود . تغییر در مشخصه V-I ، به روشنی بستگی به مقدار بستگی به مقدار نامی مگا ولت آمپر کنورتور متناسب با کل محدوده کنترل شده مگا وار ، دارد. جدا از جابجایی یا گسترس محدوده توان رآکتیو کنترل شده ، آرایش مولد توان رآکتیو مختلط – که از یک کنورتور به همراه خازن ثا بت و یا کنترل شده با تریستور و بانک های رآکتور استفاده می کند – می تواند به منظور تأمین توان یک مشخصه بهینه تلفات در مقابل توان رآکتیو خروجی ، برای کاربرد خاصی کاربرد دارد. طرح عمومی مولد توان رآکتیو مختلط ، با استفاده از یک کنورتور سوئیچ شده با TCR ها یا TSC ها ، و احتمالاً خازن های ثابت یا با سوئیچ مکانیکی ، امکان مفیدی را برای طراح به وجود می آورد تا جبران ساز را از نظر محدوده تعریف شده توان رآکتیو ، مشخصه تلفات در برابر رآکتیو خروجی ، نحوه عملکرد و هزینه ، بهینه کند.   5-2 مقایسه میان STATCOM و SVC   در محدوده عملکرد خطی ، مشخصۀ V-Iو قابلیت عملیاتی جبران سازی STATCOM و SVC مشابه هستند. به هر حال اصول اساسی عملکرد STATCOM که با مولد توان رآکتیو مبتنی بر کنورتور به صورت منبع ولتاژ سنکرون موازی بسته شده عمل می کند ، با عملکرد SVC ، که با رآکتور های کنترل شده با تریستور و خازن های سوئیچ شده با تریستور به صورت یک ادمیتانس رآکتیو کنترل شده وموازی بسته شده عمل می کند از نظر بنیادی متفاوت می باشد.این تفاوت عملکرد بنیادی ( منبع ولتاژدر مقابل ادمیتانس رآکتیو) امتیاز STATCOM در مشخصات عملیاتی برتر ، کارکرد بهتر و انعطاف پذیری کاربردی بیشتردر مقابل آنچه که با SVC قابل حصول است به حصاب می آید این مشخصه های عملیاتی و کار کردی با تأکید بر دلایل فیزیکی پشت سر آنها و مزایای کاربردی مربوطه در اینجا جمع بندی شده اند .   5-2-1 مشخصه های V-Iو V-Q   STATCOM در اصل یک منبع ولتاژ متناوب در پشت یک رآکتانس کوپله کننده است که مشخصه های V-Iو V-Q مربوط به آن در شکل های (3) الف و (4) الف به ترتیب نشان داده شده اند این شکل ها نشان می دهند که STATCOM می تواند در محدوده حامل جریان خروجی خود حتی در ولتاژ های بسیار کم ( از نظر تئوری در حد صفر) و نوعاً در حد 2/0 پر یونیت ولتاژ سیستم کار کند به عبارت دیگرحداکثر جریان خروجی خازنی یا القایی STATCOM می تواند مستقل از ولتاژ سیستم حفظ شود و حداکثر توان رآکتیو تولید شده یا جذب شده به صورت خطی با ولتاژ ac سیستم تغییر می کند .     شکل (3): مشخصه V-I یک (الف) : STATCOM (ب):SVC   بر عکس STATCOM ، SVC که از خازن ها و رآکتور های سوئیچ شونده با تریستور تشکیل شده ، در خروجی کامل، تبدیل به یک ادمیتانس خازنی ثابت می شود.بنابراین حداکثر جریان جبران سازی قابل حصول SVC به صورت خطی با ولتاژ ac سیستم کاهش می یابد و همان گونه که به ترتیب در شکل های (3) ب و (4) ب نشان داده شده حداکثر توان رآکتیو خروجی با مجذور این ولتاژ کاهش می یابد . بنابراین STATCOMاز نظر تأمین پشتیبانی ولتاژ تحت اغتشاش های بزرگ سیستم که در زمان وقوع آن ها تغیییرات ولتاژ به خوبی خارج از محدوده عملکرد خطی جبران ساز است بر SVC برتری دارد قابلیت تأمین حداکثر جریان جبران سازی در ولتاژ کاهش یافته سیستم STATCOM را قادر می کند که در انواع کابرد ها همان جبران سازی دینامیکی یک SVC را که توان نامی به مراتب بیشتری دارد انجام دهد .     شکل (4) : مشخصه V-Q یک (الف):STATCOM (ب):SVC   همانطور که شکل های (3) الف و (4) الف نشان می دهد STATCOM بسته به نیمه هادی های قدرتی که در آن به کار رفته ،می تواند توان بیشتری هم در محدوده کاری القایی وهم خازنی داشته باشد (SVC هیچ روشی برای افزایش تولید توان رآکتیو در وضعیت گذرا ندارد ، زیرا حداکثرجریان خازنی که می تواند بکشد با اندازه خازن و مقدار ولتاژ سیستم تعیین می شود). حداکثر اضافه جریان گذرای قابل حصول STATCOM در محدوده خازنی با قابلیت قطع حداکثر جریان نیمه هادی های قدرت مورد استفاده ،تعیین می شود.   در محدوده عملکرد القایی نیمه هادی های قدرت یک کنورتور اولیه به طور طبیعی جابجا می شوند. معنی این امر آن است که مقدار نامی جریان گذرای STATCOM در محدوده القایی ،از نظر تئوری ،فقط با حداکثر حرارت مجاز اتصال GTO محدود می شود که در اصل اجازه می دهد تا مقدار نامی گذارای با لاتری در این محدوده نسبت به آنچه که در محدوده خازنی قابل حصول است به دست آید .   5-2-2 پایداری گذرا   توانایی STATCOM در حفظ جریان خروجی کامل خازنی در ولتاژهای کم سیستم نیز ، آن را ثمر بخش تر از SVC در اصطلاح پایداری گذرا ( نوسان اول ) می نماید . موثر بودن STATCOM در افزایش توان قابل انتقال در شکل (5) الف نشان داده شده ، که در آن توان انتقال یافته P در برابر زاویه انتقال برای مدل معمول دو ماشینه ، در مقادیر نامی خازنی مختلف ، که با حداکثر جریان خروجی خازنی Ic max مشخص شده ، آمده است. رابطه معادل P در برابر برای SVC ، به منظور مقایسه در شکل (5) ب نشان داده شده است . می توان مشاهده کرد که STATCOM درست مانند SVC تا رسیدن به حداکثر جریان خروجی خازن Ic max شبیه به یک جبران ساز موازی نقطه میانی ایده آل با رابطه P در برابر همانند رابطه /2) /X)sin( 2V) P= رفتار می کند . از این نقطه به بعد STATCOM مستقل از افزایش بیشتر زاویه و تغییر ولتاژ نقطه میانی ناشی از آن (بر خلاف SVC که بصورت ادمیتانس خازنی ثابت عمل میکند ) به تأمین این جریان خازنی حداکثر ادامه می دهد در نتیجه ار کاهش سریع توان انتقال یافته P در ناحیه ، که مشخصه انتقال توان سیستم جبران سازی SVC است ، اجتناب شده و محدوده قابل حصول که نمایان گر اصطلاح در حد پایداری است ، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.     شکل(5): توان انتقال یافته در برابر زاویه انتقال یک سیستم دو ماشینه با نقطه میانی مجهز به (الف): STATCOM (ب):SVC که در توانهای نامی متفاوتی بدست آمده اند.       شکل(6): اصلاح پایداری گذرا که با استفاده از یک (الف): STATCOM (ب) : SVC در نقطه میانی و در یک مقدار توان راکتیو نامی داده شده به دست آمده است.   افزایش حد پایداری قابل حصول در STATCOM نسبت به یک SVC که دارای همان مقدار نامی می باشد ، به روشنی با استفاده از معیار های" سطح معادل" در شکل های (6) الف و ب نشان داده شده است .سیستم ساده دو ماشینه ای در بررسی اصول اولیه جبران سازی موازی مورد بحث قرار گرفت در نقطه وسط توسط یک STATCOMو یک SVC با مقادیر نامی توان رآکتیو یکسان جبران سازی شده است به منظور شفافیت فرض شده است که سیستم در حالیکه توان الکتریکی حالت ماندگارP1 را با زاویه 1 منتقل می کند ، در معرض خطایی قرار می گیرد که در طول مدت آن P1 به صفر می رسد . در طول دوره خطا ماشین طرف تولید کننده شتاب می گیرد (به دلیل توان ورودی مکانیکی ثابت) و انرژی جنبشی – که با سطح سایه دار زیر خط ثابت P1 نشان داده شده است – را جذب می کند و1 به c افزایش می یابد ( 1 < c ) .   به این ترتیب هنگامی که که سیستم اصلی پس از بر طرف شدن خطابازیابی می شود ، توان انتقا ل یافته ، به دلیل زاویه انتقال بزرگترc ، بسیار بیشتر از P1 می شود. در نتیجه، ماشین طرف تولید کننده شروع به کاهش شتاب می کند ،اما بیشتر افزایش می یابد تا اینکه ماشین تمام انرژی جنبشی جذب کرده در مدت خطا را از دست بدهد . انرژی جنبشی بازیافتی ، با سطح سایه داربین منحنی P در برابر و خط ثابت توان P1 نشان داده شده است . باقیمانده سطح غیر سایه دار زیر منحنی P در برابر و بالای خط ثابت توان P1 ، تأ مین کننده حد پایداری گذرا است . همان گونه که می توان مشاهده کرد، حد پایداری گذاری حاصل شده توسط STATCOM ، به دلیل پشتیبانی بهتر از ولتاژ نقطه میانی ، به میزان قابل توجهی بزرگتر اژ آن حدی است که با یک SVC دارای همان مقدار نامی توان راکتیو ، قابل حصول است . البته مفهوم این امر آن است که توان قابل انتقال ، اگر جبران سازی موازی با SATATCOM انجام شود ، بیشتر از وقتی است که SVC مورد استفاده قرار گیرد ، یا در یک حد پایداری مشابه ، توان نامی STATCOM می تواند کمتر از SVC باشد . 5-2-3 زمان پاسخ   زمان پاسخ قابل حصول و عرض باند حلقه بسته تنظیم ولتاژ STATCOM نیز به میزان چشمگیری بهتر از مشخصه های SVC است.اگر چه حلقه بسته تنظیم ولتاژ هر دو جبران ساز می تواند با فرمول داده شده در رابطه ، ثابت زمانی Td در تابع G2 ( که شاخص ذاتی "تأخیر انتقال" در مدارهای قدرت STATCOM و SVC است) برای STATCOM تا چند برابر کمتر از SVC است. با در نظر گرفتن تغییرات سریع زاویه در برابر فرکانس ،این اصلاح از دیدگاه عرض باند قابل حصول حائز اهمیت است.   برای کاربردهایی که نیاز به پاسخ سریع دارند نمی توان در مورد اهمیت اجرایی عرض باند فرکانس گسترده اغراق کرد ولی حتی در کاربرد های نوع انتقال هم STATCOM عملکرد پایدار را با پاسخ مناسب ،در گستره وسیع تری از تغییرات امپدانس شبکه انتقال ، نسبت به آنچه که با SVC ممکن است میتواند تدارک نماید.     5-2-4 قابلیت تبادل توان حقیقی   در کاربردهایی که نیاز به جبران سازی توان اکتیو دارند، روشن است که STATCOM بر خلاف SVC می تواند واسطه مناسب ذخیره سازی انرژی با سیستم ac ، به منظور تبادل توان حقیقی باشد .یعنی اینکه STATCOM قادر است توان حقیقی کنترل شده را از یک منبع انرژی (خازن بزرگ، پیل سوختی، ذخیره سازی مغناطیسی ابررسانا و غیره ) از طرف ترمینال dc خود کشیده و آن را به صورت توان ac به سیستم تحویل دهد. هم چنین می تواند جذب انرژی از سیستم ac را به منظور شارژ نگه داشتن دستگاه ذخیره ساز ، کنترل نماید. این قابلیت بالقوه، ابزار جدیدی را برای جبران سازی دینامیکی ، اصلاح بازدهی سیستم قدرت و عملاً جلوگیری از قطع توان ، فراهم می کند.تبادل توان حقیقی و رآکتیو STATCOM و سیستم ac می تواند مستقل از یکدیگر کنترل شود . و هر ترکیبی از تولید و جذب توان حقیقی وتولید و جذب توان رآکتیو قابل حصول است.بنابراین، با تجهیز STATCOM به یک دستگاه ذخیره ساز انرژی با ظرفیت مناسب ، راهبردهای فوق العاده مؤثر کنترلی برای مدولاسیون توان خروجی حقیقی و رآکتیو به منظور اصلاح پایداری گذرا و میرایی نوسان توان می تواند به مورد اجرا گذاشته شود . باید توجه کرد که برای اغتشاش های دینامیکی کوتاه مدت ، یک دستگاه مصرف کننده انرژی (مثل یک مقاومت سوئیچ شده ) می تواند به صورت موثرتری به جای دستگاه گران قیمت تر ذخیره سلز انرژی ، همراه با STATCOM به منظور جذب توان از سیستم ac به کار رود .   با این طرح ساده ، STATCOM انرژی را از سیستم ac به ترمینال های dc منتقل خواهد کرد و در آن جا ، هرگاه مقدار انرژی اضافه شناسایی شود (مثلاً با افزایش ولتاژ dc) توسط دستگاه مصرف کننده انرژی که به داخل مدار سوئیچ می شود تلف خواهد شد.   5-2-5 کار با سیستم ac نا متعادل   ولتاژهای سیستم ac به طور معمول (حداکثرعدم تعادل معمولاً از 1 درصد تجاوز نمی کند). بنابراین جبران ساز ها در شرایط عادی هر سه فاز را از نظر جریان خروجی ، یک جا کنترل می کنند .برای SVC معنی این سخن آن است که کنترل کننده آن سه ادمیتانس موازی مشابه برای سه فاز ایجاد می کند در نتیجه ، با ولتاژهای نا متعادل سیستم جریان های جبران سازی در هر فاز متفاوت خواهد بود می توان سه ادمیتانس جبران سازی را با تنظیم زاویه تأخیر TCR ها به صورت منفرد کنترل کرد به صورتی که سه جریان جبران سازی یکسان شوند به این ترتیب در چنین حالتی محتوای هارمونیکی ضریب nدر هر فاز متفاوت خواهد بود و حذف عادی آن ها از طریق اتصال مثلث صورت نخواهد گرفت . این حالت عملکرد ، بنابراین نصب فیلتر های هارمونیک های سوم را که معمولاً ضرورتی ندارند ، الزامی خواهد کرد .به این دلیل، کنترل فاز SVC ها به صورت منفرد در جبران سازی خطوط انتقال به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد . عملکرد STATCOM تحت شرایط سیستم نا متعادل متفاوت با SVC است.اما نتایج چنین عملکردی مشابه است.در عملکرد STATCOM قانون اساسی فیزیک ، مبنی بر این که توان خالص لحظه ای در ترمینال های ac و dc کنورتر منبع ولتاژی مورد استفاده بایستی یکسان باشند، حاکمیت دارد.علت این امر آن است که کنورتور هیچ ذخیره انرژی داخلی ندارد لذا انتقال انرژی در درون آن کاملاً مستقیم است ، و در نتیجه توان خالص لحظه ای در ترمینا ل های ac و dc آن بایستی برابر باشند.   فرض کنید که ولتاژ ترمینال dc در STATCOM به صورت کامل توسط یک خازن dc که به طور مناسبی شارژ شده پشتیبانی می شود (یعنی هیچ منبع یا مصرفی به ترمینال متصل نیست ) و این که تلفات کنورتور صفر است و شماره پالس های آن بی نهایت است (کنورتور ایده آل).حال با ولتاژ های سینوسی ترمینال ac که کاملاً متعادل شده اند(توسط سیستم ac تأ مین می شود)، و این که STATCOM ، مجموعه ای از جریان های سینوسی متعادل را با 90 درجه اختلاف نسبت به ولتاژ های سیستم خواهد کشید ؛ اما خازن dc هیچ جریان شارژ کننده ای را نخواهد دید ، زیرا توان خالص لحظه ای در ترمینا ل های ac کنورتور بدون تغییر در صفر باقی می مانند.   به این ترتیب ا گر ولتاژهای سیستم ac نا متعادل شوند ، آن گاه یک مؤلفه توان متناوب با دو برابر فرکانس اصلی در ترمینال های ac کنورتور STATCOM ظاهر خواهد شد و با یک جریان متناوب شارژ کننده هارمونیک دوم در ترمینا ل های dc ، هماهنگ خواهد شد ، که به نوبه خود یک مؤلفه ولتاژ متناوب با همان فرکانس در دو سر ترمینا ل های dc خازن موازی به وجود خواهد آورد .   اگر کنترل کننده از این ولتاژ مؤلفه واتاژ ac چشم پوشی کند ، یعنی اگر ولتاژخروجی ac را به صورتی تولید کند که گویی ولتاژ ترمینا ل dc ثابت مانده است، آن گاه مؤلفه هارمونیک دوم ولتاژ از ترمینال dc ( از طریق عملکرد کلید زنی کنورتور ) تبدیل به یک مؤ لفه اصلی توالی منفی و یک مؤ لفه هارمونیک سوم توالی مثبت در ترمینا ل ac می شود .   در نتیجه STATCOM ، عموما یک جریان مؤ لفه اصلی توان منفی ( متناسب با تفاوت میان ولتاژ توالی منفی تولید شده در داخل آن و مؤ لفه توالی منفی ولتاژ ac سیستم ) به همراه مؤ لفه هارمونیک سوم جریان ( توالی مثبت ) خواهد کشید.   از این میان دو مؤلفه ولتاژ تولید شده در خروجی STATCOM، که ناشی از نامتعادلی سیستم است ، هارمونیک سوم آشکارا " نا خواسته " است . هنگامی که مؤلفه ولتاژ توالی منفی ، که به صورت " طبیعی " به وسیله کنورتو و با انتخاب خازن مناسب dc تولید می شود ، به میزان چشمگیری جریان توالی منفی را کاهش می دهد ، یعنی جریانی را که در غیر این صورت به وسیله ولتاژتوالی منفی سیستم ، ( که در خطا های تک فاز می تئاند بسیار بزرگ باشد ) ه سیلان وادار میشد ، هارمونیک سوم به روشنی هیچ کار کرد مفیدی ندارد .   رفتار " طبیعی " STATCOM در شکل (7) نشان داده شده ، شکل موج های ولتاژ و جریان ثبت شده یک سیستم قدرت از یک تحلیل گر حالات گذرای شبکه ( TNA) که در آن یک STATCOM چهل و هشت پالسه مدل شده و در معرض یک خطای شدید فاز به زمین قرار گرفته ، آورده شده است .   بررسی های انجام شده در شکل ( از بالا به پایین ) موارد زیر را نشان می دهد : * ولتاژ های فاز به فاز Vab و Vcb (فاز a دچار خطای فاز به زمین شده ) ؛ * سه جریان ia و ib و ic که به وسیله STATCOM کشیده می شوند ؛ * ولتاژ خازن dc ،Vdc و جریان رآکتیو مرجع IQRef (به 2 واحد محدود شده ) .   STATCOM در حالت ماندگار ، هنگامی که برای حدوداًً پنج سیکل در معرض یک خطای فاز به زمین قرار می گیرد ، p.u. 1 جریان خازنی تولید می کند . می توان مشاهده کرد که ، به دلیل ولتاژ توالی منفی تولید شده در داخل کنورتور ( که به میزان زیادی با ولتاژ توالی منفی سیستم نا متعادل هماهنگی دارد ) ، STATCOM در دوره خطا ، به میزان قابل توجهی جریان های جبران سازی متعادل خازنی با حداکثر مقدار p.u.2 تولید می کند ، اما این جریان حاوی مقدار معتنابهی اعو جاج های هارمونیک سوم است . به این ترتیب ، هارمونیک ها که فقط در دوره پنج سیکل خطا حضور دارند ، فاقد نتایج قابل بحث مهمی هستند (زیرا ، احتمالاً در این شرایط اعوجاج های مهم تری ، توسط اجزاء استاتیکی و چرخان الکترومغناطیسی موجود دیگر ، در سیستم تولید شده است ) . از طرف دیگر ، STATCOM ، به شهادت جبران سازی خازنی به دست آمده در شکل ، می تواند سیستم پشتیبانی مستحکمی در دوره خطا ، تأمین کند .این امر ، به همراه پاسخ سریع STATCOM در برطرف کردن خطا ، می تواند سهم مهمی در پایداری سیستم داشته باشد .( بایستی توجه شود که ، بنابردلایل اقتصادی ، حد اضافه جریان STATCOM درعمل معمولاً پایین تر از دوپریو نیتی تنظیم می شود که در این شکل مثال زده شد . ) رفتار طبیعی STATCOM که در بالا توصیف شد ، مربوط به حالت کارکردی است که در آن سه ولتاژ خروجی با هم کنترل می شوند ؛ یعنی اینکه ، کنترل تک فاز ولتاژ مورد استفاده قرار نگرفته است .این حالت کارکرد ، بهترین بهره برداری VA ار کنورتور و معمولاً کمترین تولید هارمونیک قابل وصول در سیستم عادی با یک روش ترکیب موج داده شده را ، ایجاد می کند. به این ترتیب ، در کاربرد های خاص که نامتعادلی قابل توجه سیستم وجود دارد. ، یا جایی که بارهای بزرگ نامتعادل وجود دارند که بایستی جبران سازی صورت گیرد، STATCOM با ایجاد یک موج مناسب می تواند به منظور کنترل هر یک از فازهای خروجی به صورت منفرد عمل کند ؛ بدین معنی که جریان های جبران سازی توالی مثبت و منفی ، مستقلاً کنترل شوند.به هر حال ، این نوع عملکرد معمولاً با مقداری نوسانات توان ac همراه است ، لذا نیاز به خازن dc بزرگتری ، نسبت به آن چه که معمولاً در STATCOM سیستم انتقال مورد استفاده قرار می گیرد ، تا با جریان ریپل هارمونیک دوم حاصل شده در ترمینالهای dc ، سازگار شود.