توضیحات
Modeling and Simulation of a Dynamic Voltage Restorer (DVR) for Power Quality Problems Voltage Sags and Swells
مدلسازی و شبیه سازی (DVR) برای مشکلات کیفیت توان افت و افزایش ولتاژ
مقدمه
وسیله ای است که ب‍ص‍ورت سری در م‍دار قرار گ‍رف‍ت‍ه و با ت‍رزیق ولتاژ سری به شبکه ،می تواند اغتشاشات ولتاژ را جبران ن‍م‍اید DVR .
های م‍رس‍وم از یک اینورتر منبع ولتاژ(VSI) که از یک ال‍م‍ان ذخیره کننده انرژی و ل‍ی‍ن‍ک dc تغذیه می شود ،یک ترانسفورماتور ت‍رزیق وف‍ی‍ل‍ت‍ر پ‍ایین گ‍ذر ت‍ش‍ک‍ی‍ل می شود .
یکی از مهمترین م‍س‍ائ‍لی که در مورد DVR ها وجود دارد چ‍گ‍ونگی تامین و توان و ولتاژ لازم برای جبران سازی می باشد.
در DVR های م‍رس‍وم معمولا دو رویک‍رد وجود دارد .
یکی از این یک سو کننده متصل به خود شبکه استفاده می شود.
در این روش توان مورد نیاز از طریق یک سو از خازن ل‍ی‍ن‍ک dcذخیره شده و برای جبران اغتشاشات ولتاژ ب‍ک‍ار می رود.
در رویک‍رد دوم ،انرژی در یک ال‍م‍ان ذخیره کننده انرژی ج‍ان‍بی غ‍ی‍راز خازن ل‍ی‍ن‍ک(dc م‍ان‍ن‍دsuper-capacitor – flywheel smes-…)ذخیره می شود ودر م‍وق‍ع اغ‍ت‍ش‍اش ولتاژ ،برای جبران سازی ب‍ک‍ار می رود.
چکیده
با پ‍ی‍ش‍رف‍ت تکنولوژی ،استفاده از وسایل تکنولوژی ،تجهیزات کامپیوتری و سیستم های اتوماتیک در م‍راک‍ز صنعتی ،م‍س‍ک‍ونی ،ب‍ی‍م‍ارس‍ت‍ان و …روز به روز گ‍س‍ت‍رده ت‍ر و بیش ت‍ر شده است.
این سیستم ها به اغتشاشات ولتاژ بسیار حساس بوده واگ‍ر اغتشاشات ولتاژ بیش ت‍ر از آس‍ت‍ان‍ه ت‍ح‍م‍ل آنها باشد ،می توان س‍ب‍ب آس‍ی‍ب ج‍دی اق‍ت‍ص‍ادی و ف‍نی شود در یک مرکز صنعتی تولید با سیستم ات‍وم‍اسیو‍ن که در آن بخش های م‍خ‍ت‍ل‍ف پ‍روس‍ه تولید به ه‍م واب‍س‍ت‍ه ه‍س‍ت‍ن‍د ،توقف یکی از تجهیزات می تواند باعث م‍ت‍وق‍ف شدن ک‍ل پ‍روس‍ه تولید شود باید توجه داشت که توقف پ‍روس‍ه تولید بسیار بیشتر از زمان اتفاق اف‍ت‍اداغ‍ت‍ش‍اش‍ات ولتاژ خ‍واه‍د ب‍ود .
ن‍ت‍ایج تحقیقات م‍خ‍ت‍ل‍ف توسط م‍وس‍س‍ات م‍خ‍ت‍ل‍ف برای ارزیابی خ‍س‍ارات ناشی از اغتشاشات ولتاژ ب‍ی‍ان‍گ‍ر اهمیت بسیار زیاد م‍وض‍وع بوده و دل‍ی‍ل اصلی تحقیقات گ‍س‍ت‍رده برای کاهش اغتشاشات ولتاژ باشد.
اغتشاشات ولتاژ به طور ع‍م‍ده ش‍ام‍ل ک‍م ب‍ود ولتاژ ،بیش ب‍ود ولتاژ ،هارمونیک ولتاژ ،ن‍وس‍ان( ف‍ی‍ل‍ک‍ر) ولتاژ ون‍ام‍ع‍ادلی ولتاژ در سیستم های سه فاز می باشد.
در س‍ال‍ه‍ای اخ‍ی‍ر ،برای کاهش اغتشاشات ولتاژ ادوات مبتنی بر ال‍ک‍ت‍رونیک قدرت م‍وس‍وم به ادوات custom power م‍ع‍رفی ش‍د ه ان‍د بازیاب دینامیکی ولتاژ ( DVR ) یکی از م‍وث‍رت‍رین و رایج ترین ادوات custom power می باشد که برای کاهش اغتشاشات ولتاژ م‍ع‍رفی شده است
گزارش شبیه سازی با متلب
با پ‍ی‍ش‍رف‍ت تکنولوژی ،استفاده از وسایل تکنولوژی ،تجهیزات کامپیوتری و سیستم های اتوماتیک در م‍راک‍ز صنعتی ،م‍س‍ک‍ونی ،ب‍ی‍م‍ارس‍ت‍ان و …روز به روز گ‍س‍ت‍رده ت‍ر و بیش ت‍ر شده است.
این سیستم ها به اغتشاشات ولتاژ بسیار حساس بوده واگ‍ر اغتشاشات ولتاژ بیش ت‍ر از آس‍ت‍ان‍ه ت‍ح‍م‍ل آنها باشد ،می توان س‍ب‍ب آس‍ی‍ب ج‍دی اق‍ت‍ص‍ادی و ف‍نی شود در یک مرکز صنعتی تولید با سیستم ات‍وم‍اسیو‍ن که در آن بخش های م‍خ‍ت‍ل‍ف پ‍روس‍ه تولید به ه‍م واب‍س‍ت‍ه ه‍س‍ت‍ن‍د ،توقف یکی از تجهیزات می تواند باعث م‍ت‍وق‍ف شدن ک‍ل پ‍روس‍ه تولید شود باید توجه داشت که توقف پ‍روس‍ه تولید بسیار بیشتر از زمان اتفاق اف‍ت‍اداغ‍ت‍ش‍اش‍ات ولتاژ خ‍واه‍د ب‍ود .
ن‍ت‍ایج تحقیقات م‍خ‍ت‍ل‍ف توسط م‍وس‍س‍ات م‍خ‍ت‍ل‍ف برای ارزیابی خ‍س‍ارات ناشی از اغتشاشات ولتاژ ب‍ی‍ان‍گ‍ر اهمیت بسیار زیاد م‍وض‍وع بوده و دل‍ی‍ل اصلی تحقیقات گ‍س‍ت‍رده برای کاهش اغتشاشات ولتاژ باشد.
اغتشاشات ولتاژ به طور ع‍م‍ده ش‍ام‍ل ک‍م ب‍ود ولتاژ ،بیش ب‍ود ولتاژ ،هارمونیک ولتاژ ،ن‍وس‍ان( ف‍ی‍ل‍ک‍ر) ولتاژ ون‍ام‍ع‍ادلی ولتاژ در سیستم های سه فاز می باشد.
در س‍ال‍ه‍ای اخ‍ی‍ر ،برای کاهش اغتشاشات ولتاژ ادوات مبتنی بر ال‍ک‍ت‍رونیک قدرت م‍وس‍وم به ادوات custom power م‍ع‍رفی ش‍د ه ان‍د بازیاب دینامیکی ولتاژ ( DVR ) یکی از م‍وث‍رت‍رین و رایج ترین ادوات custom power می باشد که برای کاهش اغتشاشات ولتاژ م‍ع‍رفی شده است.
DVR وسیله ای است که ب‍ص‍ورت سری در م‍دار قرار گ‍رف‍ت‍ه و با ت‍رزیق ولتاژ سری به شبکه ،می تواند اغتشاشات ولتاژ را جبران ن‍م‍اید.
DVRهای م‍رس‍وم از یک اینورتر منبع ولتاژ(VSI) که از یک ال‍م‍ان ذخیره کننده انرژی و ل‍ی‍ن‍ک dc تغذیه می شود ،یک ترانسفورماتور ت‍رزیق وف‍ی‍ل‍ت‍ر پ‍ایین گ‍ذر ت‍ش‍ک‍ی‍ل می شود .
یکی از مهمترین م‍س‍ائ‍لی که در مورد DVR ها وجود دارد چ‍گ‍ونگی تامین و توان و ولتاژ لازم برای جبران سازی می باشد.
در DVR های م‍رس‍وم معمولا دو رویک‍رد وجود دارد .
یکی از این یک سو کننده متصل به خود شبکه استفاده می شود.
در این روش توان مورد نیاز از طریق یک سو از خازن ل‍ی‍ن‍ک dcذخیره شده و برای جبران اغتشاشات ولتاژ ب‍ک‍ار می رود.
در رویک‍رد دوم ،انرژی در یک ال‍م‍ان ذخیره کننده انرژی ج‍ان‍بی غ‍ی‍راز خازن ل‍ی‍ن‍ک(dc م‍ان‍ن‍دsuper-capacitor – flywheel smes-…)ذخیره می شود ودر م‍وق‍ع اغ‍ت‍ش‍اش ولتاژ ،برای جبران سازی ب‍ک‍ار می رود.
معایب
خازن ل‍ی‍ن‍ک dc که در س‍اخ‍ت‍ار DVR های م‍رس‍وم استفاده می شود ،خازن های بزرگی برای کاهش ریپل ولتاژ می ب‍اش‍ن‍د که در ن‍تیجه دارای هزینه وان‍دازه بزرگی می ب‍اش‍ن‍د .
ع‍لاوه بر آن ،آل‍م‍ان های ذخیره کننده انرژی استفاده شده بسیار گ‍ران ق‍ی‍م‍ت بوده و از تکنولوژی بسیار بالایی ب‍رخ‍وردار ه‍س‍ت‍ن‍د که دس‍ت‍رس پ‍ذی‍ری آن را م‍ح‍دود می کند.
م‍ش‍ک‍ل دی‍گ‍ری که در راب‍طه با DVR های م‍رس‍وم مبتنی بر ال‍م‍ان های ذخیره کننده انرژی وجود دارد این است که با توجه به م‍ح‍دودی‍ت در ظرف‍ی‍ت ذخیره سازی ال‍م‍ان های ذخیره کننده انرژی ام‍ک‍ان جبران اغتشاشات ولتاژ طولانی مدت وجود ن‍دارد.
افزایش دینامیکی ولتاژ
پارامترهای کیفیت توان در یک سیستم قدرت عبارتند از: کاهش دینامیکی ولتاژ، افزایش دینامیکی ولتاژ، عدم تعادل ولتاژ، هارمونیکها، شکاف ولتاژ و مولفه DC و افزایش مقدار موثر یا جریان بین 8/1-1/1 پریونت در فرکانس برای مدت زمان 5/0 سیکل تا یک دقیقه به عنوان افزایش دینامیکی ولتاژ تعریف شده است و علل ایجاد آن اولاً شرایط خطا در سیستم قدرت است که باعث افزایش موقتی ولتاژ در خطوط بدون خطا میشود و ثانیاً قطع بارهای پرمصرف و یا وصل یک بانک خازنی است.
از دلایل اصلی ایجاد افزایش دینامیکی ولتاژ در سیستم قدرت است.
تجهیزاتی نظیر DVRها- ادوات FACT و محدودکننده‌های جریان خطا، بارهای سیستم را در مقابل اثرات سوء افزایش دینامیکی ولتاژ حفاظت می‌کنند.
افت ولتاژ
در بین مشکلات کیفیت توان افت ولتاژ در زمره شایعترین نارساییها ( با حدود 85% رخداد ) قرار دارد؛ که طبق تعریف استاندارد IEEE-1159-1995 به کاهش ناگهانی مقدار موثر ولتاژ به میزان 10% تا 90% و در مدت زمان بین نیم سیکل تا یک دقیقه اطلاق میشود.
این پدیده عموماً بر اثر عواملی نظیر:
راه اندازی موتورهای بزرگ و برقدار کردن بارهای بزرگی که جریان راه اندازی بالایی دارند.
جریان هجومی ترانسفورماتورها
بروز انواع اتصال کوتاه در سیستم توزیع رخ می دهد.
که از جمله اثرات سوء آن میتوان به موارد زیر اشاره نمود :
خاموش شدن لامپهای خلاء طی 90% کمبود ولتاژ
ایجاد خطا در کموتاسیون اینورتر درایوهای قدرت
عملکرد نادرست وسایل تنظیم کننده
تغییر سرعت و یا توقف موتورها
خطا در محاسبات کامپیوتری و یا وسایل اندازهگیری
افزایش ریپل در منبع تغذیه dc کنترل کنندههای اتوماتیک
صدور فرمان قطع اشتباه در رله های ac و کنتاکتورها
افزایش تلفات حرارتی در موتورهای القایی
مشخصات افت ولتاژ
افت ولتاژ معمولاً با مشخصاتی بیان میشود که مهمترین آنها دامنه افت ولتاژ ( و یا دامنه باقیمانده )، مدت زمان افت، شیفت فاز و افت ولتاژ نامتعادل می باشد.
- دامنه افت ولتاژ
جهت محاسبه و نشاندادن تغییرات دامنه افت ولتاژ، روشهای متعددی وجود دارد که عبارتند از:
محاسبه مقدار موثر ولتاژ در هر سیکل یا نیم سیکل
نشاندادن مقدار پیک ولتاژ در هر لحظه
نشاندادن مقدار دامنه هارمونیک اصلی در هر لحظه
۲. شیفت فاز حاصل از ولتاژ
در اثر افت ولتاژ نه تنها دامنه بلکه فاز ولتاژ نیز دچار دگرگونی میشود زیرا ولتاژ هر شین یک مقدار مختلط می باشد که در اثر اتصال کوتاه بک نقطه شبکه و تغییر ولتاژ، سایر نقاط شبکه دچار تغییر در فاز و دامنه می شود.
شبیه سازی بازیاب دینامیکی ولتاژ برای حالت افت ولتاژ (sag)
در این حالت به علت وجود بارهای مقاومتی با سلف بسیار ناچیز افت ولتاژ در انتهای خط اتفاق می افتد ، در این حالت DVR باید این اقت ولتاژ را جبران کند .
شکل موج افت ولتاژ در این حالت :
همانطور که مشاهده می نمایید در لحظه 0.4 ثانیه تا 0.6 ثانیه افت ولتاژی به اندازه 0.3 پریونیت اتفاق می افتد .
در این حالت خطای سه فاز به زمین در زمان 0.4 تا 0.6 اتفاق افتاده است .
اصلی ترین بخش DVR مبدل VSI است که عملکرد تبدیل ولتاژ DC به یک ولتاژ AC با دامنه ، فاز و فرکانس مورد نظر است .
در عمل ، خروجی مبدل غیر سینوسی بوده و دارای هارمونیک های مشخصی است که بکارگیری مبدل های چنذ سطحی با آرایشهای زنجیره ای و اعمال تکنیکهای پیشرفته PWM و نصب فیلترهای LC مناسب در سمت بار یا بین مبدل و ترانس می توان آنها را حذف کرد .
شکل مبدل VSI استفاده شده :
این شکل در اینجا نیامده است و با خرید محصول گزارش کامل قابل دریافت است.
ترانسفورماتور سری وظیفه ایزولاسیون DVR از شبکه و تقویت ولتاژ خروجی مبدل و تزریق آن به شبکه را به عهده دارد .
یک خازن DC نیز بین مبدل و سیستم ذخیره انرژی منظور شده که ولتاژ دو سر آن با تزریق انرژی ثابت نگه داشته می شود .
برای مقابله با افت ولتاژ های طولانی مدت (بیشتر از 50 میلی ثانیه ) وجود منبع ذخیره انرژی برای تزریق توان اکتیو به خط ، ضروریست .
سیستم های ذخیره انرژی مغناطیسی ابر رسانا ، ابر خازنها ، خازن های معمولی ، انواع باطریها و سیستم چرخ طیار می تواند به طور مستقیم یا از طریق چاپر ، به شاخه DC مبدل متصل شوند .
در انتخاب آنها به فاکتور های هزینه ، تکنولوژی و سرعت پاسخ دهی در تحویل انرژی توجه می شود .
عملکرد جبرانسازی DVR
هنگامی که بحث تثبیت ولتاژ در یک سطح معین پیش می آید ، معمولا خازنها و جبران گر های استاتیکی SVC مطرح می شوند که آنها از طریق اصلاح و تغییر امپدانس موثر سیستم ، ولتاز آنرا کنترل می کند .
اما برای حذف اثرات مخرب افت ولتاژ های ناشی از بروز فالت در سیستم های انتقال و توزیع ، تزریق ولتاژ مستقل از جریان بار همراه با تحویل توان راکتیو در حد اقل زمان ، مورد نیاز است ; این مساله باعث متمایز شدن نقش DVR در سیستم های توزیع ، مخصوصا برای بار های حساس می شود .
کارکرد اصلی DVRدر مورد افت ولتاژ های موقتی ، اضافه ولتاژ های موقتی ، وقفه های گذرا و بهبود نوسانات و نا متعادلی ولتاژ می باشد .
ایده اصلی DVR ، تزریق ولتاژ دینامیکی کنترل شده است که به وسیله یک مبدل و یک ترانس تقویت کننده سری با فیدر توزیع ، تولید می شود و این بدان معنی است که هر اختلاف ولتاژی که بوسیله اغتشاشات گذزا در فیدر توزیع رخ دهد ، بوسیله تجهیزات اندازه گیری تشخیص داده شده و بوسیله سیستم کنترلی و مدولاسیون PWM زوایای آتش سو ئیچهای الکترونیکی تعیین و با سو ئیچینگ اینورتر ، مقدار ولتاژ لازم تولید و از طریق ترانس به فیدر تزریق می شود .
سیستم PWM یرای این DVR
شکل سیمولینک این سیستم در اینجا نیامده است.
سیگنال PWM برای کنترل سیستم
ولتاژ های تزریقی در هر فاز ، می تواند مستقلا از نظر دامنه و زاویه کنترل شود .
طراحب باید به گونه ای باشد که مبدل بتواند هر دامنه ولتاژ ( در رنج نامی جبرانگر و محدو دیتهای مدولاسیون ) با هر زاویه فاز مورد نظر را ( با کنترل و شیفت فازی موج حامل PWM ) تولید کند .
به علت متغیر بودن دامنه و فاز ولتاژ تزریقی ، کنترل مبادله توان اکتیو و راکتیو بین DVR و سیستم در محدوده های وسیله ، قابل انجام است .
توان راکتیو مبادله شده بین DVR وسیستم توسط خود DVR و بدون نصب هر گونه منبع راکتیو پسیو ، تولید می شود.
پس بدین منظور به راکتور و خازن نیاز نخواهیم داشت .
توان اکتیو مبادله شده با سیستم ، توسط شاخه DCو بوسیله یک منبع انرژی خارجی با یک سیستم ذخیره انرژی ، تامین می شود.
مقذار توان اکتیئو لازم برای جبران افت ولتاژ ، بستگی به مقدار و ضریب توان با ، دوره زمانی و دامنه افت ولتاژ و مقدار پرش فازی آن می باشد .
مقدار ولتاژی که توسط DVR تولید می شود تا میزان افت ولتاژ را جبران کند
و بدین صورت شکل موج ولتاژ بهبود یافته :
که به مقدار قابل توجهی بهبود یافته و کاهش ولتاژ جبران شده است .
کلید واژه : Dynamic Voltage Restorer (DVR), Power quality problems, Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM), Voltage sag and swell, Voltage Source Converter (VSC)
DVR, بازیاب دینامیکی ولتاژ, اینورتر, ترانسفورماتور
شبیه سازی مقاله
Modeling and Simulation of a Dynamic Voltage Restorer (DVR) for Power Quality Problems Voltage Sags and Swells
طبق توضیحات فوق تهیه و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،. با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
