کنترل ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور با به کارگیری تپ چنجر و جبرانگر استاتیکی توان
Voltage Control Of Secondary Side Of Transformer with coordination Of SVC and ULTC
چکیده
کنترل ولتاژ در یک شبکه قدرت همواره یکی از مهمترین چالش های صنعت برق بوده است. از این رو در این پایان نامه، به منظور دستیابی به ولتاژ با دامنه ثابت و مطلوب، از ترکیب همزمان ترانسفورماتورهای مجهز به تپ چنجر و جبرانگرهای استاتیکی توان راکتیو استفاده شده است. و از آنجایی که سرعت پاسخگویی SVC و ULTC متفاوت می باشد بایستی در ترکیب آنها، سیاست های کنترلی ویژه ای در نظر گرفته شود تا از این طریق بتوان با ایجاد نوعی هماهنگی در ترکیب، در امر کنترل از مشارکت هردو المان بهره برد.
با توجه به دینامیک گسسته ULTC و همچنین به سبب آنکه مشخصه کنترلی جدیدی که برای SVC مدنظر قرار داده شده است، دارای طبیعتی هایبرید، یعنی ترکیبی از دینامیک پیوسته و گسسته می باشد، جهت طراحی سیستم کنترل هماهنگ کننده از نظریه کنترل نظارتی بهره گرفته می شود. مزیت استفاده از این روش را می توان به طور خلاصه عدم نیاز به در نظر گرفتن مسائلی از قبیل وجود تاخیر زمانی، وجود باند مرده در دینامیک تپ چنجر و یا غیرخطی بودن رفتار فرآیند برشمرد. اما چالش اساسی در به کارگیری این نظریه، مشکلات مربوط به پیاده سازی عملی آن می باشد.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
کنترل ولتاژ و تثبیت آن در یک شبکه قدرت به منظور پایداری شبکه و نیز حفظ محدوده مجاز عملکرد تجهیزات، امری اجتناب ناپذیر و همواره یکی از مهمترین مسائل این حوزه بوده است. به منظور دستیابی به این مهم، در سیستم های قدرت از سه روش عمده استفاده می شود.
1- تغییر ست نقطه تنظیم سیستم تحریک ژنراتورها
2- تغییر تپ ترانسفورماتورها
3- استفاده از جبرانسازی موازی
در روش نخست، محدودیت حرارتی سیم پیچ ژنراتورها به عنوان یک قید میزان توان راکتیو تولیدی / مصرفی نیروگاه ها را محدود می کند. در سال های اخیر مطالعات زیادی به منظور ارائه روش های نوین کنترل توان راکتیو و ولتاژ جهت افزایش سطح امنیت و پایداری سیستم ارائه شده است.
ترانسفورماتورهای مجهز به تپ چنجر به صورت گسترده ای جهت تنظیم ولتاژ در شبکه های قدرت به کار گرفته می شوند. با پیشرفت روزافزون صنعت و از آنجا که دسته وسیعی از تجهیزات الکتریکی نظیر موتورهای القایی، لامپ های روشنایی و… جهت کارایی مناسب نیاز به آن دارند که همواره در ولتاژ نامی کار کنند، در بسیاری از موارد بخصوص در شبکه های توزیع انرژی الکتریکی، جهت تثبیت ولتاژ علاوه بر ULTC از یکسری از ادوات جبرانگر نیز استفاده شده است.
یکی از مهمترین اجزا سیستم های قدرت، ادوات FACTS می باشند. امروزه برخی از انواع آنها از جمله SVC در سطح وسیعی در صنعت انتقال و توزیع انرژی الکتریکی جهت کنترل توان راکتیو و ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته است. SVC برای اولین بار در سال 1970 میلادی برای جبران توان راکتیو و بهبود پایداری دینامیکی سیستم های قدرت به کار گرفته شد و در بهبود پایداری ولتاژ اثرات مثبتی نشان داد.
امروزه SVC، یکی از المان های کلیدی سیستم قدرت می باشد که بخاطر سرعت پاسخگوئی بالای آن، قابلیت اطمینان شبکه بهبود می یابد و همچنین می تواند علاوه بر تثبیت ولتاژ، جهت دستیابی به شرایط دینامیکی پایدار، مثل پایداری گذرا و میرا نمودن نوسانات توان نیز به کار آید. بخاطر همین قدرت پاسخگویی سریع، زمانی که با تثبیت کننده های دیگر ولتاژ نظیر ULTC در مدار بکار می روند، پاسخ های زمانی کاملا متفاوتی داشته و SVC قبل از ULTC به انحراف ولتاژ پاسخ می دهد. در نتیجه زمانی که خروجی SVC در حین اختلاف ولتاژهای حالت دائمی به ماکسیمم حد ظرفیت خازنی خود رسید، خواص کنترلی خود را از دست داده و نظیر بانک خازنی موازی ثابت عمل می نماید. با توجه به آنکه استفاده از SVC به عنوان یک کنترل کننده اضطراری برای اعمال پاسخ سریع به تغییرات ناگهانی ولتاژ اجتناب ناپذیر است، باید به طریقی ظرفیت آن برای پاسخ به تغییرات احتمالی ولتاژ در لحظات آینده حفظ شود. بنابراین به کارگیری یک استراتژی کنترلی هماهنگ کننده جهت هماهنگی ULTC , SVC لازم است.
در این راستا مشخصه V-I جدیدی برای SVC به کار گرفته می شود که در آن نوعی رفتار سوئیچینگ مشاهده می گردد. و از آنجا که ULTC نیز دارای رفتار سوئیچینگ می باشد، جهت طراحی سیستم کنترل هماهنگ کننده می توان از نظریه کنترل نظارتی بهره گرفت. مزیت استفاده از این روش را می توان به طور خلاصه عدم نیاز به در نظر گرفتن مسائلی از قبیل وجود تاخیر زمانی، وجود باند مرده در دینامیک تپ چنجر و یا غیرخزی بودن رفتار فرایند برشمرد. در این پایان نامه با استفاده از روش کنترل نظارتی متمرکز یک کنترل ناظر برای سیستم، طراحی می نماییم.
ساختار پایان نامه به این صورت است که در فصل دوم مروری بر سیستم های گسسته پیشامد و کنترل نظارتی آنها و روشهای متعدد طراحی کنترل نظارتی داشته، پس از آن ساختار و عملکرد چند نمونه از ادوات کنترل ولتاژ و مزایا و معایب آنها را بررسی می کنیم. سپس به مطالعه کارهای مختلف انجام شده در این زمینه که غالبا با ترکیب دو یا چند نمونه از این ادوات بوده پرداخته و مزایا و معایب آن را بر می شماریم.
در فصل سوم سیستم به کار گرفته شده معرفی و پس از آشنایی بیشتر با المان های آن به سراغ طراحی کنترل کننده با هدف کنترل ولتاژ می رویم و کنترل کننده ای را برای هریک از اجزای مدار معرفی می نماییم.
در فصل چهارم کنترل کننده حلقه بازی را برای کنترل سیستم طراحی کرده، نتایج حاصل حاکی از نامطلوب بودن پاسخ است. بنابراین با استفاده از ULTC کنترل حلقه بسته ای برای مدار طراحی می نماییم. این کنترل کننده در راستای تحقق و رسیدن به هدف گام برمی دارد، اما نسبت به تغییر پارامترها مقاوم نیست. جهت نیل به هدف از ترکیب دو المان SVC و ULTC بهره می گیریم. از آنجا که سرعت پاسخگویی این المان ها یکسان نمی باشد لذا کنترل کننده حلقه بسته ای جهت هماهنگ نمودن عملکرد این دو المان طراحی می نماییم. پاسخ ها نشان می دهد، علاوه بر بهبود نتایج حاصل از کنترل کننده قبلی نسبت به تغییر پارامترها نیز مقاوم می باشد.
تعداد صفحه : 97