مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی برق – گرایش قدرت
عنوان:
جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در شبکه‌های توزیع نیروی برق با بهره گیری از بازیاب دینامیکی ولتاژ مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری
استاد راهنما:
دکتر عبدالرضا شیخ الاسلامی
استاد مشاور:
مهندس توحید نوری
 
(تابستان 1393)مقدمات
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
 
امروزه با وجود کاربرد وسیع بارهای حساس نظیر، ادوات الکترونیک قدرت، کامپیوترها و بارهای غیرخطی در شبکه‌های توزیع، مسئله کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته می باشد. اکثر این بارها به تغییرات ولتاژ، نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ، حساس بوده و جهت عملکرد مناسب به منبع ولتاژ سینوسی نیاز دارند. پس بهره گیری از بهسازهای کیفیت توان جهت کاهش اثر نامطلوب این اختلالات بر عملکرد بارهای حساس ضروری به نظر می‌رسد. در سال‌های اخیر راه‌حل‌های مختلفی برای مقابله با این مشکل پیشنهاد شده می باشد که یکی از بهترین و مؤثرترین روش‌ها، بهره گیری از ‌DVR[1] می‌باشد.
هدف از انجام این پایان‌نامه بهبود کیفیت توان در شبکه‌های توزیع نیروی برق با وجود اغتشاشاتی نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ با بهره گیری از DVR پیشنهادی می‌باشد. همچنین مقایسه عملکرد چهار تیپ مختلف DVR در جبران کمبود و بیشبود ولتاژ را می‌توان از دیگر اهداف این پایان‌نامه برشمرد. مبدل‌های منبع ولتاژ مختلفی جهت بهره گیری در DVR، در پژوهش‌های قبلی ارائه شده می باشد. در این پایان‌نامه جهت نیل به اهداف فوق، مبدل منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری ([2]MMCC) جهت بهبود عملکرد DVR در جبران­سازی اغتشاشات ولتاژ، ارائه شده می باشد.
به مقصود نظاره عملکرد DVR پیشنهادی در بهبود کیفیت توان، بر روی سیستم تست در محیط MATLAB/SIMULINK شبیه‌سازی شده می باشد. جهت ارزیابی کیفیت ولتاژ و نظاره عملکرد DVR با بهره گیری از مبدل پیشنهادی، [3]THD ولتاژ دو سر بار و ولتاژ تزریقی توسط DVR پیشنهادی سه، پنج و هفت سطحه محاسبه ‌شده و با DVR معمولی (مبتنی بر اینورتر دو سطحه PWM[4]) مقایسه گردیده می باشد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی، سرعت عملکرد و دقت DVR پیشنهادی را در بازیابی ولتاژ دو سر بار تأیید می کند.
 
کلمات کلیدی: بازیاب دینامیکی ولتاژ، بیشبود ولتاژ، کمبود ولتاژ، کیفیت توان، مبدل چند سطحی با ساختار مدولار شده و اتصال آبشاری.
فهرست علائم و نشانه‌ها
عنوان                                  علامت اختصاری ی
پیک دامنه ولتاژ
زاویه ولتاژ بار
سرعت زاویه‌ای
جریان
دوره تناوب
تبدیل پارک
مختصات محور dq
ولتاژDC
ولتاژ تزریقی
ولتاژ دو سر بار
توان حقیقی
زاویه ولتاژ DVR
ولتاژ تونن
ولتاژ DVR
توان ظاهری DVR
تغییرات آنی ولتاژ
فرکانس کلیدزنی
کیلو هرتز
اهم
امپدانس
فرکانس
سلف
خازن
اندوکتانس
فهرست علایم و نشانه‌ها
عنوان                                  علامت اختصاری ی
ولتاژ منبع
تعداد سلول در هر فاز
مقاومت
کیلوولت
زاویه ولتاژ تزریقی
زاویه ولتاژ بار
زاویه ولتاژ منبع
ولتاژ مؤلفه d
ولتاژ مؤلفه q
توان حقیقی DVR
شاخص مدولاسیون دامنه
شاخص مدولاسیون فرکانس
دامنه تغییرات گام ولتاژ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست علائم اختصاری

جریان متناوب Alternative Current AC
سیستم بهساز توان Custom Power System CUPS
مبدل تمام پل آبشاری Cascade H-Bridge CHB
بازیاب دینامیکی ولتاژ Dynamic Voltage Restorer DVR
مبدل چند سطحی با کلمپ دیود Diode-Clamped Multilevel Converter DCMC
ادوات FACTS در شبکه توزیع Distribution-Flexible AC Transmission System D-FACTS
جبران کننده استاتیکی توزیع Distribution STAtic COMpensator D-STATCOM
جریان مستقیم Direct Current DC
تداخل الکترومغناطیسی Electromagnetic Interference EMI
کمیته تحقیقاتی توان الکتریکی Electric Power Research Institute EPRI
سیستم انتقال جریان متناوب قابل انعطاف Flexible AC Transmission System FACTS
مبدل چند سطحی خازن شناور Flying-Capacitor Multilevel Converter FCMC
ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT
تریستور کموتاسیون با گیت مجتمع Integrated Gate-Commutated Thyristor IGCT
انجمن مهندسین برق و الکترونیک آمریکا Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE
اینورتر چند سطحی Multi-Level Inverter MLI
مبدل چند سطحی آبشاری مدولار شده Modular Multilevel Cascade Converter MMCC
مدولاسیون عرض پالس Pulse Width Modulation PWM
نقطه اتصال مشترک Point of Common Coupling PCC
کیفیت توان الکتریکی Power Quality PQ
حلقه فاز قفل شده Phase Locked Loop PLL
پریونیت Per Unit P.U.
مقدار مؤثر Root Mean Square RMS
مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی Space Vector Pulse-Width Modulated SVPWM
قاب مرجع سنکرون Synchronous Reference Frame SRF
اعوجاج هارمونیکی کل Total Harmonic Distortion THD
کنترل کننده یکپارچه کیفیت توان Unified Power Quality Conditioner UPQC
اینورتر منبع ولتاژ Voltage Source Inverter VSI

 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست مطالب
 
1-    مقدمه. 1
2-    رطوبت در ترانسفورماتور و تاثیر آن بر عمر عایق. 4
2-1-                                                                 اهمیت خشک کردن عایق ترانسفورماتور  4
2-2- علل تولید رطوبت در ترانسفورماتور و تاثیر آن بر عایق  8
2-3- روش­های اندازه­گیری رطوبت موجود در عایق جامد. 14
2-3-1-………………………………………………………………….. روش مستقیم. 14
2-3-2-……………………………………………………. روش­های غیرمستقیم. 14
2-4-……… پیر شدن و تعیین عمر عایق ترانسفورماتور. 19
2-5- تعیین عمر ترانسفورماتور با داشتن دمای نقطه داغ  21
3-  مروری بر روش­های خشک کردن عایق ترانسفورماتور. 23
3-1-                                                                تأثیر گرما و خلأ در فرایند خشک کردن  23
3-2-                                                                             انواع روش­های خشک کردن عایق ترانسفورماتور  24
3-2-1-…………………………………………………. روش بهره گیری از خلأ. 25
3-2-2-……………………………………………………………… روش هوای داغ. 26
3-2-3-…………………………………………………………… روش گرما و خلأ. 27
3-2-4-…………………………………………………………… روش گردش روغن. 28
3-2-5-……………………………………….. روش خشک کردن فاز بخار. 29
3-2-6-………………………………….. روش گرمایش فرکانس پایین. 30
3-3-…………………………………. مقایسه روش­های خشک کردن عایق. 34
3-3-1-……………………… مقایسه از نظر سرعت جذب رطوبت. 34
3-3-2- مقایسه انرژی مورد نیاز، زمان و هزینه در روش­های مختلف  36
3-3-3- مقایسه روش گردش روغن در ترکیب با خلأ و روش گرمایش فرکانس پایین. 37
 
4-1-                                                              روش پل وتستون با ترانسفورماتور ولتاژ  38
4-2- روش اندازه گیری چهار سیمه با فیلتر پایین گذر  39
4-3-                                                                                                                       اندازه گیری مقاومت ترانسفورماتور در دستگاه گرمایش فرکانس پایین. 40
5-    ارتقای سامانه کنترلی. 41
5-1-                          مشخصات پردازنده TMS320F2812. 42
5-2-……………………………………………………….. اصلاح بردهای کنترلی. 44
5-3-……………………………………………………….. کالیبراسیون حسگرها. 44
5-3-1- اندازه گیری مقاومت اولیه سیم­پیچی­های ترانسفورماتور  44
5-3-2- پیاده سازی اندازه گیری مقاومت در چند نقطه کار  46
5-3-3- طراحی نرم افزاری برای کالیبره کردن حسگرها  47
5-4-………………………………………………… کنترل حلقه بسته جریان. 49
5-4-1-………………………………….. طراحی کنترل کننده جریان. 51
5-4-2- شبیه‌سازی کنترل کننده جریان با بهره گیری از بلوک محاسبه مقدار موثر. 61
5-4-3-……………………………….. آزمایش کنترل کننده جریان. 62
5-4-4-…………. تنظیم وفقی پارامترهای کنترل کننده. 64
5-5-………………………………………………………………….. راه اندازی نرم. 66
5-5-1- تعیین بهینه لحظه تغییر وضعیت کنترل کننده در راه اندازی نرم. 66
5-5-2-………. نتایج آزمایشگاهی در راه اندازی نرم. 67
6-    اندازه گیری مقاومت سیم­پیچی­های ترانسفورماتور. 69
6-1-                                                                          اندازه گیری توان سیم­پیچی­های ترانسفورماتور  69
6-1-1-……………………… چگونگی محاسبه توان در روش قدیم. 70
6-1-2-………………………………….. محاسبه توان در روش جدید. 71
6-2-                                          عدم تعادل در مقاومت فازها. 77
6-2-1-………………………………………………………………… اتصال ستاره. 78
6-2-2-…………………………………………………….. اتصال مثلث (D11). 82
6-3-                       نتایج شبیه‌سازی. 86
6-4-                       نتایج آزمایشگاهی. 90
6-5-                                               مطالعه حالات دیگر عدم تعادل. 93
7-    نتیجه گیری و پیشنهادات. 96
7-1-             نتیجه گیری. 96
7-2-          پیشنهادات. 97
فهرست منابع. 99
8-    پیوست: مجموعه آزمایش­ها 106
8-1-                             اصلاح برهای کنترلی. 106
8-2-                       مجموعه آزمایش­ها. 109
8-2-1- نتایج آزمایشگاهی در اندازه گیری مقاومت اولیه  109
8-2-2- نتایج آزمایشگاهی در ارزیابی کنترل حلقه بسته جریان  112
8-2-3-………………… نتایج عملی برای راه اندازی نرم. 113
8-2-4-……………………… اندازه گیری مقاومت سیم­پیچی­ها. 116
 
 
 
فهرست شکل­ها
شکل ‏2‑1 چگونگی چینش عایق در یک ترانسفورماتور.. 5
شکل ‏2‑2 چگونگی چینش عایق در یک ترانسفورماتور.. 6
شکل ‏2‑3 تغییرات مقاومت عایقی و ضریب تلفات عایقی کاغذ بر حسب درصد رطوبت موجود در آن.. 7
شکل ‏2‑4 تغییرات سرعت نسبی وابسپارش کاغذ بر حسب درصد رطوبت موجود در آن.. 7
شکل ‏2‑5 چگونگی تشکیل آب از تجزیه سلولز.. 9
شکل ‏2‑6 تغییرات عمر ترانسفورماتور (سال) بر حسب دما در مقادیر مختلف رطوبت عایق.. 10
شکل ‏2‑7 تغییر شکل عایق کاغذی در اثر جذب و پس دادن رطوبت.  13
شکل ‏2‑8 منحنی­های تعادلی رطوبت موجود در کاغذ و روغن بر حسب دما.. 15
شکل ‏2‑9 منحنی رطوبت موجود در کاغذ برحسب رطوبت نسبی روغن.  17
شکل ‏2‑10 وابستگی منحنی پاسخ فرکانسی ضریب تلفات عایقی به رطوبت موجود در عایق. 18
شکل ‏2‑11 پاسخ فرکانسی ضریب تلفات عایقی و چگونگی تغییر آن با عوامل مختلف.. 19
شکل ‏2‑12 منحنی عمر یکایی شده ترانسفورماتور بر حسب دمای نقطه داغ.. 22
شکل ‏3‑1 افزایش سرعت نسبی نفوذ آب در پرسبورد (غیر آغشته به روغن) با دما و فشار.. 23
شکل ‏3‑2 روش خلأ تنها برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.  26
شکل ‏3‑3 روش بهره گیری از جریان هوای داغ برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 27
شکل ‏3‑4 روش بهره گیری توامان از گرما و خلأ برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 28
شکل ‏3‑5 روش بهره گیری از گردش روغن به مقصود خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 29
شکل ‏3‑6 بهره گیری از روش فاز بخار برای خشک کردن عایق ترانسفورماتور.. 30
شکل ‏3‑7 روش گرمایش فرکانس پایین برای رطوبت زدایی از عایق ترانسفورماتور.. 31
شکل ‏3‑8 فرایند خشک کردن ترکیبی از گرمایش فرکانس پایین و پاشش روغن.. 33
شکل ‏3‑9 تعداد ترانسفورماتورهای قدرتی که در محل نصب با روش گرمایش فرکانس پایین خشک شده­اند.. 34
شکل ‏3‑10 زمان لازم برای خشک کردن یک ترانسفورماتور MVA400 با 14 تن عایق از رطوبت %3 به %5/1.. 35
شکل ‏3‑11 مقایسه قدرت جذب رطوبت در روش­های مختلف.. 35
شکل ‏3‑12 مقایسه انرژی الکتریکی و حرارتی مورد نیاز در روش­های مختلف خشک کردن.. 36
شکل ‏3‑13 مقایسه زمان، انرژی، هزینه نگهداری و سرمایه­گذاری در روش­های مختلف خشک کردن.. 37
شکل ‏4‑1 مداری برای اندازه گیری مقاومت DC حین اتصال به منبع AC.. 39
شکل ‏4‑2 مداری برای اندازه گیری مقاومت DC حین اتصال به منبع AC با فیلتر پایین گذر.. 39
شکل ‏5‑1 جریان مرجع برای اندازه گیری مقاومت اولیه.  46
شکل ‏5‑2 محیط نرم افزار کالیبراسیون حسگرها.. 48
شکل ‏5‑3 کنترل کننده جریان در سامانه قدیم.. 49
شکل ‏5‑4 بلوک جبران ساز دما از نوع تناسبی.. 50
شکل ‏5‑5 کنترل کننده جریان در سامانه جدید.. 51
شکل ‏5‑6 مدار فیلتر خروجی اینورتر.. 51
شکل ‏5‑7 نمودار بلوکی کنترل کننده جریان با تاخیر مسیر پسخور.  52
شکل ‏5‑8 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R0,1(s).  55
شکل ‏5‑9 ناحیه­ای از صفحه که پایداری سیستم حلقه بسته را با تقریب پاده R1,1(s) تضمین می­کند.. 56
شکل ‏5‑10 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R1,1(s).  57
شکل ‏5‑11 ناحیه­ای از صفحه که پایداری سیستم حلقه بسته با تقریب پاده مرتبه دوم را تضمین می­کند.. 58
شکل ‏5‑12 منحنی مکان ریشه­های سیستم حلقه بسته در تقریب پاده R2,2(s).. 60
شکل ‏5‑13 پاسخ پله کنترل کننده جریان با تقریب پاده R2,2(s).  60
شکل ‏5‑14 پاسخ پله کنترل کننده جریان با بهره گیری از بلوک محاسبه مقدار موثر.. 62
شکل ‏5‑15 پاسخ پله کنترل کننده جریان (فرکانس 1/0 هرتز.)  63
شکل ‏5‑16 پاسخ پله کنترل کننده جریان (فرکانس 1 هرتز.)  64
شکل ‏5‑17 نمودار بلوکی راه اندازی نرم.. 66
شکل ‏5‑18 منطق کنترلی راه اندازی نرم.. 67
شکل ‏5‑19 شکل موج جریان مرجع، جریان شیب و جریان واقعی هنگام راه اندازی نرم.. 68
شکل ‏6‑1 نمودار بلوکی تخمین مقاومت به روش قدیم.. 71
شکل ‏6‑2 چگونگی اتصال ستاره و نمودار فازوری آن.. 71
شکل ‏6‑3 چگونگی اتصال مثلث D11.. 72
شکل ‏6‑4 دو روش برای محاسبه مقدار موثر جریان فاز.. 74
شکل ‏6‑5 نمودار بلوکی تخمین مقاومت به روش جدید.. 75
شکل ‏6‑6 خطای تخمین مقاومت در حالت گذرای تغییر پله­ای در ولتاژ ورودی (روش قدیم).. 76
شکل ‏6‑7 خطای تخمین مقاومت در حالت گذرای تغییر پله­ای در ولتاژ ورودی (روش جدید).. 77
شکل ‏6‑8 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال ستاره (فاز r).. 81
شکل ‏6‑9 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال ستاره (فاز y و b).. 82
شکل ‏6‑10 بهبود تخمین مقاومت با اعمال ماتریس تصحیح در اتصال مثلث (فاز r).. 85
شکل ‏6‑11 مدار مورد بهره گیری برای آزمایش الگوریتم جدید اندازه گیری مقاومت (اتصال ستاره).. 86
شکل ‏6‑12 مدار مورد بهره گیری برای آزمایش الگوریتم جدید اندازه گیری مقاومت (اتصال مثلث D11).. 86
شکل ‏6‑13 شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش قدیم.. 89
شکل ‏6‑14 شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش جدید.. 89
شکل ‏6‑15 آزمایش تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش قدیم… 92
شکل ‏6‑16 آزمایش تخمین مقاومت­ها در حالت عدم تعادل با روش جدید.. 92
شکل ‏8‑1 برد واسط جدید طراحی شده برای پردازنده TMS320F2812.  106
شکل ‏8‑2 ارتقای برد حفاظت دستگاه به مقصود افزایش قابلیت اطمینان.. 107
شکل ‏8‑3 دستگاه گرمایش فرکانس پایین در آزمایشگاه محرکه­های الکتریکی.. 108
شکل ‏8‑4 شکل موج توان کل و جریان مرجع هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 109
شکل ‏8‑5 شکل موج ولتاژ باس DC و اندیس مدولاسیون هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 110
شکل ‏8‑6 ولتاژ موثر و جریان موثر واقعی (میانگین سه فاز) هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 110
شکل ‏8‑7 مقاومت تخمین زده شده (میانگین سه فاز) هنگام اندازه گیری مقاومت اولیه.. 111
شکل ‏8‑8 نتایج نهایی اندازه گیری مقاومت اولیه در ده نقطه کار.  112
شکل ‏8‑9 پاسخ جبران ساز جریان به پله مثبت و منفی فرمان در فرکانس 1/0 هرتز.. 113
شکل ‏8‑10 پاسخ جبران ساز جریان به پله مثبت و منفی فرمان مقدار موثر جریان در فرکانس 1/0 هرتز.. 113
شکل ‏8‑11 جریان مرجع تولید شده و جریان شیب هنگام راه اندازی نرم.. 114
شکل ‏8‑12 ولتاژ موثر و جریان موثر واقعی (میانگین سه فاز) هنگام راه اندازی نرم.. 115
شکل ‏8‑13 ولتاژ باس DC و اندیس مدولاسیون هنگام راه اندازی نرم.  115
شکل ‏8‑14 دما و مقاومت تخمین زده شده (میانگین سه فاز) هنگام راه اندازی نرم.. 116
شکل ‏8‑15 توان کل تزریقی هنگام راه اندازی نرم.. 116
شکل ‏8‑16 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش قدیم (اتصال ستاره).. 117
شکل ‏8‑17 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش جدید (اتصال ستاره).. 118
شکل ‏8‑18 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش قدیم (اتصال مثلث).. 118
شکل ‏8‑19 مقاومت­های اندازه گیری شده بر حسب زمان در روش جدید (اتصال مثلث).. 119
 
فهرست جدول­ها
جدول ‏2‑1 مقدار توصیه شده برای حداکثر رطوبت موجود در روغن برای ولتاژ 69 کیلوولت.. 16
جدول ‏2‑2 معیارهای تخمین پایان عمر عایق ترانسفورماتور.  21
جدول ‏3‑1 مقایسه روش گردش روغن در ترکیب با خلأ و روش گرمایش فرکانس پایین.. 37
جدول ‏5‑1 مشخصات نامی دستگاه گرمایش فرکانس پایین.. 41
جدول ‏5‑2 مقایسه پردازشگرهای TMS320F243 و TMS320F2812.  43
جدول ‏5‑3 تقریب پاده با توابع تبدیل گویا از درجه­های مختلف.  53
جدول ‏5‑4 محدودیت­های اعمال شده برای بهینه سازی جبران ساز جریان با تقریب پاده.. 59
جدول ‏5‑5 مقادیر پارامترها برای آزمون راه اندازی نرم.  67
جدول ‏6‑1 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال مثلث(نتایج شبیه‌سازی). 88
جدول ‏6‑2 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال ستاره(نتایج شبیه‌سازی). 88
جدول ‏6‑3 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال مثلث(نتایج شبیه‌سازی). 88
جدول ‏6‑4 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال ستاره(نتایج شبیه‌سازی). 88
جدول ‏6‑5 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال مثلث(نتایج آزمایشگاهی). 91
جدول ‏6‑6 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش قدیم در اتصال ستاره(نتایج آزمایشگاهی). 91
جدول ‏6‑7 مقاومت­های اندازه گیری شده با روش جدید در اتصال مثلث(نتایج آزمایشگاهی). 91
جدول ‏6‑8 مقاومت­های اندازه گیری شده باروش جدید در اتصال ستاره(نتایج آزمایشگاهی). 91
جدول ‏6‑9 خطای نسبی نتایج آزمایش تخمین مقاومت­ها در بار نامتعادل.. 93
جدول ‏6‑10 نتایج شبیه‌سازی تخمین مقاومت­ها (درصد) در حالات مختلف عدم تعادل.. 94
جدول ‏6‑11 خطای نسبی مقاومت­های تخمین زده شده بر حسب درصد.  95
جدول ‏8‑1 شرایط و پارامترهای آزمایش برای اندازه گیری مقاومت اولیه.. 109
جدول ‏8‑2 شرایط و پارامترهای آزمایش برای راه ارزیابی عملکرد جبران ساز جریان.. 112
جدول ‏8‑3 شرایط و پارامترهای آزمایش برای راه اندازی نرم.  114
جدول ‏8‑4 شرایط آزمایش برای اندازه گیری مقاومت­ها در بار متعادل و نامتعادل.. 117
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار ارشد رشته برق مخابرات: تحلیل و شبیه سازی آنتن های بند گپ الکترومغناطیسی در باند Ku

1-1- پیشگفتار

عدم آگاهی از مفهوم کیفیت توان، طراحی ضعیف شبکه قدرت، حضور بارهای حساس به تغییرات ولتاژ و افزایش بارهای غیرخطی در شبکه‌های توزیع، مطالعه و تحلیل کیفیت توان را به امری مهم مبدل ساخته می باشد. به مقصود حفظ کیفیت توان مطلوب در شبکه‌های توزیع در محدوده استاندارد، بایستی پارامترهای مرتبط باکیفیت توان، شناسایی، ارزیابی و اندازه‌گیری شده و سپس با یافتن و در نهایت اعمال راه‌کارهای لازم در بهسازی و کنترل آن قدم‌های مؤثری برداشت. با در نظر داشتن وجود معضلات ناشی از کیفیت نامطلوب برق، بهره گیری از روش‌های مناسب جهت بهبود آن، امری ضروری به نظر می‌رسد که نیاز به راه‌حل‌های مناسب و جدید را به همراه دارد. رشد سریع بارهای غیرخطی و الکترونیک قدرتی منجر به کاهش کیفیت توان می گردد. تضعیف کیفیت توان در شبکه باعث صدمه دیدن بارهای حساس متصل به شبکه می گردد به عنوان نمونه، کمبود و بیشبود ولتاژ[5] در شبکه می‌تواند بارهای حساس را تخریب و باعث عملکرد نامطلوب و صدمه دیدن آن‌ها گردد. از اینرو صنعت برق به سوی بهره گیری از بهسازهای کیفیت توان سوق یافته می باشد. از سوی دیگر مسائل اقتصادی، بالا رفتن آگاهی مشترکین نسبت به مسائل کیفیت توان، حساسیت بالای تجهیزات الکتریکی جدید نسبت به تغییرات کیفیت توان، وجود شبکه مجتمع و به هم پیوسته و بهبود راندمان کلی شبکه قدرت، مدیران صنعت برق را بر این می‌دارد تا بیش از پیش به مسئله کیفیت توان و بهبود آن توجه کنند. تمامی علت های فوق‌الذکر بستر ساز انجام تحقیقات گسترده‌ای باهدف بهبود کیفیت توان شده می باشد. به مقصود حفظ کیفیت توان در محدوده مشخص که توسط استانداردهای کیفیت توان تعریف شده می باشد بایستی از روش‌های جبران سازی بهره گیری نمود تا تأثیر بارهای مخرب بر روی شبکه را کم نمود. در سال‌های اخیر در نظر داشتن سیستم بهساز توان راه حل مناسبی جهت جبران سازی معضلات کیفیت توان به وجود آورده می باشد. بهره گیری از فناوری سیستم بهساز توان برای بهبود کیفیت توان، یکی از راه‌هایی می باشد که اکنون برای جبران سازی اغتشاشات کیفیت توان پیشنهاد می گردد. بر طبق تعریف، ادوات CUPS[6] ، به‌کارگیری کنترل‌کننده‌های الکترونیک قدرت در سیستم‌های توزیع جهت بالا بردن کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه می‌باشد. ادوات CUPS انواع مختلفی نظیر D-STATCOM، DVR، UPQC، UPFC، SVC و … دارند. در واقع ایده‌ی به‌کارگیری ادوات CUPS مبتنی بر کلیدهای قطع و وصل قدیمی و مربوط به اواخر قرن 19 میلادی می باشد. اما اکنون پس از گذشت نزدیک به یک قرن از بهره‌برداری بشر از انرژی الکتریکی، طراحان و برنامه‌ریزان صنعت برق در سراسر دنیا به ایده‌ی جدید جبران‌سازها روی آورده و در جهت بهبود عملکرد آن‌ها کوشش می‌کنند. خسارات مالی ناشی از کیفیت توان پایین به علت اغتشاشاتی نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ از مشوق‌های اصلی گسترش ادوات CUPS می باشد. این فناوری مبتنی بر الکترونیک قدرت، در نزدیکی محل بار حساس نصب می گردد که نتیجه آن کاهش و حذف اغتشاشات کیفیت توان و حفاظت بارهای حساس در سیستم توزیع نیروی برق می‌باشد. به گونه کلی بهبود کیفیت توان، آزادسازی ظرفیت سیستم‌های توزیع، کاهش خسارات مالی مصرف‌کنندگان شبکه، ارتقاء بهره‌وری و افزایش امنیت برای بارهای حساس و پراهمیت شبکه‌های توزیع از نتایج مثبت به‌کارگیری ادوات CUPS برای مصرف‌کنندگان در شبکه‌های توزیع نیروی برق می باشد. در میان ادوات CUPS، برای کنترل و جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ بهترین گزینه بازیاب دینامیکی ولتاژ (DVR) می‌باشد. DVR، اساساً یک منبع ولتاژ کنترل شده می باشد که بین شین تغذیه و بارهای حساس نصب می گردد و با تزریق یک ولتاژ دینامیکی کنترل شده، دامنه و فاز ولتاژ شبکه را طوری کنترل می کند که علیرغم وجود اغتشاش در ولتاژ منبع، در دو سر بار حساس ولتاژ سه فاز متقارن با دامنه مشخص به وجود می‌آید. یکی از روش‌هایی که برای افزایش قابلیت جبران سازی این تجهیز پیشنهاد می گردد بهره گیری از مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی به جای مبدل‌های معمولی (دو سطحی) می باشد. مبدل‌های چند سطحی قابلیت تولید ولتاژ با اغتشاش هارمونیکی کل (THD%) و کمتر را دارا می‌باشند از اینرو نیاز به فیلترهای بزرگ در DVR از بین می‌رود که این خود باعث کاهش حجم، اندازه و هزینه DVR می گردد. همچنین مبدل‌های چند سطحی توانایی کاربرد در سطوح ولتاژ بالا را دارند.

1-2- انگیزه بهره گیری از مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی در بازیاب دینامیکی ولتاژ و اهداف اصلی پایان‌نامه

در اثر اغتشاش در شبکه‌های توزیع، بارهای حساس به مانع بر می خورند از اینرو برای جلوگیری از صدمه دیدن بارهای حساس بهره گیری از جبران سازهای CUPS پیشنهاد می گردد، که بهترین گزینه جهت جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ، DVR می باشد.
یکی از اجزای اصلی DVR، مبدل منبع ولتاژ می باشد که هرچه ولتاژ تزریقی توسط آن هارمونیک کمتری داشته باشد باعث بهبود عملکرد DVR در جبران سازی خواهد گردید از اینرو به جهت دست‌یابی به ولتاژ تزریقی با عملکرد بالا توسط DVR و بهبود بهتر کیفیت توان، بهره گیری از DVRهای مبتنی بر مبدل‌های منبع ولتاژ چند سطحی مطلوب می‌باشد.
مبدلی که در این پایان‌نامه بهره گیری شده می باشد، مبدل منبع ولتاژ چند سطحی با ساختار مدولار شده و سلول تمام پل (CHB) سری کسکاد با اتصال ستاره، که به اختصار (MMCC) نامیده می گردد. روش کلیدزنی مورد بهره گیری در مبدل، مدولاسیون بردار فضایی (SVPWM) مبتنی بر مدولاسیون بردار فضایی دو سطحه استاندارد می‌باشد زیرا در میان انواع مدولاسیون مورد بهره گیری در اینورترهای چند سطحی بهترین عملکرد را داراست. در راستای نیل به هدف این پایان‌نامه ساختار DVR پیشنهادی در سه تیپ مختلف در محیط نرم افزاری MATLAB/Simulink شبیه‌سازی و مطالعات موردی همراه با مقایسه عملکرد سه تیپ DVR پیشنهادی با DVR معمولی (مبتنی بر اینورتر دو سطحه PWM) و نتایج چند مرجع از لحاظ دامنه ولتاژ جبران‌سازی شده و THD% ولتاژ دو سر بار حساس و تزریقی DVR صورت خواهد گرفت.

1-3- ساختار پایان‌نامه

این پایان‌نامه شامل 5 فصل به تبیین زیر می‌باشد:

  • در فصل اول، موضوع پژوهش، اهداف و ساختار پایان‌نامه ارائه شده می باشد.
  • در فصل دوم، مسئله کیفیت توان و سیستم بهساز توان، در شبکه توزیع نیروی برق مطالعه شده می باشد. همچنین به معرفی کامل مبدل‌های سه‌گانه منبع ولتاژ چند سطحی و روش‌های مختلف مدولاسیون آن‌ها پرداخته شده و مطالعات صورت گرفته توسط محققین در زمینه جبران‌سازی کمبود و بیشبود ولتاژ در سیستم‌های توزیع به کمک DVR مبتنی بر مبدل‌های چند سطحی مطالعه شده می باشد.
  • در فصل سوم، پس از معرفی ساختار کلی و عملکرد DVR پیشنهادی و روش استراتژی کنترلی و آشکارساز خطا مورد بهره گیری در آن به مدل‌سازی DVR پیشنهادی جهت جبران‌سازی کمبود و بیشبود ولتاژ پرداخته می گردد.
  • در فصل چهارم، DVR با مبدل پیشنهاد شده بر روی یک شبکه نمونه و با بهره گیری از نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK پیاده‌سازی شده و مطالعات موردی پس از اعمال اغتشاش (Sag/Swell متقارن) شبیه‌سازی می گردد تا صحت عملکرد DVR مذکور در جبران سازی کمبود و بیشبود ولتاژ مورد پژوهش قرار گیرد.
  • در فصل پنجم، جمع‌بندی کلی به همراه نتیجه‌گیری اظهار خواهد گردید. سپس پیشنهاداتی نیز برای ادامه کار در این زمینه ارائه می گردد.

 

2-1- مقدمه

امروزه توجه شرکت‌های برق و مشترکین آن‌ها به شکل روزافزونی به مسئله کیفیت توان معطوف شده می باشد. واژه کیفیت توان در کشورهای صنعتی و در صنعت برق کاربرد فراوانی پیدا کرده می باشد. مبحث فوق تعداد بسیار زیادی از اعوجاج‌های موجود در شبکه برق را پوشش می‌دهد. موضوعاتی که تحت مبحث کیفیت توان قرار می‌گیرند لزوماً مفاهیم تازه‌ای نیستند، لیکن آن چیز که جدید می باشد کوشش مهندسین برای جمع‌آوری این مطالب و قرار دادن آن‌ها در الگوهای مشخص می‌باشد.

2-2- تعریف کیفیت توان

عنوان کیفیت توان و یا کیفیت برق به صورت یک مفهوم کلی برای تمام اغتشاشات موجود در شبکه‌های توزیع می‌باشد. مهندسین برق- ‌قدرت، کیفیت توان را بایستی به عنوان ضرورتی مهم مورد توجه خود قرار دهند. ضرورتی که ولتاژ، جریان و فرکانس توان تغذیه‌کننده، یک مصرف‌کننده را تحت تأثیر خود قرار می‌دهد. معضلات کیفیت توان زمانی رخ می‌دهد که ولتاژ متناوب منبع قدرت 50 یا 60 هرتز از حالت سینوسی خارج گردد و تغییر شکل دهد [1].
کیفیت توان از دو جنبه متفاوت بسته به اینکه ما مصرف‌کننده و یا تولیدکننده توان هستیم می‌تواند تعریف گردد. آقای Gerry Heyolt در «کیفیت توان الکتریکی» کیفیت توان را این‌گونه تعریف می کند: «اندازه‌گیری، واکاوی و اصلاح ولتاژ باس برای نگه‌داشتن آن در حالت سینوسی در ولتاژ و فرکانس نامی». Reger Dugan در «کیفیت توان سیستم‌های الکتریکی» کیفیت توان را این‌گونه تعریف می کند: «هر گونه تغییر شکل در ولتاژ، جریان و فرکانس که باعث نقص و کارکرد ناصحیح تجهیزات مصرف‌کننده می گردد». تعاریف متنوعی از کیفیت توان هست [2]:

  • کیفیت توان: در واقع ترکیبی از کیفیت ولتاژ و جریان می باشد.
  • کیفیت ولتاژ: به معنی اختلاف با ولتاژ ایده‌آل می‌باشد. ولتاژ ایده‌آل یک شکل موج سینوسی با دامنه و فرکانس ثابت می باشد.
  • کیفیت جریان: به معنی اختلاف با جریان ایده‌آل می‌باشد. جریان ایده‌آل علاوه بر دارا بودن شکل موج سینوسی با دامنه و فرکانس ثابت، می‌بایست با ولتاژ نیز هم‌فاز باشد.

کیفیت ولتاژ مهم‌ترین بخش از کیفیت توان به شمار می رود. شرکت‌های برق کیفیت توان را مترادف با قابلیت اطمینان تعریف می‌کنند درحالی‌که سازندگان تجهیزات الکتریکی، کیفیت توان را به صورت کارکرد مناسب دستگاه‌ها بر اساس مشخصات منبع تغذیه تعریف می‌کنند. این تعریف‌می‌تواند برای سازندگان مختلف متفاوت باشد. مفهومی که در این نوشتار مد نظر می باشد بدین گونه می‌باشد:
« هر گونه مشکلی که سبب تغییر در ولتاژ، جریان یا فرکانس گردد و موجب خرابی و عملکرد نادرست تجهیزات مصرف‌کننده گردد. »
[1] Dynamic voltage Restorer
[2] Modular Multilevel Cascade Converter
[3] Total Harmonic Distortion
[4] Pulse Width Modulation
[5] Voltage Sag/Swell
[6] Custom Power System
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :184

قیمت : 14700 تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: مهندسی برق