مدلسازی و شبیه‌سازی جبران‌ساز استاتیکی مبتنی بر مدل DQ :پایان نامه ارشد برق

مدلسازی و شبیه‌سازی جبران‌ساز استاتیکی مبتنی بر مدل DQ :پایان نامه ارشد برق

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوان مدلسازی و شبیه‌سازی جبران‌ساز استاتیکی مبتنی بر مدل DQ در ۸۷ صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

 

چکیده مدلسازی و شبیه‌سازی جبران‌ساز استاتیکی مبتنی بر مدل DQ:

سیستم‌های انتقال قدرت انعطاف پذیر که به جبران سازهای FACTS[1]معروف می‌باشند به عنوان ابزاری مدرنمی باشند که برای تقویت کنترل پذیری و توسعه ظرفیت انتقال شبکه‌های قدرت بر پایه مبدلهای الکترونیک قدرت در طول دهه گذشته در سیستم های قدرت بکار رفته اند. در واقع سیستم‌هایFACTSقادر هستند که پارامترها و مشخصه‌های خطوط انتقال مانند امپدانس سری، امپدانس موازی، زاویه فاز که بعنوان محدودیت اصلی بر سر راه افزایش ظرفیت شبکه عمل می‌نمایند، کنترل کنند.ایده اساسی که پشت مفهومFACTSوجود دارد توانا نمودن سیستم انتقال از طریق فعال نمودن عناصر و اجزاء آن می‌باشد. در واقع FACTSدارای نقش اساسی در افزایش انعطاف پذیری انتقال توان و امنیت پایداری دینامیک سیستم‌های قدرتمی‌باشد.این پایان‌نامه، ساختار کنترلی STATCOM(جبران ساز استاتیکی توان راکتیو) مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا مدل STATCOMبر پایه مدل dqشبیه‌سازی می‌گردد. سپس با طراحی کنترل کننده فازی مناسب، مسئله مدیریت توان راکتیو در شبکه قدرت و تحلیل رفتار STATCOMدر حین خطا ارائه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که روش کنترلی پیشنهادی در شرایط مختلف عملکردی، می تواند کنترل توان راکتیو را در شبکه های قدرت انجام دهد.

 

مقدمه

نامتعادلی‌های ولتاژ، کاهش‌های کوتاه مدت در موثر ولتاژ می‌باشد که توسط اتصال کوتاه‌های موجود در سيستم، اضافه بارها و راه اندازی موتور‌های بزرگ رخ می‌دهد. توجه به فروافتادگی ولتاژ اساساً مربوط به مسائلی است که آنها روی چند نوع از اجزاء تاثير می‌گذارند: محرکه‌های سرعت تنظيم پذير، اجزاء کنترل فرآيندها و کامپيوترها که به‌علت حساسيتشان مشکل زا می‌باشند. تحريک کردن خازنها و سوئيچينگ بارهای الکترونيکی نيز منجر به اضافه جريان با دوره کوتاه می‌گردد. اما بدليل اينکه طول اضافه جريان آنقدر کم است، منجر به کاهش موثر ولتاژ نمی‌گردد.  از اين عوامل به‌عنوان فروافتادن ولتاژ ياد نمی‌شود و لی آنرا به‌عنوان برش ولتاژ يا گذرای ولتاژ طبقه‌بندی می‌کنند. فرو افتادن ولتاژ ناشی از اتصال کوتاه و خطای زمين از مهمترين عوامل پديد آمدن مسائل مربوط به تجهيزات می‌باشند. در این فصل ابتدا به بررسی موضوع خطاهای ولتاژ در شبکه های توزیع و سپس  با توجه به حساسیّت مبدلهای الکترونیک قدرت در برابر این خطا، به بررسی روشهای کنترلی مبدلهای لکترونیک قدرت پرداخته می شود.

شکل(۱-۱): نمونه ای ز فروافتادگی و نامتعادلی‌های ولتاژ در شبکه توزیع

يک روش معمول جهت نمايش فرو افتادن ولتاژ از طريق موثر ولتاژ به‌عنوان تابعی از زمان می‌باشد. موثر ولتاژ روی يک پنجره زمانی که اساساً يک سيکل زمانیمی‌باشدو برای يک يا چندين برابر هر سيکل دوباره تکرار می‌شود. با توجه به شکل(۱-۱) فرو افتادن ولتاژ در نتيجه خطای زمين به زمين در يک کابل زير زمينی است. فرو افتادن ولتاژ (under Voltage)در نتيجه خطا منجر به کاهش انتقال توان از طرف ژنراتور به موتور می‌گردد، نتيجه اين امر کاهش سرعت موتور و افزايش سرعت ژنراتور می‌گردد. اين پديده‌ها منجر به محدود کردن زمان بازيابی خطا در سيستم‌های انتقال و همچنين قوانين اتصال مزارع بادی به شبکه می‌گردد. اگر چه روشهای حفاظتی برای چندين سال برای مصرف کنندگان مناسب بوده است ولی اخيراً مسائل و مشکلات زيادی در ارتباط با مشتريان به‌واسطه فرو افتادن ولتاژ پديد آمده است. اصولاً محدوديت‌های لازم برای پايداری در سيستم توزيع %۷۰ ولتاژ در طول يک ثانيه می‌باشد. بسياری از ادوات الکترونيک قدرت نظير کامپيوتر‌ها، کنترل کننده فرآينده و محرکه‌های سرعت قابل تنظيم دارای افت ولتاژ %۸۵ برای ۴۵ ثانيه می‌باشند.

 

مشخصه‌سازی و شاخص‌های مربوط به فروافتادگی ولتاژ

برای اينکه وقايع مربوط به فرو افتادن ولتاژ را بتوان توصيف نمود، بايستی پردازشهايی برروی شکل موج‌های ولتاژ نمونه برداری شده انجام داد. در استاندارد IEC-61000-4-30 دو مشخصه مهم، ولتاژ و طول دوره به‌عنوان ارزيابی کيفيت فرو افتادن ولتاژ تعريف می‌شود. هر دو اين پارامترها از موثر ولتاژ به‌عنوان يک تابع از زمان بدست می‌آيد. با داشتن مشخصات يک حادثه تکی، امکان اين وجود دارد تا عملکرد يک موقعيت و حتی کل شبکه را توصيف کنيم. اهميت بحث برروی شاخصهای فرو افتادن ولتاژ و در نظر گرفتن اطلاعات مربوط به اندازه‌گیری (مانيتورينگ کيفيت توان) و همچنين شبيه سازی می‌باشد. اندازه‌گیری روشی خوب برای ارزيابی عملکرد يک موقعيت يا يک سيستم می‌باشد. ولی اندازه‌گیری‌ها دارای محدوديت در پيش بينی برای سال به سال يا موقعيت به موقعيت می‌باشند. برای پيش بينی عملکرد فرو افتادن ولتاژ يک مقدار زيادی وسايل مانيتورينگ برای يک دوره زياد مورد نياز است . روشهای پيش بينی اتفاقی بسيار مناسب برای پيش بينی عملکرد می‌باشند، به‌عنوان مثال برای مقايسه روشهای مختلف بهبود دادن مناسب می‌باشد. معمولاً روشهايی جهت کاهش اثر پذيری تجهيزات از فرو افتادن ولتاژ وجود دارد که تعدادی از آنها در ذيل آورده شده است:

  • کاهش تعداد خطاها
  • سريعتر شدن زمان برطرف کردن خطا
  • بهبود طراحی و عملکرد شبکه
  • استفاده از ادوات بهبود در اتصال: يک روش بسيار معمول، اتصال يک UPSيا يک ترانسفورمر ولتاژ ثابت بين سيستم و بارهای حساس می‌باشد. برای بارهای بزرگ، جبران‌کنده‌های استاتيک برپایه اینورتر‌های سه فاز به‌عنوان يک راه حل ممکن می‌باشد.
  • بهبود اجزاء در قسمت مشتريان: ايمن ساختن تجهيزات در برابر همه فرو افتادگی‌های ولتاژ برای حل مشکل به‌عنوان يک راهکار می‌باشد، اما برای اغلب تجهيزات شدنی نمی‌باشد.

براساس مراجع ارائه شده، می‌توان روشهای بهبود کيفيت ولتاژ ناشی از قطعيها و فرو افتادن ولتاژ را به‌صورت ذيل تقسيم بندی نمود:

  • کاهش تعداد خطاهای اتصال کوتاه
  • کاهش زمان برطرف کردن خطا
  • تغيير سيستم به‌منظور اينکه خطاهای اتصال کوتاه منجر به وقايعی با شدت کمتر در ترمينالهای اجزاء و يا در ارتباط با مشتريان گردد.
  • اتصال اجزاء بهبود بين ادوات حساس و منبع تغذيه
  • بهبود امنيت تجهيزات

و….

فهرست مطالب

چکیده ۱

فصل اوّل:مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه کنترل اینورترهای سه فاز

۱-۱ مقدمه  ۲

۱-۲ مشخصه سازی و شاخصهای مربوط به فروافتادگی ولتاژ ۴

۱-۳ کاهش تعداد خطاهای اتصال کوتاه و ارتباط با آن نامتعادلی ولتاژ ۵

۱-۴ تاثیر تغییرات در در سيستم قدرت بر روی نامتعادلی ولتاژ ۵

۱-۵ نصب ادوات بهبود کننده  ۶

۱-۶ بهبود امنيت تجهيزات ۶

۱-۷ روشهای کنترلی ارائه شده در مقالات و تحقیقات انجام شده ۷

۱-۷-۱  قطعي‌های ثابت ۹

۱-۷-۲ تنظيم ولتاژ  ۱۰

۱-۷-۳ فليکر ولتاژ ۱۰

۱-۷-۴ افتادگی ولتاژ ۱۰

۱-۷-۵ ‌هارمونيک‌ها ۱۱

۱-۸ بررسی انواع ساختارهای اتصال به شبکه منابع توليد پراکنده و کنترل مبدلهای الکترونيک قدرت………..۱۲

۱-۹ روش‌های مبتنی بر پردازش سيگنال‌های ولتاژ و جريان ۲۱

 

فصل دوم: آشنایی با ادوات FACTS

۲-۱ مقدمه ۲۶

۲-۲معرفی جبران‌سازVarاستاتيكSVC 26

۲-۲-۱كاربردهايSVC 27

۲-۲-۲ رايج­ترين انواع SVC  ۲۸

۲-۳ معرفی و شبیه‌سازی جبرانسازاستاتيکSTATCOM 29

۲-۳-۱:کاربردهای STATCOM 30

۲-۳-۲ شبیه‌سازی STATCOM 31

۲-۳-۳:مقايسه STATCOMو SVC 33

۲-۴ معرفی خازنسريكنترلتريستوريTCSC 35

۲-۴-۱ اهداف جبرانسازي خطوط انتقال توسط خازن­هاي سري ۳۵

۲-۴-۲ميراكردن رزونانس زير سنكرون ۳۶

۲-۵ معرفی ترانسفورماتور شيفت دهنده فاز PST  ۳۶

۲-۵-۱کاربردهای PST 37

۲-۵-۲كاربردهاي ديناميكي و گذرا ۳۷

۲-۶ معرفی جبرانسازي سري سنكرون استاتيك SSSC  ۳۸

۲-۶-۱کاربرد‌های SSSC 38

۲-۷ معرفی كنترل­كننده يكپارچه توان UPFC  ۳۹

۲-۸ معرفی كنترل­كننده توان بين خطوط(IPFC 40

فصل سوم: بیان مساله

۳-۱ کنترلSTATCOM  ۴۲

۳-۱-۱کنترل­کننده داخلی ۴۲

۳-۱-۲کنترل­کننده خارجی  ۴۳

۳-۲ مدلسازی اینورترهای سه فاز متصل به شبکه در جبران‌ساز STATCOM 44

فصل چهام:طراحی سیستم کنترل‌فازی برای اینورتر‌های سه فاز

۴-۱ مقدمه ۴۸

۴-۲ طراحی کنترل فازی برای کنترل توان راکتیو  ۴۹

۴-۳  حلقه قفل فاز (PLL)    ۵۰

۴-۴ سيستم‌های فازی و کنترل فازی  ۵۱

۴-۴-۱روش مرکز ثقل  ۵۶

۴-۴-۲ روش ميانگين مراکز ۵۷

فصل پنجم: شبیه‌سازی و تحلیل نتایج آن

۵-۱ شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزار مطلب ۵۸

۵-۲ تحلیل اینورتر در حالت تزریق توان راکتیو ۶۲

۵-۳ نتیجه‌گیری ۶۷

مراجع ۶۸

فهرست اشکال

شکل(۱-۱): نمونه ای از فروافتادگی و نامتعادلی‌های ولتاژ در شبکه توزیع ۳

شکل(۱-۲): ساختار ارائه شده جهت بهبود افتادگی ولتاژ ۱۲

شکل(۱-۳): ساختار اتصال منابع توليد پراكنده به شبكه در حالت رخ دادن افتادگی ولتاژ ۱۳

شکل(۱-۴): منحنی‌های ITI/CBEMAجهت تعيين سطوح قابل تحمل بارهای حساس ۱۴

شکل(۱-۵):  يک سيستم MSDGبر پايه ميکرو توربين  ۱۴

شکل(۱-۶):ساختار اينورتر ارائه شده در حالت اتصال به بار ۱۶

شکل(۱-۷): بلوک دياگرام کلی کنترل کننده ۱۶

شکل(۱-۸): ساختار اتصال به شبکه اينورتر ۱۸

شکل(۱-۹): استراتژی کنترل مرتبط با اتصال به شبکه اينورتر  ۱۸

شکل(۱-۱۰) ساختار اينورتر سه فاز متصل به شبکه ۱۹

شکل(۱-۱۱): جبران‌کننده پيشنهادی برای ميکرو شبکه  ۱۹

شکل(۱-۱۲): حلقه کنترل ولتاژ و جريان ارائه شده برای اينورتر موازی ۲۰

شکل(۱-۱۳): حلقه کنترل ولتاژ و جريان ارائه شده برای اينورتر سری ۲۱

شکل(۱-۱۴): ساختار کنترلی انعطاف پذير ارائه شده برای اتصال منبع توليد پراکنده   ۲۳

شکل(۱-۱۵): بلوک دياگرام سيستم پردازش ارائه شده ۲۵

شکل(۱-۱۶): بلوک دياگرام روش پيشنهاد شده برای رديابی مولفه‌های متقارن بر پايه اپراتور انرژی……………۲۵

فصل دوم

شکل(‏۰‑۱): ساختمان SVCو مشخصه V-I آن ۲۷

شکل(‏۰‑۲): انواع SVC 29

شکل(۲-۳STATCOM  🙁 و مشخصه V-I آن ۲۹

شکل(۲-۴): مدل پایداری گذرا STATCOMبا کنترل ولتاژ PWM 30

شکل(۲-۵)کنترل ولتاژPWM یک STATCOM 32

شکل(۲-۶) : مدل حالت دائمی ۳۲

شکل(۲-۷) :محدودیت‌های کنترلSTATCOM 33

شکل(۲-۸ ): مقايسه مشخصه V-ISVCوSTATCOM 34

شکل(۲-۹): TCSCو نمودار P-V 36

شکل(۲-۱۰ ): PSTو نمودار فازوري ولتاژ ۳۸

شکل(۲-۱۱): ساختارSSSC 39

شکل(۲-۱۲): UPFC و ناحيه كاري چند نوع FACTSدر صفحه ‍P-Q 40

شکل(۲-۱۳):ساختار IPFC 41

فصل سوم

شکل (۳-۱ ) : بلوک دیاگرام سیستم کنترل STATCOM 42

شکل( ۳-۲ ): نمایش برداری در فضای d-q 45

شکل (۳-۳) : STATCOMمتصل به سیستم قدرت ۴۶

فصل چهارم

شکل (۴-۱): ساختار کنترلی طراحی شده ۴۹

شکل(۴-۲) ساختار حلقه قفل فاز جهت تخمين فرکانس ۵۱

شکل(۴-۳): ساختار يک سيستم فازی خالص ۵۳

شکل(۴-۴) :ساختار اصلی سيستم فازی TSK 53

شکل(۴-۵) :ساختار اصلی يک سيستم فازی با فازی ساز و غير فازی ساز ۵۴

شکل(۴-۶) : تابع عضويت μ را برحسب e(t)نشان می‌دهد.   ۵۵

شکل(۴-۷): نمايش گرافيکی غير فازی ساز مرکز ثقل ۵۷

شکل(۴-۸) :نمايش گرافيکی غير فازی ساز ميانگين مراکز ۵۷

فصل پنجم

شکل(۵-۱): مشخصه توان راکتيو درخواستی از طرف بار ۵۹

شکل(۵-۲) :راکتيو توليد شده توسط سيستم توليد توان اینورتری STATCOM 59

شکل(۵-۳): توان راکتيو توليد شده توسط شبکه ۵۹

شکل(۵-۴): جريان‌های تزريق شده به شبکه از طرف جبران‌ساز STATCOM  ۶۰

شکل(۵-۵) فروافتادگی ولتاژ نامتقارن  ۶۱

شکل(۵-۶): توان راکتیو تزریق شده در حین فروافتادگی ولتاژ نامتقارن ۶۲

شکل(۵-۷) جريان‌های سه فاز تزريق شده به شبکه در حين فروافتادگی ولتاژ نامتقارن بدون در نظر گرفتن پرش فاز  ۶۲

شکل(۵-۸): ولتاژ‌های شبکه ۶۳

شکل(۵-۹): تغییرات توان راکتیو خروجی جبران ساز  ۶۳

شکل (۵-۱۰): تغییرات جریان خروجی اینورتر (کیلو آمپر) جبران ساز در حین تغییرات توان راکتیو………….۶۴

شکل (۵-۱۱)  تغییرات مولفه q جریان‌های تزریق شده توسط جبران ساز در حین تغییرات توان راکتیو………۶۴

شکل(۵-۱۲): تغییرات مولفه dجریان‌های تزریق شده توسط جبران ساز در حین تغییرات توان راکتیو……….۶۵

شکل(۵-۱۳): تغییرات q در خروجی PLL  ۶۵

شکل(۵-۱۴): تغییرات فرکانس در خروجی PLL  ۶۶

شکل(۵-۱۵): تغییرات فرکانس و زاویه در حیت اغتشاش ولتاژ شبکه  ۶۶

 

فهرست جداول

جدول (۲-۱): خلاصه‌اي از مهمترين تفاوت­هاي بين SVCو STATCOM  ۳۵

جدول(۴-۱) پايگاه قوانين فازی برای کنترل کننده فازی توان راکتیو ۵۰

جدول(۵-۱)پارامترهای مورد نياز برای شبيه سازی مدل مبدل DC/AC  ۵۸

 

 

 

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0