کنترل کننده یکپارچه توان (upfc) مبتنی بر مبدل های فاقد خازن لینک dc

کنترل یک سیستم قدرت ac به صورت بلادرنگ به دلیل اینکه توان جاری در آن تابعی از امپدانس خط انتقال، دامنه ولتاژ ارسالی و دریافتی و فاز بین این ولتاژها است، بسیار پیچیده می باشد. سالیان متمادی، سیستم های قدرت الکتریکی به طور نسبی ساده بودند و به صورت مستقل طراحی می شدند و توان ارسالی و دریافتی کم بود. علاوه بر این، به طور کلی قابل فهم بود که سیستم های انتقال ac برای درک شرایط دینامیکی سیستم به قدر کافی سریع نیستند. سیستم های انتقال به همراه جبرانسازهای راکتیو سری یا موازی ثابت یا با سوئیچ های مکانیکی، به همراه تنظیم کننده های ولتاژ و ترانسفورماتور-های تغییر سطح شیفت فاز طراحی می شدند تا امپدانس خط را بهینه کرده، تغییرات ولتاژ را کاهش دهند و پخش توان را تحت شرایط ماندگار یا تغییرات آهسته بار کنترل کنند. مشکلات دینامیکی سیستم معمولاً توسط طراحی های اضافی مرتفع می شد؛ سیستم های قدرت با محدوده های پایداری وسیعی برای بازگشت از شرایط کاری احتمالی غیر قابل پیش بینی ایجاد شده توسط عواملی نظیر خطا، قطع خط یا ژنراتور و خرابی تجهیزات طراحی می شدند. همه این عوامل منجر به عدم استفاده مناسب از سیستم انتقال می گردد. در سال های اخیر مشکلات انرژی، محیط زیست و هزینه، احداث نیروگاه ها و خطوط انتقال جدید را با مشکل روبرو کرده است در حالی که تقاضای توان در حال افزایش بود. این وضعیت یک بازبینی کلی بر مفهوم متداول سیستم قدرت را ایجاب کرد و تلاش برای رسیدن به قابلیت انعطاف بیشتر و استفاده بهتر از سیستم های قدرت موجود را افزایش داد. با پیشرفت های به وجود آمده در تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی توان بالا و الگوریتم های کنترلی، این تکنولوژی ها کاربرد وسیعی در انتقال hvdc و سایر طرح های سیستم قدرت داشت، و تاثیر قابل توجهی در انتقال ac با استفاده از جبرانسازهای استاتیکی وار(svc) ایجاد کرد. اما جبرانسازهای استاتیکی فقط یکی از 3 پارامتر مهم (ولتاژ، امپدانس و زاویه فاز) تعیین کننده پخش توان در سیستم قدرت ac را کنترل می کردند؛ دامنه ولتاژ در ترمینال های منتخب خط انتقال. ملاحظات تئوری و مطالعات سیستم های اخیر[1] بیان می کند که پیچیدگی بیش از حد سیستم قدرت ac به هم چسبیده، اهداف کنترلی مطلوبی را برای قابلیت استفاده و عملکرد قابل انعطاف سیستم به همراه دارد، که کنترل بلادرنگ امپدانس خط و زاویه فاز را ممکن می کند. از اینرو مفهوم سیستم های انتقال ac قابل انعطاف (facts) [1] ارائه شد، که شامل استفاده از قطعات الکترونیک قدرت توان بالا و مراکز کنترلی پیشرفته، برای افزایش توانایی انتقال توان سودمند تا حد حرارتی خط می باشد. در درون چارچوب facts استفاده از جبرانسازهای سری کنترل شونده توسط تریستور برای کنترل امپدانس خط، ترانس های تغییر سطح کنترل شونده توسط تریستور جهت کنترل زاویه فاز و سایر قطعات کنترل شونده توسط تریستور برای جلوگیری از اضافه ولتاژ و متوقف کردن تغییرات دینامیکی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین svc ها و سایر جبرانساز های کنترل شونده تریستوری که جهت کنترل پخش توان ایجاد شدند (شامل جبرانسازهای سری و شیفت فازها) سرعت لازم را جهت کنترل بلادرنگ داشتند. بنابه دلایل هارمونیک زائی و سرعت نه چندان بالای svc و همچنین عدم جبرانسازی در ولتاژها و جریان های کم، و با الهام از روش جبرانسازی کندانسور سنکرون، ایده جبرانسازهای استاتیکی بر پایه مبدل های منبع ولتاژ و دارای منبع ذخیره کننده انرژی نظیر statcom (جهت جبرانسازی موازی) و sssc (جهت جبرانسازی سری) مطرح شد. این جبرانسازها به صورت کاملاً دینامیک و بلادرنگ عمل کرده و با تزریق جریان (statcom) یا ولتاژ (sssc) به سیستم، و جبرانسازی راکتیو خط، باعث افزایش قدرت انتقالی خط، افزایش پایداری ولتاژ، جبرانسازی نوسانات توان و افزایش پایداری گذرا می شوند. ولی مشکلی که در مورد این جبرانسازها وجود داشت عدم توانائی آنها در کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو خط بود. در نهایت طرح کنترلر یکپارچه پخش توان (upfc) [2] جهت جبرانسازی سری و موازی به صورت همزمان مطرح شد. در واقعupfc برای کنترل بلادرنگ و جبرانسازی دینامیکی سیستم انتقال ac به وجود آمد. از نقطه نظر عملکرد، upfc توانائی کنترل –انتخابی یا همزمان- همه پارامتر های تاثیر گذار در پخش توان در طول خط (ولتاژ، امپدانس خط و زاویه فاز) را دارد. همچنین می تواند توان اکتیو و راکتیو جاری در خط را به طور مستقل از هم کنترل نماید. طرح کلی upfc به صورت یک مبدل است با دو سر، که یکی به صورت سری و دیگری به صورت موازی با خط انتقال وصل می شود. سمت موازی وظیفه کنترل توان اکتیو و سمت سری وظیفه کنترل ولتاژ، زاویه فاز و امپدانس خط (توان راکتیو) را دارد. در طرح upfc به طور متعارف دو مبدل منبع ولتاژ (vsc) وجود دارد که توسط یک لینک dc به صورت back-to-back به هم وصل شده اند. معمولاً مبدل سمت موازی به شکل یکسو ساز منبع ولتاژ و مبدل سمت سری به شکل اینورتر منبع ولتاژ عمل می کنند. جهت تثبیت ولتاژ و فراهم کردن امکان کنترل توان اکتیو یک خازن dc با توان قدرت بالا در لینک dc وجود دارد. توان قدرت بانک خازنی موجود در لینک dc تاثیر قابل توجهی بر روی قیمت و ابعاد upfc دارد. خازن برای مقدار معینی از ریپل ولتاژ، به عنوان نمونه 10% از ولتاژ نامی قرار می-گیرد. مشکل اساسی این خازن dc طراحی آن برای تثبیت ریپل مورد نظر است. همچنین این خازن در مقایسه با خازن های ac با توان برابر، عمر کمتری دارد. این مسائل، عمر و قابلیت عملکرد اینورتر های منبع ولتاژ را محدود می کند. این پایان نامه شامل 4 فصل می باشد که در آن بعد از بررسی لزوم استفاده از جبرانساز ها و بررسی ساختارهای موجود upfc، به اثرات حذف خازن از لینک dc موجود در upfc و همچنین طراحی، شبیه سازی و بررسی رفتار upfc بر مبنای مبدل های فاقد لینک dc (نظیر مبدل های ماتریسی) پرداخته شده است.