reactive power-control

١

... با مراجعه به وبالگ ما از آخرین کتاب ها، نرم افزارها، مطالب آموزشی و

.در ارتباط با مهندسی برق استفاده نمایید

http://powerengineering.blogfa.com

مهندسی برق

www.powerengineering.blogfa.com

www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m


http://www.powerengineering.blogfa.com


٢

فصل اول کلیات

: مقدمه -1-1

حتی اکثر مصرف کننده ها که بـار . اغلب اجزاء سیستم توان الکتریکی مصرف می کنند

بنابراین شـبکه بایـد قابلیـت . ف می کنند سیستم محسوب می شوند توان راکتیو مصر

تأمین این توان راکتیو را داشته باشد و اگر بحث انتقال توان راکتیو به عللی امکان پـذیر

. نبود باید این توان راکتیو در محل ، تولید شود

این امر در مورد توان اکتیو هم صادق است اما قیود و محدودیتهاي مربوط به انتقال آن به

. تب کمتر از توان راکتیو است مرا

ثابت می شود که امکان انتقال توان راکتیو تنها زمانی وجود دارد که اندازه ولتـاژ ابتـدا و

. انتهاي خطبا هم متفاوت باشند

نقـش . در عوض انتقال اکتیو مستلزم جابجایی فاز ولتاژهاي ابتدا و انتهاي خط می باشـد

. ، کنترل ولتاژ روي نقاط کلیدي است عمده دیگر توان راکتیو در شبکه

ولتاژ خط باید به اندازه اي باال باشد که بتواند بارها را تحمل کند و از طرفی نبایـد از حـد

عمل کنترل ولتاژها در نقاط کلیدي ، طی سالیان گذشـته و از . شکست عایقی فراتر رود

در نقاط کلیدي صورت مـی دیرباز و در سطح وسیع به وسیله تولید یا مصرف توان راکتیو

. گیرد

فشار روز افزون در جهت بهره برداري حداکثر ممکن از سیستم هاي انتقال ، لـزوم ایـن

. عمل کترلی را بیش از پیش آشکار می سازد

کلیات فصل اول


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣

در سالهاي دور به منظور رشد شبکه قدرت و براي حمایت ولتاژ و بهبود توانـایی انتقـال

. توان ، از کندانسور سنکرون استفاده می شد

سریع اقتصادي بودن خازن هاي موازي منجر به جـایگزین شـدن آنهـا بـه جـاي توسعه

. کندانسور سنکرون در سیستم انتقال گردید

عمال مشاهده شد وظائف کندانسور سنکرون را می توان از کلیدزنی خازن هاي موازي بـا

. هزینه بسیار کمتر به دست آورد

– مثال در راکتانس خطوط و ترانسفورماتور –بخشی از توان راکتیو در عناصر سري شبکه

قالی در سیـستم از این رو ، یکی از روش هاي مستقیم افزایش توان انت . مصرف می شود

انتقال و کاهش افت ولتاژ در سیستم توزیع ، جبران بخشی از راکتانس اندوکتیو سري بـه

البته عموما این مسئله را از دیدگاه کاهش راکتانس مـورد . وسیله خازن هاي سري است

. عنایت قرار می دهند

بـراي اسـتفاده در در جبرانسازي با خازن هاي سري به مسائلی بر می خوریم که آنهـا را

سیستم هاي توزیع نامناسب می کند ، لیکن بهترین شیوه افزایش ظرفیت تـوان انتقـالی

. در موارد متعدد است



www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤

: همیت کنترل توان راکتیو ا-1-2

با توجه به قیمت . کنترل توان راکتیو به دالیل متعددي اهمیت روز افزون پیدا کرده است

یـک . سوخت نیاز به بهره برداري بهینه از سیستم هاي قدرت افزایش پیدا کـرده اسـت

ـ وان اصل مهم این است که براي توزیع یک مقدار معین توان با به حداقل رساندن پخش ت

. کل ، تلفات کاهش می یابد راکتیو

از طرف دیگر عموما به خاطر میزان باالي نرخ سود و خصوصا به خاطر مشکالت مربوط به

ایـن در . حریم خطوط انتقال ، از توسعه و احداث شبکه هاي انتقال جلوگیري می شـود

ه وري در حـداکثر حالی است که کارخانجات و صنایع مادر مجبورند به منظور افزایش بهر

توان خود کار کنند و صنایع جدید روبه افزایش است که باید بار آنها را به شـبکه تحمـل

در اینجا نیز لزوم استفاده از وسایل کنترل توان رالکتیو و بهبود پایـداري احـساس . کند

. می شود

در acنتقـال براي ا . نکته دیگر دوري منابع تولید انرژي الکتریکی از مراکز مصرف است

. فواصل طوالنی ، مسائل مربوط به پایداري و کنترل ولتاژ به توان راکتیو مربوط می شود

به واسطه مصرف روز افزون وسایل الکترونیکی حساس نظیـر رایانـه و تلویزیـون هـاي

دیجیتالی و همچنین رشد صنایع با فرآیند پیوسته ، نیاز به داشتن تغذیه با کیفیـت بـاال

. یافته است افزایش

کاهش ولتاژ یا فرکانس ، اثرات نامطلوبی را بر روي چنین بارهایی اعمال می کنـد و قطـع

. تغذیه می تواند خیلی پر هزینه و زیان آور باشد



www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥

کنترل توان راکتیو یک ابزار اساسی در حفظ کیفیت تغذیـه اسـت ؛ بـه خـصوص بـراي

. جلوگیري از اغتشاشات ولتاژ که از عمومی ترین نوع اغتشاش می باشد

انواع معینی از بارهاي صنعتی و از آن جمله کوره هاي الکتریکی ، دستگاههاي حفـاري و

افت توان اکتیو و راکتیو از سیستم تغذیه ، تغییرات سریع و دستگاههاي جوشکاري با دری

وسیع را بر آن تحمیل می کند و اغلب الزم است با بکارگیري وسایل تثبیت کننده ولتاژ ،

. نظیر جبران کننده هاي توان راکتیو استاتیکی این تغییرات را کاهش داد

بـراي acسمت مصرف کننده هاي ، در dcاز منظر دیگر با احداث و توسعه خطوط انتقال

. بهبود عمل کوموتاسیون و تثبیت ولتاژ باید توان راکتیو کنترل شود

: ac نیازمندیهاي اساسی در انتقال توان -1-3

وقتی امکان پذیر است که نیازمندیهاي اساسی زیر acانتقال مقدار عظیم توان الکتریکی

: را تأمین کند

مفهوم اصـلی . ون بزرگ نباید از حالت سنکرون خارج شوند اینکه ماشین هاي سنکر اول

نگهداري حالت سنکرون و به ویژه ژنراتورها پایداریاست ؛ به این معنا که بتوانند بـه کـار

عالوه بر آن پایـداري عبـرات . شرایط سنکرون با ماشین هاي دیگر ادامه دهند خود در

ر برابر اغتشاشات اتصال کوتاه ، رعـد و است از توانایی سیستم قدرت براي آنکه بتواند د

. برق ، تغییر بار و یا کلیدزنی خود را باز یابد



www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦

ط انتقال این است که در یک خـط بـا طـول یکی از محدودیت هاي بهره برداري از خطو

. معین ، با افزایش توان انتقالی پایداري آن کاهش می یابد

اگر توان انتقالی به تدریج و بدون اغتشاش فاحش افزایش یابد در سطح معینـی از تـوان

این سطح توان انتقالی را حد پایـداري مانـدگار . انتقالی سیستم ناگهان ناپایدار می شود

زیرا به لحاظ تئوري ، ماکزیمم توانی است که می تواند در حالت ماندگار انتقال . گویند می

این حد یک مقدار ثابت و غیر قابل تغییر نیست بلکه بسته به شرایط مختلف تغییر . یابد

. می کند

: عمده ترین این عوامل عبارتند از

تحریک ماشین سنکرون و در نتیجه تغییر ولتاژ خط ) 1

تعداد و اتصال خطوط انتقال ) 2

تعداد و انواع ژنراتورهاي سنکرون متصل به شبکه که اغلب در سـاعات مختلـف روز ) 3

. تغییر می کنند

الگوي پخش توان واقعی و راکتیوسیستم ) 4

.اتصال و مشخصه تجهیزات جبران کننده ) 5



www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧

در عمل ، سیستم انتقال نمی تواند خیلی نزدیک به حد پایداري ماندگارش کار کند بلکـه

باید براي اغتشاشاتی نظیر تغییر بار ، اتصالی و عمل کلیدزنی فاصله اطمینانی را در تـوان

. ر گرفت انتقالی در نظ

. براي معین کردن یک فاصله اطمینان مناسب ، مفهوم پایداري دینامیکی مفید خواهد بود

پـس از یک سیستم انتقال از نظر دینامیکی پایدار است وقتی که عملکرد نرمال خـود را

. یک اغتشاش کوچک باز یابد

. اینکه ولتاژ بایستی نزدیک مقادیر نامی آن گه داشته شود دوم

ش ولتاژ که عموما در اثر بار ریاد یا قطع تولید ایجاد می شود منجر به رفتار و عملکرد کاه

. نامطلوب بار ، مخصوصا در موتورهاي القایی می شود

. کاهش ولتاژ ناگهانی ممکن است در اثر اتصال دادن بارهاي خیلی بـزرگ ایجـاد گـردد

قسمت هاي معینی از سیکل بـار روزانـه کاهش بار در . اضافه ولتاژ نیز دالیل متعدد دارد

سبب افزایش ولتاژ تدریجی می شود که اگر کنترل نشود موجب شکست عایقی خواهـد

حتی اگر به حد شکست عایقی نرسیده باشد در اثر استمرار در عایق خستگی ایجاد . شد

. نموده و موجب شکست می شود

Ferrantiاستفاده نـشده باشـد اثـر در خطوط انتقال بلند چنانچه از جبران کننده ها

Effect ) مقدار توان انتقالی و فاصله انتقال را محدود می کند ) اضافه ولتاژ در بار کم .



www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨

هر یک از اجزاء سیستم انتقال حداقل با یکی از نیازمندي هاي بحـث شـده بـاال طراحی

در جدول آتی مسائل اصلی یا کاربردهاي وسایل جبران کننـده بـر حـسب . ارتباط دارد

نیازمندیهاي انتقال به دو گروه تقسیم شده است و مالحظه می شود که اغلـب ، جبـران

نقش هاي متعددي دارند و این امر سـبب مـی کننده هایی که براي مقاصد خاص هستند

شود که موضوع وسائل جبران کننده پیچیده و در نتیجه مطالب مربوط بـه آن گـسترده

. باشد

به کار گیري جبران کننده هاي خازن سري ، خازن موازي ، راکتورهاي موازي ، راکتورهاي

اع تریستور ، هر یک نقش چند فاز قابل اشباع و جبران کننده هاي کنترل شده توسط انو

. خاص و عمده اي در این راستا دارند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠


: جبران سري -1-4

مفهـوم . محدودیت هاي علمی آن پی می گیریم بحث را با مفهوم جبران سري ، اهداف و

اصلی جبران سري این است که بخشی از راکتانس خط به وسیله خازن سري حـذف مـی

. بدین ترتیب حداکثر توان انتقالی افزایش می یابد . گردد

از آنجا . همچنین بار طبیعی مجازي زیاد می شود و در عین حال زاویه انتقال کم می شود

س خط به صورت موثر کاهش یافته است بنابراین مقدار کمتري از تـوان راکتیـو که راکتان

. خط جذب می شود و نوعی جبران موازي القایی را ایجاب می کند

خازن سري به عنوان وسیله کاهش راکتانس انتقالی بین ابتدا و انتهـاي یـک خـط داراي

:کاربرد دوگانه زیر است

. دلخواه به کار برده می شود توان انتقالی خطوط با طول ) 1

در تقسیم بار بین دو یا چند خط موازي گاهی خازن سري براي افزایش تـوان انتقـالی در

یکی از خطوط موازي به ویژه در جایی که خط ولتاژ باال در باالي خط ولتاژ پـایین در یـک

. مسیر مشترك قرار دارند استفاده می شود

در خطوط با طول بلنـد . ز خطوط طوالنی به کار برده می شود براي انتقال پایدار توان ا ) 2

. براي محدود کردن ولتاژ خط ، باید از یک جبران کننده اندوکتیو موازي نیز استفاده کرد

نیست توجه کنید انتقال پایدار توان از خطوط بلند بدون جبران سازي سري امکان پذیر


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١


راکتانس خازن ، به وسیله مشخصه هاي توان انتقالی گذرا و پایدار و همچنین محل قـرار

محل قرار گرفتن خازن براساس عوامل اقتـصادي و . گرفتن خازن در خط تعیین می گردد

شدت جریان هاي اتصال کوتاه که خود تـابع محـل قـرار گـرفتن خـازن هـستند میزان

. مشخص می گردد

مقدار نامی ولتاژ به وسیله میزان شدت جریان هاي اتصال کوتاه که در بـدترین حالـت از

. عبور می کنند ، تعیین می گردد By Passخازن ها و وسایل

بـه لحـاظ عملـی ممکـن . اه وابسته است شدت اتصال کوتاه به مقدار و مدت اتصال کوت

بـه همـین . نیست که خازن هاي سري را در واحدهاي کوچک در طول خط توزیـع کـرد

در ) عمدتا یک یا دو نقطـه ( خاطر عمال خازن ها را به طور متمرکز در چند نقطه محدود

. طول خط قرار می دهند

)ب(ه میانی و راکتورهاي موازي خط متقارن با خازن سري در نقط) الف : (1- 1شکل

مدار معادل با جبران موازي کام) ج(


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢


خط متقارن جبران شده با خازن سري در وسـط و راکتورهـاي -1-5

:موازي

خط متقارن بدون تلفات را که خازن سري در وسط آن دو راکتـور مـوازي مـساوي در دو

براي سهولت تحلیل ، خازن سري بـه . طرف خازن هستند را مورد مطالعه قرار می دهیم

هدف از کاربرد راکتورهاي موازي کنترل ولتـاژ خـط . دو خازن مساوي تقسیم شده است

. است

: می توان نوشت ) خط ابتداي( در قسمت چپ خط

22 101θθ SinIjZCOSVEs +=

210

1 θθ COSISin

ZV

jI S += . نیمه انتهایی خط به لحاظ تقارن رفتاري کامال مشابه دارد

:راکتانس خازن برابر است با Cω Xc=1 /

Vc=V1-V2=-j Im Xc و ولتاژ آن از رابطه ذیل به دست می آید :


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣


: با استفاده از تقارن می توان نوشت

P=Vm Im Es= Er ,

CCm VVVVV21

21

21 +=−=

:ت می آیند به وسیله رابطه زیر بدسI2 و I1جریان هاي

XV

jIXjV

IIm2

21

1 −=+=

را به عنوان فاز ور پایه در نظر بگیریم می تـوان براسـاس رابطـه اي کـه بـراي Vmاگر : مشخصه توان انتقالی وجود دارد نتیجه گرفت

2.

2sin

222sin 0

0

δθθθ

Sin

XZ

CosX

z

VEP

c

mS

+−=

22220 δθθδ CosESin

XZ

CosVCosE rmS =

+=

: داریم براي خط متقارنEs = Er و با فرضVmبا جایگذاري

( )δ

µµθθSin

CosX

z

EEP

xxc

rs

+−=

12

sin0

2tan1

11 00 θ

θθ

µXZ

CosSin

XZ

x +=+

+=

اگر راکتور موازي نداشته باشیم 1=xµ


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٤


با صرف نظر کردن از کاپاسیتانس موازي خط و برداشتن راکتورهاي موازي

θSinZX 01 EEEو در نتیجه با xµ=1و= rS :داریم ==

δSinXX

EPc−

=1

2

. مشهورترین مشخصه توان انتقالی خط جبران شده سري است این معادله

Kse را درجه جبران سري می نامند که از رابطه زیر تعریف می شود :

1XX

K Cse ∆

:بنابراین می توان نوشت

( ) δSinKX

EPse−

=11

2

: بیان طول الکتریکی یک خط انتقال بر حسب رادیان یا طول موج -1-6

acت این بخش بدان جهت است که می خواهیم در مراحل بعد چگونگی انتقال توان اهمی

. از خطوط انتقال با طول بیش از نیم موج را بررسی کنیم

. بدرستی شناخته شود یکابنابراین الزم است این

، اندوکتانس rو با مقادیر سري )a(خط انتقالی را در نظر می گیریم که طول بلندي دارد

معادله اساسی که بر . ، و کاپاسیتانس مدل زده شده باشد g ، کنداکتانس موازي lي سر

. انتشار انرژي در طول خط انتقال حاکم است معادله امواج سیار است

VdX

Vd 22

2

Γ=


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٥


:که در آن

( )( )Cjgljr ωω ++=Γ 2 . در هر نقطه از خط می باشد vejwt/ 2 فازور ولتاژ Vفرکانس ثابت فرض می شود و

X ایـن معادلـه . فاصله مقطعی از خط است که از نقطه اي مرجع اندازه گیري شده است

. فازور جریان باشد I برقرار است به شرطی که Iین براي همچن

در طول خط را نشان می دهد و بیان می کند کـه I و جریان Vاین معادله ، تغییرات ولتاژ

. هر دو داراي تغییرات سینوسی و یا موجی هستند

زیر اگر فرض شود که خط بدون تلفات است این معادله کلی براي ولتاژ و جریان به صورت

: حل می شود

( ) ( ) ( )xaSinIjZxaCosVxV r −+−= ββ 20

( ) ( ) ( )xaCosIxaSinZV

jxI −+−

= ββ 2

0

2

Vr و Ir ولتاژ و جریان انتهاي خط هستند .

. r=g=o به دست می آید ؛ هنگامی که T از ثابت انتشار βکه در آن

LCω=β


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٦


در طول خط، I و جریان V نشان می دهد که تغییرات ولتاژ x( I( و V )x( شکل معادالت

تشکیل امـواج سـاکن I و Vگفته می شود که . هر کدام داراي دو جمله یا مولفه هستند

دوي آنهـا را در طـول خـط داراي تغییـرات موهومی هر هند زیرا قسمت حقیقی و دمی

. سینوسی است

کمیت LC . سرعت انتشار اثرات الکترومغناطیسی در طول خط است 1

براي خطوط هوایی ولتاژ باال سرعت انتشار اثرات الکترومغناطیسی در طول خط کمتر از سرعت نور

( ) Secm

Secmiu 85 1031086.1 ×=×=

: به دست آمد می توان نوشت β این رابطه و رابطه اي که براي از

λπ2=

ufπ2 =β

که در آن fu= λ طول موج است .

β تعداد موج کامل در واحد طول خط است . :HZ 60به عنوان مثال در فرکانس

3100 mi = 5000 km= λ و

mi

rad ×103 1.257 = mirad 2.027×103 = β

1- standing Waves


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٧


: HZ 50و در فرکانس

kmrad Km, β= 1.047×10-3 6000 = λ

θ طول موج بیان می شود و با یاrad طول الکتریکی خط است که بر حسب a βکمیت

. نمایش داده شود

: بار طبیعی یا امپدانس موج ضربه اي -1-7

. استفاده شد Zoدر قسمت قبل ثابتی تحت عنوان

Zo را امپدانس موج ضربه اي یا امپدانس مشخصه می نامند وCL /= Zo که مقدار آن

. خصوصیات خط بستگی دارد به

اهم 200براي خطوط هوایی ولتاژ باال ، مقدار توالی مثبت امپدانس موج ضربه اي در حدود

. اهم است 400تا

. کامال مشخص می شود β و Zoاگر از تلفات صرف نظر شود خط با طولش و با پارامترهاي

ست ، رفتار تمـام خطـوط اساسـا چون این مقادیر تقریبا براي تمام خطوط قابل مقایسه ا

. یکسان است و تفاوت تنها بر حسب طول ، ولتاژ و سطح توان انتقالی ظاهر می شود

. امپدانس موج ضربه اي عبارت است از امپدانس ظاهري یک خط بی نهایت طویل

1- Natural load

2- Surge Impedance load


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٨


متصل است از نظر الکتریکی با Zoیک خط با طول معین که از یک طرف به امپدانس ثابت

یک خط بی نهایت طویل تفاوتی ندارد به طوري که اگر

r

r

IV

Z =0

: س ظاهري در هر نقطه خط برابر است با آنگاه امپدان

( )[ ]( ) ( )[ ] 0

0

coscos

)()( Z

xaSinxaIxaIZ

xIxv

r

r =−+−

−=

βββ Z(x)=

. است xکه مستقل از

: و مهمتر اینکه

( ) ( ) ( )[ ] ( )xajrr evxajxaCosVXV −=−+−= βββ sin

( ) ( ) ( )[ ] ( )xajrr eIxajxaCosIXI −=−+−= βββ sin

گفته می شـود . هر دو در طول خط داراي دامنه ثابتی هستند I و Vمالحظه می شود که

در طول خط بـا هـم همفـاز I و Vن خط داراي پروفایل ولتاژ مسطح است ، در حالیکه ای

در ابتـدا و انتهـاي Vزاویه فاز بین مقادیر . هستند و هر دو به لحاظ فازي چرخش دارند

نیـز ) Is و Irزاویه بین ( در ابتدا و انتهاي خط Iطبعا زاویه بین مقادیر . است aβ= θ خط

. است θبرابر

معروف است برابر است باSILبار طبیعی یا بار امپدانس ضربه اي که به بار 0

20

ZV

P =

. ولتاژ نامی خط است Voکه

1- Flat voltage profile


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٩


ولتـاژ Voتوان امپدانس ضربه اي هر فاز است و اگر Po ولتاژ خط به نول می باشد Voاگر

بار طبیعی کمیت مرجع مهمی . سه فاز خواهد بود SIL مقدار توان Poخط به خط باشد ،

. استفاده می شود است که به طور گسترده از آن

کار می کند این حسن را دارد که پروفایل ولتاژ آن مـسطح اسـت و SILخطی که در بار

. عایق در تمام نقاط به طور یکنواخت تحت فشار خواهد بود

یک عدد واقعی است ، در نتیجه ضریب توان یعنی کسینوس زاویه Zoامپدانس ضربه اي

. بتدا و انتهاي خط یک است در تمام نقاط از جمله اI و Vبین

مفهوم این جمله این است که در بار طبیعی الزم نیست توان راکتیو را در ابتدا یا انتهـاي

توان راکتیوي که توسط کاپاسـیتانس مـوازي SILخط تزریق یا جذب نمود ، زیرا در بار

. خط تولید می شود دقیقا توسط راکتانس سري خط جذب میشود

با مقدار SILر بار خالصه اینکه د 0

20

ZVP این تنها مقدار . تعادل توان راکتیو برقرار است =

توان انتقالی است که پروفایل ولتاژ مسطح و ضریب توان واحد را در ابتدا و انتهـاي خـط

. توان طبیعی خط است ، توان راکتیو طبیعی خط صفر است Poوقتی که . ایجاد می کند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٠

صل اول کلیات ف

: ماهیت خازن هاي سري و موازي -1-8

پیش از این گفتیم که احداث خطوط انتقال انرژي از نقطه حریم و هزینه به طور فزاینـده

ین مشکالت به انضمام اهمیت منابع انرژي هیدرولیکی موجود در نقاط ا. اي مشکل است

دور از مراکز بار ، موسسات تولید کننده برق را بر آن داشت که تا حد امکان سعی کننـد

. حداکثر بازده را از خطوط انتقال موجود استحصال کنند

تم و افـزایش بانک هاي خازنی سري و موازي ابزاري هستند که در بهبـود بـازده سیـس

. توانایی انتقال توان خطوط نقش مفیدي ایفا می کنند

خازن هاي موازي توان راکتیو را تولید نموده و سعی می کنند مقدار توان راکتیو عبوري از

خازن هاي موازي معموال نزدیک به بار در یک شـبکه نـصب مـی . شبکه را کاهش دهند

. رل ولتاژ بیشتر موثر باشند تا در کاهش تلفات سیستم و کنت. گردند

. اما از خازن هاي سري براي کاهش راکتانس اندوکتیو خط استفاده می شود

خازن هاي سري بر خالف خازن هاي موازي دور از مراکز بار نصب می شوند ، مثال در نقاط

: عمده اي دارند که از آن جمله است میانی یک خط انتقال و فواید

ماندگار سیستمبهبود پایداري) 1

بهبود پایداري گذراي سیستم) 2

تقسیم بهتر بار بر روي خطوط موازي ) 3

کاهش افت ولتاژ در نواحی بار و در حین اغتشاشات شدید ) 4


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢١


کاهش تلفات سیستم انتقال) 5

تنظیم بهتر بارگیري خطوط ) 6

جبران طول خط هاي انتقال بلند ) 7

در Power & Light در لیـست مرکـزي 1928خازن هاي سري اولـین بـار در سـال

Ballston Spa از توابع ایالت نیویورك ایاالت متحده امریکا نصب گردید .

ـ شـامل واحـدهاي خـازنی MVAR 1.25ک بانـک خـازنی این خازن هـاي سـري ی

10KVAR 33 بود که در مدارkv به منظور کنترل تقسیم بار بین مدارهاي موازي به کار

. گرفته شد

به تاسیسات خـازنی 1980از آن پس این خازن ها به پیشرفت خود ادامه دادند و در سال

. مبدل شدند MVAR 800ی و مقدار نامی بانک خازن550kvموفقی تا ولتاژ خط

. همچنین مقدار نامی واحدهاي خازنی افزایش یافت

گرچه اساسا خازن هاي سري و موازي از نظر ساختمان با هم تفاوت چندانی ندارند ، اما در

طراحی واحدهاي خازنی که در کاربردهاي سري استفاده می شوند الزم است که در مقدار

. د نامی آنها محتاطانه عمل کر

به نظر می رسد در سال هاي اخیر با پیشرفت چشمگیري کـه در صـنایع نیمـه هـادي و

بـه وجـود آمـده اسـت بـسیاري از SF6همچنین عایقها و به ویژه عایقهاي گازي نظیر

. محدودیتهاي تولید خازن هاي مناسب از پیش رو برداشته شده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٢


بانکهاي خازنی سري مربوط به هر فاز در یک یا چند قسمت مجزا ساخته می شوند و هـر

یک همراه با اجزاء متعدد دیگر بر روي سکویی که نسبت به زمین عـایق گردیـده اسـت

ند ممکن است خازن هاي کوچک رده توزیع بر روي زمین نیز نصب نصب می شوند ؛ هر چ

نمایش داده شده است که داراي EHV ، تجهیزات یک خازن سري 2-1در شکل . شوند

. می باشد 318MVARمقدار نامی تقریبی

MVAR 318 و 500kvخازن سري خط انتقال : 2- 1شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٣


حفاظت از خازن سري -1-9

محاسبات انجام شده حاکی از آن است که به طور تقریبی هزینه با مجذور جریان افزایش

د کـه تمـامی می یابد ؛ از این رو نمی توان تجهیزات خازن سري را طـوري طراحـی کـر

. ولتاژهاي غیر عادي ناشی از جریان هاي فوق العاده خط و اتصال کوتاه را تحمل نماید

بـه . از طرفی یکی از کاربردهاي مهم خازن هاي سري در چنین شـرایطی خاصـی اسـت

عنوان مثال به هنگام عبور جریان هاي خاص از خط ، این وظیفه یک خازن سري است که

. گذراي سیستم را حفظ کند عمل کند و پایداري

به همین خاطر است که تجهیزات را به گونه اي طراحی می کنند که بتوانند ولتاژهاي غیر

عادي معینی را که در خالل پاره اي اغتشاشات تولید می شوند ، تحمل نمایند ؛ بـه ویـژه

. زمانی که الزم است در آن زمان خازن هاي سري عمل کنند

براي خازن هاي سري وجود دارد ANSIC و IECردهاي صنعتی از قبیل اگر چه استاندا

اما کاربردهاي خازن هاي سري آن قدر متفاوت است که طراح را وادار می سازد که در هر

مورد پس از مطالعه کامل بر روي تحلیل حالت گذرا و شبیه سـازي کـامپیوتري ، آنهـا را

. کاربرد معین تطبیق دهد براي

ازن سري طوري طراحی می شوند که هنگامی که ولتاژ از سطح طراحی شـده تجهیزات خ

این . می گردند bypassافزایش می یابد ، قسمت هایی از آن به طور خودکار و لحظه اي

. امر مشابه اتفاقی است که به هنگام اتصال کوتاه شدن خط روي می دهد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٤


در روش سنتی الکترودهاي موازي با خازن ها قرار می دادند و بـا تریگـر کـردن فاصـله

. انجام می شد bypassالکترودهاي موازي عمل

. امروزه این کار توسط ادوات الکترونیک انجام می گیرد

اتصال در مورد بانک خازنی که اساسا براي بهبود پایداري گذرا نصب گردیده ، رفع سریع

کوتاه و وارد کردن سریع خازن ها پس از رفع اتصال کوتاه ، هـر دو در افـزایش ظرفیـت

. بارگیري خط موثرند

اثرات رزنانس با خازن هاي سري -1-10

یک مـدار رزنـانس سـري بـا فرکـانس یک خازن سري با اندوکتانس خط انتقال تشکیل

طبیعی12

1XXcf

LCf ==

πراکتانس خازن سري هر فـاز و Xcرا می دهد که در آن

Xl از آنجا که درجـه جبـران سـازي . خط در فرکانس پایه است کلXc / Xl معمـوال در

بـود و خواهـد f معموال کوچکتر از فرکـانس پایـه fe قرار دارد ، %70 تا %25محدوده

. اینگونه بیان می شود که سیستم داراي رزنانس زیر هارمونیک است

Xl باید در برگیرنده راکتانس سري ژنراتورها و بارهاي متصل شده به ابتدا و انتهاي خـط

در عمل این اجزاء همانند خط داراي مشخصه هاي پاسـخ فرکانـسی پیچیـده اي . باشد

زنانس بایستی از مـدل مـداري دقیـق سیـستم هستند و براي پیش بینی دقیق پدیده ر

. قدرت استفاده شود

اولین اثر رزنانس زیر هارمونیک این است که در خالل اغتشاش ، جریان هاي گذرا در

1- subharmonic


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٥


تحریک می شوند و بر روي جریان هاي فرکـانس پایـه feفرکانس رزنانس زیرهارمونیک

افزون خواهند شد و معموال به خاطر وجود مقاومت خط و ژانراتورها و بارهاي متـصل بـه

. آنها میرا می شوند

طبیعی دیگر داراي مدهاي. مد زیرهارمونیک یکی از مدهاي طبیعی سیستم قدرت است

فرکانس هاي رزنانس باالتر از فرکانس پایه هستند و چنانچه در فرکانس هارمونیک مرتبه

صحیح و یا نزدیک به آن رخ دهند می توانند در مواقعی که منابع جریان هاي هارمونیـک

. اتصال دارند ایجاد مزاحمت نمایند

مدهاي طبیعی ، سیستم را به درجات به طور کلی هر اغتشاشی به انضمام کلیدزنی تمامی

عموما تمامی جریان هاي گذراي ناشی از آن بـه طـور مثبـت و . متفاوت تحریک می کند

. درجات مختلف میرا می گردند

تحت شرایط معین ، مد زیرهارمونیک خازن هاي سري می تواند از ماشـین هـاي گـردان

ن حالت در صورتی کـه اقـدامات تـصحیح در بدتری . تاثیر ناپایداري بپذیرد acچند فازه

.انجام نگیرد منجر به ناپایداري می گردد

اثر این ناپایداري به صورت یک مقاومت منفی در مدار معـادل ماشـین هـاي سـنکرون و

. القایی خود را نشان می دهد

اگر از برجستگی قطبها صرف نظر شود ، مدار معادل تکفاز ماشین سنکرون به صورت زیر

: هد بود خوا


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٦


مدار معادل ساده شده ماشین سنکرون براي توضیح اثرات زیر هارمونیک: 3- 1شکل

یه از مدار حذف گردیده در حالی که فرکانس تولید شده در فرکانس پا emfدر این شکل

همچنین براي سـهولت کـار ، سـیم پیچـی . زیر هارمونیک را منحصرا در نظر گرفته ایم

. میدان حذف گردیده است

فرض براین است که جریان هاي زیر هارمونیک به طـور گـذرا بـه واسـطه اغتـشاش در

ا در سه فاز نامتعادل هستند ، امـا این جریان ها عمدت . سیستم خارجی تحریک شده اند

مولفه هاي تـوالی مثبـت بـا عبـور از چنانچه آنها را به مولفه هاي متقارن تجزیه کنیم ،

استاتور ماشین ، میدان مغناطیسی را ایجاد می کنند که در جهت چرخش روتور است اما

. د رادیان بر ثانیه می چرخfπ2با سرعت زاویه اي

1- positive sequence


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٧


یعنی روتور سریعتر . رادیان بر ثانیه دارد fπ2این در حالیستکه روتور ، سرعت زاویه اي

. از میدان زیر هارمونیک می چرخد

منفی هارمونیک داراي لغزشبنابراین روتور نسبت به میدان زیر e

e

fff

S−

. می شود =

ور ماشین سنکرون رفتاري شبیه موتور شبیه القایی از خود بروز می دهد کـه در اینجا روت

. انگار در سرعتی باالتر از سرعت سنکرون قرار دارد

مقاومت سیم پیچی میرایی ، یا تضعیف یا روتور در مورد ژنراتورهاي سنکرون سرعت باال،

و این کمیـت Ŕ2/Sابر است با انتقال یافته به استاتور ، مطابق مدار معادل موتور القایی بر

منفی است که وقتی به طور سري با مقاومت سیستم خارجی ومقاومت استاتور قـرار مـی

. گیرد ، موجب میرایی منفی یا عدم میرایی می شود

بنابراین ماشین قادر خواهد شد که در مد زیر هارمونیک ، انرژي مکـانیکی را بـه انـرژي

. الکتریکی تبدیل کند

. خیلی کوچک خواهد شد S نزدیک می شود و f به feزان جبران سازي زیاد باشد اگر می

. آن قدر بزرگ خواهد شد که بر مقاومت مثبت سیستم غلبه می کند Ŕ2/Sدر این حالت

در این حالت مد زیر هارمونیک ناپایداري بوده و در اثر کوچکترین اغتشاشی تـا سـطوح

. کند خطرناکی از ولتاژ و جریان رشد می

البته در عمل چنین حالتی به ندرت رخ می دهد که در صورت وقوع باید بالفاصله تصحیح

. صورت پذیرد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٨


ندشامل یک یا چند روشی باشد که براي جلوگیري از رزنانس این اقدامات تصحیح می توا

. زیر سنکرون اعمال می شود

مد زیر هارمونیک به ندرت ایجاد مزاحمت می کند مگر در جایی که رزنانس زیر سنکرون

. بتواند رخ دهد

. در اینجا الزم است رزنانس زیر سنکرون تعریف شود

بر روتور اعمال مـی ) f-fe( تاور متناوبی با فرکانس می دانیم که میدان زیر هارمونیک گش

اگر این تفاضل فرکانس بر یکی از رزنانس هاي پیچش طبیعی محور ماشین منطبـق . کند

گردد ، نوسانات پیچشی تحریک می گردند که به این شرایط رزنانس زیر سنکرون گفتـه

. می شود

ـ اي سـنکرون مـی توانـد سـبب گر چه مقاومت منفی موجود در مدار معادل ماشـین ه

ناپایداري شود اما ناپایداري مد زیر سنکرون به احتمال قـوي از جابجـایی فـاز در مـدار

. خارجی ژنراتوري که محور آن در نوسان است ، نتیجه می شود

با باندهاي جانبی هارمونیک fمنجر به ایجاد مدوالسیون فرکانسی از فرکانس پایه نوسان

ی گردد و باندهاي جانبی هارمونیک ممکن است به وسیله این جابجایی و زیر هارمونیک م

. هاي فاز ، ناپایدار گردند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٢٩


ه داراي توربین هاي بخـار بـزرگ چنـد مرحلـه اي آن دسته از ماشین هاي الکتریکی ک

هستند و به عنوان مثال داراي چهار یا پنج مد پیچشی در محدوده فرکانـسی صـفرا تـا

. فرکانس پایه می باشند کامال براي وقوع رزونانس زیر سنکرون مستعد هستند

و است که در آن کـل سـیلندرهاي تـوربین Swingکمترین فرکانس پیچشی ، فرکانس

. ژنراتور با یک اینرسی واحد حول سرعت سنکرون نوسان می کنند

رزنانس هاي پیچشی در فرکانس هاي باالتر در بر گیرنده پیچش محور در مدهاي متفاوت

. است و فرکانس هاي رزنانس می توانند تا چند هرتز توسعه یابند

. میرایی این مدها عموما بسیار کوچک است

س زیر سنکرون می توانند در کوتاه مدت خطرناك باشند ؛ بـه طوریکـه پی آمدهاي رزنان

. اگر به اندازه کافی قوي باشند منجر به بریدن محور می گردند

اما حتی اگر نوسانات نسبتا میراشده باشند اغتشاشاتی نظیر کلیدزنی ، رفع اتصال کوتـاه

ایـن اثـر تخریبـی کنـد ، . و غیره می توانند باعث بروز پدیده خستگی روي محور شوند

. نامیده می شود Low – Cycle fatigue پایین یا –خستگی سیکل

: اقدامات زیر را می توان براي تصحیح رزنانس زیر سنکرون به کاربرد

کردن خازن هاي سري بـه کمـک رلـه هـاي bypassخارج کردن بخش هایی از خط ) 1

. ارمونیک حساس هستند حفاظتی که به سطوح کوچک از جریان هاي زیر ه


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٠


نصب کردن مدارهاي فلیتر زیر هارمونیک مخصوص که می توانند به شکل فیلترهـاي ) 2

ال یا مدارهاي میرا کننده مـوازي بـا خـازن هـاي سـري مسدود کننده سري با خط انتق

. استفاده شوند

به کار گرفتن جبران کننده هاي استاتیک و مدوله کردن ولتاژ مرجـع بـه طوریکـه و ) 3

. فرکانس زیر هارمونیک ، میرایی مثبت پدید آورد

ازن هاي در موارد شدیدتر ، ترکیبی از روشهاي چهارگانه فوق در سیستمی که مجهز به خ

سري در نقاط متعددي از سیستم بوده است ، به نحو موفقیت آمیزي به کار گرفتـه شـده

. است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣١

فصل دوم انواع جبرانسازها

ل قدرت ، نبود برنامه ریزي دراز مدت در گذشته و نیاز بـه تقاضاي روبه افزایش براي انتقا

دسترسی آزاد مراکز تولید انرژي ، کمپانی ها و مشتریان مربوطه را به سمت مسیري سوق

موجود را با هدف افزایش بهره بـري و acداد که بتوانند با استفاده از آن ، خطوط انتقال

انعطـاف پـذیري در ac در نهایت ، خطـوط حصول اطمینان از کیفیت باال اصالح نموده ،

. اختیار داشته باشد

یک تکنولوژي پیشرفته براي تسکین بخش عمده اي از مشکالت موجود FACTSادوات

. است ؛ هر چند نمی تواند همه آنها را مرتفع سازد

ac این فرصت را فراهم می آورد تا درصد کارایی و ظرفیت خطـوط FACTSتکنولوژي

همین طور کنترل توان آنها تا حد خطوط جدید و به روز شـده ، ترقـی داشـته وقدیمی

. باشند

امکان کنترل جریان و در نتیجه توان عبوري از یک خط ، افزایش بـالقوه اي در ظرفیـت

. خطوط موجود فراهم می آورد

در کنترل پارامترهـاي مـرتبط بهمـی FACTSاین فرصتها ناشی از توانایی کنترلرهاي

. است که بر عملکرد سیستم هاي انتقال حاکم هستند

: این پارامترها عبارتند از

امپدانس سري ) 1

امپدانس موازي ) 2

جریان ) 3

1- Flexible Ac Transmission System


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٢

انواع جبرانسازهافصل دوم

ولتاژ) 4

زاویه فاز ) 5

میزان میرایی نوسانات ) 6

که عمل جبران سازي را در خط انتقال انجـام موجود FACTSدر این بخش انواع ادوات

. نامبرده و توضیح اجمالی راجع به هر یک از آنها ارائه می کنیم . می دهند

سازي سري متمرکز نموده ، بحث اصلی خود سپس بحث خود را به طور خاص روي جبران

. را پی می گیریم

: جبران گرهاي موازي ساکن -2-1

جبرانگرهاي موازي براي ترغیب مشخصه هاي الکتریکی طبیعی خط انتقال بـه افـزایش

همچنین می توانند پروفایل ولتاژ . توان قابل انتقال در حالت ماندگار به کار برده می شوند

. سر طول خط کنترل کنند را در سرتا

: جبرانگرهاي موازي شناخته عبارتند از

SVC ) Static VAR Compensator (

STATCOM ) Static synchronous Compensator (

1- Compensator 2- Static shunt Compensator 3- Steady – State


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٣


2-1-1- SVC ) static var compensator : (

IEEE تعریف زیر را براي SVC ارائه کرده است :

) توان راکتیـو ( VARیک المان با اتصال موازي شامل یک تولید کننده یا مصرف کننده

دلی میان جریان خازنی و جریان سلفی برقرار می کند ، به نحـوي کـه که خروجی آن تعا

. پارامترهاي ویژه سیستم قدرت را در مقادیر مطلوب نگهداري یا کنترل کند

SVC عنوان یک مجموعه اي است که می تواند شامل ادوات چندگانه زیر باشد :

TCR , TSR , TSC تـایر سـتوري اسـت ، در شـکل زیـر کلیـدهاي یک کلید دو طرفه SVCقسمت اصلی

. نشان داده شده است SVCتایریستوري مربوط به

SVCکلیدهاي تایریستوري مربوط به : 1- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٤


. کلیدهاي تایرستوري یا جریان یک سلف را کنترل میکند این

))TCR ( Thyritor Control Reactor ( و یا عمل اتصال خازن را انجام میدهند ،

))TSC ( Thyristor Switched Capacitors . ( یکSVC شامل هر دو این المانها

. باشد بوده و عالوه بر آنها میتواند قسمتهاي زیر را نیز دارا

، ) TSR ( Thyristor Switched Reactors(( اتصال تایریستوري سلف هـا •

. در این حالت هیچ هارمونیکی تولید نمیشود ، اما سلف قطع و یا وصل است

اتصال مکانیکی خازن ها •

)) MSC ( Mechanically Switched Capacitors(

) FC ( Fixer Capacitors(( فیلتر هارمونیک و یا خازن ثابت •

است ، اما سیستم کنترل را میتوان بترتیبی VARs تامین SVCمادامیکه کار اصلی یک

در ایـن . طراحی کرد تا بعضی از مشکالت دیگر مرتبط با کیفیت قدرت نیـز حـل شـوند

. شده اند قادر به انجام آنها است درج SVCجدول کارهائی که


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٥


1 کنترل ولتاژ • کنترل توان راکتیو • محدود کردن ولتاژ اضافی در موقع قطع بار •

باال بردن پایداري سیستم قدرت • 2 دمپ نوسانات قدرت •

ترل جریان قدرت راکتیوکن • 3 باال بردن ظرفیت سیستم انتقال • جلوگیري از ناپایداري ولتاژ • کاهش بار بوسیله کاهش ولتاژ • دمپ نوسانات کمتر از سنکرون •

. و دیاگرام تک خطی آن را نمایش میدهد SVC نماي یک سیستم 2- 2شکل

و دیاگرام تک خطی آنSVC : 2- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٦


) : STATCOM ( Static Compensator( ( جبران ساز استاتیک -2-1-2

و کار مشابهی را نیز انجام میدهد ، SVC مشابه با STATCOMهر چند نام این وسیله

از یـک STATCOMجبران ساز اسـتاتیک . ژي عملکرد کامال متفاوت است اما تکنولو

استفاده میکند ، جریانهـاي VARاینورتر متصل شده بصورت موازي براي جبران سازي

.خازنی و اندوکتیو این وسیله را میتوان در رنج وسیعی کنترل نمود

مشخصه هاي ولتاژ و جریان : 3- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٧


و یـک STATCOM مشخصه هاي ولتاژ و جریان یک جبران ساز استاتیک 3-2شکل

SVC ساز اسـتاتیک و توانـائی آن در مقایسه آنها توانائی بهتر جبران . را نشان میدهد

. کار بصورت فیلتر فعال را بوضوح آشکار میسازد قابلیت

2-1-3- TCR ) Thyristor controlled reactor: (

و TCRنظر به اینکه در بخش هاي آینده می خواهیم بحث همـزادي یـا دوگـان بـودن

GCSC را مطرح می کنیم الزم است کمی راجع به ساختمان یک TCR بحث کنیم .

TCR طبق تعریف IEEE ف کنترل شونده توسط تریستور اسـت کـه راکتـانس یک سل

موثر آن از طریق کنترل زاویه آتش تریستور آن در یک محدوده پیوسـته امکـان پـذیر

. است

. نمایش داده شده است 4-2 ابتدایی تک فاز در شکل TCRیک

شکل

2 -4 ) :

Thyristor controlled reactor ( TCR

1- Firing angle


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٨


جریان سلف را می توان به وسیله شیوه اي از کنترل زاویـه تـاخیر آتـش تریـستورها از

. مقدار ماکزیمم تا صفر تغییر داد و کنترل کرد

معکوس به هم بسته شده اند و هر کدام – صورت موازي یک جفت تریستور به TCRدر

. در نیم سیکل از فرکانس تغذیه عمل هدایت را بر عهده می گیرند

اگر تریستورها دقیقا در پیک ولتاژ تغذیه ، آتش شوند آنگاه تریـستورها بـه طـور کامـل

ها اتـصال تریـستور کنترلـر هدایت کرده و جریان عبوري از راکتور مشابه وقتی است که

. کوتاه باشد

این جریان به واسـطه . درجه عقب تر است 90جریان اساسا راکتیو بوده و از ولتاژ تقریبا

درصد توان راکتیـو باشـد ، داراي مولفـه کوچـک 2 تا 0.5تلفات راکتور که ممکن است

. همفاز با ولتاژ می باشد

یجاد گردد ، جریان متفاوت خواهد اگر در آتش کردن تریستورها به مقدار مساوي تاخیر ا

. شد ؛ آنچنانکه در شکل قبل مالحظه می کنید

اگربخـواهیم همـواره کـسري از . درجه هدایت کامل صورت می گیرد 90در زاویه آتش

. درجه تغییر دهیم 180 تا 90ن در دسترس باشد باید زاویه آتش را در محدوده جریا

ه هارمونیک جریان است و این امر معـادل اسـت بـا اثر افزایش زاویه آتش ، کاهش مولف

. افزایش اندوکتانس راکتور که در نتیجه جریان و توان راکتیو آن کاهش می یابد

1- Anti - parallel 2- Trigger


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٣٩


تا جایی که به مولفه بنیادي جریان مربوط می شود مالحظه می کنید کـه راکتـور کنتـرل

شده با تریستور یک سوسپتانس قابل کنترل است و بنابراین می تواند به عنـوان جبـران

. کننده استاتیک به کار رود

: از رابطه زیر بدست می آید Iجریان لحظه اي

σαωα +⟨⟨ t ( )tCosCosiLXU ωα −

=

3210

2

παωσα +⟨⟨+ t

و ωt=2Лf راکتانس راکتور در فرکانس پایه بر حسب اهم، XL و rms ولتاژ Uکه در آن

α زاویه تاخیر آتش تریستورها می باشند .

σابطه زیر با زاویه هدایت است و به وسیله رα مرتبط می شود :

2= л/σ+ α

. مبداء زمان طوري انتخاب شده است که بر نقطه عبور از صفر مثبت ولتاژ منطبق باشد

: مولفه بنیادي جریان راکتور با استفاده از تحلیل فوریه ، طبق رابطه زیر به دست می آید

UX

Ilπ

σσ sin1

−=

)که در آن ) UX

Bl

L πσσ

σsin−

سوسپتانس قابل تنظیم فرکانس پایه است و با زاویه =

. هدایت کنترل می شود

برابر BL می نامند و طبق آن ماکزیمم مقدار TCRاین قاعده را قاعده کنترل مقدماتی

. ه دست می آید ، یعنی در هدایت کامل تریستورها بσ=180 که در آن l / XLاست با

1- Fundamental Component

2- Positive Zero Crossing


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٠


چنـین کنترلـی را . به دست مـی آیـد α=180 یا O=σ صفر است و با BLحداقل مقدار

. کنترل فاز نیز می گویند

ما را از اصل بحث دور خواهد کرد لذا به TCRبه نظر می رسد توضیحات بیشتر در مورد

زاویـاي GCSC و TCRهمین مقدار بسنده می کنیم و در صورت نیاز به هنگام مقایسه

. دیگر را مورد نظر قرار خواهیم داد

TSC کنترل شونده با تریستور است که راکتانس موثر آن به صورت گام به گام یک خازن

. از مقدار نهایی تا صفر از طریق تنظیم تریستورها تغییر می کند

. را نمایش می دهد TSC ساختمان و شکل موج جریان و ولتاژ ناشی از 5-2شکل

Thyristor-switched capacitor: 5- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤١


: جبران گرهاي سري ساکن -2-2

پیش از این نیز گفتیم که جبرانسازي سري متغیر ، نقش بسیار موثري در کنتـرل پخـش

. ي یک سیستم بازي می کند در یک خط انتقال و همچنین بهبود پایدارتوان

جبران سازي سري می تواند از طریق کاهش امپدانس موثر سري مربوط به کل خط انتقال

به نحو مطلوب اثر ) P=U2/X sin δ( ، از پایانه فرستنده تا پایانه گیرنده ، بر پخش توان

. کند

ي سیـستم را این قابلیت کنترل پخش توان می تواند به طور مـوثر حـد پایـداري گـذرا

. افزایش دهد و میرایی نوسانات قدرت را تامین کند

2-2-1- TSSC )Thyristor-Switched Series Capacitor: (

– یک خازن است که به طور موازي به یک جفـت تریـستور مـوازي TSSCالمان اصلی

. معکوس متصل شده است

. فراهم می کنند TSSC کردن خازن Bypassاین تریستورها مسیري را براي

. و شکل موجهاي مربوط به آن را نمایش می دهد TSSC یک 6-2شکل

1- Static Series Compensator


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٢


TSSCمان اصلی یک ال: 6- 2شکل

خازن به صورت سري وارد خط انتقال می شود اگر تریستورها تواما خـاموش باشـند و در

به عنوان مثال یک تریستور در زمان عبور از صـفر . خواهد شد bypassغیر این صورت

. جریان خاموش شده است

. ط شود در این حالت خازن تنها در زمان عبور از صفر جریان می تواند وارد خ

به عبارت دیگر تریستورها باید در زمان عبور از صفر ولتاژ خـازن روشـن شـوند و آن را

bypass کنند تا جریان هجومی اولیه در دهانه تریستور به کمترین حد خود برسد .

بنابراین اگر خازن مورد نظر داخل خط قرار بگیرد در نیم سیکل اول توسط جریان خط از

کزیمم شارژ می شود و در نیم سیکل بعدي بالفاصله از مقدار ماکزیمم تـا صفر تا مقدار ما

این مثال . شودbypassبتواند دوباره در عبور از صفر ولتاژ ، صفر دشارژ می شود تا اینکه

. در شکل قبل کامال نمایان است

درجهجبران سازي . را از سري کردن چندین واحد مشابه می سازند TSSCدر عمل یک

در یک روش گام به گـام از طریـق افـزایش یـا کـاهش TSSCري انجام شده توسط س

. شمارگان خازن هاي سري در خط کنترل می شود


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٣


ی تواند نقش یک خازن گسسته را در جبران سازي سري ایفا تنها م TSSCبنابراین یک

. کند و کنترل پیوسته اي روي آن وجود ندارد

Thyristor Switched series capacitor: 7- 2شکل

را می توان به عنوان یک راکتانس قابل کنتـرل در خـط انتقـال TSSCبه عبارتی دیگر

. شده است نشان داده 8-2تلقی کرد آنچنانکه در شکل

در خط انتقال توانTCSCیک : 8- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٤


K که در خط وارد شده است به راکتانس خط را با عالمـت TSSCنسبت راکتانس خازن

. یم نمایش می ده

XX

K TCSC−=

. که معیاري براي درجه جبرانسازي در خط است

توان اکتیو انتقال یافته از فرمول عمومی مربوط به توان اکتیو منتقل شده از یک خط بـه

: صورت زیر به دست می آید

( ) δδ SinKX

UUXXUU

PTCSC −

=+

=1.

sin 2121

. انتقال تعیین کننده است در میزان توان قابل Kاینگونه به نظر می آید که مقدار

از رابطه زیر به دست Kمیزان تغییرات توان اکتیو منتقل شده ، نسبت به تغییرات پارامتر

: می آید

( ) ( )KPSin

KXUU

KP

−=

−=

∂∂

11. 221 δ

ثابت فرض شود آنگاه Kاگر مقدار kp

∂شیب این منحنی میزان . خواهد بود Pمتناسب با ∂

. عیین می کند جبران سازي را ت

9- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٥


نمی تواند فرض درستی تلقی شود اصوال Kفرض ثابت بودن KP

∂ میزان تغییـرات تـوان ∂

. تغییر می کند Kده است ، زمانیکه اکتیو منتقل ش

تغییـرات بـسیار Kبنابراین روابطی که در باال به دست آمد تنها زمانی صادق اسـت کـه

. کوچکی داشته باشد

، میزان توان اکتیو منتقل شده از خط انتقال باشـد ؛ زمانیکـه خـازن Poاگر فرض کنیم

TSSC کامال byPass شده است می توان نوشت :

XTSSC=O

: در نتیجه

K=O و

δsin210 X

UUP =

: بنابراین

0

.1 P

PPK

PKP

=−

=∂∂

مالحظه می شود kp

∂ . متناسب است Pبا مجذور توان ∂


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٦


2-2-2- TCSC ) Thyristor – Contorolled Series Capacitor : (

این وسیله یک جبرانساز راکتـانس خـازنی اسـت کـه TCSC از IEEEبر طبق تعریف

در ارتباط اسـت ؛ TCRشامل یک بانک خازن سري می باشد که به صورت موازي با یک

. انس سري خازنی را فراهم آورد به این منظور که تغییرات آرام راکت

: نمایش داده شده است 10-2 در شکل TCSCشماتیک یک

TCSCشماتیک مداري : 10- 2شکل : است که برابر است با λ را توصیف می کند ، پارامتر TCSCیک پارمتر که مدار اصلی

L

C

XX−

=λ

که در آن

CXC ω

1−=

و

LXL ω=


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٧


اصطالحا TCSCمدهاي عملیاتی . قرار دارد 4 و 2 در محدوده بین اعداد λمقدار معقول

. مشخص می شوند Boost factorبا مقدار

Boost factor را با KB نمایش می دهیم و :

C

TCSCB X

XK =

. است TCSC می باشد و راکتانس ظاهري مجموعه I نسبت فازور جریان XTCSCکه

1 (Blocking mode :

دم در این مد کاري ، دریچه هاي تریستور تریگر نشده اند و تریستورها در ناحیه ع

. هدایت قرار دارند و جریان خط ، فقط از میان بانک خازنی عبور می کند

: بدیهی است که در این حالت

XTCSC = XC . برابر یک می باشد Boost factorبنابراین

درست شبیه به یک خازن سري ثابت به یک خازن سري ثابت TCSCدر این مد کاري ،

. عمل می کند

2 (ByPass mode:

در این مد کاري تریستور به طور مداوم و پیوسته تریگر شده است و در نتیجه در همه

. زمانها هدایت بر عهده تریستور است

: خازنی عمل می کند به طوریکه – شبیه به یک اتصال موازي سلفی TSCSدر این حالت


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٨


21 λ−−

==+

C

CL

CLTCSC

XXXXX

X

اساسا بزرگتر از واحـد λزمانیکه . منفی است Boost factorدر این مد ولتاژ ، القایی و

. می باشد Blocking mode در UC بسیار کمتر از دامنه UCاست ، دامنه

براي کاستن فشار روي خازن در خالل بروز خطاها به کـار مـی bypass modeبنابراین

. رود

3 (Capacitive Boost mpde :

اگر یک پالس تریگر به تریستوري وارد شود که درست قبل از عبور از صفر ولتاژ خـازن ،

. ولتاژ دو سر آن مثبت است

این جریان . آید آنگاه جریان دشارژ شدن خازن ، در شاخه سلفی موازي به گردش در می

دشارژ با جریان خط جمع می شود و از بانک خازنی عبور می کنـد کـه ایـن امـر سـبب

. افزایش ولتاژ خازن می شود

بدینسان پیک ولتاژ دو سر خازن نسبت به جریانی که از شاخه تریستور عبـور مـی کنـد

. افزایش خواهد یافت


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٤٩


Capacitive Boost mode هاي مختلف در Boost factorشکل موجهایی در : 11- 2شکل

. زاویه هدایت نام دارد βکه در آن

: می شود از رابطه ریاضی زیر محاسبه Boost factorدر این مد کاري مقدار

( )

−−−

−−+=

ββ

ββλβλλ

βλ

λπ

2tantan1

21

21 2

2

2

2 SinCosK B

در رابطه فوق ، داراي مجانبی در نقطه βλtanبه این خاطر که عبارت λ

πβ

2 می باشد، ∞=

TCSC زمانی در Capacitive Boost modeکار می کند که ∞β<β < 0شکل . باشد

: را به تصویر کشیده است β و KBزیر رابطه میان

بر حسب زاویه هدایتBoost factor : 11- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٠


4 (Inductive boost mode:

به Capacitive Boost mode افزایش یابد ،آنگاه β∞از اگر زاویه هدایت به حدي فراتر

Inductive boost mode مبدل خواهد شد ؛ آنچنانکه در شکل قبل پیداست .

. در این مد کاري ، این احتمال وجود دارد که جریانهاي زیادي از تریستور عبور کند

: دایت مختلف در شکل زیر رسم شده اند منحنی هاي ولتاژ و جریان براي سه زاویه ه

Inductive boost mode هاي مختلف در Boost factorشکل موجهایی در : 13- 2شکل

به مقدار زیاد ، از شکل سینوسی خود t ( UC(مالحظه می شود که شکل موج ولتاژ خازن

. خارج شده است

دریچه هاي تریستور تحمل به خاطر همین شکل موج و همچنین فشاري که در این حالت

. می کنند ، این مد کاري کمترین جذابیت را براي کار در حالت ماندگار دارد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥١


2-2-3- GCSC ) کنترل شونده با خازن هاي سري انتقالGTO : (

که به صورت مـوازي GTO مقدماتی از یک خازن با مقدار ثابت و یک جفت GCSCیک

معکوس به هم متصل شده اند و امکان روشن و خاموش شدن تحت فرمـان را دارنـد ، –

. تشکیل شده است که ساختمان آن در شکل زیر نمایش داده شده است

GCSC : 14- 2شکل

را کنتـرل مـی کنـد ؛ ) UC( دو سر خـازن ac تدبیري است که ولتاژ GCSCمنظور از

. از خط کشیده می شود Iزمانیکه جریان

در UC بـاز اسـت GTO برابر صـفر اسـت و هنگامیکـه UC بسته است GTOزمانیکه

. بیشترین مقدار خود قرار دارد

ـ GTOبراي کنترل ولتاژ خازن ، باز و بسته شدن دریچه یم سـیکل ، در حالـت در هر ن

. انجام می شود acسنکرون با فرکانس سیستم

طوري تنظیم شده است که به طور اتوماتیک ، به هنگام عبور از صفر ولتـاژ GTOدریچه

. خازن بسته شود


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٢


به وسیله یک زاویه تاخیر نسبت به پیک جریان خـط کنتـرل مـی GTOخاموش شدن

. شود

بنابراین تنظیم ولتاژ خازن فقط یک بار در هر نیم سیکل می تواند رخ دهد که این امر در

. شکل قبل نشان داده شده است

. متغیر قابل کنترل دارد اثري شبیه به یک خازن با راکتانسGCSCدر این حالت

، GCSC و شـکل مـوج ولتـاژ TCRاز مقایسه شکل موج جریان گذرنده از اندوکتانس

. دوگان بودن این دو مجسم می شود

2-2-4- SSSC ) Static Cynchronous Series capacitor : (

: را اینگونه تعریف می کند SSSC و IEEEاستاندارد

بدون یک منبع الکتریکی خارجی ، به عنـوان یـک جبـران یک مولد سنکرون استاتیک

کننده سري کننده کار می کند که به طور مستقل جریان خط را با هدف کاهش یا افزایش

. همه ولتاژ راکتیو رها شده در خط کنترل می کند

اصـول کـار . بنابراین می تواند روي توان الکتریکی انتقال یافته ، کنترل بـه عمـل آورد

SSSC در شکل زیر براي یک سیستم داراي دو مولد ، نشان داده شده است :


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٣


استفاده از منبع ولتاژ سنکرون براي جبران سازي: 15- 2شکل

ام فازوري نشان می دهد که منبع ولتاژ ، مقـدار ولتـاژ دو سـر انـدوکتانس خـط را دیاگر

بنابراین طبعا سبب افزایش پخش توان خواهد شد که این اثر درست . افزایش داده است

. شبیه افزودن یک خازن سري به خط انتقال است

ود آنگاه اثر خازن نوشته ش Iبه عنوان تابعی از جریان خط Uqاگر ولتاژ سنکرون خروجی

: سري گفته شده ، پدیدار می گردد

Uq = - j XCI . راکتانس خازن است XCکه در آن

اما استفاده از منبع ولتاژ سنکرون این امکان را فراهم می کند که مقـدار ثـابتی جبـران

سازي ولتاژ در حضور جریان متغیر خط انجام شود ؛ چرا که ولتاژ مـی توانـد مـستقل از

همچنین منبع ولتاژ دو سر انـدوکتانس خـط را زمانیکـه امپـدانس . ان کنترل شود جری

. راکتیو خط افزایش یافته است ، کاهش دهد

می تواند همان طور که پخش توان را افزایش می دهد ، به سـادگی و بـا SSSCبنابراین

. ، پخش توان را کاهش دهد acتعویض پالریته ولتاژ تزریقی


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٤


ولتاژ جبران ساز را به صورت سري به خط تزریق می کنـد ؛ صـرف SSSCخالصه اینکه

: نظر از جریانی که از خط عبور می کند داریم

JXUUU

I q 21 −−=

( ) ( )

−−

−−=21

2121 .1

UUUU

UUUJX q

( )

−−

−=

21

21 1UU

UX

UUJ q

. است U2 و U1بیانگر تفاضل فازورهاي ولتاژ U1 – U2عبارت

( )21

21

UUUU

− . را تعیین می کند ) U1 – U2( بردار یکه اي است که جهت −

: به عنوان مرجع در نظر گرفته شود می توان نوشت U2اگر

+−=

δ

δ

CosUU

UXSinUU

P q

22

21

21 1

. خواهد بود Uq تابعی از ولتاژ تزریق شده Pبنابراین توان انتقالی

ثابت نمایش Uq با فرض δ را به عنوان تابعی از زاویه انتقال توان Pشکل زیر توان انتقالی

: داده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٥


δ به عنوان تابعی از زاویه انتقال توان SSSC توسط Pتوان انتقال یافته : 16- 2شکل

: اگر اندازه ولتاژهاي ابتدا و انتهاي خط یکسان باشد ؛ داریم

U1 = U2 = U : بنابراین

( )2/sin2

δδ CosUXU

XUP q−=

: داریم Uqسبت به تغییرات با مشتق گرفتن از رابطه فوق ن

( )2/0 δCosXU

UPP

Up

qq

−=−

=∂∂

:که در آن

( ) ( )δδ SinPX

UP .sin max0

2

0 ==


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٦


: اتی زیر با استفاده از تبدیل مثلث

( ) ( ) ( )2sin11

212/

2 δδδ

−+=

+=

CosCos

و جایگذاري آن در رابطه qU

p∂ : خواهیم داشت ∂

2

11

.

2

max0

0max

0

−+

−=∂∂ P

P

UP

Up

q

شکل زیر qU

p∂ : نمایش می دهد PO به عنوان تابعی از SSSC را براي ∂

: 17- 2شکل qU

p∂ PO به عنوان تابعی از SSSCبراي ∂


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٧


: جبران سازهاي ترکیبی -2-3

و بـراي مقاصـد این نوع جبران سازها ، ترکیبی از جبران سازهاي سري و موازي هستند

. خاص به کار می روند

کنترلرهاي یکپارچه عبور قدرت

))UPFCs ( Unified Power flow Controllers (

مشابه جبران ساز استاتیک ضـریب قـدرت )UPFCs( کنترلرهاي یکپارچه عبور قدرت

. هستند ، اما جبران سازي را بهر دو صورت سري و موازي انجام میدهند

راه حل کنترل جریان قدرت با استفاده از سیستم : 18- 2شکل

UPFC ) VSI(( منبـع ولتـاژ از دو اینـورتر ) UPFCs( کنترلرهـاي یکپارچـه عبـور قـدرت

Voltage Sourse Inverters ( تشکیل شده اند که خروجی یکی از آنها از طریق یـک

وجی اینورتر دوم ترانسفورماتور بطور موازي به شبکه متصل شده و ثانویه ترانس خر


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٨


ترانسفورماتور موازي تبادل توان اکتیو با شـبکه . بصورت سري با خط انتقال قرار میگیرد

نتیجتا ترکیـب دو کـانورتر . ز این طریق تامین میشود دارد ، و توان اکتیو اینورتر سري ا

مستقیما مبادله شـده و در عـین حـال DCباعث میشود که قدرت اکتیو از طریق لینک

بنابراین عبـور قـدرت راکتیـو از . به سیستم متناوب تغذیه شود VARبطور کامال مجزا

مناسـب بـا سیـستم انجام نشده و هر اینورتر میتواند در ضریب قـدرت UPFCطریق

. متناوب کار کنند

نشان داده شده است ، با توجه به این شکل و بـا UPFCدر شکل زیر حدود کار سیستم

میتوان به سه روش کنترل عبور قدرت و یا ترکیبی از آنهـا را Vpqانتخاب مناسب بردار

. کنترل نمود

)a ( – ) UPFCs ( غییرات کوچک انجام دهد کـه در میتواند کنترل ولتاژ ترمینال را با ت

. است VS همفاز و یا در تقابل فاز با Vpqاین حالت

)b ( - ) UPFCs ( میتواند جبران سري انجام دهد که در این حالت ولتاژ تزریقیVC بر

I عمود است .

)c ( – کنترل شیفت فاز و یا زاویه انتقال )UPFCs ( بترتیبی است کهV تغییر فاز داده

. ما دامنه آن تغییر نمیکند ا

)d ( – در حالت کنترل چند منظوره کنترل هاي فوق بصورت همزمان انجام میشود .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٥٩


) d( و ، ) c( جبران امپدانس خط ، ) b( تنظیم ولتاژ ، ) UPFC ، )aم حدود کار سیست: 19- 2شکل

کنترل همزمان ولتاژ ، امپدانس و زاویه فاز

و سویچهاي مربوط به آنUPFCشماتیک سیستم : 20- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٠


Interline Power Flow یــا IPFCنــوع دیگــري از جبــران ســازهاي ترکیبــی ،

Controller است که ترکیبی از STATCOM و SSSC می باشد :

Interline Power Flow Controller: 21- 2شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦١

و ساختار آن GCSC فصل سوم

3-1- GTO چیست ؟

Gate Turn Off Thyristor یک وسیله کلیدزنی قدرت است که می تواند بـا پـالس

جریانی کوچکی که به گیت آن وارد می شود ، روشن شود و خاموش شـدن آن از طریـق

. جریان گیت معکوس صورت گیرد

از . بستگی دارد آند به جریانGTOن جریان گیت معکوس ، براي خاموش کردن دامنه ای

از آنجـا کـه . براي خاموش شدن نیازي به یک مدار فرمان خارجی نـدارد GTOاین رو

است زمان کمی GTO مشروط بر جهت گیري حاملهاي فرعی گیت GTOخاموش شدن

را براي کار در مـدارهاي GTO خاموش شود و همین امر قابلیت GTOطول می کشد تا

. فرکانس باال نسبت به تریستور افزایش می دهد

: و مشخصه خاموشی آن در شکل زیر آمده است GTOسمبل مداري

GTOسمبل مداري و مشخصه خاموشی : 1- 3شکل

. ها را می توان با استفاده از فیوزهاي نیمه هادي انجام داد GTOحفاظت از

1- High Frequency


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٢

و ساختار آن GCSCفصل سوم

:GCSC قاعده کلی به کارگیري -3-2

GCSC وسیله بسیار ساده اي است و شـاید بـه لحـاظ سـاختاري داراي سـاده تـرین

. باشد FACTSپیکربندي در میان ادوات

تشکیل شده اسـت GTO از یک خازن به همراه دو عدد GCSCبه طور کلی ساختمان

. معکوس به یکدیگر متصلند –که به صورت موازي

ماهیتا چیزي جزء یک خازن سري نیست بنابراین باید به سان سـایر GCSCاز آنجا که

. خازن هاي سري ، در میانه خط انتقال جایگذاري شود

. را نمایش می دهد GCSCشبیه سازي شده شکل زیر نمونه

GCSCخط انتقال جبرانسازي شده با : 2- 3شکل

و GTO-p( منفی می گویند GTO را G2 مثبت و GTO را در شکل فوق G1اصطالحا

GTO-n . (


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٣


ها خاموش شوند خازن درون مدار قرار خواهـد گرفـت و GTOثابت خواهد شد که اگر

GTOاما هنگامیکه . عمل جبران سازي را انجام داده و اندوکتانس خط را جبران می کند

. می شود و تاثیرات جبرانسازي از بین می رود bypassها روشن باشند خازن

GTOر اینجا براي ما تعیین کننده است زاویه انسداد یا همان زاویه خاموشی عاملی که د

زیرا میزان جبرانسازي سري انجـام شـده بـه وسـیله . آن را می شناسیم γهاست که با

GCSC را می توان با استفاده از تغییرγ شکل زیر نشان می دهد که چگونه . ، تغییر داد

. عمل می کند GCSCیک

GCSCمشخصه عملکرد : 3- 3شکل

1- Blocking angle

2- Turn Off angle


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٤


هـا – GTO ، جریان خط در شبکه انتقال قدرت است که از خازن سـري یـا از I جریان

. عبور می کند –ه اینکه کدام یک در مدار باشند بسته ب

. در نظر گرفته مـی شـود p.u 1 یک جریان متناوب سینوسی است و مقدار آن Iجریان

ها دارند این است که روشن و خاموش شدن آنهـا همـواره در GTOخاصیت ویژه اي که

یدزنی به میزان قابل ولتاژ صفر صورت می گیرد و این امر باعث می شود که عمال تلفات کل

. توجهی کاهش می یابد

GTO اي که پالس آتش را دریافت نموده است همچنان در بایاس معکوس باقی می مانـد

تا اینکه ولتاژ خازن از صفر عبور کند که در این حالت بالفاصـله جریـان خـط را برقـرار

در زاویـه هر کدام یک بـار در هـر سـیکل و GTO-p , GTO-nچنانچه . خواهد کرد

از عبور از صفر جریان کامال سینوسی خط خاموش شـوند آنگـاه خـازن ناشی γخاموشی

. با پالریته متناوب شارژ و دشارژ می شود GCSCموجود در

گونه کـه همان. ظاهر می گردد VCاز این رو بر روي المان سري شده با خط انتقال ، ولتاژ

در بـاره اي از . ها روشن باشد GTOکی از صفر است هرگاه ی VCدر شکل نیز پیداست

VCبراي ولتـاژ . مقداري مخالف صفر دارد VC تواما خاموش هستند ، GTOزمان که دو

رادیـان پـیش فـاز лیک مولفه بنیادي قابل کنترل وجود دارد که نسبت به جریان خـط

. است

در C1جریـان گیـت در این حالت اگر چه . می گیریم G1 را از متمم G2سیگنال کنترل

به صـفر بـر مـی ) VC( مثبت فقط وقتی که ولتاژ خازن GTO استمرار دارد ، اما 1800

گردد و در صدد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٥


بت بگذرد روشن می شـود و شـروع بـه هـدایت است که از سطح صفر ولتاژ با شیب مث

. جریان خط می کند

الکتریکی بعدي 1800 است درست در G1 که متمم سیگنال کنترلی G2سیگنال کنترلی

این جریان گیت برقرار است تا اینکه ولتاژ خازن با شـیب منفـی از صـفر . وارد می شود

. ه می گیرد بر عهدG2اینجاست که هدایت جریان خط را . عبور کند

می تواند دائما در مدار باقی بمانـد ، Cآنطور که نمودار نشان می دهد پیداست که خازن

GTOدر این حالت است که در تمام طول سیکل . باشد 900 برابر با γاگر زاویه خاموشی

. دائما در مدار است Cها خاموش می مانند و خازن

درجـه تنظـیم شـود بـدین 90 برابر GTOهر دو γبه عبارت دیگر اگر زاویه خاموشی

در فرکانس نامی صورت XCمعناست که حداکثر جبرانسازي سري توسط راکتانس خازنی

. راکتانس کامل سري در فرکانس در فرکانس نامی است XC. گرفته است

با همین استدالل از روي تحلیل شکل موج ها می توان به این واقعیت پـی بـرد کـه اگـر

γ‗1800 تنظیم شود آنگاه در سیکل ، همواره هدایت توسط یکی از GTO ها انجام مـی

در این حالت اسـت کـه هیچگونـه . خواهد ماند byPassشود و خازن همواره در حالت

. جبرانسازي سري انجام نمی شود

در فرکانس نامی را به عنوان تـابعی از در یک بان تحلیلی می توان راکتانس معادل سري

. نمایش می دهیم γ ( X1( تعریف کرد که آن را با γیه خاموشی زاو


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٦


( ) ( )γπγπ

γ 2sin221 −−= CXX

ولتـاژ در خـازن سـري در dc به این نکته توجه کنید که به منظور اجتناب از بروز مولفه

180 درجـه و کـوچکتر از 90 باید بزرگتـر از γحین عملکردهاي عادي ، زاویه خاموشی

بر خالف سایر جبران کننده هاي استاتیک که در آنها کنترل خازن ها تابعی . درجه باشد

بـه GCSCاز محدودیتهاي کلیدهاي قدرت به کار رفته شده در آنهاست ، کنتـرل روي

در کلیـدزنی GTOت مداوم و پیوسته صورت می گیرد و این امر ناشـی از قابلیـت صور

. پیوسته و قابل کنترل بودن آن است

از طریق تغییر زاویه 180pγp90 در رنج GCSCتغییرات مداوم ظرفیت خازنی معادل

. صورت می گیرد γخاموشی

. را در خازن به طور مداوم کنترل می کنـد VC دامنه ولتاژ بنیادي γیه خاموشی تغییر زاو

به عبارت دیگر با این کار تغییرات مداوم امپدانس معادل خطوط انتقـال قـدرت کنتـرل

. شده، قابل دسترسی می باشد

نمـایش داده γ را به عنوان تابعی از زاویه خاموشـی GCSCنمودار زیر امپدانس بنیادي

: ست ا


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٧


γ را به عنوان تابعی از زاویه خاموشی GCSCامپدانس بنیادي : 4- 3شکل

P.U 1یـادي معـادل درجه خازن کامال در مدار است و امپدانس بن90در زاویه خاموشی

. می باشد

ها بر عهـده GTO می شود و هدایت را یکی از byPass خازن 1800در زاویه خاموشی

. می گیرد که در این حالت امپدانس بنیادي ، صفر است

:GCSC کنترل کننده -3-3

یک کنترل کننده بسیار ساده در سالهاي اخیر پیشرفتهاي چشمگیري داشـته اسـت تـا

. دیجیتالی امروزي بدل شده است GCSCاینکه به یک

: بخش کنترلی مشتمل بر دو بخش اساسی است که عبارتند از GCSCدر این نسل از

)Phase – LocKed Loop ( PLLیک مدار سنکرون کننده ) 1

. تولید می کند ) γ( یک زاویه خاموشی اصالح شده مداري که) 2

:آنچنانکه در شکل زیر نمایش داده شده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٨


GCSCمدار کنترل کننده : 5- 3شکل

ط به عنوان ورودي ، به این سیستم کنترلی وارد می شـوند و در بلـوکی ولتاژ و جریان خ

سپس در یک . توان اکتیو محاسبه می شود Active power Calculationتحت عنوان

مقایسه گر ، این توان با توان تابع مرجع ، مقایسه می شـود و حاصـل ایـن مقایـسه کـه

. شتقی داده می شود م–سیگنال خطا است به یک کنترل کننده انتگرالی

سـیگنال . کـه ورودي آن جریـان خـط اسـت PLLاز طرف دیگر مدار سنکرون کننده

کنترلی را در همان فرکانس جریان خط نگه می دارد و زاویه فاز بـه گونـه اي اسـت کـه

sinωt درجه از مولفه توالی مثبت جریان خط پس فاز باشد 90به اندازه .

6- 3شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٦٩


درجه نـسبت بـه 90 مثبت ، GTO براي G1همان طور که در شکل فوق پیداست پالس

جریان خط پس فاز است ؛ اگر 1Gγ درجه تنظیم شده باشد 90 روي .

با این اوصاف ثابت می شـود کـه . است G1 منفی ، متمم پالس G2ضح است که پالس وا

PLL تنها یک نقطه کار پایدار دارد که آن sinωt است که نسبت به مولفه توالی مثبـت

. درجه پس فاز است 90به اندازه ) جریان خط ( جریان ورودي

را توسـط ) γ( اصـالح شـده همین امر سبب می شود که ما مایل باشیم زاویه خاموشـی

. محدود کنیم 90p γ p0 در محدوده PIکنترل کننده

1800در این حالت زاویه خاموشی موثر اجبارا در بازه pG1γ p900 و ایـن قرار می گیرد

زیرا فقط در این بازه کاري است که از پدیدار شدن یک مولفه ب ماست ؛ همان زاویه مطلو

dc در ولتاژ خازن جلوگیري خواهد شد .

3-4- GCSC , TCR دوگان یکدیگر ، :

Thyristor ایـن اسـت کـه کـاربرد آن عینـا دوگـان GCSCیکی از خصوصیات بارز

Controller Reactor یا همان TCR معروف است .

به طور کلی مـی . دوگان بودن در نظریه اساسی مدارها ، نقش انکار ناپذیري دارد مفهوم

. قطبی در نظر گرفت Nتوان دوگان بودن را به معناي یک تناظر یک به یک میان دو

1- Duality


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٠


توجه به این نکته حائز اهمیت است که پاره اي از این تناظرها به خواص گراف مربوط بوده

و برخی دیگر از آنها به ماهیت شاخه ها مربوط می شود لذا در به وجـود آمـدن دوگـانی

. شود عالوه بر تک تک المان هاي متناظر ، باید به مفهوم گراف دوگان نیز ، توجه

. مفهوم گراف دوگان نیز ، توجه شود

: در جدول زیر تناظر دوگانی را مالحظه می کنید

تناظر یک به یک بین دو مدار دوگان

ولتاژ جریان

گره همراه با دسته شاخه هایی که به آن وصل هستند مش

اجزاي موازي اجزاي سري

KVL KCL خازن سلف

مقاومت مقاومت

منبع جریان اژمنبع ولت

1-3جدول

بـا . را توضیح دادیـم TCRدر فصول پیش به صورت اجمالی ساختمان و نحوه عملکرد

کسب کـرده ایـم GCSCمراجعه به آن مطالب و همچنین اطالعاتی که تا اینجا راجع به

. تناظر یک به یک بین این دو را بررسی می کنیم


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧١


را اساسا یک منبـع GCSC به وسیله یک منبع ولتاژ تغذیه می شود ، TCRدر حالیکه

. جریان تغذیه می کند

TCRدر حالیکـه در . یک کلید موازي با خازن ، ولتاژ آن را کنترل می کنـد GCSCدر

. کلید سري با سلف جریان آن را کنترل می کند یک

، درسـت ، TCRپیش از این نیز اشاره شد که شکل موج جریان گذرنـده از انـدکتانس

. می باشد GCSCشبیه شکل موج ولتاژ دو سر خازن

: این نکته را به صورت واضح در دو شکل زیر می بینیم

7- 3شکل

8- 3شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٢


با عنوان GCSCبه خاطر وجود همین ارتباط منطقی است که در بعضی منابع ، از

Dual Thyristor Controlled Series Capacitot یا به اختصار GTCSC نام برده

ترجیح GCSCه خاطر طوالنی بودن کلمه اختصاري مطرح شده ، نام می شود اما عمدتا ب

. داده شده است

TCRاست در حالیکه در ) γ( ها GTO متغیر اصلی کنترل ، زاویه خاموشی GCSCدر

. می باشد ) α( این متغیر ، زاویه آتش تریستورها

. هد این نکته ما را به مفهوم کلی دوگان کلیدهاي تریستوري سوق می د

Dual Thyristor Switch که از این پس با عالمت اختصاري DTS از آن یاد می

. شود یک کلید ایده آل است که دوگان کلیدهاي تریستوري محسوب می شود

معکوس ، به هم متصل شده اند را –شکل زیر یک جفت تریستور را که به صورت موازي

. سر با هم مرتبطند ، نشان می دهد به که به صورت سرDTSدر کنار یک جفت

9- 3شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٣


و یک دیود که بـه GTO از یک DTSهمان طور که در شکل زیر مالحظه می کنید یک

همـواره بایـد GTO. وصل شده اند ، تشکیل شـده اسـت صورت موازي معکوس به هم

. کاتد آن از مقدار منفی به مقدار مثبت می رود ، روشن شود –زمانیکه ولتاژ آند

معکوس به یکـدیگر متـصل شـده انـد – اي که به صورت موازي GTO دو GCSCدر

. دارند DTSعملکردي شبیه به

. فر یا حتی درست قبل از آن تحقق می یابد ها در ولتاژ صGTOاین امر با آتش کردن

: در جدول زیر مقایسه اي بین تریستور و دوگان کلیدي تریستوري صورت گرفته است

تریستور دوگان کلید تریستوري

کاتد مثبت روشن می شود–فقط با ولتاژ آند شود کاتد مثبت خاموش می –فقط با جریان آند

خاموشی کنترل شده پایان هدایت به وسیله زاویه

.است

شروع هدایت به وسیله زاویه آتش کنترل شده است

به طور طبیعی روشن می شود ، وقتی که ولتاژ با

.شیب مثبت از صفر عبور می کند

به طور طبیعی خاموش می شود ، زمانیکه جریان با

.شیب منفی از صفر عبور می کند

قابلیت سد کنندگی ولتاژ در دو جهتداراي داراي قابلیت عبور دو طرفه جریان

2-3جدول


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٤


در تحلیل جبران گرهاي مورد نظر می تواند کمک شایانی TCR با GCSCدو گان بودن

. ارائه دهد

به میان می آید به نحوي می تـوان GCSCن مثال وقتی بحث تحلیل هارمونیکی به عنوا

. کمک گرفت TCRاز تحلیل هارمونیکی

TCR GCSC

کلیدهاي نیمه هادي ، سري با راکتـور قـرار مـی

گیرند

کلیدهاي نیمه هادي موازي با خازن قرار می گیرند

سري وارد خط انتقال می شوند به صورت به صورت موازي به خط انتقال وصل می شوند

با منبع جریان تغذیه می شوند با منبع ولتاژ تغذیه می شوند

کلیدها مقدار جریان خازن را کنترل می کنند کلیدهاي مقدار ولتاژ راکتور را کنترل می کنند

ولتاژ با زاویه خاموشی کنترل می شود جریان با زاویه آتش کنترل می شود

کلیدها در صفر ولتاژ روشن و خاموش می شوند فر جریان روشن و خاموش می شوند کلیدها در ص

TCR با GCSCدوگان بودن : 3-3جدول


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٥

GCSCفصل چهارم تحلیل هارمونیکی

هارمونیک چیست ؟-4-1

، امپدانس غیر خطی ارائه می کنند و شکل acارهاي الکتریکی در برابر جریان پاره اي از ب

. موج جریان آنها نسبت به شکل موج خالص سینوسی فرکانس پایه ، اعوجاج پیدا می کند

به زبان تحلیل فوریه ، این جریان ها داراي مولفـه هـاي هارمونیـک یـا اختـصارا داراي

. هارمونیک می باشند

بارهاي بزرگی که تولید هارمونیک می نمایند ، مبدل هاي قدرت استاتیکی اعم از مثالی از

یکسوکننده ها و معکوس کننده ها ، منبع تغذیه ، کوره هاي الکتریکی و کنترلرهاي توان

ac تریستوري می باشند .

TCR , GCSC مثالهاي دیگري از اجزاء سیستم قدرت هستند که تولید هارمونیک می

. کنند

منبع دیگري کـه منجـر بـه تولیـد هارمونیـک مـزاحم مـی گـردد ، جریـان یورشـی

بـراي ( گرچه ایـن هارمونیکهـا در زمـان کوتـاهی دوام دارنـد . ترانسفورماتورها است

. لیکن مقدار آنها خیلی زیاد است ) ترانسفورماتورهاي بزرگ در حدود یک الی دو ثانیه

GCSC وTCRعمولی ، مثال در یکسو کننده ها و یا البته برخالف سایر هارمونیک هاي م

این هارمونیکها در برگیرنده مرتبه زوج نیز می باشند ؛ به خصوص مقدار هارمونیک هـاي

مرتبه چهارم و دوم در آنها خیلی زیاد بوده و بایستی در هنگام طراحی فیلترها بـه ایـن

. نکته توجه شود

1- Inrush


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٦

GCSC تحلیل هارمونیکی فصل چهارم

: اثر هارمونیک ها بر تجهیزات الکتریکی -4-2

الزم است به طور اجمالی اثر GCSCپیش از متمرکز کردن بحث روي تحلیل هارمونیکی

. هارمونیک ها را بر تجهیزات الکتریکی بررسی می کنیم

سوختن فیوز خازن ها و یا از کار افتادن خازن ها در بانـک خـازنی قـدرت ، نـشانه اي از

. در سیستم است acافزایش سطوح هارمونیک

خازن ها با جریان اضافی ناشی از هامونیک ، منجر به افزایش نقش ولتاژ و عملکرد مداوم

. ا کاهش می دهد همچنین افزایش حرارت در آنها می گردد و عمر مفید آنها ر

درجه حرارت را افزایش %7 درصدي در تنش ولتاژ می تواند 10به عنوان نمونه افزایش

این در حالی است که در این مثال، . کاهش دهد %30دهد و عمر مفید خازن را به میزان

. خرابی ناشی از کروناي دي الکتریک در نظر گرفته نشده است

واسطه افزایش پیک ولتاژ ایجاد می گردد بـه شـدت کرونـا و خرابی ناشی از کرونا که به

. مدت زمان آن بستگی دارد

موارد متعددي از خرابی نابهنگام خازنها ، در نتیجه فراهم نکـردن تمهیـدات الزم بـراي

. هارمونیک ها ، در سالهاي اخیر گزارش شده است

زایش حرارت در ماشـین هـاي عالوه بر این جریان هاي هارمونیکی می توانند منجر به اف

. الکتریکی گردان بخصوص در ژنراتورهاي سنکرون با قطب صاف گردند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٧


کـه منجـر بـه عبـور جریان هاي هارمونیکی ، نیروي محرکه مغناطیسی تولید می کنند

. جریان هایی در سطح روتور می گردد که حرارت را افزایش می دهد

مرتبـه هفـتم ، ( تبعیـت مـی کننـد n=kq+1هارمونیک هاي توالی مثبت که از معادله

و غیـره را در 6 , 12به سمت جلو می چرخند و هارمونیک هاي مرتبه ) سیزدهم و غیره

. روتور پدید می آورند

مغناطیسی نوسانی حاصل از زوج نیروهاي محرکه مغناطیسی که در جهت مخـالف میدان

هم می چرخند ، منجر به ایجاد حرارت در روتور می گردند که این امر مقدار نامی ماشین

. را کاهش می دهد

موتورهاي القایی نسبت به ژنراتورهاي سنکرون قطب صاف ، کمتر تحت تاثیر هارمویکهـا

. هستند

د جریان هاي هارمونیکی زیاد منجر به گرم شدن موتورهاي القایی می گـردد ؛ بـه هرچن

خصوص هنگامی که این موتورها به سیستمی متصلند که در اثـر رزنـانس خـازن هـا بـا

. سیستم ، یک یا چند هارمونیک تقویت شده اند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٨


را بـا ضـریبی بـیش ازافـزایش I2Rجریان هاي هارمونیک در ترانسفورماتور ، تلفات بار

. جریان موثر سبب می گردند

دارد کـه متناسـب بـا تـوان اول I2Rمقدار افزایش تلفات با بستگی به بخشی از تلفات

. است)تلفات جریان گردابی ( متناسب با توان دوم فرکانس و )تلفات پراکندگی ( فرکانس

همین مطلب در مورد راکتورهاي تنظیم یا محدود کننده جریـان صـادق اسـت بنـابراین

داشته باشند به طوریکـه قابل مالحظه و مرتبه آن اطالع طراحان باید از مقدار هارمونیک

و هـر یـک از هارمونیـک را در مربوط به مولفـه پایـه I2R بتوانند ضریب مناسب تلفات

. طراحی خود اعمال نمایند

: GCSC تحلیل هارمونیکی -4-3

: می پردازیم GCSCحال به تحلیل هارمونیکی

، در بخش هاي قبل دریافتیم کـه در زمـان با توجه به تحلیل مبتنی بر الکترونیک قدرت

. هد شد ، ولتاژ دو سر خازن صفرخواGCSC هاي GTOهدایت ، هر یک از

– نسبت به مولفه بنیادي ولتاژ – خازن rmsهمین امر سبب می شود در شکل موج ولتاژ

. اعوجاجی دیده شود

بنیادي نیـست ، 60HZ تنها شامل مولفه GCSCبه عبارت دیگر شکل موج ولتاژ خازن

. بلکه هارمونیک هاي مراتب باالتر را نیز شامل می شود


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٧٩


. ، نسبت به محور زمان متقارن است GCSCپیش از این دیدم که شکل موج ولتاژ خازن

در نتیجه با استفاده از بسط فوریه می توان به این نتیجه رسید که تنها هارمونیک فـرد را

. شود و ضرائب سري فوریه براي هارمونیک هاي زوج صفر است شامل می

را بـه GCSCبا استفاده از تحلیل فوریه می توان هارمونیک هاي ولتاژ تولید شده توسط

: صورت زیر به دست آورد

( )[ ] ( )[ ] ( )

−

−−

+++

=hhSinCos

hhSin

hhSinV

V COCh

γγ

γγπ

..1

.1.21

1.1.

21..4

:که در آن

VCO پیک ولتاژ خازن GCSC است زمانیکه دو GTO به طـور خاموش هستند و خازن

. کامل در مدار قرار دارد

γ زاویه خاموشی GTO هاست .

h مرتبه هارمونیک است و ...h=3,5,7,

K=1,2,3,… و h=2k+1

در بخـش هـاي گذشـته در . در اینجا الزم است به یک نکته جالب و کاربري اشاره کنیم

. بحث کردیم GCSC و دوگان بودن آن با TCRمورد

کنترل زاویه آتش TCRبل سري بزنیم متوجه خواهیم شد که در آن اگر به قسمت هاي ق

. یک جریان با شکل موج غیر سینوسی را در راکتور جاري می سازد

بنابراین در مجموع ، عالوه بر مولفه بنیادي جریان ، هارمونیک هاي جریان نیز تولید مـی

. شوند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٠


چنانچه شکل موج جریان در نیم سیکل هاي مثبت و منفی یکسان باشد طبق محاسـبات

سري فوریه فقط هارمونیک هاي فرد تولید می شوند که دامنه آنها از رابطه زیر بدست می

: آید

( ) ( ) ( )( )

−−

=1cossin4. 2hh

hSinhhCosCII Ln

ααααπω

α

: که در آن

K=1,2,3,… و h=2k+1 مرتبه هارمونیک α زاویه تاخیر آتش تریستورها می باشد .

استفاده نموده و می پذیریم کـه کنتـرل زاویـه تـاخیر , TCR GCSCاز دوگان بودن

هارمونیک هایی تولید می کند که درست شبیه به هارمونیک هـایی GCSCخاموشی در

. آنها را تولید کرده است TCRاست که کنترل زاویه تاخیر آتش در

بنابراین بدون محاسبات و بدون اثبات می توان پذیرفت که دامنه هارمونیک هـاي ولتـاژ

: برابر است با GCSCتولید شده توسط

( ) ( ) ( )( )

−−

=1cossin4. 2hh

hSinhhCosCIUCn

γγγγπω

γ

شکل . در ابتداي بحث به دست آوردیم Vchاین رابطه عینا همان رابطه اي است که براي

را بـر حـسب زاویـه تـاخیر GCSCهاي سوم ، پنجم ، هفتم و نهم ولتاژ زیر هارمونیک

: شده نشان می دهد Per unitبه صورت ) γ( خاموشی


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨١


1- 4شکل

. ظر گرفته ایم در نVCOولتاژ مبنا را

γبا توجه به شکل پیداست که سطح بیشینه هارمونیک مرتبه سوم در زاویـه خاموشـی

. است O.14.p.u درجه اتفاق می افتد و مقدار آن تقریبا معادل 120برابر با

نداشـته ) neutral wire( با این حال چنانچه در طول یک خط ، سیم اتصال بـه زمـین

)9,3,…هارمونیک هاي ( از هارمونیک هاي ضریب سه باشیم ، جریان ناشی

. نمی توانند جاري شود

رسم شده اند ، در یـک نگـاه p.uاز آنجا که در شکل مربوطه ، هارمونیک ها در سیستم

متوجه می شویم که دامنه آنها در مقایسه با ولتاژ مبنا به مراتب کوچکتر است ؛ اما همین

نیز می توانند براي اجزاي سیستمی که در GCSCود در سطح کم مولفه هارمونیکی موج

. آن قرار دارد مضر و بعضا خطرناك باشد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٢


در اینجا مـی خـواهیم بـازهم از استفاده از فیلترها می تواند در این بخش مفید باشد اما

کمک بگیریم و روشی را براي کـاهش TCR و GCSC) دوگان بودن ( خاصیت همزادي

: ارائه کنیم GCSCاثرها هارمونیک هاي ناشی از

Sequentialیا » کنترل متوالی « از شیوه خاصی که از آن تحت عنوان TCRدر مورد

Control به وسیله آن دامنه هارمونیک هاي تولید شده یاد می شود استفاده می کنند و

. را به نحو موثري کاهش می دهند TCRتوسط

: این روش به صورت زیر بیان می شود GCSCدر مورد

GCSC دارد به جاي اینکـه از یـک GCSCدر خطی که نیاز به جبران سازي به وسیله

وصل شده اند را بـه کـار که به صورت متوالی به هم GCSC عدد mاستفاده می کنیم ،

. ولتاژ نامی نهایی است m/1می بریم به طوریکه ولتاژ نامی هر یک از آنها

همه این خازن ها به جز یکی از آنها به صورت متوالی کنترل می شوند ؛ با هم وارد مـدار

. می شوند byPassمی شوند و با هم

یوسته ولتاژ در حاالتی کـه فراتـر از زاویه تاخیر خاموشی خازن ها تنها ، با هدف کنترل پ

محدوده عملکرد نامی تجهیزات هستیم ، کنترل می شود و در این حالت این خازن ها بـه

. جمع بقیه خازنها می پیوندد

. این شیوه یک روش کاربري براي تقلیل سطح هارمونیک هاي ایجاد شده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٣

در رگوالسیون ولتاژ در شبکه هاي توزیع GCSCاربرد فصل پنجم ک

خطوط توزیع Voltage regulation در تنظیم ولتاژ یا GCSCبه منظور بررسی قابلیت

یک مثال عینی را مطرح می کنیم و در حین بررسی این مثال به قواعد کلی موجود اشاره

. می نمائیم تا درك آن مملوس تر باشد

متر به یک . کیل 20ا نشان می دهد که از طریق یک خط توزیع با طول شکل زیر یک بار ر

. متصل شده است و از آن تغذیه می شود kv 13.8سیستم مولد

1-5شکل

. نیز کار گذاشته شده است GCSCدر انتهاي این خط توزیع ، یک

) Staeady State( و حالـت مانـدگار ) Transient( سعی می کنیم دردو بخش گـذرا

. بررسی هاي خود را ادامه دهیم

: تنظیم ولتاژ در حالت ماندگار -5-1

مدل زد که در K.xC را با یک خازن متغیر GCSCدر این بخش می توان به طور منطقی

. متغیر است 1 تا 0 یک عدد حقیقی است که از Kآن


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٤

سیون ولتاژ در شبکه هاي توزیع در رگوالGCSCفصل پنجم کاربرد

به کار برده شده در پایانه فرستنده خط توزیع را می توان به وسیله مقاومت Vsمولد ولتاژ

. نمایش داد r+jXLو راکتانس مولد ، به صورت

به پایانه گیرنده خط توزیع وصل شده باشد ، ولتاژ Cosφاگر یک بار القایی با ضریب توان

VLoad می افتد و جریان دو سر آنI را از منبع می کشد .

: به شکل زیر توجه کنید

2- 5شکل

در شکل اول فرض بر این بوده که هیچ جبرانسازي سري در مدار وجود ندارد ، شکل دوم

وارد خـط GCSCبا استفاده از تحلیل فازوري ، به خوبی نشان داده است که اگـر یـک

. نس خط را توسط خازن متغیر خود جبران می کند توزیع شود ، چگونه بخشی از اندوکتا

V وقتی . ولتاژي است که در هر حالت ، در خط توزیع وجود داردGCSC به عنوان یـک

. خازن متغیر وارد مدار می شود ولتاژي که روي خط می افتد کاهش می یابد

ن بـار ، بـه ازاي شکل زیر ولتاژ شینی را که بار روي آن قرار دارد به صورت تابعی از جریا

.داده است نمایش Per unit پس فاز ، در سیستم 0.85ضریب توان


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٥

در رگوالسیون ولتاژ در شبکه هاي توزیع GCSCفصل پنجم کاربرد

3-5شکل

کل همان طور که در ش. در نظر گرفته شده اند 1.8MW و توان مبنا kv 13.8ولتاژ مبنا

با هدف ثابت نگه داشتن ولتاژ ترمینال بـار در مقـدار GCSCزیر نیز مالحظه می کنید ،

1p.u وارد عمل شده است .

را ندارد ، بنـابراین در زمـان ) القایی ( قابلیت تولید توان راکتیو سلفی GCSCمتاسفانه

حد نامی خود هایی که بار کشیده شده مقدار کوچکی است ، ممکن است ولتاژ ترمینال از

است و خازن 1800 برابر γ است فراتر رود ، حتی زمانیکه زاویه تاخیر خاموشی 1p.uکه

. می باشد byPassکامال

از طرف دیگر ، اگر هیچ یک از انواع جبرانسازي در خط به کار نرود ، در صورتی که جریان

. کاهش خواهد یافت 0.95p.u فراتر رود ، ولتاژ ترمینال به مقداري کمتر از 1p.uبار از

راکتانس %50 به کار رفته می تواند GCSCشکل باال مثالی را نشان می دهد که در آن

. خط توزیع را جبران کند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٦


در جریـان p.u 0.95در شین بار ، به بیش از توانسته است ولتاژ را GCSCپیداست که

. نامی بار برساند

با GCSCمربوط به شرایطی است که " GCSCبا " در شکل فوق ، بخش صاف منحنی

. راکتانس خط توزیع را جبران کند %50تغییرات پی در پی توانسته است از صفر تا

این نقطه مکـانی . می شود درست در پایان بخش صاف این منحنی ، نقطه شکستی دیده

به طور کامل در مدار وارد شده است و زاویه تـاخیر GCSCرا مشخص می کند که خازن

. درجه می باشد 90در این نقطه ) GTO ، )γخاموشی

دیگر قادر بـه جبـران راکتـانس خـط GCSCاگر جریان بار از این حد فراتر رود ، این

. د شد نخواهد بود و ولتاژ دچار افت خواه

به صورت تابعی از ضـریب .p.u 1 و .p.u 0.5در شکل زیر ولتاژ شین بار را براي بارهاي

. توان نشان داده ایم

و انجام جبران سازي سري است و خط چین ها ولتاژ را GCSCخطوط ممتد نشانه حضور

. در حالی که هیچ نوع جبران سازي انجام نشده است به تصویر کشیده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٧


تغییر داده ایـم و اثـر آن را بـر 1 تا 0در حالیکه بزرگی بار ثابت است ، ضریب توان را از

. مشاهده نمودیم روي ولتاژ

ط بار از خط توزیع کـشیده توس ) .p.u 0.5( کامال واضح است چنانچه نصف جریان نامی

پیشنهادي می تواند به ازاي همه ضریب توانها ، ولتـاژ روي شـین بـار را GCSCشود ،

. ثابت نگه دارد ) .p.u 1( تقریبا در مقدار نامی خود

در حدي نیست که بتواند به هنگام کشیده شدن جریان GCSCاما توان جبرانسازي این

1 p.u. با این حال بازهم می بینیم که . ن بار را به مقدار نامی برساند توسط بار ، ولتاژ شی

. افزایش قابل مالحظه اي در سطح ولتاژ پدید می آورد

: تنظیم ولتاژ ؛ پاسخ گذرا -5-2

کار مشکلی است و تجزیه و تحلیل آن بدون نـرم GCSCبررسی حالت گذراي عملکرد

. افزارهاي کامپیوتري به سختی انجام می شود

ATP در حالت گذرا ، آن را در نسخه GCSCبه همین خاطر براي بررسی نحوه عملکرد

)Alternative Transient Program ( نـرم افـزارEMTP

)Elentromagnetic Transient Proram ( شبیه سازي کردیم .

سیستمی را در نظـر گرفتـه ایـم کـه . می شود در این بخش نتایج این شبیه سازي ارائه

می باشد و نسبت بین امپدانس توالی صفر و تـوالی kv 13.8داراي یک مولد ایزوله شده

7 می باشد 7مثبت آن عدد 1

0 =XX


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٨

در رگوالسیون ولتاژ در شبکه هاي توزیعGCSCفصل پنجم کاربرد

اسـتفاده 4 شماره ACSR طول دارد و براي کشیدن این خط از کابل 20kmخط توزیع

. شده است

GCSC مقـدار . راکتانس سري خط توزیع را داراست %50 انتخاب شده توانایی جبران

. می باشد Mw 1.8بار نامی

به نحوي طراحی شده است که براي هر فاز بـه صـورت مـستقل GCSCسیستم کنترل

این قابلیـت GCSC می کند که در این حالت در صورت بروز افت ولتاژ در یک فاز ، عمل

. را دارد که ولتاژ آن فاز را تنظیم کند

. بر تنظیم ولتاژ به تصویر کشیده شده است GCSCدر شکل زیر اساس کنترل

5-5شکل

مبنا مقایـسه ولتاژ با یک مالحظه می کنید که ولتاژ موثر شین بار ، در یک مقایسه کننده

می شود و تفاضل آنها به عنوان سیگنال خط به کنترل کننده داده می شود تا زاویه تاخیر

جبرانـسازي GCSC اعمال کنـدو GCSCخاموشی متناظر را محاسبه نموده ، آن را به

. مورد نیاز را انجام دهد

سازي انجام شـده و بار دیگر بدون هر نوع جبران GCSCشبیه سازي یک بار در حضور

. است و نتایج آنها به منظور مقایسه نتایج در یک نمودار گنجانده شده است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٨٩


0.75 قدرت نامی و با ضـریب تـوان القـایی %50در آغاز ، سیستم یک بار را متناظر با

) . براي هر فاز kw 300. ( تغذیه می کند

A بـه فـاز 0.75 و با همان ضریب تـوان %10 یک بار تک فاز t=600 msecدر •

)60kw. ( متصل شده است

. این بار تکفاز قطع شده است msec 350بعد از •

C,B پس فاز ، بـه فازهـاي 0.7 با ضریب توان %25 یک بار القایی t=1 Secدر •

. مجددا قطع می شود t=1.35 Secو در وصل می شود

. در شکل زیر به ترتیب نمایش داده شده اند C و B و Aولتاژ شین بار ، در فازهاي


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٠


6-5شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩١

در رگوالسیون ولتاژ در شبکه هاي توزیع GCSC کاربرد فصل پنجم

GCSC در t=300msec وصل شده بود و از این لحظه تا t=600 msec توانـست ولتـاژ

. تنظیم و نگهداري کند .p.u 1شین بار را روي مقدار

ن می دهد پاسخ سریعی در مقابل تغییرات ولتاژ از خود نشا GCSCمالحظه می شود که

. و این توانایی را دارد که تعدیل ولتاژ را در همه فازها و به صورت مستقل انجام دهد

نکته اي وجود دارد که توجه ما را به خود جلب می کند و آن نکته این است که با توجه به

) .P.U 1( در ولتاژهاي بـاالي ولتـاژ نـامی A ، GCSCشکل موج ولتاژ شین بار در فاز

اري نمی تواند انجام دهد و چون سلف ندارد در این حالت هیچگونه جبرانـسازي را هیچ ک

همین مطلب یکی از دالیلی است که ما را وادار می سازد همواره در . نمی تواند اعمال کند

. از یک المان جبرانساز موازي نیز استفاده کنیم GCSCکنار

: آمده اند زوایاي خاموشی هر فاز در شکل زیر به نمایش در


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٢


7-5شکل

هر فاز GCSCاولین مطلبی که با دیدن این شکل به ذهن ما خطور می کند این است که

وشی هر فاز مـستقل از فـاز به طور مستقل فرمان گرفته است و کنترل زوایاي تاخیر خام

. دیگر است

به طور کامل داخل مـدار اسـت و بـا GCSC خازن γ = 900باز هم تکرار می کنیم که با

1800 = γ خازن GCSC کامال bypass شده است .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٣


TCSC ی از ادوات یکFACTS تجاري و سودمند است که به منظور جبران کنترل شده

امپدانس خط انتقال از آن استفاده می شود ؛ به طوریکـه در عـین حـال اسـتفاده از آن

. ضریب توان خط را نیز کنترل می کند

است که توانایی کنترل امپدانس و ضـریب FACTS هم یکی از ادوات نوین GCSCاما

. را دارد توان خط

GCSC را می توان تقریبا در همه جاهایی که براي جبران سازي سري از TCSC در آن

. استفاده شده است ، با مزیتهاي فراوان جایگزین نمود

ارائه خواهد شد مبین این نکته است که خازن TCSC و GCSCمقایسه اي که بین ابعاد

. می باشد TCSC به مراتب کوچکتر از خازن GCSCموجود در

نسبت به دریچه TCSCهمچنین نشان داده می شود که دریچه تریستور به کار رفته در

. به محدوده جریانی باالتري نیاز دارد GCSCکلیدهاي تحریک شونده از طریق گیت

GCSC به عنوان یک ابزار جدید براي جبرانسازي سري ، در خطوط ac موجود نصب می

. کنترل پویا را به خطوط انتقال معمولی اضافه می کند شود و قابلیت انجام یک

همچنین در پایان این بخش . است TCSC و GCSCهدف اصلی این بخش مقایسه بین

به گونه اي طراحی شده که GCSCبه این نکته پی خواهیم برد که اجزاء تشکیل دهنده

کلیدهایی بـه مراتـب ، خازن ها و TCSCبراي انجام همان مقدار جبران سازي سري با

.دیگر نیازي به راکتور هم ندارد کوچکتر و ارزانتر دارد و طبعا


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٤

TCSC و GCSCفصل ششم مقایسه میان

: مقایسه ابعاد خازنها -6-1

: ظرفیت خازنی -6-1-1

در ایـن GCSC و TCSCبعاد خازن هاي به کار رفتـه شـده در یک مقایسه ساده بین ا

. بخش ارائه شده است

طراحی شده باشد امـا در Inductive براي کار در یک منطقه TCSاگر چه ممکن است

این تجزیه و تحلیل فرض بر ایـن اسـت کـه در حالـت عـادي فقـط در یـک محـدوده

Capacitiveتریستور در حالت وصل کامل است به کار گرفته می شود ؛ بجز زمانیکه .

به TCSC و GCSCاوج گنجایش جبرانسازي براي دو وسیله برابر است به این معنا که

کاررفته زمانیکه در ماکزیمم جبرانسازي قرار دارند ؛ باید ماکزیمم امپدانس خازنی را دارا

. باشد

ـ TCSCشکل زیر منحنی امپدانس یک ه آتـش تریـستور آن را به عنوان تـابعی از زاوی

)α( نمایش داده است .

1- 6شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٥


. همچنین پدیده رزونانس در این شکل آمده است . ناحیه کاري ، سایه زده شده است

Zmax و Zmin و کمینه مقدار امپدانسی هستند که به ترتیب بیشینهTCSC می تواند به

. باقی بماند Capacitiveخود اختصاص دهد ؛ به شرط آنکه همچنان در ناحیه

Zmin فقط شامل راکتانس خـازنی اسـت و بـه زمـانی اختـصاص دارد کـه هیچکـدام از

. تریستورها وصل نیستند و راکتور خارج از مدار است

Zmax خازن ها و راکتورهاي کنترل شونده توسط تریستور است زمانیکـه امپدانس معادل

. باشد minα زاویه آتش تریستورها

این زاویه به منظور اجتناب از خطرات احتمالی ناشی از منطقه رزنانس مـوازي ، محـدود

. شده است

: از رابطه زیر محاسبه می شود TCSCاندازه خازن

ƒZminπ21 CTCSC=

. که در آن فرکانس جریان خط است

امکان بیشترین جبرانسازي سـري TCSC نام می نهیم ، زمانیکه VCولتاژ خازن که آنرا

. ، بیشترین مقدار خود را دارد ) Zmax( فراهم کرده است

بـه عنـوان تـابعی از زاویـه تـاخیر را GCSCشکل زیر مشخصه اساسی امپدانس یک

. نشان می دهد γخاموشی


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٦


2- 6شکل

Xmzx 900 ، ماکزیمم راکتانس خازن است زمانی که = γ و GTO ها هر دو قطع هستند .

Xmin کمترین راکتانس خازنی یا GCSC صفر است و زمانی اتفاق می افتد کـه زاویـه ،

. شده است bypass است ؛ یعنی زمانیکه خازن به طور کامل 1800 برابر γخاموشی

: از این رابطه بدست می آید GCSCمقدار خازن

ƒZmax π21 CGCSC=

: رابطه زیر به دست می آید GCSC و TCSCمقادیر خازن هاي از مقایسه

max

min

ZZ

CC

TCSC

GCSC =

اگر این نسبت برابر با . مربوط می شود TCSCاین نسبت ، به پیشینه و کمینه امپدانس

چهار برابر کمتر از ظرفیـت GCSC فرض شود به این معنا است که ظرفیت خازن 0.25

. ار برابر کوچکتر است است و بالطبع چهTCSCخازن

همواره ظرفیت کمتـري نـسبت بـه خـازن GCSCبه طور کلی مالحظه می شود خازن

TCSC دارد .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٧


کمتـري در passiveمولفـه هـاي نیازي به راکتور ندارد ، بنابراین GCSCنظر به اینکه

. دارد TCSCمقایسه با

: محدوده ولتاژي خازن ها -6-1-2

هارمونیـک ( برابر است با مولفه فرکانس اصـلی GCSCبیشترین ولتاژ دو سر خازن در

. نمایش داده می شود VC1 که با TCSCولتاژ خازن ) اصلی

رخ می دهد کـه کلیـدها همگـی زمانی GCSCعلت این است که ماکزیمم ولتاژ خازنی

. بسته اند و ولتاژ به صورت خالص ، سینوسی است

TCSC در باالترین حد جبرانسازي خود ، ولتاژي دو سر خازن خود می بینـد کـه داراي

مولفه هاي هارمونیکی است ؛ به طوریکه در کل این مولفه هاي هـارمونیکی مقـدار مـوثر

. ولتاژ خازن را افزایش می دهند

که اندکی از ولتـاژ دو سـر خـازن VC باید تاب تحمل ولتاژ موثر TCSCدر نتیجه خازن

GCSC بیشتر است را داشته باشد .

اثبات این امر از طریق تحلیلی به زحمت انجام می شود و کاري طاقت فرساست ؛ امـا در

اهیم پایان این بخش در یک مثال عملی به درستی این مطلب پی می بریم و مالحظه خـو

. متفاوت است %1کرد که ولتاژ موثر دو خازن ،


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٨


: ارزیابی جریان و ولتاژ دریچه هاي نیمه هادي -6-2

: ارزیابی جریان -6-2-1

از جریان ورودي دریچه هاي نیمه هادي بکار رفته شده در در این بخش ، تحلیل ساده اي

TCSC و GCSC فرض کردیم که . ارائه شده استTCSC و GCSC هر دو به یـک ،

. متصلند Iمنبع جریان سینوسی با مقدار موثر

. XL برابر است با TCSC و راکتانس راکتور XTCSC برابر است با TCSCراکتانس خازن

. است Xmax برابر با GCSC خازن همچنین راکتانس

. کار مـی کنـد ) Capacitive( عمدتا در محدوده خازنی TCSCچنان فرض کردیم که

تریـستورها در وجود دارد و آن حـالتی اسـت کـه TCSCاما مد کاري دیگري نیز براي

. هدایت کامل بسر می برند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



٩٩

TCSC و GCSC مقایسه میان فصل ششم

: عملکرد در منطقه خازنی -6-2-1-1

شکل زیر ، شکل موج جریان خازن و جریان دریچه هاي نیمه هادي را در منطقـه خـازنی

. نشان می دهد

3- 6شکل

TCSCآن برابر با در حالی کار خود را انجام می دهد که امپدانس معادل Xmax است .

را انجام دهیم به لحاظ سنگینی و طوالنی ILاگر بخواهیم محاسبات مربوط به جریان موثر

بنابراین در این تحلیل تنها مقادیر مولفه . بودن این محاسبات به مشکل بر خواهیم خورد

. ت هاي اصلی را مد نظر قرار خواهیم داد که البته در اینجا تقریب مناسبی اس

نمایش دهیم ، مولفه اصلی جریان خـازن VC1را با ) TCSC ) Vcاگر مولفه اصلی ولتاژ

TCSC زیر بدست می آید از رابطه:

TCSCTCSC

C

XIX

XV

CI.max1

1==

. با حروف بزرگ نمایش داده شده اند rmsمقادیر


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٠


:جریان مولفه اصلی راکتور برابر است با

( ) TCSClXTCSCXXICIILI −=−= max11

I باشد ، جریان اصلی راکتور سـه برابـر XTCSC f Xmax.2از رابطه فوق پیداست که اگر

. خواهد بود

موثر عبوري از راکتـور ، شـامل همـه باید این نکته را ذهن داشته باشیم که عمال جریان

: است ؛ بنابراین ILمولفه هاي هارمونیکی 22

1 disL III +=

. استIL) بجز هارمونیک اصلی ( همه مولفه هاي هارمونیکی rms مقدار Idisکه در آن

: عملکرد در هدایت کامل تریستورها -6-2-1-2

در هـدایت کامـل TCSCو دریچـه هـاي شکل زیر ، شکل موج جریان را براي خـازن

. تریستور نشان می دهد

4- 6شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠١


مدار هدایت موازي خازن که شامل راکتور است به گونه اي طراحی شده است که جریـان

. است ) Inductive( در این حالت ، القایی TCSCسط کشیده شده تو

در این حالـت خـالص . باالتر است ) I( عبوري از راکتور از جریان خط ILبنابراین جریان

: برابر است با IL جریان rmsکه تریستورها کامال می کنند مقدار

LTCSC

TCSCL XX

IXI

−=

.

: باشد آنگاه XTCSC مقدار XL ، 20%به عنوان مثال اگر

IL=1.25 I بحرانـی تـرین . می پردازیم GCSCحال به بررسی جریان عبوري از دریچه نیمه هادي

برابر γ زمانیست که زاویه تاخیر خاموشی GTOحالت براي حمل جریان توسط کلیدهاي

می باشد و هیچ جبرانسازي bypass کامال GCSC است که در این حالت خازن 1800با

. نمی شود و تمام جریان خط ، از دریچه هاي نیمه هادي می گذرد انجام

5- 6شکل

از اینرو همانطور که در شکل فوق هم مشاهده می کنید مـاکزیمم مقـدار مـوثر جریـان

. است ) I( ها برابر با جریان موثر خط GTOعبوري از


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٢


از روابط بدست آمده در می یابیم که چنانچه بخواهیم مقایسه درستی بین جریان عبوري

انجام دهیم باید از نـسبت GCSC و TCSCاز دریچه هاي نیمه هادي TCSCX

Xmax مطلـع

. باشیم

را در نقاطی از سرتاسر جهان بـه مـا TCSCري جدول زیر برخی از موارد استعمال کارب

: نشان می دهد

Xmax/XTCSC Xmax XTCSC Localization

4 60Ω 15Ω Kayenta , USA 1.2 21.9Ω 18.25Ω Stode , Seeden

3 39.81Ω 13.37Ω North_South,Brazil

3 24Ω 8Ω Slatt,USA جهان براي تعدادي از مناطق TCSCپارامترهاي : 1- 6جدول

2.XTCSC f Xmax :

rms دریچه هاي نیمه هادي تریستور بالتر از جریـان rms و جریان I f IL1در اینحالت

. به ازاي همان مقدار جبران سازي سري خواهد بود GTOدریچه هاي

ایـاالت Slattفوق براي ایـستگاه به عنوان مثال اگر از روابط راکتانسی موجود در جدول

جنوب برزیل استفاده کنیم در مـی یـابیم کـه مـاکزیمم –متحده یا اتصال داخلی شمال

. 2I مولفه اصلی ، عبوري از تریستورها ، برابر است با rmsجریان


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٣

TCSC و GCSCه میان فصل ششم مقایس

2.XTCSC f Xmax :

و IL جریـان rms که مستقیما نمی توان چیـزي در مـورد مقـدار I p IL1در این حالت

را طی مراحل زیـر محاسـبه IL نظر داد ؛ مگر اینکه IG جریان rmsمقایسه آن با مقدار

: کنیم

که به راحتی انجام پذیر استTCSCه آتش براي ماکزیمم راکتانس اصلی محاسبه زاوی-

. براي زاویه آتش فوق با استفاده از رابطه IL محاسبه مقدار -

XTCSC f Xmax.2 ، جائیکه TCSCبه هر حال می توان نتیجه گرفت که در کاربرد عادي

در همـان میـزان GTO از جریـان مـوثر دریچـه است ، جریان موثر دریچه تریـستور

. جبرانسازي بیشتر است

: ارزیابی ولتاژ -6-2-2

در بحث ولتاژي . نیز تمام فرضیات بخش قبل پا بر جا و قابل استفاده است در این تحلیل

مالحظه می شـود کـه در واقـع ، . بار دیگر به ساختار مداري دو قطعه نگاهی می اندازیم

نیز عمال ولتاژ GCSC همان ولتاژ خازن است و دریچه نیمه هادیهاي GCSC ولتاژ دوسر

هاي بکار رفته بایـد تحمـل مـاکزیمم GTOبنابراین . خازن را در دو سر خود می بینند

بیـشترین GCSCولتاژ خازن را داشته باشند و این امـر زمـانی اتفـاق مـی دهـد کـه

. جبرانسازي را انجام می دهد

. موازي شده است TCR یک خازن است که با یک TCSC از طرف دیگر

، ماکزیمم ولتاژ خود را دارد ، تریستور دوبار در طول یـک TCSCدر موقعیتی که خازن

. سیکل وصل می کند

221 diSIILI +


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٤


خازن به طور مـشترك روي راکتـور و دریچـه نیمـه هـادي rmsو ماکزیمم ولتاژ از اینر

. تریستور می افتد

در محدوده ولتـاژي پـایین TCSCمی توان نتیجه گرفت که کلید نیمه هادي بکار رفته

بدسـت آوردن میـزان ایـن . دارد GCSCتري نسبت به کلید نیمه هادي بکار رفتـه در

بهمین . سیله و محاسبه اختالف آنها به صورت نظري دشوار است محدوده ولتاژ براي دو و

خاطر در آخر این بخش مثـالی آورده ایـم کـه در آن ، مقـادیر ، از یـک شـبیه سـازي

. کامپیوتري استحصال شده اند

: GCSC و TCSC ارزیابی جریان خازن در -6-3

یدهاي نیمه هادي براي حد نهایی جبرانسازي طراحی شده است و نقش کل GCSCخازن

. کنترل میزان جریانی است که به داخل خازن تزریق می شود

زمانیکه کلیدها به طور کامل در حالت هدایت قرار دارند ، جریانی از داخـل خـازن عبـور

. نمی کند و میزان جبرانسازي ، صفر است

مـی کنـد و اما زمانیکه کلیدها کامال باز هستند همه جریان خط از داخـل خـازن عبـور

. شده بیشینه است جبرانسازي انجام

در شرایط جبرانسازي یکسان ، به خاطر وجود راکتـور ، مجبـور اسـت TCSCاما خازن

. از خود عبور دهد GCSCجریان بیشتري را نسبت به خازن


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٥

TCSC و GCSCسه میان فصل ششم مقای

: جنوب برزیل – شبیه سازي خط داخلی شمال – مثال کاربري -6-4

براي اینکه صحت نتایج بررسی هاي تئوري گذشته ما ، بیشتر نمایان شود سعی کردیم در

. یک مثال عینی ، ابعاد قضیه را به نحو مطلوب مطرح کنیم

وان بین شبکه هاي شـمالی و جنـوبی طی سالهاي گذشته به منظور از بین بردن نوسان ت

است و MVAR 108 استفاده می کنند که توان راکتور آن TCSCبرزیل ، در این خط از

. کار می کند 1500A با جریان نامی 60HZ و 550KVدر خط انتقال

این تجهیزات زمانیکه نیاز به میرا کردن نوسانات قـدرت ندارنـد بـه طـول معمـول ، بـا

. عمل می کنند 15.92Ωراکتانس

با همان راکتانس و با همان توان راکتیو نـامی را در GCSCدر این مثال می خواهیم یک

. کنیم و اختالف عملکرد را ببینیم TCSCیک شبیه سازي کامپیوتري جایگزین

جنـوب برزیـل و – نصب شده در خط انتقال شـمال TCSCجدول زیر مشخصات اصلی

GCSCخالصه نشان می دهد مورد نظر را به صورت :


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٦


GCSCمفروض TCSCپارامتر نصب شده

39.81Ω 13.27Ω راکتانس خازن

66.6μF 200 μF ظرفیت خازن

39.81Ω 39.81Ω راکتانس ماکزیمم

0-39.81Ω 13.27-39.81Ω محدوده کنترل دینامیک

59.7 KV 59.7 KV ماکزیمم هارمونیک اصلی ولتاژ

59.7 KV 60.3 KV ولتاژ موثر ماکزیمم

1500 A 5025 A ماکزیمم جریان موثر خازن

1500 A 3735 A ماکزیمم جریان موثر کلیدهاي

نیمه هادي

59.73 /

84.47 KV

51.34 /

74.41 KV

کزیمم ولتاژ کلیدهاي نیمه ما

)rms/Peak( هادي

مورد نظرGCSC جنوب برزیل و – نصب شده در خط انتقال شمال TCSCمشخصات اصلی : 6- 2جدول نتایج شبیه سازي انجام شده ، در جدول خود را نشان و تحلیلهاي تئوري ما را نیز ، تایید

. مودار نیز استفاده نمودیم با این حال براي فهم بهتر ، از تعدادي ن. می کند

و شکل دوم امپدانس α را به عنوان تابعی از زاویه آتش TCSCشکل زیر امپدانس معادل

GCSC را به عنوان تابعی از زاویه خاموش γ نشان می دهد .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٧


α به عنوان تابعی از زاویه آتش TCSCامپدانس معادل : 6- 6شکل

γ به عنوان تابعی از زاویه خاموش GCSCامپدانس : 6- 6شکل

مقایسه نشان می دهد که این منحنی ها نسبتا شبیه به همند با این تفاوت کـه امپـدانس

. می تواند صفر شود GCSCمعادل

به طور کامـل در مـدار قـرار گیـرد اگر راکتور « دار ، این واقعیت که همچنین در این نمو

)900 = α ( آنگاهTCSC نمایش » می تواند به عنوان یک راکتانس القایی وارد عمل شود

اسـت و TCSC و GCSCداده نشده است زیرا هدف ما از این شبیه سازي قیاس بـین

مدکاري


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٨


هیچوقـت نمـی GCSC وجود ندارد ، به عبارت دیگر GCSCگفته شده هیچگاه براي

. تواند به عنوان راکتانس القایی عمل کند

را Xmax بـر حـسب GCSC و TCSCشکل زیر مقایسه اي بین ولتاژ موثر خازن هـاي

: ن می دهد نشا

Xmax بر حسب درصد GCSC و TCSCمقایسه بین ولتاژ موثر خازن هاي : 7- 6شکل

. شده اند Per UNITمقادیر بکار رفته در این نمودار

. پریونیت شده ، درصد جبرانسازي را نشان می دهد Xmaxدر واقع

. ست را مقایسه کرده اTCSC و GCSCشکل زیر جریان عبوري از خازن هاي


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٠٩


TCSC و GCSCمقایسه جریان عبوري از خازنهاي : 8- 6شکل

در این شکل ، جریان عبوري از خازن به عنوان تابعی از درصد ماکزیمم جبرانسازي رسـم

. شده است

باید جریان بیشتري را در یـک درصـد جبرانـسازي TCSCکامال واضح است که خازن

. معین از خود عبور دهد

بـه GCSC و TCSC را در دریچه کلیدهاي موجود در rmsشکل زیر منحنی هاي ولتاژ

: عنوان تابعی از درصد ماکزیمم جبرانسازي نشان می دهد

به عنوان تابعی TCSC,GCSCچه کلیدهاي موجود در دردریrmsمنحنی هاي ولتاژ : 9- 6شکل

ازدرصد ماکزیمم جبرانسازي


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٠


باید ولتـاژ بیـشتري را تحمـل GCSCبه وضوح پیداست که دریچه کلیدهاي موجود در

هـا بـه طـور GTOه تقریبا می توان گفت در این مثال خاص ، ولتاژ دو سر کنند بطوریک

. بیش از ولتاژ دوسر تریستورها می باشد %16متوسط ،

TCSC عبوري از دریچه کلیدهاي موجود در rmsشکل زیر مقایسه اي بین جریان هاي

. به عنوان تابعی از درصد ماکزیمم جبرانسازي نمایش می دهد GCSCو

به عنوان تابعی از TCSC,GCSC عبوري از دریچه کلیدهاي موجود در rmsجریان هاي : 10- 6شکل

درصد ماکزیمم جبرانسازي

:GCSC,TCSC جمع بندي نتایج حاصل از مقایسه -6-5

بـه GCSCتجزیه و تحلیل هاي انجام شده حاکی از آن است که به طور کلی استفاده از

. است TCSCتر از مراتب با صرفه تر و سودمند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١١


: نکات اصلی این مقایسه را در ادامه ، متذکر می شویم

اجبارا باید در همـان محـدوده ولتـاژي GCSCهر چند خازن مورد استفاده در •

این اختالف مستقیما بـه . کند اما ابعاد آن بارها کوچکتر است کار TCSCخازن

. بر می گردد TCSCمینیمم و ماکزیمم رابطه بین امپدانس معادل

. است GCSC همواره باالتر از TCSCجریان در خازن •

ولتاژ دریچه نیمه هادي بکار رفته ، همواره بیشتر است اما ایـن امـر GCSCدر •

ها ، همواره در عبور از صـفر GTO نمی کند زیرا کلیدزنی مشکل چندانی ایجاد

. ولتاژ انجام می پذیرد

این . راه حل مناسبتري براي جبرانسازي سري است GCSCتحقیقات نشان می دهد که

را در دراز مدت براي جبرانسازي مـوازي مناسـب مـی TCRحقیقت به همان اندازه که

. دانند ، آشکار است


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٢

در خطوط انتقال با طول نیم موج GCSCصل هفتم کاربرد ف

همانطور که می دانید پیش از این در مورد بیان الکتریکی یک خط انتقال برحـسب طـول

. موج صحبت کردیم

سیـستم در این بخش بحث ما روي خطوطی متمرکز است که طول آنها نسبت به فرکانس

کـشور ) . 60HZ در فرکـانس 2700kmحدودا ( قدرت ، اندکی از نیم موج بیشتر است

برزیل طی سالهاي اخیر از یک بحران طاقت فرساي انرژي ، به شدت رنج برده اسـت تـا

جائیکه این امر موجب وارد آمدن خسارات مالی سنگینی به صنایع سـنگین ایـن کـشور

. پهناور شد

انجام شده توسط اساتید برجسته مشخص شد تنها راه منطقی عبور از این بنا به مطالعات

بحران ، بهره برداري از انرژي پتانسیل دست نخورده خدادادي نهفته در منطقـه آمـازون

. آبی امکانپذیر است -است که براساس تاسیس واحدهاي برق

شده از این منطقه ، متوسط انرژي استحصال 2000براساس مطالعات انجام شده در سال

تمام تولیدي در کل کشور برزیـل در %170 است که تقریبا GW 105چیزي نزدیک به

. آن سال بوده است

اما یک مشکل جدي بر سر راه انتقال این انرژي ارزشمند به مراکز مصرف وجود دارد و آن

ـ ز تولیـد و فاصله زیاد این منطقه با مراکز مصرف است بطوریکه متوسط فاصله بـین مراک

. می رسد km 2000مصرف به بیش از


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٣

در خطوط انتقال با طول نیم موج GCSCفصل هفتم کاربرد

اغلب موسسات تحقیقاتی که با این موضوع به نحوي در ارتباطند درباره بکاربردن خطوط

رکانس سیستم ، اندکی از نیم موج بیشتر اسـت بحـث که طول آنها نسبت به ف acانتقال

) . از این پس به اختصار خطوط انتقال با طول نیم موج می نامیم ( می کنند

: اصول کلی انتقال با طول نیم موج -7-1

4حداکثر ( این خطوط در مقایسه با خطوط کوتاه ویژگیهاي خاصی از خـود ) طول موج 1

. می دهند نشان

4روشهاي متداول کاستن طول الکتریکی معادل خطوط انتقال بلند تـا کمتـر از طـول 1

موج که به جبرانسازي راکتیو مشهورند ممکن است موجب ایجاد پدیده رزنانس گردنـد و

. کنند پیامدهاي طاقت فرساي بی شماري ایجاد

به میزان قابل مالحظه اي قیمت تمام شده خط را بـاال گذشته از آن ، این نوع جبرانسازي

از اینرو استفاده از جبرانسازي دو واحدي شامل راکتورهاي سـري و خازنهـاي . می برند

موازي ، براي خطوط انتقال بلندي که در عین حال طول الکتریکی آنها از نیم موج کمتـر

الکتریکی تا محدوده انـدکی است ممکن است یک راه حل جالب براي ارتقاء طول معادل

. بیش از نیم موج باشد

4موازي را به طور یکنواخت و به نـسبت ) یا / و ( یک خط انتقال با جبرانسازي سري 1

ضرایب β و α. طول موج در باالترین فرکانس مطلوب به فواصل کوچکتر تقسیم می کنند

، نسبت به خطوط بدون جبرانسازي تعریـف مـی سري و موازي خطوط جبرانسازي شده

؛شوند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٤


. می باشد β = 1 و α = 1براي خطی که هیچگونهجبرانسازي ندارد : بطوریکه

%60و ) سـري ( ازي طـولی خـازنی جبرانـس %30به عبارت دیگـر بـراي خطـی بـا

. می باشد β = 0.4 و α = 0.7 ،) موازي ( جبرانسازي القایی

. براي جبرانگرهاي سري القایی بزرگتر از واحد است αتوجه شود که

. براي جبرانگرهاي موازي خازنی از یک بزرگتر است βهمچنین

: ط تاثیر می گذارند جبرانسازي سري و موازي به طرق زیر روي روابط یک خ

αβ با یک ضریب PCمشخصه قدرت ) چند برابر شدن ( افزایش : که /2

0

CC Z

VP =

V0 ، ولتاژ نامی خط PC بار SIL و ZC امپدانس موج ضربه اي است .

خـاص بـین به طور( زاویه الکتریکی بین دو نقطه از یک خط ) چند برابر شدن ( افزایش

. αβبا ضریب ) سر و ته خط

بـه ) واحـد 2000 و km 300( بنابراین چنانچه نیاز باشد طول الکتریکی یک خط بلند

طول بسیار کمتر از 4طول موج کاهش یابد باید هزینه بسیار زیادي صرف جبـران تـوان 1

1.05л بین θ طور تقریبی به این نتیجه رسیده اند که اگر کارشناسان به. راکتیو نمود

)2599 km 60 در فرکانسHZ ( 1.10وл ) 2722 km 60 در فرکانسHZ ( باشد این

خطوط نیازي به هیچ


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٥


سازي توان راکتیو ندارند و می توان آن خطوط را به یکباره زیر بار بـرد امـا قـدرت جبران

. بیشتر باشد SILانتقالی از آنها در این حالت محدود است و نمی تواند از بار

مصرف توان راکتیو بسیار باال خواهد رفت و ولتـاژ در وسـط خـط از ولتـاژ PCدر حوالی

. د ترمینالهاي خط تجاوز خواهد کر

V0با تمام این شرایط چنانچه از نقطه اي تا نقطه دیگر از خط ، تغییرات ولتاژ بین صفر تا

. باشد ، همچنان ممکن است مشکلی براي خط ایجاد نشود

کمتـر از خـط 60HZ در فرکانس km 2800خطوط خیلی بلند مزیتهاي نسبت به طول

400 km با همان فرکانس است .

بدون جبرانـسازي ، 2800kmه ولتاژهاي ناشی از کلیدزنی در یک خط عالوه بر این اضاف

گذشته . با جبرانسازي متداول است 300km مساوي اضافه ولتاژهاي یک خط –کوچکتر

از اینها خطوط خیلی بلند می توانند بدون نیاز به جبرانسازهاي خاص ، زیر بار برده شوند؛

موازي می تواند روي کاهش هزینـه هـا اثـر هر چند حضور یک جبرانساز اعم از سري یا

. مثبتی داشته باشد

نیم ac کاهش نیافته اند ، خطوط انتقال HVDCتا زمانیکه قیمت مبدلهاي بکار رفته در

در حـال حاضـر . موج ، راهکاري ماندگار براي انتقال توان در فواصل طوالنی خواهند بود

. ده اند و در عمل نیز بکار می روند اصول کلی پخش توان در خطوط کوتاه شناخته ش


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٦


و با صـرفنظر از β و ضریب موازي αبراي اینکه خط انتقال با طول دلخواه و ضریب سري

: ول خط را تعیین می کند به صورت زیر استتلفات ، معادله مشهوري که پخش توان در ط

δsin21

eqXVV

P =

:که در آن

θαββα .sinCeq ZX =

و iseVVVV 0102 , ==

زاویـه بـین ولتـاژ دو δ ولتاژ ترمینال بار می باشـد و V2 ولتاژ ترمینال تولیدي و V1که

. ترمینال است

) FACTS( قابـل انعطـاف acسیستمهاي انتقال به عبارتی می توان گفت پایه و اساس

عبارتست از کنترل الاقل یکی از پارامترهایی که می تواند بر معادله پخش توان تاثیر گذار

. باشد

باید ولتاژ ترمینالها ، راکتانس سري خط و یا شیقت فـازي FACTSبه بیان دیگر ادوات

. بین ولتاژ ترمینالها را کنترل کنند

براي شش خـط بـا طـول هـاي δتوان اکتیو منتقل شده را به صورت تابعی از شکل زیر

. نشان می دهد 60HZمختلف و بدون جبران سازي در فرکانس


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٧


براي شش خط با طول هاي مختلف و بدون δ صورت تابعی از توان اکتیو منتقل شده به: 1- 7شکل

60HZجبران سازي در فرکانس

. شده است SIL ) PC ( ،Per unitتوان بر مبناي بار

)124kmتقریبا ( a : =0.05л θمنحنی

) 248kmتقریبا ( b : = 0.1л θمنحنی

)2228kmتقریبا ( c : = 0.09л θمنحنی

)2351kmتقریبا ( d : = 0.95л θمنحنی

)2599kmتقریبا ( e : = 1.05л θمنحنی

)2722kmتقریبا ( f : = 1.10лθمنحنی

δاین خطـوط در منطقـه اي بـا . کوتاه و با زاویه الکتریکی مشترك هستند b,aخطوط

) . به شکل فوق توجه کنید ( د نزدیک به صفر بکار برده می شون


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٨


هستند و در منطقه اي بـا л خطوط خیلی بلند با طول الکتریکی کمی کمتر از d,cخطوط

δ نزدیک به л به کار برده می شوند .

ه در شکل فوق مشخص است در این منطقه مشتق توان منفـی اسـت و در اما همانطور ک

نتیجه پایداري طبیعی در این منطقه وجود ندارد ؛ زیرا مشتق مثبـت از دالیـل پایـداري

. بشمار می رود acطبیعی سیستمهاي

به این ترتیب به این نتیجه می رسیم که خطوط با طول الکتریکی بین 4تا 1

2طول مـوج 1

( )πθπ .براي کاربردهاي متداول مطلوب نیست 2⟩⟩

δ داراي طول کمی بیش از نیم موج هستند که اجبـارا بایـد در منطقـه اي بـا f,eخطوط

بازهم به شکل توجه ( به کار برده شوند ؛ جائیکه مشتق توان آنها مثبت است лنزدیک به

. )کنید

CC کـه Pرفتار این خطـوط انتقـال ، بـراي انتقـال تـوان PPP نزدیـک منطقـه −≥≥

πδ . است δ=0شبیه رفتار یک خط کوتاه در نزدیکی =

یا θ را به عنوان تابعی از Pشکل زیر قابلیت ارتجاعی αE

E pن تـابعی از را به عنواα نـشان

. می دهد

αα

α ∂∂

=p

PEE p .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١١٩


یا θ به عنوان تابعی از Pقابلیت ارتجاعی : 2- 7شکل αE

E p به عنوان تابعی ازα

بـه . اسـت 1- تقریبـا برابـر Pخطوط کوتاه می توان مشاهده کرد قابلیت ارتجاعی براي

روي پخـش %1 جبرانسازي راکتیو سري کنترلی بـیش از %1عبارت دیگر به ازاي هر

. توان خواهیم داشت

حـدودا ( 1.10лاین در حالیست که به عنوان مثال براي یک خـط بـا طـول الکتریکـی

2722km 60 به ازايHZ ( قابلیت ارتجاعیP در این مثال براي هر . است 5.82- تقریبا

. از پخش توان داریم %5.82 جبرانسازي راکتیو سري ، کنترلی بیش از 1%

. در این مورد یک جبرانسازي کوچک می تواند مقادیر زیادي از توان اکتیو را کنترل کند

ه سري است اما تاثیر آن اندکی کمتـر رفتار جبرانسازي موازي توان اکتیو نیز تقریبا شبی

. است

همانطور که پیش از این گفتیم یک سیستم انتقال با طول کمی بیشتر از نیم موج ممکـن

. است یک راه حل قابل توجه براي انتقال نقطه به نقطه در فاصله اي طوالنی باشد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٠

در خطوط انتقال با طول نیم موج GCSC فصل هفتم کاربرد

موقعیتهاي کاربردي این سیستم انتقال ، می تواند توسط نوع خاصی از کنترل کننده هاي

. کوچک که براساس الکترونیک قدرت طراحی شده اند ، اصالح شود

مـدارهاي متنـوع گونـاگون . طراحی شده باشـد FACTSاین کنترلر می تواند بر ایده

بـا . سري و موازي ترکیبی را مشخص می کننـد FACTSمکانی جبرانسازهاي موقعیت

این اوصاف جبرانسازهاي سري راکتیو بسیار تاثیر گذارتر از جبرانسازهاي موازي راکتیـو

از این رو فقط . به منظور کنترل پخش توان راکتیو در خطوط با طول نیم موج خواهند بود

. ود را قرار داده ایم جبرانسازهاي سري را کانون توجه خ

: عبارتند از FACTSعمده جبرانسازهاي سري در میان ادوات

• TCSC ) خازنهاي سري با کلیدزنی تریستوري(

• TCSC ) خازنهاي سري کنترل شونده با تریستور(

• SSSC ) جبرانگرهاي سري سنکرون ساکن(

• GCSC ) خازنهاي سري کنترل شونده باGTO (

. براساس تریستورها طراحی شده اند دو جبرانگر اولی

TCSC اجازه نمی دهد کنترل جبرانسازي حتی یک درجه تغییر کند و دقت باالیی دارد .

TCSC وسیله بزرگی است و بوسیله زوایاي آتش مختلـف تریـستورها تغییراتـی را در

اویـه امپدانس معادل جبرانگرهاي سري بوجود می آورد ؛ هر چند از آنجا کـه تغییـرات ز

. آتش محدودیت دارد این تغییرات نمی تواند بصورت پیوسته و مداوم صورت گیرد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢١


دو گــروه از جبرانــسازهایی کــه پــیش از ایــن گفتــه شــد براســاس منطــق

fast commutating swithes طراحی شده اند که به آنها این اجازه را مـی دهـد تـا

. نسبت به سایر ادوات تریستوري ، زاویه تحت کنترل بیشتري داشته باشند

SSSC براساس forced commutating و مبدلهاي منبع ولتاژ )VSC ( و با حـداقل

. مبدلها بنیان نهاده شده اند dc سمت المان ذخیره کننده انرژي در

این ادوات یک کنترل سریع و صحیح و یک امپدانس معادل ثابت ارائه می دهند کـه مـی

. تواند القایی یا خازنی باشد

به نظر می رسد اشکال عمده این عناصر همچنان به قیمت باال بر می گردد و اینکه هنـوز

. ن خود را پس نداده اند در موقعیتهاي واقعی کاربردي ، امتحا

بعنوان یک وسیله مطلوب انتخاب می شود کـه در ادامـه کـاربرد آنهـا را GCSCنهایتا

. بررسی می کنیم

: شرح اجزائ سیستم شبیه سازي شده -7-2

وجـود دارد کـه B,Aشکل زیر سیستمی را نشان می دهد که در آن دو سیستم مجزاي

وازي بــه یکــدیگر متــصل شــده انــد و توســط بوســیله دو خــط انتقــال نــیم مــوج مــ

EMTDC/PSCAD شبیه سازي شده است .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٢


3- 7شکل

دارنـد و بطـور کامـل 2722kmدو خط انتقال ، شبیه به هـم هـستند و طـولی معـادل

Transpose شده اند .

کنترل شده است و روي خط دیگـر کنترلـی وجـود GCSCیکی از این خطوط بوسیله

. ندارد

GCSC توان نامی را بـا %20 براي جبرانسازي سري طراحی شده است و اجازه کنترل

. می دهد %3.17جبرانسازي راکتانس سري کمتر از

آل و یک امپدانس معادل هـستند و هر یک شامل یک منبع ولتاژ ایده B,Aسیستمهاي

: داراي مشخصات زیر می باشند

: Aسیستم

750kv , 00 : ولتاژ خط به خط

60HZ : فرکانس

18 Ω , 870 : امپدانس


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٣


L,R2 و یک شاخه اهمـی سـلفی R1 شامل یک مقاومت سري Aن بار متصل شده به شی

و R2=724.9Ω و R1=2000Ωاست که هـر دو بـه صـورت اتـصال سـتاره هـستند و

L=2.55H 825kv,-191.40 : ولتاژ خط به خط

60HZ : فرکانس

28 Ω , 870 : امپدانس

است R2 , L سلفی – و یک شاخه اهمی R1 شامل یک مقاومت Bار متصل شده به شین ب

ــد و ــصل شــده ان ــصال ســتاره مت ــصورت ات ــر دو ب ــه ه R2=173.6ΩوΩR1=250ک

. است L=0.3054Hو

. در شکل زیر شماتیک پیکربندي خط مشخص شده است

پیکربندي خط انتقال شبیه سازي شده: 4- 7شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٤

در خطوط انتقال با طول نیم موج GCSC کاربرد فصل هفتم

اگر چه این طراحی براي کاربرد در فاصله هاي بسیار طوالنی انجام نگرفته امـا ایـن امـر

. اختاللی در اعتبار مفهوم کلی قضیه وارد نمی کند

می توان از اندوکتانس متقابل بین خطوط فاصله بین دو خط موازي به قدري زیاد است که

. چشم پوشی کرد

. شبیه سازي شده اند PSCAD/EMTDCخطوط در مدل فازي وابسته به فرکانس در

: داریم f=60HZدر منطق وابسته به فرکانس و با در نظر گرفتن

ZC(pos)=265.27-j 3.9455 Ω

kmΩ Z(pos)=0..10174+j 0.34195

PC=2.12 GW (750 kv) : برابر است با GCSCظرفیت

C=90 μF( Xmax = 29.473 , 60 HZ )

: PLL براي PIظرایب کنترلی KP= 30 , Ki= 3000

: γ کنترل کننده زاویه خاموشی PIظرایب کنترلی

Kp= 30 , Ki= 1667


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٥


: نتایج حاصل از شبیه سازي -7-3

در حال حاضر طرح بهینه سازي خطوط انتقال نیم موج هنوز هم در حال پیشرفت اسـت

: اما در اینجا نتایج شبیه سازي مقدماتی آمده است

براي کنترل پخش توان در سرتاسر خط انتقال با GCSCنتایج شبیه سازي ، لزوم وجود

. طول نیم موج را تصدیق کرده است

شکل زیر ولتاژهاي خط به زمین پایانه هاي فرستنده و گیرنده خط انتقال با طول نیم موج

شده است ، براي سه فاز ، bypass , GCSCرا در بدترین حالت زیر بار بردن در حالیکه

. را نشان می دهد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٦


ولتاژهاي خط به زمین پایانه هاي فرستنده و گیرنده خط انتقال با طول نیم موج در بدترین : 5- 7شکل

شرایط زیر بار رفتن


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٧


بریکرهاي تکفاز اجبارا در چند لحظه متفاوت نزدیک به پیک ولتاژ هر فاز بسته شده اند و

. نیست ms 8زمان تاخیر بین اولین و آخرین بسته شدن بریکر بیش از

نه فرستنده و نه در پایانـه گیرنـده وجـود نـدارد و عالوه بر این ، راکتور موازي نه در پایا

حداکثر اضافه ولتاژ براي ولتـاژ . مجهز نیستند Pre – insertionبریکرها به مقاومتهاي

. می باشد 1.904p.u , 1.97p.u فاز به ترتیب –فاز به زمین و ولتاژ فاز

)Vbase 750به ترتیب kv, 433 kv می باشد . (

. در خطوط بی بار است 1.067 در پایانه گیرنده و ولتاژ در پایانه فرستنده نسبت بین ولتاژ

مشاهده می شود این خط اضافه ولتاژ کمتري نسبت به مقادیر رایج دیده شده در خطـوط

. کوتاه القاء می کند

شکل زیر موردي را نشان می دهد که با یک حالت شبه ساکن شروع به کار می کنـد ؛ بـا

. وصل شده اند B و شین Aدانس ثابتی که به شین بارهاي امپ

6- 7شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٨


تحـت فرمـان خـط 0.5sec در مدار در GCSCهمچنین نشان داده شده است با آوردن

1pu پرش می کند و در پرش بعـدي از sec 1 در p.u 1 بهpu 0.8کنترل شده ، توان از

. بلوکه می شود s 5در GCSC می رود و نهایتاsec 3 در pu 0.85به

) GW 1.89( تعیین شده است pu 1مرجع توان اکتیو

خـط TL1 ( 1خـط انتقـال . شکل فوق توانهاي اکتیور سرتاسر دو خط را نشان می دهد

و همچنین تـوان مرجـع نمـایش ) خط کنترل نشده TL2 ( 2ال و خط انتق ) کنترل شده

. داده شده اند

. را نشان می دهد 1Cγشکل زیر زاویه خاموشی

.1Cγزاویه خاموشی : 6- 7شکل

از راکتانس سري خط موجب می شـود p.u 0.0316یک جبرانساز کوچک فقط در حدود

این امر قابلیت . از توان منتقل شده خط ، کنترل وجود داشته باشد p.u 0.2وده در محد

αE=33.6ارتجاعی تقریبی در حدود EP را باعث می شود که با منحنی هاي تئوري نشان

. منطبق است 2-7داده شده در شکل


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٢٩

در خطوط انتقال با طول نیم موج GCSCد فصل هفتم کاربر

sec5.1sec1در شکل زیر به ازاي pp t ولتاژGCSC فاز A ) KV ( و جریان خطی فازA

)KA ) ( را می توان مـشاهده کـرد و ) برابر شده است 50این جریان براي نمایش بهتر

. یابد ، جریان افزایش میGCSCدید که با افزایش ولتاژ جبرانسازي

7- 7شکل

به ازاي همان فاصله زمانی شکل زیر سیر تکاملی هارمونیکهاي ولتاژ مرتبه سوم ، پنجم و

. هفتم را در مقادیر موثر بیان می کند

باید توجه داشت که هارمونیکهاي مختلف در زوایاي خاموشی متفـاوت مقـادیر متفـاوتی

. دارند

کـه در آن رخ می دهدt=1.212 و تقریبا در استkv 5.5 به صورت موثر THDvمقدار 0113=γ است .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٠

فصل هشتم نتیجه گیري ، پیشنهادات و محدودیتها

: نتیجه گیري -8-1

. در این پژوهش کلیات جبرانسازي را در حدامکان بررسی کردیم

. ارائه شد GTOیک خازن سري کنترل شونده توسط کلیدهاي

. قوانین کلی و مشخصات آن نیز بررسی شد

. تجزیه و تحلیل هارمونیکی انجام شد

. مطرح شد و کاربرد این خاصیت مشخص گردید TCR , GCSCبحث دوگان بودن

تاژ است که با در خطوط توزیع شعاعی ، تعدیل ول GCSCیکی از کاربردهاي در دسترس

. استفاده از شبیه سازي کامپیوتري بیان شد

مفهوم خطوط انتقال با طول نیم موج که در مورد آن بحث شد براي انتقـال مقـادیر زیـاد

انرژي براي فواصل طوالنی قابل استفاده است و می تواند در آینده رشد و ترقـی داشـته

. باشد

بر روي کنترل این خطوط بسیار تاثیر GCSCم به نا FACTSکاربرد نمونه اي از ادوات

. قابل قیاس می کند ) DC ) HVDCگذار است ؛ تا جائیکه آنها را با سیستمهاي انتقال

خطوط انتقال بلندي که طول آنها نسبت به فرکانس بیـشتر از نـیم مـوج اسـت از دیـد

. جبرانسازي بسیار مناسب هستند

300kmمحدودیتهایی است که در خطوط متـداول محدودیت کاربرد این خطوط ، همان

. جبرانسازي شده وجود دارد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣١

فصل هشتم نتیجه گیري ، پیشنهادات و محدودیتها

. توان نامی بکار برد %20مقدار کمی جبرانسازي سري را می توان در محدوده

اري وجود دارد که این درصد تا حدودي افزایش یابد ؛ بـدون اینکـه در قـدرت این امیدو

. بکار رفته تغییري حاصل شود GCSCنامی

GCSC وسیله ایست که واکنش سریع دارد و می تواند پایداري و حالت گذاري سیـستم

SSSCهمراه با مزایاي دیگري که آنرا از سایر جبرانسازهاي سري نظیر را افزایش دهد ؛

. متمایز می کند TCSCو

اخیرا محققان روي طراحی خطوط انتقال غیر متداول که براي فاصله هاي بسیار طـوالنی

. کار می کنند )) HVAC Tap(( تحت عنوان . امکان انتقال توان را داشته باشند


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٢

نتیجه گیري ، پیشنهادات و محدودیتها فصل هشتم

: پیشنهادات و محدودیتها -8-2

یکی از محدودیتهایی که در راه این پژوهش وجود داشت عدم دسترسی به منابع علمـی

به نظر می رسد این مشکل حتی در کتابخانه هاي معتبر کشور نیز وجود دارد . معتبر بود

کترونیک در کشور ، این مشکل بزرگ از سر راه محققـان و که امیدوارم با ایجاد تجارت ال

پژوهشگران برداشته شود تا اینکه بتوانند به جدیدترین و ارزشـمندترین منـابع علمـی

به هر حال علیرغم این محدودیتها ، در حد توان سـعی شـد . جهان دسترسی پیدا کنند

. مطالب عنوان شده مستند و مستدل باشد

وسیعی از کار هنوز پوشیده است که امید داریم در تحقیقات آتـی مـورد با اینحال زوایاي

. توجه قرار گیرند

بعنوان مثال در برخی موارد عملیاتی مانند کارکرد بارهاي موتـوري کـه احتمـال فعـل و

وجود دارد حتما باید تجزیه و تحلیل دقیق انجام شـود GCSCانفعال زیر هارمونیکها با

اجتناب آنها متقابل با اثر از هنگامی که امپدانس خود را تغییر می دهد بتوانند GCSCتا

. د کن

در مورد آن مطالعاتی انجام گیرد ایـن حقیقـت دیدگاه مهم دیگري که پیشنهاد می کنیم

به هنگام بسته شدن کلیدهاي نیمـه هـادي ، جریانهـایی از سـمت GCSCاست که در

dt موجب باال رفتن کلیدها به سوي خازن منحرف می شوند کهdi می شوند .

نکته اي که در اینجا هنوز مبهم است این است که آیا خازنهاي متداول می تواننـد مـورد

dtاستفاده قرار گیرند یا اینکه به خازنهاي مخصوص با ظرفیت di باال نیاز است .


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٣

نتیجه گیري ، پیشنهادات و محدودیتها فصل هشتم

ارائه داده اند ، توسـعه و GCSCاگر چه عمده محققان یک کنترل دینامیک و پویا براي

. محک یک استراتژي کنترلی در خور همچنان در کارهاي آتی الزم به نظر می رسد

و یک فهم کامل از رفتارهاي آنان براي یـک محـدوده شبیه سازي جزئی کلیه تجهیزات

. فرکانسی گسترده به منظور طراحی و آنالیز یک کنترل وسیع ضروري به نظر می رسد


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٤


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٥


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m



١٣٦

... با مراجعه به وبالگ ما از آخرین کتاب ها، نرم افزارها، مطالب آموزشی و

.در ارتباط با مهندسی برق استفاده نمایید


مهندسی برق


www.powere

ngine

ering

.blog

fa.co

m




reactive power-control

Engineering