انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه 

پایان نامه‏ برق و الکترونیک

انجام پایان نامه‏ ارشد برق و الکترونیک

مقدمه:
ابداع كليدهاي جيوه اي فشار قوي در پنجاه سال قبل مسير توسعه تكنولوژي انتقال HVDC را هموار كرد. تا سال 1945، اولين لينك DC تجاري با موفقيت بكار گرفته شده بود و نمونه هاي بزرگتري در حال توليد بود. موقعيت تكنولوژي جديد موجب گرديد كه تحقيقات و تلاشها به سمت ساخت كليدهاي نيمه هادي پيش رود و تا اواسط دهه 60، اين كليدها جايگزين كليدهاي قوس جيوه ي شدند. بعد تاريخي و پيشرفت هاي فني تكنولوژي HVDC بطور مفصل در مراجع بيان گرديده است. پيشرفت هاي قال توجه در بهبود قابليت اطمينان و ظرفيت كليدهاي تايريستوري موجب كاهش هزينه مبدل ها در مسافت‌هاي انتقال و در نتيجه افزايش قدرت رقابت طرح هاي DC شده است.
در هر حال عدم امكان خاموش كردن تايريستورها محدوديت مهمي در ملاحظات مربوط به توان راكتيو و كنترل آن پديد مي آورد. اين محدوديت موجب ظهور تجهيزات الكترونيك قدرت با قابليت هاي كنترلي بيشتر شده است براي نمونه IGBT , GTO، اما تا لحظه نوشتن اين مطالب، هيچكدام از اين دو بدليل ظرفيت مورد نياز، نتوانسته اند رقيب تايريستور در طرح هاي HVDC با ظرفيت زياد شود. از طرف ديگر ظرفيت اين تجهيزات جديد امكان توسعه تكنولوژي فراهم آورده FACTS را- موضوع اين كتاب- به منظور مقابله با مشكلات خاص موجود و با هزينه اي كمتر از هزينه HVDC فراهم آورده است.
طرح مباحث مربوط به انتقال DC در اين كتاب متناقض به نظر مي رسد زيرا اغلب  FACTS , HVDC در تكنولوژي رقيب محسوب مي شوند. مشكل به تغيير نادرست از كلمه «انتقال» بر مي گردد. انتقال معمولا بيانگر مسافت طولاني است در صورتيكه بخش بزرگي از لينك هاي DC موجود، اتصالات ميانب با مسافت صفر هستند. امروز، مرزهاي بين ادوات HVDC , FACTS، به نوع تجهيزات حالت جامد (تجهيزات حالت جامدي كه در حال حاضر در HVDC بكار مي روند، محدود به يكسوكننده هاي كنترل شده سيليكوني مي باشند) و ظرفيت طرح ارتباط دارد. بهرحال با بهبود ظرفيت و توانائي هاي تجهيزات جديد استفاده خواهد شد و در        FACTS سعي خواهد شد كه كنترل توان بصورت مستقيم تري انجام شود مثلا با توسعه اتصال دهنده توان مياني آسنكرون، يعني لينك HVDC پشت پشت. از اين رو مي توان لينك پشت به پشت را نيز جزء ادوات FACTS به حساب آورد و اين فصل در مورد همين كاربرد HVDC است.

معرفي شبكه هاي HVDC , AC و تكنولوژي انتقال DC با ولتاژ بالا (HVDC)
اتصال سيستم هاي AC با لينك DC:
در مسافت هاي كمتر از مسافت break-even  باري اتصال در سيستم يا ناحيه مستقل استفاده از انتقال توان بصورت AC ترجيح داده مي شود. براي اين منظور بايد برخي ملاحظات ضروري را كه برخي از آنها در زير آورده شده است رعايت كرد.
لينك بايد ظرفيت كافي براي برقراري عبور توان در مقادير موردنظر را داشته باشد و پس از وقوع اغتشاش سريعا به وضعيت قبل از اغتشاش باز گردد. وجود يا ساخت مراكز ديسپاچينگ با امكانات مخابراتي قابل اعتماد سريع. هر كدام از سيستمها بايد قابليت حفظ و كنترل فركانس عادي را داشته باشد و از همين دو بايستي بتواند ذخيره چرخان بلند مدت و كوتاه مدت كافي فراهم آورد. معمولا در اكثر كشورها نواحي جداگانه با كمبود توان مواجه مي شوند بويژه در زمان اوج مصرف كه فركانس شبكه بسيار پايين مي ماند (حفظ ذخيره چرخان ممكن نيست). در چنين مواردي اتصال ناحيه هاي بوسيله اتصال مياني به صورت سنگرون بسيار مشكل است. براي اتصال مياني آسنكرون، دو انتخاب وجود داردك يكي بوسيله انتقال HVDC و ديگري بوسيله يك پست پشت به پشت HVDC. انتخاب اول يعني انتقال HVDC زماني از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است كه فاصله طولاني و مقدار انرژي تبادلي زياد باشد. در حالتي كه بخواهيم توان اضافي يك ناحيه را براي مدت كوتاهي به ناحيه ديگر انتقال دهيم و همچنين براي تقويت هر كدام از سيستم ها در مواقع اضطراري، HVDC 1شت به پشت انتخاب مناسب تري است.

مبدل HVDC:
براي تطابق لحظه اي ولتاژهاي طرف AC , DC در فرآيند تبديل (شكل 3-1)، بايد امپرانس سري كافي در طرف AC , DC مبدل قرار داده شود. با روش پيشين، اغلب تبديل منبع ولتاژ حاصل مي گرددو تغيير جريان DC بوسيله كنترل تايريستور امكان پذير است اگر راكتور هموار كنند بزرگي در طرف DC قرار داده شود، فقط پالس هاي جريان مستقيم ثابت از تجهيزات كليدزني عبور كرده  و به سيم پيچ هاي ثانويه ترانسفورماتور مي رود. پس از آن، اين پالس هاي جريان مطابق با نسبت تبديل و اتصال ترانسفورماتور، به طرف اوليه انتقال داده شده و به اين ترتيب يك مبدل جريان با امكان تنظيم ولتاژ مستقيم بوسيله كنترل تايريستور حاصل مي شود. تبديل ولتاژ در مبدل هي قوس جيوه بكار گرفته نشد زيرا حذف اغتشاش هاي توليد شده ناشي از قوس معكوس ناممكن بود.
 
تبديل ولتاژ AC.DC
طرح هاي تايريستوري، تغييرات سريع منبع ولتاژ مستلزم استفاده از امپدانس سري بزرگ است كه براي جبران توان راكتيو، مقرون به صرفه نيست، بنابراين دلايل، در طراحي مبدل هاي HVDC تبديل جريان توضيح داده مي شود. به منظور استفاده بهينه از مبدل و ولتاژ معكوس با پيك كم در دو سر كليدهاي مبدل، در مبدل هاي HVDC منحصرا از پل سه فاز شكل استفاده مي شود. با طرح هاي HVDC، فقط از اتصالات ساده ترانسفورماتورها استفاده مي شود. اين امر بدليل عايق هاي ترانسفورماتور است كه بايد قدرت تحمل ولتاژهاي متناوب همراه با ولتاژهاي مستقيم زياد را داشته باشد. با استفاده از اتصالات موازي ترانسفورماتور ستاره/ مثلث و ستاره/ ستاره مي توان به سهولت تعداد 12 پالس را بدست آورد در شكل است، پايين ترين مولفه جريان هارمونيكي مشخصه آن هارمونيك يازدهم بوده و هزينه فيلتر بطور قابل ملاحظه اي كاهش يافته است.
 
كنترل سيستم HVDC: (كنترل آتش كليد)
آتش كردن كليد بر اساس اصول كنترل آتش هم فاصله صورت مي گيرد كه مبناي آن، يك نوسان كننده كنترل شده با ولتاژ است كه قطاري از پالسها را در فركانس كه مستقيما با ولتاژ كنترلي DC، Vc، متناسب است ارسال مي كند. در حال حاضر با اين روش، حلقه هاي كنترلي متعددي براي تامين ولتاژ Vc بكار مي روند. فاز هر كدام از پالس هاي آتش مي تواند بسته به ولتاژ خط AC سه فاز، سينوسي متقارن باشند (فركانس اصلي)،   براي تمام كليدهاي يكسان است. بايد به روشي زاويه فاز نوسان كننده به سيستم AC قفل شود. اين امر با متصل كردن Vc در يك حلقه فيدبك منفي بازاء جريان ثابت يا زاويه خاموشي ثابت انجام مي شود هنگام عملكرد در كنترل جريان ثابت، Vc از تقويت اختلاف (طخا) بين منبع جريان و جريان خط DC اندازه گيري شده بدست مي آيد، به اين وطيله يك حلقه كنترلي فيدبك منفي ساده بوجود مي آيد كه سعي دارد جريان ثابت را در مقداري بسيار نزديك به هنگاميكه جريان برابر مقدار مرجع شد، خطاي ثابت را در مقداري بسيار نزديك به هنگاميكه جريان برابر مقدار مرجع شد، خطاي تقويت شده (Vc) دقيقا برابر است با مقدار لازم براي اينكه فركانس نوسان كننده شش برابر فركانس منبع شود. خروجي هاي ring counter و در نتيجه پالس هاي كيت كليد به ولتاژ AC فازم عيني خواهند داشت. در عملكرد حالت ماندگار، اين فاز برابر زاويه آتشي   است. وقوع يك اغتشاش مانند لغت back end در سيستم DC موجب افزايش موقت جريان شده كه باعث كاهش Vc و در نتيجع كند شدن نوسان كننده مي گردد در نتيجه فاز نوسان كننده عقب افتاده و زاويه آتش   افزايش مي يابد. اين امر موجب كاهش مجدد جريان شده و سيستم نهايتا داراي همان جريان، همان Vc و فركانس نوسان كننده مي گردد اما فاز آن تغيير كرده است يعني   تغيير كرده است. سيستم كنترل نيز تغييرات فركانسي سيستم را دنبال خواهد كرد، كه در اين حالت نوسان كننده بايد فركانس خود را تغيير دهد، اين امر منجر به Vc متفاوت و در نتيجه جريان متفاوتي خواهد شد، اما با تقويت بهره زياد، خطاي جريان را كم مي كنند. اين طرح جريان ثابت، مد كنترلي اصلي در خلال يكسوسازي است، در طي inversion نيز، هر زمان كه كنترل جريان به عهده اينورتر است، به همين دطريق عمل مي شود. پاسخ سيستم كنترل سريع است، اما بدليل پاسخ هاي كندتر خط DC كه شامل خازن، اندوكتانس و راكتانس همواركننده است، اثر آن كم مي شود.
كنترل زاويه خاموشي اينورتر با يك حلقه فيدبك منفي كه بسيار شبيه حلقه جريان است انجام مي شود اختلاف بين   اندازه گيري شده و   تنظيم وتقويت شده و مانند قبل Vc را بوجود مي آورد با اين تفاوت كه   يك كميت نمونه برداري شده است نه يك كميت پيوسته براي هر كليد زاويه خاموشي بصورت اختلاف زماني بين لحظه صفر جريان و لحظه اي كه ولتاژ آن از صفر مي گذرد و مثبت مي شود تعريف مي گردد. براي هر پل شش مقدار   وجود دارد كه بايد اندازه گيري شود. در عملكرد حالت ماندگار متقارن، اين مقادير يكسان هستند. در حالت نامتعادل، مقداري كه بيشترين احتمال شكست كموتاسيون را با خود دارد كمترين مقدار   است.

مشخصه هاي كنترلي و جهت عبور توان:
ايده ولتاژ/ جريان هيبريد در انتقال HVDC بكار رفته است تا نيازهاي شرايط عملكرد خاص را برآورده سازد. اين كار با تنظيم سطوح ولتاژ DC در هر دو طرف لينك از طريق كنترل تغيير دهنده تپ زير بار در حالت ماندگار و با كنترل تايريستوري د صورت وقوع تغييرات كوچك يا بزرگ د شرايط عملكرد در هر كدام از سرهاي لينك DC، انجام مي گيرد. جريان DC تنها بوسيله مقاومت اندك خز انتقال محدود مي شود و به همين دليل در مقابل چنين تغييراتي بسيار حساس است. خواهيم ديد كه تعبيه كنترل كننده هاي جريان در هر دو انتها به همراه ترانسفورماتورهاي تغيير دهنده تپ زيربار راه حل كاملا مناسبي براي اين مساله است. از اين رو عموما در انتقال HVDC از كنترل جريان استفاده مي شود. در خطوط انتقال AC، جهت عبور توان با علامت اختلاف زاويه فاز ولتاژهاي دو انتهاي خط تعيين مي شود، در واقع جهت عبور توان مستقل از دامنه ولتاژهاي واقعي است. از طرف ديگر، در انتقال DC، جهت عبور توان به دامنه ولتاژهاي ترمينال هاي مبدل يستگي دارد   فاز مطلق يا نسبي ولتاژهاي نقشي در اين فرآيند ندارد. در هر حال با استفاده از نوع ديگري از كنترل زاويه آتش كه موجب مي شود جهت عبور توان مستقل از دامنه ولتاژهاي AC باشد و در عوض، مانند همتاي AC خود عمل كند، مي توان اين وضعيت را تغيير داد. مشخصه اصلي يك مبدلل از يكسوسازي كامل inversion تشريح گرديده است. فرض شده است كه مبدل داراي كنترل كنندهاي زاويه خاموشي ثابت و جريان ثابت باشد. معمولا اگر يكسوكننده وظيفه كنترل جريان را برعهده داشته باشد و اينورتر در كنترل زاويه خاموشي حداقل كارك ند، جبران توان راكتيو كل، به حداقل رسيده و بهره برداري از خط در بهترين وضعيت انجام مي شود. اين تركيب بوسيله يك لينك DC با در ترمينال بدست مي آيد البته بايد تنظيم جريان پستي كه توان مي دهد كمي بالاتر از تنظيم جريان پستي كه توان دريافت مي كند باشد. اختلاف بين اين دو تنظيم، حاشيه جرياني (Idm) ناميده مي شود. مي توان اثر آن را با توجه كه در آن جريان عمل كننده با كنترل جريان ثابت در انتهاي يكسوكننده تنظيم شده بهتر درك كرد. كنترل كننده جريان انتهاي اينوتر، جرياني ا مي بيند كه بزرگترا ز تنظيم آن است در نتيجه سعي مي كند با افزايش ولتاژ خود، آن را كاهش دهد. اين امر تا زماني كه به سقفي كه توسط كنترل زاويه خاموشي حداقل در نقطه A تعيين مي شود برسد ادامه مي يابد. اين نقطه كار حالت ماندگار عادي است و لازم مي دارد كه در انتهاي يكسو كننده مشخصه ولتاژ طبيعي بالاتر باشد، در اين وضعيت ممكن است انجام تغيير تپ زير بار در ترانسفور مبدل لازم باشد. زمانيكه كاهش ولتاژ AC عمده اي در انتهاي يكسو كننده رخ دهد، بطوريكه سقف ولتاژ DC (ولتاژ طبيعي) يكسوكننده كمتر از همين كميت در اينورتر شود، كنترل كننده جريان اينورتر با افزايش آتش كردن (يعني كاهش   و در نتيجه ولتاژ DC اينورتر) جريان ثابت تغيير مي كند. نقطه كار جديد A/ در جرياني كه به اندازه حاشيه جريان كاهش يافته است، بدست مي آيد. تغيير جهت توان معمولا در اثر تغيير شرايط كار رخ نمي دهد بلكه با يك دستور كنترلي كه با توه به ملاحظات كلي سيستم قدرت صادر مي شود انجام مي گيرد. شكل نشان مي دهد كه دوباره پس از اينكه پست I زاويه تاخير را به ناحيه inverting افزايش مي دهد و پست II در اين فرآيندع جريان خط، صفر شده و كل سيستم بلوكه مي شود. همانطور كه قبلا گفته شد، پست يكسوكننده براي معكوس كردن توان به تنظيم جريان بالاتري نياز دارد به همين دليل بايد حاشيه جريان، از مقدار مرجع پست I تفريق شود. به اين ترتيب، مشخصه شكل بدست مي آيد. كه نقطه كاري با قطبيت ولتاژ متفاوت حاصل مي شود و نقش در پست عوض شده اما جهت جريان تغيير نكرده است و همان چيزي است كه مورد نياز بويژگي نيمه هادي است.

صلاحي بر مشخصه هاي اساسي:
در خلال خطاهاي سيستم AC در انتها دريافت كننده خطر شكست كموتاسيون وجود دارد و اگر خطا از نظر الكتريكي نزديك باشد، اينورتر به تنهايي توانايي بازگشت به حالت عادي را ندارد. در چنين مواقعي، كاهش فشار بر كليدهاي اينورتر ضروري است و اين كار با افزودن حد ولتاژ پايين وابسته به جريان به مشخصه كنترلي يكسوكننده قابل انجام است. مشخصه هاي اصلاح شده شامل شاخه CD در يكسوكننده و شاخه EF/ در اينوتر است. نقاط شكست E , C معمولا بين 70% و 30% ولتاژ DC بوده و در شرايط خاص ممكن بوده و ممكن است نوسانات شديد در ولتاژ پديد آيد. عبارات VDCOL و LVCL براي عملي بكار برده مي شوند كه هنگام كاهش ولتاژ، تنظيم جريان را كاهش مي دهد. معمولا با قراردادت يك حد حداقل (كه بزرگتر از 90 است و در شكل با KK/ نشان داده شده) براي  ، از معكوس شدن ناخواسته ولتاژ اينورتر جلوگيري مي شود. خطوط FG , DH معروف حدود حداكثر جريان در ولتاژ پايين هستند. مشكل ديگر در مشخصه هاي اساسي، زماني رخ مي دهد كه ولتاژ مسقف يكسوكننده به ولتاژ سقف اينورتر بسيار نزديك شود بطوريكه محل برورد مشخصه هاي بين Ids-Idm , Ids واقع شود. در اين ناحيه هيچ كدام از كنترل كننده هاي جريان كاري انجام نمي دهند. در عمل جريان در يك نقطه وسط ثابت نمي شود و اينورتر بطور پريود يك وارد در كنترل جريان مي شود. راه حل اين نوع نوسان، تغيير شيب اندكي در مشخصه اينورتر (در شكل AB به جاي A/B/) است.
كنترل توان در انتقال HVDC داراي بيشترين اهميت است. ولتاژ و جريان (گرفته شده از ه دو قطب) در هم ضرب شده و مستقيما فيدبكي به كنترل كننده داده مي شود اين مانيتورينگ توان است. پس كنترل كننده اصلي (در يكي از در پست) يك فرمان جرياني به كنترل هاي قطب دو انتهايي لينك ارسال مي كند. با وجود اين، حدودي براي جلوگيري از فرمان هاي غيرقابل قبول (مثلا در هنگام راه اندازي) در نظر گرفته شده است. معمولا سيگنال كنترلي كه به كنترل كننده جريان اعمال مي شود توان است اما اگر فركانس از حدود از قبل تعيين شده تجاوز كند، از كنترل فركانس استفاده مي شود. اما زمانيكه حداكثر توان ممكن در حال انتقال است نمي توان از كنترل فركانس استفاده كرد.

مدارهاي مبدل و اجزاء آن:
اجزاء الكتريكي اصلي هر قطب مبدل پست با جزئيات بيشتر در شكل رسم شده است. تمام اجزائي كه در مستطيل پررنگ قرار دارند در كليد خانه وقع شده اند طرح شامل دو دسته كليد در هر انتها است. هر دسته كليد از دو پل شش پالس با اتصال سري كه توسط دو ترانسفورماتور مبدل تغذيه مي شوند تشكيل شده است. ترانسفورماتور بترتيب بصورت ستاره/ ستاره و ستاره/ مثلث بوده تا جا به جايي فاز 30 لازم براي عملكرد 12 پالس را تامين كنند. د هر انتهاي لينك، دو مجموعه فيلتر وجود دارد كه عبارتند از شاخه هاي تنظيم شده براي هرمونيكهاي يازدهم و سيزدهم و يك شاخه بالا گذر تنظيم شده براي هارمونيك بيست و چهارم. فيلترها از نظر حرارتي براي عملكرد در ظرفيت كامل طراحي شده است و ضرايب اضافه بار كوتاه مدت و پيوسته نيز در نظر گرفته شده اند. يك فيلتر بالاگذر تنظيم شده براي هارمونيك دوازدهم نيز در طرف DC قرار گرفته است.

خازنهاي موازي اضافي فقط در پست ديكينسون نصب شده اند زيرا ژنراتورهاي كول كريك مي توانند توان راكتيو مورد نياز را تامين كنند. يك القاگر هموار كننده DC در طرف فشار ضعيف قرار گرفته و راكتورهاي با هسته هوايي در طرف خط مبدل ها واقع شده اند، راكتورهاي با هسته هوايي با محدود كردن پيشاني موج هاي با شيب تند كه از طرف DC مي آيد در نظر گرفته شده اند. كليدهاي تايريستوري با برقگيرهاي فاز به فاز حفاظت مي شوند. سركليد بالايي كه به شين قطب هاي مثبت يا منفي متصل شده اند در معرض اضافه ولتاژهاي بالاتر و حوادث ديگر هستند و با قرار دادن برقگير براي هر كليد متصل است راكتور را محافظت مي كند. برقگير الكترود و قطب براي تكميل حفاظت اضافه ولتاژ بكار مي روند.

كليد تايريستوري فشار قوي:
تعداد زيادي تايريستور بطور سري بهم متصل مي شوند تا يك كليد با ظرفيت ولتاژي كافي بدست آيد. در اتصال سري تايريستورها لازم است عناصري را به كليد اضافه كنيم تا ولتاژ مرحله خاموشي يكنواختي بين ت تايريستورهاي سري توزيع شود. در واقع براي هر تايريستور چندين عنصر پسيو در نظر گرفته مي شود تا اولا اطمينان حاصل شود كه اين تقسيم ولتاژ بدرستي انجام مي شود. ثانيا هر تايريستور در مقابل اضافه ولتاژ، نرخ افزايشي ولتاژ   و نرخ افزايش جريان   محافظت شود. تايريستور به همراه مدارهاي اكش و درجه بندي ولتاژ محلي آن، يك طبقه تايريستور ناميده مي شود.








انجام پایان نامه

، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه، پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

 دانلود مقاله | انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

نقشه