فیلتر اکتیو شنت

کاهش هارمونیک های سیستم قدرت با استفاده از فیلتر اکتیو شنت

350,000 تومان


توضیحات محصول

  1. در این سمینار به مطالعه استفاده از فیلتر اکتیو شنت برای کاهش اثرات هارمونیک های موجود در سیستم قدرت پرداخته شده است. در این سمینار فیلتر اکیتو شنت با استفاده از الگوریتم های تکاملی مورد بررسه قرار گرفته و اثر آن بر روی حذف هارمونیک های سیستم توضیح داده شده است. در فصل اول این سمینار ابتدا به عوامل ایجاد هارمونیک در سیستم قدرت پرداخته شده که معمولا بارهای غیرخطی هستند. در فصل دوم به مطالعه تاریخچه هارمونیک در سیستم قدرت و اثرات آن و راه های مقابله با آن پرداخته شده است. در فصل سوم مدل ها و راه کارها برای حذف هارمونیک در سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفته شده اند. در فصل چهارم یک شبیه سازی برای اثبات مباحث گفته شده به صورت عملی انجام شده است و درنهایت در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه شده است.

در ادامه بخش هایی از موضوعات بحث شده در این سمینار آمده است.

تعریف هارمونیک

بنا به تعریف شبکه قدرت ایده‌آل، شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و سطح ولتاژ مشخصی از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل گردد.

 از اين رو، كاركرد صحيح و مطلوب این گونه تجهيزات، مورد نظر افراد می‌باشد و كيفيت توان به عنوان يكي از شاخصه هاي رشد صنعتي، توجه مهندسان برق را به خود جلب كرده است. يكي از مشكلات كيفيت توان، اعوجاج هارمونیک‌ها می‌باشد. بروز هارمونیک‌ها در سیستم‌های قدرت ناشي از استفاده از عناصر غيرخطي در شبكه می‌باشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين طراحي سیستم‌های قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي متغير است. هارمونیک‌ها حالت‌های متناوبي هستند، كه فركانس آنها مضرب صحيحي از فركانس اصلي می‌باشد.

۱- اثرات هارمونیک

اثراتي همانند گرم شدن موتورها و خرابي عايق بندي آن، ايجاد اغتشاش و نويز در سیستم‌های مخابراتي، كاركرد نامطلوب بارهاي حساس و افزايش تلفات ترانسفورماتورها از جمله اثرات وجود هارمونیک‌ها در شبكه می‌باشد. در ابتدای استفاده از انرژی الکتریکی، در چرخه توليد و توزيع اين مشكلات ديده می‌شد، اما با پيشرفت تكنولوژي در سال‌های اخير و استفاده از مبدل‌های الكترونيك قدرت به عنوان منبع موثر در توليد اعوجاج هارمونيكي افزايش چشمگيري داشته است. پيشرفت الكترونيك قدرت و بالطبع آن وجود بارهاي غير خطي سبب اصلي بروز اين اعوجاجات شده‌اند. در بخش‌های وسيع، می‌توان به كارخانه هاي فولاد، ذوب آهن، HVDC ها، و وسايل حمل و نقل الكتريكي همانند مترو اشاره كرد. اما در سطوح کوچک‌تر، كاربرد روزافزون كامپيوترها باعث ايجاد مشكلاتي شده است. منابع تغذیه كامپيوترها كه از عناصر نيمه هادي و کلید زنی استفاده می‌کنند و به دليل تعداد زيادي وسايل در ادارات و مجتمع‌های تجاري، مشكلات جديد هارمونيكي را پديد آورده‌اند. جهت بهبود كيفيت توان، روش‌هایی همچون حفاظت از بارهاي حساس، جلوگيري از عبور جريان هارمونيكي بارهاي غير خطي به درون شبكه و طراحي بارها به گونه اي كه هارمونيك كمتري توليد كنند، مد نظر قرار گرفته است. بارهاي حساس را جهت حفاظت، می‌توان با استفاده از ترانسفورماتور و يا UPS از شبكه ايزوله كرد. فيلترهاي پسیو (سري و موازي) را براي جلوگيري از عبور جريان هارمونيكي در مدار قرار می‌دهند. عملكرد اين گونه فيلترها حساس بوده و ممكن است مشكلات هارمونيكي را دوچندان كند. با پيشرفت علم، يكي از تکنیک‌های حذف هارمونیک‌ها، انتقال هارمونیک‌ها به فرکانس‌های بالا می‌باشد. كاربرد اين مبدل‌ها، در فيلترهاي اكتيو است. فيلترهاي اكتيو سري و موازي و تركيب اين دو جزء بهبود دهنده هاي فعال خطوط قدرت می‌باشند. قيمت بالا، تلفات زياد و تداخل الكترومغناطيسي از معايب اين فيلترهاست. فيلتر اكتيو سري، معادل با منبع ولتاژ كنترل شده و فيلتر اكتيو موازي، معادل با منبع جریان كنترل شده می‌باشد.

پروژه شبیه سازی فیلتر اکتیو شنت در سیملوینک متلب

۲- پیامد وجود عناصر غیر خطی در شبکه

اولین پیامد وجود عناصر غیر خطی در شبکه، بروز هارمونیک‌ها در سیستم قدرت می‌باشد، که با توجه به گسترش فزاینده استفاده از این عناصر در سیستم‌های قدرت مانند مبدل‌های الکترونیکی قدرت و راه‌اندازها (درایورهای تنظیم سرعت و ولتاژ) مقادیر هارمونیک در شکل موج‌های جریان و ولتاژ به طور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع را به مراتب بیشتر از قبل حساس و آشکار نموده است. این امر منجر به تحقیقات و بررسی مسائلی در مورد هارمونیک‌ها گردید که نتایج آن به وجود آمدن نقطه نظرات متعددی در مورد کیفیت برق بود و به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز به عنوان مهم‌ترین مسئله کیفیت برق مطرح می‌باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم‌های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایرت دارد.بنابراین مهندسین برق با پدیده های ناشناخته زیادی روبرو هستند که برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آن‌ها نیازمند ابزار و تجهیزات پیشرفته ای می‌باشند. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی بسیار دشوار و پیچیده است ولی خوشبختانه همه سیستم‌های قدرت دارای مشکلات هارمونیکی نیستند و فقط درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستم‌های توزیع تحت تاثیر عوامل ناشی از هارمونیک‌ها قرار می‌گیرند.

مشتركين برق در صورت وجود هارمونيك‎ها مشكلات و خسارات زيادي از شركت‎هاي برق را تحمل مي‎كنند. مشتركين صنعتي كه از محركه‎‎هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كوره‎‎هاي قوس الكتريكي، كوره‎‎هاي القايي، یکسو کننده‌ها، اينورترها، دستگاه‎‎هاي جوش و نظاير آن استفاده مي‎‎كنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربه‌پذیر تر از بقیه مشتركين مي‎باشند.اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستم‎هاي قدرت به شمار نمي‎رود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دوره‎های سیستم‌ قدرت الكتريكي جريان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوي منابع و مطالب تكنيكي دهه‎هاي قبل نشان مي‎دهد كه مقالات مختلفي در رابطه با اين موضوع انتشار يافته است. اولين منابع هارمونيكي شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولين مشكل نيز در سيستم‎هاي تلفن پديد آمد. استفاده گروهي از لامپ‎هاي قوس الكتريك به دلیل مؤلفه‎هاي هارمونيكي توجهات خاصي را برانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدل‎هاي الكترونيك قدرت در سال‎هاي اخير نبوده است.

خوشبختانه در طي اين سال‌ها پژوهشگران متوجه شده‌اند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به ‎‎نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكلات ناشي از هارمونيك‎ها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهد بود، گرچه اين هارمونيك‎ها مي‎توانند موجب مسائلي در سيستم‎هاي مخابراتي شوند. اغلب در سيستم‎هاي قدرت مشكلات زماني بروز مي‎كنند كه خازن‎هاي موجود در سيستم باعث ايجاد تشديد در يك فركانس هارمونيكي گردند. در اين شرايط اغتشاشات و اعوجاجات، بسيار بيش از مقادير معمول مي‎گردند و امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستم‎هاي صنعتي به دلیل درجه زيادي از تشديد رخ مي‎دهد.

سطوح هارمونیک‌های جریان و ولتاژ در سیستم توزیع، دائم در حال افزایش هستند. یک دلیل مهم استفاده گسترده از وسایلی است که تولید هارمونیک می‌نمایند. وسایل کنترل کننده تریستوری، نمونه ایست که در سطوح قدرت صنعتی، تجاری و خانگی در حد وسیعی مورد استفاده پیدا نموده، این وسایل برای کنترل ولتاژ، سرعت تغییر فرکانس و مدل قدرت بکار برده می‌شوند و عموماً به سبب قیمت پایین‌تر، بازده بیشتر و نگهداری ساده تر جایگزین دیگر وسایل شده‌اند. دلیل دیگر افزایش هارمونیک‌ها، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور های توزیع است که کاربرد پذیری آن‌ها عملاً بیشتر و بیشتر می‌شود.بعنوان دلیل سوم استفاده از خازن‌های شنت را می‌توان نام برد، خازن‌ها در هیچ شرایطی تولید هارمونیک نمی‌نمایند. اما نصب خازن‌های تصحیح کننده ضریب قدرت مسائل پتانسیلی را افزایش و حضور آن‌ها در مدار القائی اساساً امکان حلقه های شبکه را برای رزونانس محلی، عمومی یا بزرگ سازی هارمونیک مهیا می‌سازد و تمایل به سوی ظرفیت بیشتر و ولتاژ بالاتر سیستم‌های توزیع در سطوح هارمونیک اثر خواهد گذاشت. پوشش‌های وسیع سیستم‌ها همراه با تمایل به سوی حلقه های شبکه طویل‌تر مدار تلفن، رویارویی با مسائل تداخل القایی اضافی را میسر خواهد ساخت. آمیختن بارهای مسکونی، تجاری و صنعتی به درجه زیاد روی همان فیدرها امکان تداخل القائی اضافی را مطرح خواهد نمود. با تغذیه کانورترهای قدرت با ظرفیت بالاتر از این فیدرها در نتیجه مقدار بیشتر منابع و جریان هارمونیک از شبکه نیرو کشیده خواهد شد.

بانک‌های خازن تصحیح کننده ضریب قدرت به تعداد زیادتر یا در اندازه بزرگ‌تر منجر به ترکیبات بیشتر پارامترهای مدار برای تولید حلقه های رزونانس می‌شوند، ایستگاه های کششی قدرت (مانند مترو، تراموا) برای ترانزیت سریع از سیستم‌های توزیع تغذیه شده، به علت آمیختن با بارهای تجاری و مسکونی عموماً سطوح هارمونیک محیطی را افزایش می‌دهند.

بیشتر صنایع آلومینیوم در فرآیند تولیدات خود از سیستم‌های DC استفاده می‌نمایند. این تأسیسات هارمونیک بالا را تولید می‌کنند. خلاصه آنکه کوچک‌ترین تردیدی باقی نمی‌گذارد که هارمونیک‌ها بدون کنترل در سیستم‌های قدرت در حال افزایش و توسعه می‌باشند.

۳- منابع تولید هارمونیک

در این بخش سعی خواهد شد ضمن شناسائی منابع تولید هارمونیک به صورت فشرده، به اثرات زیان آور آن‌ها بر روی دستگاه‌ها و روش‌های کنترل و همچنین تقلیل آنها نیز اشاره گردد. منابع تولید هارمونیک را می‌توان به سه گروه تقسیم بندی نمود.

۱-۳-منابع وابسته به عناصر نیمه هادی

با استفاده روز افزون از عناصر نيمه هادي و المان‎‎هاي غيرخطي نظير ديود، تريستور و … در شبكه‎‎هاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستم‎هاي قدرت به ‎وجود آمده است. كاربرد اين عناصر را مي‎توان در تجهيزات الکتریکی و سيستم‎هاي قدرت زير به عنوان برخی از منابع تولید هارمونیک مشاهده کرد :

  1. كوره‎هاي قوس الكتريكي و القايي که به روش ( PBM ) کنترل می‌شوند.
  2. یکسو کننده‌ها و مبدل‎‎هاي الكترونيك قدرت
  3. تجهيزات کنترلی مورد استفاده در کنترل کننده‌های سرعت ماشين‎هاي الكتريكي
  4. كاربرد کنترل کننده های ولتاژ ساکن ( SVC ) به عنوان ابزار مهمي در کنترل توان راکتیو
  5. اتصال نیروگاه‌های خورشیدی و بادی به سیستم‌های توزیع
  6. سیستم‌های HVDC

سیستم‌های انتقال HVDC دارای دو ایستگاه مبدل در ابتدا و انتهای خط DC می‌باشند که یکی در حالت یکسوکنندگی و دیگری در وضعیت اینورتری کار می‌کند که این ایستگاه های مبدل حاوی پل‌های سه فاز تریستوری می‌باشند و همان‌گونه که می‌دانیم این پل‌ها یکی از مهم‌ترین تولید کنندگان هارمونیک می‌باشند. ولی به دلیل عدم وجود سیستم HVDC در شبکه سراسری برق ایران فعلاً از این نوع هارمونیک‌ها در امان هستیم.

۲-۳- منابع هارمونیک غیر وابسته به عناصر نیمه هادی

  1. بارهاي غيرخطي شامل دستگاه‎‎هاي جوشكاري
  2. جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
  3. استفاده زیاد از یکسو کننده‌ها برای دشارژ باتری‌ها
  4. توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشين‎هاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيم‎‎پيچي‎هاي اپراتور
  5. توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي در ماشين‎هاي سنكرون
  6. عدم یکنواختی در راکتانس ماشین‌های سنکرون

۳-۳- تولید هارمونیک به وسیله صنایع و کارخانجات در شبکه های قدرت

  1. صنایع شامل مجتمع‌های شیمیایی و پتروشیمی و نیز صنایع ذوب آلومینیوم که از یکسو کننده های پرقدرت برای تولید برق DC مورد نیاز انجام فرآیندهای شیمیایی و ذوب آلومینیوم استفاده می‌کنند. با توجه به قدرت بالا، این یکسو کننده‌ها هارمونیک قابل ملاحظه ای در شبکه قدرت به وجود می‌آورند.
  2. از سوی دیگر استفاده از سیستم‌های HVDC به منظور ارتباط بین دو نقطه با فواصل طولانی باعث ایجاد هارمونیک در سیستم می‌گردد.
  3. استفاده از سیستم‌های الکترونیک قدرت در سیستم حمل و نقل برقی مانند اتوبوس برقی و متروها باعث می‌شود که سطوح بالایی از هارمونیک به سیستم توزیع تزریق شود.
  4. بارهای غیرخطی مانند کوره های قوس الکتریکی که در صنایع ذوب آهن استفاده می‌شود از عوامل تولید هارمونیک در مقیاس بزرگ می‌باشند.
  5. سوئیچ کردن سریع بارهای بزرگ (مانند پرس‌های اتوماتیک)
  6. راه اندازی موتورهای با توان بالا (خصوصاً با کارکرد پریودیک)
  7. بارهای نوسانی (مانند کوره های الکتریکی کنترل شده توان بالا)
  8. ماشین‌های گردنده:

در ماشین‌های القایی مهم‌ترین هارمونیک‌ها عمدتاً به دلیل تغییر در مقاومت مغناطیسی ایجاد شده به واسطه شیارها در روتور استاتور تولید می‌شوند. تولید هارمونیک در ماشین‌های سنکرون بستگی به عواملی چون تحریک اشباع در مدار اصلی، مسیر نشتی و فضای نامتقارن سیم پیچی مستهلک کننده دارد. کانورترهای کاربردی حذف کامل ترتیب‌های پایین‌تر هارمونیک را نشان نمی‌دهند، زیرا مدار ترانسفورماتور و نامتعادلی در آتش تریستور وجود داشته که در ملاحظات تئوریکی طرح‌های اصلاحی در نظر گرفته نمی‌شود.

۴-هارمونیک‌های مرتبه سوم

هارمونیک‌های مرتبه سوم یکی از مهمترین موضوعات در سیستم‌های با اتصال ستاره زمین شده است که جریان در نوترال آنها وجود دارد. دو مشکل عمده که ممکن است در سیستم قدرت به وجود آید شامل اضافه بار نوترال و تداخلات تلفنی می‌باشد. چيزي كه اغلب در ارتباط با وسايل  شنيده مي‌شود بد كار كردن آنها است. زيرا ولتاژهاي فاز به نول توسط افت ولتاژ با هارمونيك‌هاي مضرب سوم كه در سيستم نول  به وجود مي‌آيد به طور بدي مغشوش خواهد شد. در شکل (۲-۵) جريان‌هاي زياد نول در مدارهايي كه بار تك  فاز غيرخطي دارند را نشان می‌دهد. در این شکل فرض بر اين است كه مولفه‌هاي هارمونيك اصلي و سوم وجود خواهند داشت. با جمع جريان‌ها در گره N ، جزء جريان اصلي در نول صفر خواهد شد، ‌ولي جزءهاي هارمونيك مضرب سوم ، ‌سه برابر جريان‌هاي هارمونيك مضرب سه فاز مي‌باشد، زيرا فازور زمان آنها به طور طبيعي روي هم قرار خواهد گرفت.

 

هارمونیک مرتبه سوم

 

این سمینار دارای فایل شبیه سازی در سیمولینک متلب می باشد. در صورت تمایل برای دریافت آن با مدیر سایت تماس حاصل فرمایید.