به‌طور کلی، سیستم STATCOM از سه بخش اصلی تشکیل شده است: یک VSC، یک مجموعه از راکتورهای اتصال یا یک ترانسفورماتور افزاینده و یک کنترل‌کننده. در یک سیستم با ولتاژ بسیار بالا، اندوکتانس‌های نشتی ترانسفورماتورهای افزاینده قدرت را می‌‌توان به‌عنوان راکتورهای اتصال به‌کار برد. هدف اصلی از راکتورهای اتصال فیلتر کردن مولفه‌های هارمونیکی جریان خروجی می‌باشد که به‌طور عمده توسط ولتاژ خروجی ضربانی مبدل‌های قدرت تولید می‌شود. STATCOM به ‌شبکه‌های قدرت در نقطه اتصال مشترک (PCC^[15]) متصل شده‌است، در جایی که مسئله کیفیت ولتاژ مورد توجه قرار داشته باشد. همه ولتاژها و جریان‌های مورد نیاز، اندازه گیری شده و به ‌کنترل‌کننده برای مقایسه با مقادیر مرجع تزریق می‌شوند. کنترل‌کننده سپس کنترل فیدبک را انجام می‌دهد و یک مجموعه از سیگنال‌های کلید‌زنی را برای تحریک سوییچ‌های نیمه‌هادی اصلی مبدل قدرت تولید می‌کند. دیاگرام تک‌خطی سیستم STATCOM در شکل (۲-۷) نشان داده شده است. به‌طور کلی، VSC شامل یک منبع ولتاژ ایده‌آل به‌همراه تلفات داخلی می‌باشد که به ‌یک شبکه قدرت AC از طریق راکتورهای اتصال متصل شده است.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

مبدل منبع ولتاژ
سیستم قدرت
R
شکل (۲-۷) : دیاگرام تک خطی مبدل منبع ولتاژ مستقر در STATCOM [6]

در اصل، مبادله توان اکتیو و راکتیو بین STATCOM و سیستم قدرت را می‌توان به ‌وسیله تنظیم دامنه و فاز ولتاژ خروجی مبدل تنظیم کرد. در مورد یک مبدل قدرت بدون تلفات، ولتاژ خروجی مبدل طوری کنترل می‌شود که با ولتاژ شبکه قدرت هم‌فاز باشد. در این مورد هیچ توان اکتیوی در STATCOM به‌ گردش در نمی‌آید؛ بنابراین به ‌یک منبع توان اکتیو نیاز نمی‌باشد. برای عملکرد STATCOM در حالت خازنی یا تولید توان راکتیو (+Q)، دامنه ولتاژ خروجی مبدل باید بزرگتر از ولتاژ PCC باشد. در مقابل، برای جذب توان راکتیو یا عملکرد STATCOM در حالت سلفی(-Q) دامنه ولتاژ خروجی مبدل باید طوری کنترل شود که کمتر از ولتاژ سیستم در PCC شود. هر چند در عمل، به‌خاطر کلیدهای نیمه‌هادی قدرت غیر‌ایده‌آل و مولفه‌های پسیو، مبدل با تلفات داخلی نیز همراه می‌باشد. در نتیجه بدون استفاده از یک روش کنترلی صحیح، ولتاژ خازن برای جبران این تلفات دشارژ خواهد شد و بصورت پیوسته دامنه‌اش کاهش می‌یابد. برای تنظیم کردن ولتاژ خازن، یک اختلاف فاز کوچک بین ولتاژ مبدل و ولتاژ سیستم قدرت ایجاد می‌شود. ولتاژ مبدل کمی پس‌فاز نسبت ولتاژ PCC باعث می‌شود که توان اکتیو از سیستم قدرت به‌سمت STATCOM جاری شود. در صورتیکه ولتاژ مبدل نسبت به ‌ولتاژ در PCC پیش‌فاز باشد، توان اکتیو از STATCOM به ‌شبکه قدرت، با کنترل ولتاژ مبدل منتقل می‌شود. شکل (۲-۸) دیاگرام فازوری ولتاژ PCC، جریان و ولتاژ خروجی مبدل در تمام چهار ناحیه صفحه PQ را نشان می‌دهد [۷].

شکل (۲- ۸ ) : دیاگرام فازوری برای مبادلات قدرت در کاربردهای STATCOM [7]

از شکل (۲-۷) و شکل (۲-۸)، توان اکتیو (P) فراهم شده برای STATCOM را می‌توان از رابطه زیر به‌دست آورد :

(۲-۴)

به‌طوریکه زاویه فاز بین Vo و Vpcc می‌باشد.
به‌طور مشابه، توان راکتیو تحویل داده شده توسط STATCOM از رابطه زیر به‌دست می‌آید :

(۲-۵)

بر اساس معادله (۲-۴)، توان اکتیو را می‌توان با تغییر زاویه فاز برای شارژ و دشارژ خازن‌های ذخیره‌سازی در STATCOM کنترل کرد. معادله (۲-۵) نشان می‌دهد که توان راکتیو به‌وسیله تغییر دامنه ولتاژ خروجی STATCOM کنترل می‌شود تا بتوان توان راکتیو پیش‌فاز یا پس‌فاز را به ‌سیستم تحویل داد.
۲-۱-۶-۳ جایابی STATCOM در‌یک سیستم قدرت
اولین وظیفه STATCOM فراهم کردن تنظیم ولتاژ در ‌یک سیستم قدرت است. برای ارئه بهترین عملکرد ‌یک STATCOM باید در کنار شین‌هایی قرار بگیرد که پاسخ ولتاژ بالایی را برای تغییرات افزایشی در تزریق توان راکتیو از خود نشان می‌دهند.‌ یک معنی تعیین حساسیت در ‌اندازه ولتاژ برای تغییر در توان راکتیو، ‌‌استفاده از ‌یک شاخص ‌ایمنی ولتاژ مثل تجربه ‌مقدار ‌یکتا ژاکوبین سیستم است.
(۲-۶)
که در ‌این معادله و ستون‌های ماتریس U وV بوده و مقادیر بصورت هستند. که مقادیر یکتای حقیقی مثبت نام دارد. کوچکترین مقدار‌یکتای شاخص تقریبی برای حد ولتاژ استاتیکی است، ‌‌بردار‌یکتای مطابق با ‌ اندازه و زاویه ولتاژ حساس را نشان می‌دهد و برای ‌یکتای چپ مطابق با جهت حساسیت زیاد برای تغییرات توان اکتیو و راکتیو تزریقی را نشان می‌دهد. ‌این روش می‌تواند برای تعیین کردن مکان STATCOM با افزایش الگوی باردهی سیستم تا زمانی که مقدار مینیمم به اندازه کافی کوچک باشد، ‌‌مناسب باشد. در ‌این نقطه باردهی بحرانی، ‌‌عناصر نسبتا بزرگ بردار ‌یکتای چپ مطابق با شین‌هایی از سیستم خواهد بود که به ‌تزریق توان راکتیو شدیدا حساس هستند. STATCOM قرار گرفته در کنار ‌این شین‌ها تنظیم ولتاژ مؤثری را فراهم می‌آورد [۸].
۲-۱-۶-۴ مدل‌سازی STATCOM
شکل (۲-۹) : ساختار کلی STATCOM [9]
شکل (۲-۹)، ‌‌ساختار ‌یکSTATCOM را نشان می‌دهد. به‌طور ساده مدار STATCOM به ‌یک شین قدرتمند که می‌تواند با شبکه مصرفی ‌یا هر شبکه قدرت دیگر جایگزین شود. مدل ریاضی STATCOM در (۲-۹) به ‌نمایش گذاشته شده است. همانطور که در شکل (۲-۹)، ‌‌مشاهده می‌شود، ‌‌یک ولتاژ DC در عرض خازن DC قرار گرفته است. با آتش کردن مناسب پل IGBT ولتاژ سه فاز مورد نیاز تولید می‌شود و جریان از طریق امپدانسR وL کنترل می‌شود. ‌یک راه مناسب برای مطالعه سیستم سه فاز متعادل (مخصوصا در مورد ماشین‌های سنکرون) تبدیل جریان و ولتاژ سه فاز d.q با بهره گرفتن از تبدیل abc /dq است. معادلات زیر توصیف ریاضی STATCOM را بیان می‌کنند. در این معادلات، ‌‌ω فرکانس زاویه‌ای است و d.q متغیرهای در سیستم d.q را نشان می‌دهند [۹].
(۲-۷)
(۲-۸)