مشکلات کیفیت توان شبکه های توزیع دارای منابع تولید پراکنده

با بررسی شبکه های توزیع دارای منابع تولید پراکنده می توان به بعضی از مشکلات کیفیت توان موجود در این سیستم ها نظیر نوسانات و تغییرات ولتاژ و اعوجاج و هارمونیک دار بودن شکل موج ولتاژ و جریان شبکه پی برد .در ادامه به بررسی این موارد می پردازیم .

تغییرات آرام یا سریع ولتاژ

در صورت استفاده از منابع تولید پراکنده متعدد در شبکه و اتصال آنها به یک فیدر ، تغییر اندازه ولتاژ ناشی از تمامی منابع بایستی مورد توجه قرار گیرد لذا پخش بار دقیق سیستم ضروری می باشد . بررسی حالت پایدار ولتاژ محل اتصال منابع تولید پراکنده به فیدرهای شبکه های توزیع یکی از پارامترهای اساسی این شبکه ها است.لذا استانداردهایی برای تغییرات اندازه ولتاژها برای شبکه های ولتاژ متوسط و فشار ضعیف دارای منابع تولید پراکنده تنظیم شده است .طبق استانداردهای کشورهای اروپایی این میزان نبایستی از 3%-2% در شبکه های ولتاژ متوسط تجاوز نماید تا تغییرات ولتاژ شبکه فشار ضعیف نیز بیش از 10% نگردد . برای حالاتی که توان تولیدی منابع تولید پراکنده ماکزیمم و توان مصرف بارهای شبکه مینیمم باشد ،تغییر اندازه ولتاژ در محل اتصال ،ماکزیمم و هرگاه توان تولیدی منابع تولید پراکنده ،مینیمم و توان مصرفی بارهای شبکه ،ماکزیمم باشد تغییر اندازه ولتاژ در محل اتصال ،مینیمم خواهد بود .مقدارم توسط ولتاژ هر محل اتصال نبایستی از 5% ولتاژ نامی تجاوز نماید تا با استفاده از تغییر تپ ترانسهای ولتاژ متوسط به فشار ضعیف بتوانیم آنرا جبران نماییم .تغییر اندازه ولتاژ شبکه فشار ضعیف کمتر از 10% بماند.

تغییر سریع ولتاژ در محل اتصال تولید منابع پراکنده به شبکه توزیع می تواند ناشی از سوئیچینگ و قطع و وصل کردن منبع به شبکه و یا تغییرات ناگهانی توان خروجی آن در هنگام کار باشد .اندازه این تغییرات و فلیکر ناشی از آن بایستی محدود گردند تا از آسیب رسیدن به تجهیزات و بارهای مصرفی موجود در شبکه جلوگیری گردد .اندازه فلیکر ولتاژ برای شبکه فشار ضعیف در بازه زمانی کوتاه مدت کمتر از 0.75 و در بازه زمانی بلند مدت کمتر از 1 بوده ولی برای شبکه ولتاژ متوسط با در نظر گرفتن پارامترهای شبکه برای کوتاه مدت کمتر از 0.7 و برای بلند مدت کمتر از 0.9 می باشد .

هارمونیکها و هارمونیکهای میانی

استفاده از ادوات الکترونیک قدرت به صورت کنورترهایی برای اتصال منابع تولید پراکنده نظیر توربین های بادی و سلولهای خورشیدی به شبکه توزیع موجب ایجاد در شبکه هی ولتاژ متوسط هارمونیکی ولتاژ می توانند ناشی از اثر اتصالات دستگاهها به شبکه های فشار ضعیف یا فشار قوی ایجاد گردند به همین علت هر یک از تجهیزات تنها بایستی هارمونیکهای محدودی را ایجاد نمایند تا سطح هارمونیک ولتاژ کل شبکه از حد متعارف تجاوز ننماید .از این رو در هنگام استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع بایستی به پتانسیل تولید هارمونیکها و هارمونیکهای میانی ناشی از نصب این دستگاهها توجه گردد . در شبکه توزیع دارای بارهای غیر خطی مجهز به کنورتر در ورودی خود که عمدتاً بارهای صنعتی هستند ، در اثر استفاده از منابع تولید پراکنده ، هارمونیک های شکل موج ولتاژ شبکه افزایش می یابد که افزایش هارمونیکها در باس متصل به منبع تولید پراکنده بسیار شدید بوده و بایستی بنحوی میزان هارمونیکها محدود گردد .

انواع فیلترهای بهبود کیفیت توان

به گزارش "برق نيوز" یکی از ادوات بکار رفته برای بهبود کیفیت توان شبکه های توزیع ،فیلتر ها هستند که برای رفع مشکلات و مسائلی نظیر هارمونیکها و جبرانسازی توان راکتیو در شبکه های توزیع به کار می روند .

در ادامه ویژگیهای هر یک از انواع مختلف فیلترهای بکار رفته در شبکه های قدرت مورد بررسی قرار می گیرد.

فیلترهای پسیو

فیلترهایی که در روش سنتی بهبود کیفیت توان مورد استفاده بودند ،از نوع پسیو بوده و از اتصال سری سلف و خازن حاصل شده و مقادیرشان با توجه به امپدانس سیستم به گونه ای انتخاب می گردد تا امکان حذف یک هارمونیک خاص با یک پهنای هارمونیکی را بوجود آورد .این نوع فیلترها برای محدود کردن هارمونیکها یعنی کاهش هارمونیکها و در حالت ایده آل سد عبور کامل آنها بکار می روند که این عمل یا با انحراف مسیر جریانهای هارمونیکی و یا با انسداد مسیر عبور آنها صورت می گیرد . یکی از بزرگترین محاسن فیلترهای پسیو ،قیمت بسیار کم این نوع از فیلترها می باشد .اما در کنار این مزیت ،این فیلترها دارای مشکلات متعددی هستند که عبارتند از :

احتمال تشدید هارمونیک ها بدلیل نوسان سری موازی بین امپدانس فیلتر و امپدانس منبع نیاز به یک فیلتر پسیو برای حذف هر هارمونیک خاص

عدم انعطاف پذیری فیلترهای پسیو در مقابل تغییرات بار

فیلترهای اکتیو

با پیشرفت عدوات الکترونیک قدرت و بوجود آمدن روش های جدید برای کنترل ،فیلترهای اکتیو که دارای ساختار یک اینورتر می باشند .بمنظور حذف هارمونیکها و جبرانسازی توان راکتیو بکار گرفته شده اند .این فیلترها همواره در ارتباط مستقیم با شبکه بوده و با تغییر وضعیت شبکه ، وضعیت خود را بگونه ای تغییر می دهند که شکل موج جریان و ولتاژ شبکه را بیش از پیش به حالت سینوسی نزدیکتر ننمایند . این فیلترها نیز به صورت موازی یا سری با بار قرار می گیرند .فیلترهای اکتیو موازی برای جبران کردن جریانهای هارمونیکی بکار می روند و با تولید توان راکتیو ، قسمتی از توان راکتیو مصرفی شبکه را جبران می نماید . مشکل عمده این ساختار فیلتر هیبرید ، توان نامی بالای مورد نیاز برای فیلتر اکتیو است که در صورت استفاده از ساختار فیلتر هیبرید مشتمل بر اتصال سری فیلترهای پسیو به فیلتر اکتیو می توان توان نامی آن را کاهش داد .

مهمترین ویژگی فیلترهای اکتیو در مقایسه با انواع پسیو که برای حذف هارمونیک نیاز به یک شاخه موازی است ،تمامی هارمونیک ها توسط یک وسیله جبران می شوند ،این نوع می گردد.

فیلترهای هیبرید

همانطور که گذشت ،فیلترهای پسیو دارای مشکل حساسیت زیاد فیلتر به تغییرات المانها و امپدانس منبع می باشند که در صورت نوسان سری و موازی منجر به تشدید اعوجاج در سیستم قدرت می گردند .فیلترهای اکتیو نیز هزینه اولیه و بهره برداری و همچنین توان نامی زیادی دارند که مشکل اصلی برای این فیلترها محسوب می گردد .برای رفع مشکلات فوق به منظور بهره گیری از مزایای هر دو نوع فیلتر و مهمتر از همه برای کاهش توان نامی فیلتر اکتیو ، از ترکیب دو فیلتر اکتیو و پسیو را همزمان داشته ولی معایب آنها را ندارند .قیمت کم و بازده بیشتر نیز از دیگر ویژگیهای این فیلترها می باشد .

فیلترهای اکتیو برای رفع نواقص فیلترهای پسیو طراحی شده اند زیرا این فیلترها انعطاف پذیر بوده و می توانند اعوجاج شکل موج ولتاژ و جریان شبکه را بخوبی جبران نمایند ولی از لحاظ اقتصادی مقرون بصرفه نمی باشند.از این روس اختارهای مختلف فیلترهای هیبرید بصورت اتصال سری فیلتر اکتیو و موازی فیلتر پسیو با بار ، فیلتر اکتیو و پسیو سری با هم و مجموعاً موازی با بار و اتصال فیلتر اکتیو ، پسیو و بار هر سه با هم موازی برای استفاده توام از ویژگیهای هر دو فیلتر اکتیو و پسیو بکار می رود .