پایان نامه کاربرد STATCOM برای متعادل سازی دینامیکی بار در راه آهن برقی

پایان نامه کاربرد STATCOM  برای متعادل سازی دینامیکی بار در راه آهن برقی

چکیده: 

لکوموتیوها در سیستم راه آهن برقی، بارهای تک فاز بزرگی را برای سیستم برق رسانی ایجاد می کنند که منجر به ایجاد مولفه های توالی فاز منفی (NPS) بزرگ، اعوجاج هارمونیکی و نامتعادلی در شبکه سه فاز فشار قوی سراسری می شود. عدم تعادل بین فازهای سیستم قدرت، بایستی محدود شده و از منتشر شدن، از طریق شبکه به سایر قسمت ها و شبکه های مجاور جلوگیری شود. امروزه ادوات FACTS، ابزاری برای علاج نامتقارنی سیستم و بازیابی تقارن شبکه می باشد. نامتعادلی ولتاژ یکی از پارامترهای مهم کیفیت توان می باشد و مقدار آن طبق استاندارد (IEC 61000) در سطح ولتاژ فشار قوی زیر ۱% می باشد. 

در این پایان نامه مشکل اساسی سیستم برق رسانی راه آهن بررسی شده است و عدم تعادل بار با استفاده از STATCOM به عنوان یک متعادل ساز دینامیکی بار، که با تزریق جریان توالی منفی کنترل شده در نقطه اتصال مشترک، نامتعادلی را تصحیح می کند، انجام می شود. بدین منظور یک مدل دقیق و جامع از شبکه الکتریکی راه آهن برقی شامل نیروگاه، خط انتقال فشار قوی، پست کشش اصلی، شبکه انتقال بالاسری (OCS) پست های اتوترانسفورماتوری (SP, ATP) و مدار قدرت لکوموتیو تشریح شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی در محیط نرم افزار PSCAD/EMTDC نشان دهنده توانایی STATCOM برای کاهش همزمان نامتعادلی، توان راکتیو و حذف هارمونیک ها می باشد. 

مقدمه: 

در میان انواع سیستم های حمل و نقل (دریایی، هوایی، ریلی و جاده ای) سیستم حمل و نقل ریلی برقی به دلیل اقتصادی بودن، سازگاری با محیط زیست، اعمال آن در شرایط خاص و کمیت بالا برای جابجایی مسافران زیاد بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این امر به معنی سرمایه گذاری در زیرساختارهای ریلی پیشرفته و همچنین به روز رسانی و برقی سازی تأسیسات موجود می باشد و البته به عنوان یک معیار توسعه پایدار در کشورها محسوب می شود.

استاندارد سیستم برق رسانی راه آهن، به صورت تکفاز با ولتاژ متناوب ۲۵ کیلو ولت وفرکانس ۵۰ هرتز با ساختار اتوترانسفور ماتوری، در بین کشورهای دنیا پذیرفته شده است. لذا ماهیت تک فاز بودن شبکه و لکوموتیوهای برقی وهمچنین میزان قابل توجه بودن مصرف آنها، باعث ایجاد عدم تعادل، اعوجاجات هارمونیکی و مصرف توان راکتیو زیاد در شبکه سه فازه تغذیه کننده، آنها می شود. برای مقابله با اغتشاشات و بهبود کیفیت توان در راه آهن برقی روشهای متعددی پیشنهاد شده است، که استفاده از ادوات FACTS، برای بهبود آن مناسب ترین گزینه می باشد. 

در فصل اول این پایان نامه هدف، پیشینیه تحقیق و روش کار مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم ساختار کلی شبکه برق رسانی راه آهن شامل پست تراکشن اصلی، شبکه انتقال بالاسری (OCS)، پست های اتوترانسفورماتوری (ATP,SP) مدار قدرت لکوموتیوهای بررسی و پدیده عدم تعادل بار و روش های معمول جبران سازی آن با هم مقایسه شده است. در فصل سوم STATCOM و نمونه هایی از کاربردهای آن در راه آهن سایرکشورهای دنیا معرفی و در ادامه روش های کنترلی آن نظیر تئوری قدرتمند توان اکتیو و راکتیو لحظه (P-Q)، بطور کامل بحث شده است. در فصل چهارم مدل سازی دقیق و جامع شبکه الکتریکی راه آهن برقی اعم از نیروگاه، خط انتقال فشار قوی ۲۳۰ کیلو ولت، پست کشش اصلی، شبکه انتقال بالاسری (OCS)، پست های اتوترانسفورماتوری (ATP,SP) و مدار قدرت لکوموتیو تشریح شده است. به عنوان نمونه راه آهن برقی تهران – کرج – هشتگرد که توسط یک خط انتقال دو مداره از نیروگاه منتظر قائم تغذیه می شود در محیط نرم افزار PSCAD/EMTDC شبیه سازی شده است. در ادامه نتایج با مقالات مشابه، که درآنها اندازه گیری های عملی انجام شده، مقایسه شده است. در نهایت در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه شده است. 

در پیوست (الف) پارامترها و جداول فنی ترانسفورماتورها و در پیوست (ب) محاسبات مربوط به مدل سازی شبکه بالاسری ارائه شده است.