جبران توان راکتیو و نامتعادلی ولتاژ در شبکه توزیع به وسیله مبدل‌های چندسطحی جبران‌ساز سنکرون استاتیکی توزیع ادغام شده با ترانسفورماتور با اتصال ستاره-ستاره

محورهای موضوعی : فیلتر اکتیو

اصغر اسکندری ¹

1 - آموزش و پرورش ناحیه یک، زنجان، ایران

تاریخ دریافت : 1401/08/27 تاریخ پذیرش : 1401/12/25 تاریخ انتشار : 1403/12/01

کلید واژه: توان راکتیو, ولتاژ نامتعادل, ترانسفورماتور توزیع, جبران‌ساز سنکرون استاتیکی توزیع,

چکیده مقاله :

: بارهای نامتعادل در شبکه توزیع می تواند باعث نامتعادل شدن ولتاژ تغذیه و کاهش کیفیت توان سیستم گردد. از طرفی، بارهای توان راکتیو، ممکن است اختلال های ولتاژ مانند کمبود و بیش بود ولتاژ ایجاد کند. در این مقاله یک جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع چهارسیمه ادغام شده با یک ترانسفورماتور با اتصال ستاره-ستاره برای جبران ولتاژ نامتعادل و توان راکتیو پیشنهاد می گردد. یک جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع (DSTATCOM) با مبدل های چندسطحی ماژولار به گروهی از تپ های موجود در سیم پیچ های اولیه ترانسفورماتور ستاره-ستاره اتصال می یابد تا یک ساختار به هم پیوسته را تشکیل دهد. جریان های جبران از طریق این تپ ها جاری می گردند. این ساختار مشابه یک اتوترانسفورمر است. در مقایسه با جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع متوالی رایج با این ساختار، ولتاژ نقطه اتصال جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع کاهش یافته و می توان بین قابلیت ولتاژ و جریان نامی تجهیزات قدرت مصالحه ای ایجاد نمود. بنابراین، هزینه سرمایه گذاری اولیه، تنش ولتاژ و اندازه سیستم جبران می تواند کاهش یابد. علاوه بر این، یک الگوریتم کنترلی مبتنی بر اندازه گیری ولتاژ و جریان لحظه ای نقطه اتصال مشترکین (PCC) پیشنهاد می گردد که قادر به جبران ولتاژهای توالی منفی و صفر ناشی از بار و شبکه نامتعادل است. برای جبران این مولفه ها، حلقه های جریانی و ولتاژی جهت ردیابی دقیق ولتاژهای مرجع جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع مبتنی بر مبدل های چندسطحی ماژولار (MMC-DSTATCOM) به وسیله الگوریتم نامتعادلی به کار می رود. نتایج شبیه سازی صحت طرح پیشنهادی را تایید می نماید.

چکیده انگلیسی:

Unbalanced loads in the distribution grid can cause unbalanced supply voltage and reduce the power quality of the system. Besides, reactive power loads might create the voltage disturbances such as voltage sag/swell. In this paper, a four-wire distribution static synchronous compensator (DSTATCOM) integrated with Yy-transformer to compensate both the unbalanced voltage and reactive power is proposed. A DSTATCOM based on modular multilevel converter (MMC) connects to the group of taps in the primary windings of Yy-transformer to constitute an interconnected structure. The compensating currents flow through the taps. This structure is similar to an autotransformer. Compared to the conventional MMC-DSTATCOM, with proposed structure, The DSTATCOM connection point voltage decreases and one can trade-off between the capability of the power device's rated voltage and current. Therefore, it can be decreased the primary investment costs, the voltage stresses and the size of compensation system. Furthermore, a control algorithm based on measuring the point of common coupling (PCC) instantaneous voltage and current is presented that it is able to compensate the zero and negative sequence voltage due to unbalanced laod and grid. To compensate these components, voltage and current loops are used to track accurately the reference voltages of MMC-DSTATCOM by means of unbalanced algorithm. Simulation results verify the proposed method.

منابع و مأخذ:

[1] S.N. Duarte, B.C. Souza, P.M. Almeida, L.R. Araujo, P.G. Barbosa, "Control algorithm for DSTATCOM to compensate consumer-generated negative and zero sequence voltage unbalance", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 120, Article Number: 105957, Sept. 2020 (doi: 10.1016/j.ij­epes­.20­20.105957).

[2] M. Abasi, S.G. Seifossadat, M. Razaz, S.S. Moosapour, "Determining the contribution of different effective factors to individual voltage unbalance emission in n-bus radial power systems", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 94 pp. 393-404, Jan. 2018 (doi: 10.1016/j.ijepes.2017.08.006).

[3] T.A.P. Beneteli, L.P. Cota, T.A.M. Euzébio, "Limiting current and voltage unbalances in distribution systems: A metaheuristic-based decision support system", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 135, Article Number: 107538, Feb. 2022 (doi: 10.1016/j.ijepes.2021.107538).

[4] L.F.L. Arão, A.L.F. Filho, M.V.B. Mendonça, "Comparative evaluation of methods for attributing responsi­bilities due to voltage unbalance", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 31 pp. 743-752, Oct. 2015 (doi: 10.11­09/TPWRD.2015.2493445).

[5] A. Elnady, A.A. Adam, M. Alshabi, "Newly developed narrow-band filters for stabilizing load voltage and compensating for voltage unbalance with harmonics in islanded Microgrid", Computers and Electrical Engineering, vol. 100, Article Number: 107849, May 2022 (doi: 10.1016/j.compeleceng.2022.107849).

[6] Y. Sun, L. Peixin, L. Shurong, L. Zhang, "Contribution determination for multiple unbalanced sources at the point of common coupling", Energies, vol. 10, Article Number: 171, Feb. 2017 (doi: 10.3390/en10020171).

[7] Y. Yang, X.M.Y. Wang, "Determining the responsibility of three-phase unbalanced sources based on RICA", Energies, vol. 12, Article Number: 2849, July 2019 (doi: 10.3390/en12152849).

[8] Q. Liu, L. Yong, H. Sijia, L. Longfu, "A controllable inductive power filtering system: modeling, analysis and control design", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 105 pp.717-728, Feb. 2019 (doi: 10.1016/j.ijepes.2018.09.016).

[9] D. Fonseca, J. M. Lobo, F. K. A. Lima, F. L. Tofoli, C. G. C. Branco, "Three-phase phase-locked loop algorithms for the detection of positive-sequence and negative-sequence components", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 126, Article Number: 106570, Mar 2021 (doi: 10.1016/j.ijep­es.2­020.106570).

[10] Y. Chen, W. Minghao, L. Ertao, Y. Xianggen, L. Jinmu, W. Zhen, "Passivity-based control of cascaded multilevel converter based D-STATCOM integrated with distribution transformer", Electric Power Systems Research, vol. 154 pp. 1-12, Jan. 2018 (doi: 10.1016/j.epsr.2017.08.001).

[11] S. Hu, L. Yong, X. Bin, C. Mingfei, Z. Zhiwen, L. Longfu, C. Yijia, K. Andreas, R. Christian, "A YD multifunction balance transformer-based power quality control system for single-phase power supply system", IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 52 pp. 1270-1279, Nov. 2015 (doi: 10.1109/T­IA.2­01­5.2­503389).

[12] Z. Wang, Y. Xianggen, C. Yu, L. Jinmu, L. Langzi, Q. Zhenyu, "DSTATCOM integrated with Yy connection transformer for reactive power compensation", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 117, Article Number: 105721, May 2020 (doi: 10.1016/j.ijepes.2019.105721).

[13] Y. Xu, Z. Yi, Q. Liang, L. Kaipei, F. Blaabjerg, "Quantitative criteria of considering AC infeed in DC fault assesent of modular multilevel converters", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 141, Article Number: 107874, Oct. 2022 (doi: 10.1016/j.ijepes.2021.107874)

[14] S. Rahmani, A. Hamadi, K. Al-Haddad, L.A. Dessaint, "A combination of shunt hybrid power filter and thyristor-controlled reactor for power quality", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 61 pp. 2152-2164, July 2013  (doi: 10.1109/TIE.2013.2272271).

[15] Z. Chen, C. Yandong, J.M. Guerrero, H. Kuang, Y. Huang, L. Zhou, A. Luo, "Generalized coupling resonance modeling, analysis, and active damping of multi-parallel inverters in microgrid operating in grid-connected mode", Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, vol. 4 pp. 63-75, Jan. 2016 (doi: 10.1007/s4­056­5-016-0184-9).

[16] Q. Liu, L. Yong, H. Sijia, L. Longfu, "Power quality improvement using controllable inductive power filtering method for industrial DC supply system", Control Engineering Practice, vol. 83 pp. 1-10, Feb. 2019 (doi: 10.10­16/j.conengprac.2018.09.024).

[17] Q. Liu, L. Yong, L. Longfu, P. Yanjian, C. Yijia, "Power quality management of PV power plant with transformer integrated filtering method", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 34 pp. 941-949, Nov. 2018 (doi: 10.1109/TPWRD.2018.2881991).

[18] Q. Liu, L. Yong, H. Sijia, L. Longfu, "A controllable inductive power filtering system: modeling, analysis and control design", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 105 pp. 717-728, Feb. 2019 (doi: 10.1016/j.ijepes.2018.09.016).

[19] E. Lei, Y. Xianggen, C. Yu, L. Jinmu, "A cascaded D-STATCOM integrated with a distribution transformer for medium-voltage reactive power compensation", Journal of Power Electronics, vol. 17, no. 2, pp. 522-532, March 2017 (doi: 10.6113/JPE.2017.17.2.522).

[20] S. Hu, L. Yong, X. Bin, C. Mingfei, Z. Zhiwen, L. Longfu, C. Yijia, K. Andreas, R. Christian, "A YD multifunction balance transformer-based power quality control system for single-phase power supply system", IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 52 pp. 1270-1279, Nov. 2015 (doi: 10.1109/TIA.­201­5.2503389).

[21] E. Lei, Y. Xianggen, Z. Zhe, C. Yu, "An improved transformer winding tap injection DSTATCOM  topology for medium-voltage reactive power compensation", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, pp 2113-2126, April 2015 (doi: 10.1109/TPEL.2017.2698207).