ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

Transcript

1 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΣΤΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ (S) ρ Ανρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέµατα Βαθµίες πηνίων ελεγχόµενων από θυρίστορ (TRs-Thyristor ontroled Reactors) Βαθµίες πυκνωτών ελεγχόµενων από θυρίστορ (TSs-Thyristor Switched apacitors) Στατά συστήµατα ελέγχου άεργου ισχύος (Static ar opensators, S) Μεταφερόµενη ισχύς, µεταβατική ευστάθεια, καταστολή ταλαντώσεων. ιακοπτικά µεταβατικά φαινόµενα.

2 Επαγωγές ή χωρητικότητες ελεγχόµενες από thyristor Οι επαγωγές ή χωρητικότητες ελεγχόµενες από thyristor συµπεριφέρνονται σαν µεταβλητές παράµετροι µε πολύ γρήγορες µεταβολές στην παροχή ή απορρόφηση άεργου ισχύος. ιακόπτης ύο κατευθύνσεων που αποτελείται από ύο thyristor συνεεµένα αντιπαράλληλα Αν η αντίσταση του πηνίου ή του πυκνωτή ανάλογα µε την περίπτωση θεωρηθεί αµελητέα, το ρεύµα στηµόνιµη κατάσταση λειτουργίας θα είναι συνάρτηση της γωνίας έναυσης (καθυστέρησης να άγει) του thyristor. Χρησιµοποιείται η ίια γωνία και για τα ύο thyristor. TR (Thyristor ontrolled Reactor) Είναι ελεγχόµενη αγωγιµότητα Τα Thyristor άγουν στους µισούς κύκλους εναλλάξ. Εάν η έναυση αρχίζει στις 90 ο του κύκλου της τάσης έχουµε συνεχή αγωγή. Έχουµε µερική αγωγή για γωνίες έναυσης 90>α>180 Η κύρια συνιστώσα: σ- γωνία αγωγής Το ρεύµα είναι πρακτικά άεργο εκτός από ένα µικρό ποσοστό 0.5-% που οφείλεται στις ωµικές απώλειες του πηνίου

3 Έλεγχος φάσης Η κύρια συνηστώσα του ρεύµατος Μπορεί να γραφεί σαν όπου η συνάρτηση όπου παίρνουµε τη µέγιστη τιµή της ίση µε 1/Χ όταν σπ - Συντελεστής µεριίου άεργου ισχύος Χαρακτηριστική - του TR Το TR πρέπει να έχει σύστηµα ελέγχου που να ίει τους παλµούς έναυσης στα Thyristor Η λειτουργία σε κατάσταση σταθερότητας φαίνεται από το σηµείο τοµής της χαρακτηριστικής µε την ευθεία του φορτίου Η χαρακτηριστική µπορεί να εκφραστεί από την εξίσωση: -το ονοµαστικό ρεύµα του πηνίου Κύρια συνιστώσα Ι 1

4 Αρµονικές του TR Εάν οι γωνίες έναυσης για τα ύο Thyristor ισούνται: Τριφασικό TR Προτιµάται η ιασύνεση ώστεητριπλές αρµονικές να κυκλοφορούν µόνο µέσα στο έλτα και να µην παρουσιάζονται στο ρεύµα των φάσεων στο ίκτυο. Πρέπει να ίνεται σηµασία ώστε οι γωνίες έναυσης ανά ζεύγος thyristor να είναι ίσες, ιαφορετικά θα παρουσιαστούν και ζυγές αρµονικές όπως και D. Προκαλείται επίσης άνιση θερµική καταπόνηση των Thyristor. Ο ιαχωρισµός των ύο πηνίων σε κάθε φάση ίνει προστασία στο κύκλωµα ελέγχου του thyristor σε περίπτωση βλάβης σε ένα πηνίο

5 TR 1 παλµών TR 1 παλµών µε ύο ευτερεύοντα πηνία του µετασχηµατιστή, ένα Υ και ένα. Είναι η µέθοος για απαλοιφή των 5 και 7 αρµονικών Έχει επιπλέον πλεονέκτηµα εάν πάθει βλάβη ένα από τα ύο µέρη, το άλλο µπορείναλειτουργείκανονικά. Υβριικός αντισταθµιστής µε ιακοπτόµενους πυκνωτές Γενικά σε ένα TR το ρεύµα υστερεί, και εποµένως το σύστηµα απορροφάάεργοισχύ, µπορεί όµως µε την πρόσθεση πυκνωτών το σύστηµα να παράγει άεργο ισχύ, µετακινώντας τη χαρακτηριστική στο εύτερο τεταρτηµόριο. TR Φίλτρο

6 TS (Thyristor Switched apacitors) Στη µόνιµη κατάσταση λειτουργίας, όταν τα thyristor άγουν και ηεφαρµοζόµενη τάση υ sinωt n τότε το ρεύµα i ω cosωt n 1 όπου n 1 ω -µικρό πηνίο για περιορισµό του ρεύµατος σε µη κανονικές συνθήκες καθώς και για να αποφεύγεται συντονισµός µε το ίκτυο σε συγκεκριµένες συχνότητες Έλεγχος βαθµίων πυκνωτών Κάθε φάση εµπεριέχει πυκνωτές και σετ ιακόπτη ύο κατευθύνσεων Κάθε πυκνωτής άγει πάντα για ακέραιο αριθµό µισών κύκλων. Με k πυκνωτές παράλληλα που ελέγχονται από ιακόπτη, η χωρητικήαγωγιµότητα µπορεί να ισούται µε οποιοήποτε συνυασµό των αγωγιµοτήτων των k που µπορεί να είναι 0, 1,, 3, k. Μια παραλλαγή που συνήθως γίνεται είναι να κατασκευάζονται (k-1) βαθµίες αγωγιµότητας Β και µια Β/, ώστε να είναι υνατοί k συνυασµοί.

7 Τριφασικό TS Σύνεση ευτερεύοντος σε και σύνεση TS σε Σύνεση ευτερεύοντος σε Υ και σύνεση TS σε Υ µε 4 αγωγούς Στατά συστήµατα ελέγχου άεργου ισχύος (Static ar opensators, S) Το S θεωρείται σαν µία εγκάρσια σύνθετη αντίσταση µε ρυθµιζόµενο ρεύµα αντιστάθµισης. Το S µπορεί να παρέχει ή να απορροφά άεργο ισχύ στο σηµείο σύνεσής του. Η εγκάρσια παρεχόµενη αντιστάθµιση είναι συνάρτηση της τάσης της γραµµής. Ένας τυπικός εγκάρσιος στατικός αντισταθµιστής άεργου ισχύος αποτελείται από βαθµίες πυκνωτών ελεγχόµενων από θυρίστορ (TSs-Thyristor Switched apacitors) καθώς και βαθµίες πηνίων ελεγχόµενων από θυρίστορ (TRs-Thyristor ontrol Reactors),

8 Έλεγχος S Έστω ότι το σύστηµα λειτουργείυπότάση Εάν η τάση του συστήµατος αυξηθεί (σηµείο λειτουργίας 1 ), το S µετακινεί το σηµείο λειτουργίας στο Β απορροφώντας επαγωγικό ρεύµα και κρατάει την τάση στο. 3 0 Κατά παρόµοιο τρόπο το S κρατάει την τάση στο 4 εάν η τάση του συστήµατος µειωθεί (σηµείο ). Χαρακτηριστική - Ισχύουν όσα είαµεγιατην αντιστάθµιση Στην απλούστερη περίπτωση που έχουµε κοντή γραµµή χωρίς απώλειες και ιανικό αντισταθµιστή άεργου ισχύος στο µέσον της γραµµής Η µεταφερόµενη ενεργός ισχύς µετά την αντιστάθµιση P sin P sin 4 Παρεχόµενη άεργος ισχύς από τον εγκάρσιο αντισταθµιστή Q (cos 1) Q P cop cop P 4 (1 cos ) sin sin

9 Τάση, ισχύς Επανερχόµαστε στο σύστηµα ύο ζυγών συνεόµενων µε κοντή γραµµή χωρίς απώλειες και αντιστάθµιση S στο µέσον της Ητάσηστοµέσο Θεωρούµε ότι: r S } sin {cos j S + } sin {cos j r S r όπου η γωνία µεταξύ j j 1 1 ω j s S j r r j r s + αφαιρώντας κατά µέλη r s r S j j ) ( + ) 4 (1 ) ( r S j j + cos r S cos ) 4 (1 cos

10 Μεταφερόµενη ισχύς sin 4 1 cos sin 4 1 sin ) 4 (1 cos sin S s P Η µεταφερόµενη ενεργός ισχύς από το ζυγό αναχώρησης s στο ζυγό άφιξης είναι r P P sin 4 1 s Μεταφερόµενη ισχύς µε S στη µέση συστήµατος ύο µηχανών 4 1 cos

11 Μεταβατική ευστάθεια ύο µηχανών P - Μηχανική ισχύς, P e Ηλεκτρική ισχύς Μεταβολή γωνίας σε µεταβατικά ευσταθές και ασταθές σύστηµα Ευσταθές σύστηµα Ασταθές σύστηµα

12 Ευστάθεια πολλών µηχανών Καταστολή ταλαντώσεων Οι ταλαντώσεις ισχύος είναι υναµικό φαινόµενο που ιατηρείται µετά από ιαταραχή και είναι αποτέλεσµα της ταλάντωσης της γωνίας µεταφοράς της µηχανής στην ιιοσυχνότητα του µηχανικού συστήµατος Όταν η γεννήτρια επιταχύνει: d / dt > 0 Ο αντισταθµιστής αυξάνει τα ar και εποµένως τη τάση και τη µεταφερόµενη ισχύ Όταν η γεννήτρια επιβραύνει: d / dt < 0 Ο αντισταθµιστής µειώνει τα ar

13 Βελτίωση ευστάθειας, καταστολή ταλαντώσεων Όπως είαµε οs µπορεί να αυξήσει σηµαντικά την µέγιστη µεταφερόµενη ισχύ Με τη µέθοο των ίσων εµβαών είναι εµφανές ότι µε γρήγορους ελέγχους η εγκάρσια αντιστάθµιση µπορεί να αλλάξει τη ροή ισχύος κατά τη ιάρκεια υναµικών ιαταραχών στο σύστηµα γιαναµεγεθύνει το όριο µεταβατικής ευστάθειας. Εάν υπάρχει ικανοποιητική εφερεία στη µεταβατική ευστάθεια ο εγκάρσιος αντισταθµιστής µπορεί να αυξήσει το όριο µεταφερόµενης ισχύος χωρίς να µειωθεί η εφερεία. Σε σύστηµα που είναι επιρρεπές σε ταλαντώσεις, η εγκάρσια αντιστάθµιση µπορεί να µειώσει το πρόβληµα λειτουργώντας αντίθετα στην επιτάχυνση και επιβράυνση των µηχανών που έχουν ιαταραχθεί Παράειγµα 400 k 80Ω/Ph Μικρού µήκους χωρίς απώλειες P300 MW cax S

14 ιακοπτικά µεταβατικά φαινόµενα Πυκνωτής πλήρως φορτισµένος Πυκνωτής φορτισµένος κατά 0.5 p.u. Κυµατοµορφές TS χωρίς µεταβατικά φαινόµενα ιακοπτική ιαικασία χωρίς µεταβατικά φαινόµενα Όταν το ρεύµα ενός πυκνωτή πλησιάσει το µηέν και εν έχουµε εφαρµοσµένη τάση έναυσης στο Thyristor, το ρεύµα θα τερµατιστεί. Στον πυκνωτή όµως παραµένει παγιευµένο φορτίο. Να ούµε τοαπλόκύκλωµα: Εάν η τάση Ήέναυσηθαπρέπειναοθεί στηκορυφήτηςτάσης έτσι το ρεύµα: Κλείσιµο (ON) χωρίς µεταβατικά φαινόµενα όπου - αγωγιµότητα πρωτεύουσας συχνότητας -αυτεπαγωγή ώστε µε το ρεύµα Άνοιγµα (OFF) χωρίς µεταβατικά φαινόµενα

15 Πρακτικά µεταβατικά φαινόµενα Στη πράξη πρέπει να λάβουµε υπόψη την επαγωγή και αντίσταση του κυκλώµατος Ας ούµε τηπερίπτωσηύπαρξηςπηνίουµόνο. Για το κύκλωµα µπορούµε να γράψουµε Όπου η παρερχοµένη τάση ο χρόνος µετράται από τη στιγµή έναυσης του Thyristor που αντιστοιχεί στη γωνία α. Με απλή εφαρµογή η λύση µπορεί να γραφεί σαν Όπου - Φυσική συχνότητα του κυκλώµατος - ανά µονάα Φυσική συχνότητα του κυκλώµατος το πλάτος του ρεύµατος Τα ύο τελευταία µέλη της λύσης είναι το αναµενόµενο ταλαντωτικό µέρος του ρεύµατος µε συχνότητα ωn Πλάτος ταλαντοτικού µέρους ρεύµατος Έναυση όταν Έναυση όταν

16 Εξοµοίωση στο PSAD