با اعمال ، و به ‌حلقه ‌قفل‌ فاز خطای نوسانی در خروجی PLL ناشی از عدم تعادل از بین می‌رود. سیستم شکل (۲-۱۸) با بهره گرفتن از PLL جبران‌شده مورد ارزیابی قرار گرفت. شکل (۲-۲۵) نتایج خروجی‌های PLL جبران‌شده را نشان می‌دهد. شکل (۲-۲۶) نشان‌دهنده خروجی‌های PLL جبران‌شده با اعمال اختلال در ورودی می‌باشد. مشاهده می‌گردد که بدون تغییر در پاسخ گذرا، تناوب ناشی از عدم تعادل در خروجی از بین رفته است. شکل (۲-۲۷) جریان‌های مدار شکل (۲-۲۳) را با بهره گرفتن از PLL جبران‌ شده نشان می‌دهد. عدم وجود هارمونیک‌ها و سینوسی بودن شکل موج‌ها مشهود است. بسته به ‌استراتژی کلی کنترل در سیستم به‌کار رفته، می‌توان عدم تعادل را به‌طرق مختلف در خروجی جبران نمود [۲۴].

(ب) (الف)

(پ)
شکل (۲-۲۵) : نتایج حلقه قفل فاز با ورودی سه فاز نامتعادل و با به‌کارگیری تکنیک جبران عدم تعادل.
(الف) : ولتاژهای ورودی، (ب) : فرکانس لحظه‌ای تخمینی، (پ) : فاز خروجی PLL [24]

(ب) (الف)

(پ)
شکل (۲-۲۶) : نتایج برای PLL جبران‌شده با ورودی سه فاز نامتعادل و ورود اختلال پله‌ای فاز به‌میزان به ‌میزان

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

(الف) : ولتاژهای ورودی، (ب) : فرکانس لحظه‌ای تخمینی، (پ) : فاز خروجی PLL [24]

شکل (۲-۲۷) نتیجه جریان تزریقی به ‌شبکه در سیستم نمونه دارای PLL با ورودی جبران‌شده [۲۴]
۲-۲ نحوه استفاده حلقه قفل فاز (PLL) در جبرانساز استاتیکی
۲-۲-۱ بررسی حلقه قفل فاز برای STATCOM به‌منظور افزایش پایداری سیستم قدرت
با کنترل دامنه ولتاژ STATCOM و ولتاژ شبکه، توان راکتیو بین STATCOM و خط انتقال مبادله شده و از اینرو میزان جبران‌سازی موازی می‌تواند کنترل شود. جبران‌ساز سنکرون استاتیکی که در زیر به ‌مطالعه آن می‌پردازیم از نوع دو سطحی ۲۴ پالسه بوده که با بهره گرفتن از یک سیستم کنترلی نوین بر مبنای استراتژی کنترل مجزای محور d-q جریان جبران‌ساز، پایداری شبکه را هنگام تغییرات امپدانس سیستم قدرت بهبود داده و نیز تاثیر استحکام سیستم قدرت بر پایداری STATCOM و تاثیری که حلقه قفل فاز (PLL) با انجام تغییرات بر روی زاویه فاز گذاشته را بر عملکرد STATCOM بررسی می‌کنیم [۲۵].
۲-۲-۱-۱ روش های کنترل STATCOM
برای کنترل میزان توان راکتیو مبادله شده بین بار و STATCOM بایستی اندازه ولتاژ خروجی STATCOM کنترل شود. دو روش اصلی برای کنترل این ولتاژ خروجی وجود دارد ؛ روش مستقیم و روش غیر مستقیم.
در روش مستقیم، ولتاژ خازن dc ثابت بوده و ولتاژ خروجی مستقیما با تغییر زمان‌های کلیدزنی کلیدهای قدرت، تغییر داده می‌شود. عموما این عمل با مدولاسون عرض باند ((PWM^[26] انجام می‌شود. به‌همین جهت روش کنترل مستقیم را روش PWM نیز می‌گویند. در روش غیر مستقیم، تغییری در زمان کلیدزنی‌ها اعمال نمی‌‌شود و اندازه خروجی با تغییر زمان ولتاژ خازن dc انجام می‌شود. برای تغییر ولتاژ خازنdc بایستی آن را شارژ یا دشارژ کرد، که در این عمل توسط ایجاد “تغییر فاز موقتی” بین ولتاژ خروجی STATCOM و ولتاژ خط انجام می‌شود. بدین ترتیب، توان اکتیو بین STATCOM و خط مبادله شده و در نتیجه باعث شارژ و دشارژ شدن خازن dc می‌شود. به‌ همین جهت روش کنترل غیر‌مستقیم را روش کنترل فاز نیز می‌گویند [۲۵].
۲-۲-۱-۲ مبدل ۲۴ پالسه و اساس کنترل STATCOM
انواع مختلفی از مبدل های dc-ac وجود دارند که می‌توانند در STATCOM مورد استفاده قرار گیرند، که می‌توان به مبدل‌های PWM دو سطحی و مبدل های سه سطحی اشاره کرد. از آنجاییکه مبدل‌های چند پالسه دو سطحی از جمله مبدل‌هایی با کارایی آسان می‌باشند و نیاز STATCOM را فراهم می‌سازند، به‌طور گسترده‌ای در کاربردهای STATCOM مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از طرفی این مبدل‌ها از نظر اقتصادی نیز کاملا به‌صرفه می‌باشند برای این کار از یک مبدل ۲۴ پالسه دو سطحی استفاده شده و مبدل آن ارائه گشته است. شکل (۲-۲۸)، نشان دهنده وضعیت یک مبدل ۲۴ پالسه dc–ac با بهره گرفتن از ۴ مبدل شش پالسه با سوئیچ‌های GTO به‌همراه چهار ترانسفورماتور مجزا می‌باشد [۲۶].

شکل (۲-۲۸ ) : وضعیت مبدل ۲۴ پالسه [۲۶]
جابه‌جایی فاز بین دو مبدل ۶ پالسه متوالی درجه می‌باشد. شکل (۲-۲۹) نتایج مبدل ۲۴ پالسه را نشان می‌دهد.

شکل(۲-۲۹) : شکل موج ولتاژ خروجی مبدل ۲۴ پالسه [۲۶]
انحراف هارمونیکی(THD^[27]) بصورت رابطه (۲-۳۵) تعریف می‌شود :
(۲-۳۵)
که ، مقدار rms هارمونیک ام ولتاژ (. . . و۳، ۲، ۱= i)، مقدار rms مولفه هارمونیکی کلی، و مقدار rms مولفه فرکانس اصلی می‌باشد. بنابراین مقدار rms کلی ولتاژ مطابق رابطه (۲-۳۶) عبارتست از :
(۲-۳۶)
در این صورت ۰.۹۹۷= می‌باشد که نشان می‌دهد مولفه هارمونیکی ولتاژ، مقدار بسیار کوچکی دارد. GTO بر خلاف مبدل‌های PWM و سه سطحی که قادر به ‌کنترل دامنه ولتاژ می‌باشند، مبدل‌های دو سطحی این توانایی را نداشته و تنها زاویه فاز ولتاز درونی را توسط سیگنال های اعمالی به‌ گیت GTO‌ها می‌توانند کنترل کنند. بنابراین تنها راه جهت کنترل دامنه ولتاژ ac خروجی، کنترل ولتاژ dc خازن می‌باشد. با یک جابه‌جایی فاز کوچک، ، بین ولتاژ STATCOM، و ولتاژ خط انتقال، می‌توان ولتاژ خازن dc را کنترل نمود. اگر نسبت به‌ پس‌فاز باشد توان حقیقی از طرف خط انتقال به‌سمت خازن dc شارش یافته و اگر نسبت به‌ پس‌فاز باشد، توان حقیقی از سمت خازن dc به‌طرف خط انتفال جاری می‌شود. از طرفی برای جبران تلفات سوئیچ‌زنی و تلفات ترانسفورماتور واسط بین STATCOM و خط انتقال، نیاز به ‌مقداری توان اکتیو داشته که جابه‌جایی فاز این مهم را برآورده می‌سازد.

شکل (۲-۳۰ ) : شماتیک سیستم کنترل برای STATCOM [26]
شکل (۲-۳۰)، ساختار STATCOM را نشان داده که در آن از استراتژی کنترل مجزای d-q و همچنین مبدل ۲۴ پالسه دو سطحی استفاده شده است. شیب تنظیمی ‌k را می‌توان بصورت رابطه (۲-۳۷) تعریف کرد [۲۶].
(۲-۳۷)
که در آن، ماکزیمم افت ولتاژ خط هنگامی ‌که STATCOM در مد خازنی کامل عمل کرده و ، ماکزیمم افزایش ولتاژ خط به‌هنگام عملکرد STATCOM در مد القایی کامل می‌باشد. و ، مولفه‌های رنج جریان STATCOM می‌باشد. حلقه قفل فاز (PLL)، سیگنال سنکرون‌ساز مبنا که زاویه ولتاژ خط، θ، می‌باشد را فراهم می‌کند. ولتاژ خط،، با ولتاژ مرجع مقایسه شده و خطای بدست آمده به‌ یک تنظیم کننده ولتاژ اعمال می‌شود و در خروجی، جریان راکتیو مورد نیاز STATCOM با در نظر گرفتن شیب تنظیمی ‌K بدست می‌آید. جریان راکتیو STATCOM، ، که از تجزیه STATCOM، بدست می‌آید. با جریان راکتیو مرجع مقایسه شده و کنترل کننده PI، جابه‌جایی فاز، ، مورد نیاز را فراهم می کند.
۲-۲-۱-۳ عملکرد دینامیکی STATCOM
شکل(۲-۳۱)، بیان کننده یک سیستم قدرت ساده بر مبنای پریونیت به‌همراه STATCOM می‌باشد.

شکل(۲-۳۱) : دیاگرام ساده شده سیستم قدرت به‌همراه STATCOM [۲۶]
، راکتانس معادل سیستم قدرت از دید STATCOM، ولتاژ تونن معادل و ولتاژ باس STATCOM می‌باشد. روابط (۲-۳۸) و(۲-۳۹) بیان کننده عملکرد خازنی STATCOM می‌باشند [۲۶]:
(۲-۳۸)
(۲-۳۹)
۲-۲-۱-۴ تاثیر استحکام سیستم قدرت بر پایداری STATCOM
چناچه در روابط (۲-۳۸) و(۲-۳۹) مشاهده می‌شود، راکتانس، بخشی از سیستم می‌باشد و این موضوع بسیار وخیم است که با افزودن و یا حذف بارها از سیستم قدرت هنگامی‌ که خط انتقال یا ژنراتور دچار قطعی می‌شوند، تغییر می‌کند. بنابراین بهره حلقه بسته کلی سیستم و حاشیه پایداری STATCOM به ‌شدت وابسته به یا استحکام سیستم می‌باشد. اگر امپدانس سیستم افزایش یابد (سیستم ضعیف)، میزان تغییر ولتاژ به‌علت جریان راکتیو STATCOM افزایش می‌یابد و سیستم کلی به‌سمت ناپایداری میل می‌کند. اگر امپدانس سیستم قدرت کاهش یابد (سیستم قوی). سیستم بیشتر پایدار شده هر چند سرعت پاسخ به ‌سیستم ضعیف آهسته‌تر می‌شود. بنابراین توانایی سیستم قدرت تاثیر بسیار زیادی بر زمان پاسخ و پایداری STATCOM دارد. اگر تنظیم کننده ولتاژ به‌منظور تامین یک پاسخ سریع برای سیستم قوی تنظیم شود، امکان ناپایدار شدن سیستم وجود دارد، در حالیکه اگر تنظیم کننده ولتاژ به‌ نحوی تنظیم شود که پاسخ پایداری را برای سیستم ضعیف فراهم نماید، پاسخ سیستم قوی بسیار آهسته و کند خواهد شد، چنانچه بهره حلقه سیستم کلی کاهش می‌یابد [۲۷].
۲-۲-۱-۵ تاثیر PLL بر عملکرد STATCOM
PLLسیگنال سنکرون سازی اصلی که زاویه فاز ولتاژ باس، ، می‌باشد را فراهم می‌کند. این کار از طریق عبور از صفر ولتاژ باس ایجاد می‌شود. در حالتی که یک تغییر ناگهانی نظیر خروج یک بار، در سیستم قدرت رخ دهد، نیم سیکل از ولتاژ (۳/۸ میلی ثانیه برای HZ60 f=) برای PLL نمونه برداری شده تا زاویه ولتاژ جدید بعلاوه تاخیر پردازش سیگنال بدست آید. در این مدت، STATCOM در زاویه فاز قبلی کار می‌کند، در حالیکه فاز ولتاژ باس تغییر کرده است. منوط به ‌مقدار تغییر زاویه فاز و اینکه افزایش و یا کاهش یافته باشد، یک توان حقیقی کنترل نشده و بنابراین یک مبادله توان راکتیو بین STATCOM و خط انتقال در مدت این تاخیر ذاتی PLL رخ خواهد داد [۲۸].
قبل از اعمال حلقه کنترلی بر اساس شکل (۲-۳۰)، که نتایج آن در شکل (۲-۳۲ )نشان داده شده است، تنظیم کننده ولتاژ و همچنین ولتاژ مبدل و ولتاژ باس دارای نوسانات زیادی می‌شوند. بنابراین STATCOM یک پاسخ سریع و پایداری برای سیستم قوی دارد. نوسانات فوق برای سیستم قدرت ضعیف نمایش داده شده است.