فصل اول
۱-۱:مقدمه
بحث کیفیت توان که تا امروزه یکی از بحث های مهم در سیستم‌های قدرت می‌باشد از گذشته مطرح بوده است و شرکت های برق در سرتاسر جهان از چندین دهه قبل بر روی این موضوع کار کرده‌اند.
در سال ۱۹۷۰ کیفیت برق به عنوان یکی از اهداف مهم در طراحی سیستم های قدرت صنعتی مطرح گردید،علاوه بر ایمنی،سرویس دهی با قابلیت اطمینان بالا و کم شدن هزینه های اولیه و جاری نیز از مباحثی بود که به همراه آن مهندسین برق را درگیر ساخت. تقریبا در همین زمان موضوع “کیفیت ولتاژ” در کشورهای اسکاندیناوی و در شوروی سابق مطرح گردید که هدف اصلی آن ها کنترل تغییرات کم دامنه ولتاژ بود.
۱-۲:عوامل تاثیر گذار بر افزایش اهمیت موضوع کیفیت برق
امروزه عوامل متعددی موجب گردیده اند که بحث کیفیت توان و عرضه برق با کیفیت مناسب به مصرف کنندگان از مباحث مهم بشمار می‌آید که در زیر به تعدادی از آن ها اشاره می شود:
-
-
- تجهیزات و دستگاه‌ها نسبت به اغتشاشات ولتاژ از حساسیت بیشتری بر خوردار شده اند.تجهیزات قدرت به ۱۰ تا ۲۰ سال گذشته بسیار حساس تر شده اند.آقای توماس کِی در سال ۱۹۷۸ مشکلات اغتشاشات ولتاژ روی عملکرد تجهیزات الکترونیک را مورد بحث قرار دارد. علاوه بر حساس شدن تجهیزات،شرکت‌ها نیز بعت اتلاف وقت و کاهش درآمد در آثر مشکلات مربوط به پدیده‌های کیفیت توان به این مسئله حساسیت بیشتری نشان می‌دهند. در یک شبکه ایده آل انرژی الکتریکی ،برقراری برق به صورت پیوسته یک حق اساسی برای مشترکین مورد نظر می‌باشد ،در نتیجه هر گونه قطعی برق با اعتراضی بیش از گذشته مواجه خواهد بود،حتی اگر باعث هیچگونه خرابی یا خسارت فیزیکی نگردد.[۵]
-
-
- تجهیزات و دستگاه های مختلف به تنهایی باعث بروز اغتشاشات ولتاژ می‌شوند.ادوات الکترونیک قدرت مدرن نه تنها به اغتشاشات ولتاز حساس هستند بلکه خود باعث بروز اغتشاش ولتاژ می‌گردند.افزایش استفاده از مبدلها (از تجهیزات الکترونیکی مصرف کننده ها و کامپیوتر ها تا تجهیزات کنترل سرعت در موتورها)منجر به افزایش اغتشاشات در ولتاژ گردیده است.مسئله اصلی در اینجا غیرسینوسی بودن جریان یکسو کننده ها و اینورترها می‌باشد. جریان ورودی این دستگاه‌ها علاوه بر دارا بودن فرکانس اصلی شبکه حاوی هارمونیک نیز می‌باشند. که به علت افزایش استفاده از آن ها مشکل مهمی برای شبکه بحساب می‌آیند.
-
- افزایش نیاز برای استاندارد کردن و معیار های عملکرد:در قدیم مصرف کننده انرژی الکتریکی از دید بسیاری از شرکت های برق صرفا یکبار ساده به شمار می‌آمد، قطعی برق و اغتشاشات ولتاژ یک امر طبیعی محسوب می شد و شرکت مذکور نیز طبق خواسته خود عمل می نمود و هر مشترکی که نیاز به کیفیت و قابلیت اطمینان بالاتری داشت می بایست هزینه اضافی پرداخت کند،اما امروزه شرکت های تامین کننده برق به مصرف کننده به عنوان یک “مشتری”نگاه می‌کنند.الکتریسیته به صورت یک محصول با مشخصات خاص خود شناخته شده که می‌تواند اندازه گیری شود،پیش‌بینی گردد،تضمین شود،ارتقاء یابد و … که این موضوع بعلت گرایش به سمت خصوصی سازی و تغییر ساختار شبکه برق می‌باشد.رقابت آزاد در بازار های برق موضوع راحتی پیچیده تراز این هم می‌کند. در قدیم مصرف کننده قراردادی با مؤسسه برق محلی منعقد می ساخت و آن مؤسسه هم انرژی الکتریکی را با کیفیت و قابلیت خاص خود در اختیار مصرف کننده قرار می‌داد،اما امروزه در سیستم‌های تجدید ساختار شده و با گسترش بازار برق مشترکین می‌توانند انرژی الکتریکی را از هر مؤسسه ای که متمایل باشند خریداری کنند،بنابرین مؤسسه ای در این راستا موفق است که بتواند برق را با کیفیت و قابلیت اطمینان بهتری به مشترکین تحویل بدهد. بنابرین بحث کیفیت توان و کاهش اثرات سوء ناشی از آن اهمیت خود را نشان می‌دهد.
- کیفیت توان قابل اندازه گیری است:با دسترس بودن وسایل الکترونیکی برای اندازه گیری و نمایش شکل موج‌ها،کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.در قدیم اندازه گیری شاخص‌های کیفیت توان مشکل بود و محدود به اندازه گیری مقدار مؤثر ولتاژ،فرکانس و قطعی های بلند مدت بود.اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی و در اختیار بودن تجهیزات مانیتورینگ کیفیت توان،همچنین ارائه شاخص‌ها و روش های مناسب، ارزیابی و اندازه گیری پدیده‌های مختلف کیفیت توان براحتی قابل انجام است.
۱-۳ :کیفیت توان چیست؟
از دیدگاه های مختلف تعاریف متفاوتی برای کیفیت توان بیان شده است. به عنوان نمونه یک شرکت برق کیفیت توان را بیشتر از جنبه قابلیت اطمینان مطرح می‌کند و یا از دید یک تولید کننده،کیفیت توان مشخصات برق عرضه شده برای کارکرد مناسب دستگاه های تولیدی می‌باشد.
دیکشنری انجمن بین‌المللی مهندسین برق در استاندارد IEEE std 1100 کیفیت توان را چنین تعریف می‌کند:”کیفیت توان برق دار کردن تجهیزات حساس برای عملکرد مناسب آن تجهیزات است”تعریف جامع تر که در مرجع[۵]بیان شده مشکلات توان را چنین مطرح می‌کند:”هر مشکلی در برق عرضه شده که به صورت انحراف جریان،ولتاژ یا فرکانس بروز می‌کند و منجر به خرابی یا عملکرد نامناسب تجهیزات مشترکین می‌گردد”.
۱-۴ :طبقه بندی پدیده‌های کیفیت توان
علی‌رغم وجود توافقهائی در تعاریفی که برای پدیده‌های کیفیت توان انجام شده است،دو مورد استاندارد مرجع که به طور گسترده ای مورد استفاده هستند سری IEEE1159 و IEC-61000 می‌باشند که پدیده‌های مشهور معرفی شده توسط این استانداردها در ادامه تشریح می‌گردد[۶و۵و۴]:
۱-۴-۱ :حالتهای گذرا:
اصطلاح گذرا به طور معمول در مورد تغییرات ناگهانی در یک شکل موج سینوسی به کار می رود.کلمه ضربه برای تشزیح امواج گذرایی که توسط صاعقه به وجود می‌آید مورد استفاده قرار می‌گیرد. استاندارد IEC61000-2-5-1990 امواج گذرا را بسته به منابعی که باعث وقوع این اختلالات می‌گردند به دو زیر گروه تقسیم می‌کند:
۱-۴-۱-۱ :حالتهای گذرای ضربه ای:
حالتهای گذرای ضربه ای به تغییر ناگهانی در شرایط پایدار جریان،ولتاژ یا هر دو و با فرکانسی متفاوت با فرکانس شبکه و پلاریته یک جهتی اطلاق می شود.حالتهای گذرای ضربه ای به طور معمول با دو مشخصه”Decay Time” و “Rise Time” و همچنین محتویات طیفی آن ها شناخته می‌شوند.شکل (۱-۱)موج ضربه بر روی موج سینوسی را نشان می‌دهد.حالتهای گذرای ضربه ای علاوه بر اثرات نامطلوبی که بر روی عایق‌ها دارند باعث تحریک فرکانس طبیعی شبکه و بروز حالتهای گذرای نوسانی نیز می‌گردند.
شکل (۱-۱):شکل موج ولتاژ ضربه بر روی موج سینوسی
۱-۴-۱-۲ :حالتهای گذرای نوسانی:
