عنوان كارگاه: مقدمه اي بر فيلترهاي فعال قدرت و كاربرد آنها در بهبود كيفيت توان و كاهش تلفات شبكه هاي توزيع الكتريكي
سخنران: مهندس كرباس فروشان، دانشجوي دكتر برق دانشكده مهندسي دانشگاه فردوسي
زمان برگزاري: چهارشنبه 30 خردادماه 1397
شرح مختصر محتواي كارگاه:
امروزه شاهد رشد روزافزون استفاده از بارهاي غيرخطي همچون لامپ‌هاي كم‌مصرف، LEDها، كامپيوترها، درايو موتورهاي الكتريكي و بسياري ديگر از تجهيزات الكترونيك قدرت كه به‌وسيله يكسوكننده‌هاي ديودي و يا مبدل‌هاي تريستوري به شبكه‌هاي توزيع برق متصل‌اند و تزريق مؤلفه‌هاي هارمونيكي توسط اين بارها به شبكه هستيم. اين مسئله سبب بروز مشكلات كيفيت توان، تلفات اضافي، مشكلات پايداري و بروز رزونانس، خطا در سيستم‌هاي حفاظتي، تداخل‌هاي الكترومغناطيسي، آسيب به تجهيزات سيستم قدرت و .... مي‌شود. براي رفع اين مشكلات، انواع مختلفي از جبران سازها معرفي شده‌اند. فيلترهاي پسيو (غيرفعال)، به‌عنوان اولين جبران سازها به‌منظور حذف هارمونيك‌هاي جريان و بهبود ضريب توان معرفي شده‌اند. اگرچه اين دسته از فيلترها از سادگي و هزينه كمي برخوردارند، ولي به سبب محدوديت‌هاي جدي كه دارند، همواره با احتياط و اكراه مورداستفاده قرار مي‌گرفته‌اند. لذا تحقيقات مختلفي در زمينه ساير جبران سازها و طراحي آنها انجام گرديده است. فيلترهاي فعال قدرت يكي از اين جبران سازها مي‌باشند كه امروزه در سيستم‌هاي توزيع الكتريكي كاربرد يافته‌اند و به دور از مشكلات فوق، هم قابليت حذف تمامي هارمونيك‌هاي ناخواسته و هم قابليت بهبود ضريب توان را دارا هستند. با توجه به اين توصيفات، مي‌توان بيان داشت كه امروزه در اختيار داشتن فن‌آوري طراحي و ساخت اين ادوات از اهميت ويژه برخوردار است. با شناسايي مشتركين و يا بارهاي غيرخطي در شبكه توزيع و استفاده از فيلترهاي فعال قدرت در نزديك‌ترين محل به آن، علاوه بر حذف و يا تضعيف قابل‌توجه مؤلفه‌هاي هارمونيكي جريان، از نفوذ آنها به سيستم و مشكلات ناشي از آن جلوگيري شده و ضريب توان نيز بهبود مي‌يابد.
امروزه با افزايش وسايل الكتريكي و نقش غيرقابل انكار در زندگي روزمره نبود آنها تقريباً غيرقابل تصور شده است. اين افزايش وسايل به‌خصوص در زمينه الكترونيك و الكترونيك قدرت كه بارهاي غيرخطي محسوب مي‌شوند تأثيرات فراواني بر شبكه برق مي‌گذارد. اگرچه الكترونيك قدرت مزاياي بي‌شماري همچون كنترل بهينه سرعت و يا گشتاور را در موتورها به همراه دارد، اما همزمان، در بسياري موارد منجر به تزريق هارمونيك‌ها به شبكه قدرت مي‌شود، كه اين موضوع براي تمام ماشين‌هاي متصل به خط تغذيه و در موارد شديد، شبكه مضر است. علاوه بر ابزارهاي الكترونيك قدرت بسياري از كارخانجات ذوب‌آهن و دستگاه‌هاي جوش به دليل ايجاد قوس الكتريكي، توليدكننده هارمونيك به شمار مي‌آيند. به همين دليل از دهه پنجاه نياز به استفاده از ابزاري براي حذف هارمونيك‌ها احساس شده بود، اما به دليل عدم وجود تكنولوژي‌هاي نيمه‌هادي، استفاده از فيلترهاي غيرفعال، به‌عنوان يك راه‌حل جايگزين جهت حذف هارمونيك‌ها و همزمان بهبود كيفيت توان رايج شدند. از سال 1961 با ظهور تكنولوژي نيمه‌هادي استفاده از فيلترهاي فعال شروع شد و امروزه به‌مرور به‌عنوان ابزاري رايج براي جبران هارمونيك‌هاي ناشي از بارهاي غيرخطي و بهبود ضريب توان رواج مي‌يابد. از مزاياي فيلترهاي فعال نسبت به فيلترهاي غيرفعال عدم رزونانس با فركانس‌هاي شبكه است، كه در فيلترهاي غيرفعال به علت استفاده از عناصر سلفي-خازني محتمل بوده و در بسياري موارد منجر به بروز مشكلات جدي ناشي از رزونانس مي‌گردد. علاوه بر اين از معايب ديگر فيلترهاي غيرفعال حساس بودن به پارامترهاي مختلف سيستم و تلورانس المان‌ها، امكان اشباع شدن ظرفيت هارمونيكي آنها، وزن سنگين و اندازه بزرگ اشاره كرد. همچنين در فيلترهاي فعال به دليل امكان پوشش دادن طيف وسيعي از هارمونيك‌ها نتايج بسيار بهتري به دست مي‌آيد. درحالي‌كه فيلترهاي غيرفعال معمولاً حذف يك يا حداكثر دو فركانس هارمونيكي طراحي مي‌شوند. استفاده از تعداد زيادي فيلتر غيرفعال همزمان، احتمال رزونانس را بالاتر مي‌برد. حال با تمام اين مزيت‌هاي بيان‌شده براي فيلترهاي فعال مهم‌ترين نقطه‌ضعف آنها گران بودن آن بوده است.
ساختمان فيلتر فعال قدرت از يك اينورتر كه وظيفه ساخت ولتاژ يا جريان را دارد و تعدادي فيلتر براي حذف هارمونيك‌هاي مرتبه بالاي خروجي اينورتر، تشكيل شده است. فيلترهاي فعال قدرت به چهار دسته كلي ازنظر توپولوژي و كاربرد تقسيم‌بندي مي‌شوند. فيلترهاي موازي، سري، هيبريدي و كامل (تركيب سري-موازي). علاوه بر اين، فيلترهاي فعال قدرت از بعد تعداد فاز به تك فاز و سه فاز (سه سيمه و چهار سيمه) تقسيم‌بندي مي‌شوند. اصول كار فيلترهاي فعال قدرت، ساخت جرياني برابر با جريان هارمونيكي و با فاز مخالف است، كه از نقطه‌ي اتصال بار با شبكه، به خط تزريق مي‌شود. به‌اين‌ترتيب جريان هارمونيكي از ديدگاه شبكه برابر صفر مي‌گردد. فيلترهاي فعال قدرت سري همين كار را براي ولتاژ انجام مي‌دهند. ازآنچه گفته شد مشخص مي‌شود ضرورت فيلترهاي فعال قدرت با افزايش بارهاي غيرخطي روزبه‌روز بيشتر مي‌شود و كاهش قيمت و سادگي آن اهميت دوچندان مي‌يابد.
فایل ارائه سخنرانی: 
