دانلود پروپوزال جبران سازی اختلالات کیفیت توان ناشی از بارهای غیرخطی

یکی از اصلی‌ترین منابع تولید اختلالات در شبکه‌های قدرت، افزایش چشمگیر استفاده از بارهای غیرخطی است. این بارها، برخلاف بارهای خطی سنتی (مانند هیترهای مقاومتی یا لامپ‌های رشته‌ای)، جریانی با شکل موج غیرسینوسی از شبکه می‌کشند، حتی اگر ولتاژ اعمال‌شده به آن‌ها کاملاً سینوسی باشد. این پدیده به دلیل وجود المان‌های الکترونیک قدرت مانند دیودها، تریستورها و ترانزیستورها در ساختار این تجهیزات رخ می‌دهد که جریان را به صورت پالسی و غیرپیوسته عبور می‌دهند. مصادیق این نوع بارها در تمامی بخش‌های خانگی، تجاری و صنعتی یافت می‌شود؛ از منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) در کامپیوترها، تلویزیون‌ها و شارژرها گرفته تا درایوهای کنترل دور موتور (VFDs) در صنایع، کوره‌های القایی، دستگاه‌های جوشکاری و سیستم‌های روشنایی مدرن مانند لامپ‌های LED و فلورسنت. جریان غیرسینوسی کشیده‌شده توسط این بارها، طبق تحلیل فوریه، از مجموع یک مؤلفه اصلی با فرکانس شبکه (50 یا 60 هرتز) و چندین مؤلفه با فرکانس‌های بالاتر که مضرب صحیحی از فرکانس اصلی هستند، تشکیل شده است. این مؤلفه‌های ناخواسته که هارمونیک نامیده می‌شوند، به شبکه تزریق شده و با عبور از امپدانس خطوط و ترانسفورماتورها، باعث اعوجاج و تغییر شکل موج ولتاژ در کل شبکه می‌شوند. این اعوجاج هارمونیکی پیامدهای مخرب متعددی به دنبال دارد که از آن جمله می‌توان به افزایش تلفات حرارتی در هادی‌ها و تجهیزات، داغ شدن بیش از حد ترانسفورماتورها و کاهش عمر مفید آن‌ها، عملکرد نادرست دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق و رله‌های حفاظتی، ایجاد نویز و تداخل در سیستم‌های مخابراتی و حتی آسیب به بانک‌های خازنی اصلاح ضریب توان به دلیل پدیده تشدید (رزونانس) اشاره کرد.

در کنار بارهای غیرخطی، دومین تحول بزرگ در شبکه‌های قدرت که کیفیت توان را به شدت تحت تأثیر قرار داده، نفوذ گسترده منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه‌های خورشیدی (فتوولتائیک) و توربین‌های بادی است. اگرچه این منابع برای حرکت به سمت انرژی پاک ضروری هستند، اما اتصال آن‌ها به شبکه چالش‌های فنی خاص خود را به همراه دارد. توان تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی به صورت DC و توان توربین‌های بادی معمولاً با ولتاژ و فرکانس متغیر است. برای اتصال این منابع به شبکه AC با فرکانس ثابت، از مبدل‌های الکترونیک قدرت، به ویژه اینورترها، استفاده می‌شود. این اینورترها، همانند بارهای غیرخطی، به دلیل عملیات کلیدزنی (Switching) با فرکانس بالا، می‌توانند هارمونیک‌هایی را به شبکه تزریق کنند. علاوه بر این، ماهیت متناوب و غیرقابل پیش‌بینی این منابع، مشکلات دیگری را نیز به وجود می‌آورد. به عنوان مثال، عبور یک ابر از مقابل پنل‌های خورشیدی یا تغییر ناگهانی سرعت باد می‌تواند باعث نوسانات سریع در توان خروجی و در نتیجه بروز پدیده‌هایی مانند افت ولتاژ (Voltage Sag)، بیش‌ولتاژ (Voltage Swell) و فلیکر (Flicker) یا سوسو زدن نور شود. در شبکه‌هایی با درصد نفوذ بالای منابع تجدیدپذیر، این نوسانات می‌توانند پایداری ولتاژ و فرکانس کل سیستم را به خطر اندازند. پیچیدگی مسئله زمانی دوچندان می‌شود که این دو پدیده—هارمونیک‌های ناشی از بارهای غیرخطی و نوسانات و هارمونیک‌های ناشی از منابع تجدیدپذیر—به صورت همزمان در شبکه وجود داشته باشند و اثرات یکدیگر را تشدید کنند. این برهم‌کنش پیچیده، تحلیل و مدیریت کیفیت توان را به یک حوزه تحقیقاتی حیاتی برای تضمین عملکرد پایدار و قابل اطمینان شبکه‌های قدرت آینده تبدیل کرده است.