تحلیل اثر ظرفیت خازنی شبکه کابلی متروهای شهری بر عملکرد دیزل ژنراتورها و ارائه راهکار جبران توان راکتیو در بهره برداری از دیزل ژنراتورها در شرایط اضطراری

تامین انرژی الکتریکی در شرایط بحران و خاموشی گسترده یکی از مهم ترین الزامات بهره برداری پایدار از سامانه های حمل ونقل ریلی شهری است. در چنین شرایطی، دیزل ژنراتورهای اضطراری می توانند به عنوان منبع اصلی تغذیه شبکه برق مترو وارد مدار شده و بخشی از مصارف ضروری ایستگاه ها و در شرایط خاص بخشی از نیاز توان کششی قطارها را تامین کنند. با توجه به ساختار شبکه های توزیع و انتقال توان مترو و استفاده گسترده از کابل های قدرت، ظرفیت خازنی ذاتی کابل ها در شرایط بهره برداری جزیره ای می تواند به یک عامل مهم در رفتار الکتریکی شبکه تبدیل شود. این موضوع به خصوص زمانی اهمیت پیدا می کند که شبکه تحت تغذیه دیزل ژنراتور، با بار اکتیو نسبتا پایین اما طول قابل توجهی از کابل های برقدار مواجه باشد. در این وضعیت، جریان شارژ خازنی کابل ها و توان راکتیو خازنی شبکه می تواند موجب حرکت ضریب توان به سمت پیش فاز شده و شرایط کاری نامطلوبی را برای آلترناتور سنکرون دیزل ژنراتور ایجاد کند.برخلاف شبکه برق عمومی که یک شبکه بسیار بزرگ و دارای منابع متعدد تولید و مصرف است، شبکه مترو در حالت بحران ممکن است به یک شبکه جزیره ای با تعداد محدودی منبع تولید تبدیل شود. بنابراین نسبت ظرفیت خازنی کابل ها به توان واقعی تولیدشده توسط دیزل ژنراتورها می تواند به مقدار قابل توجهی برسد. در چنین شرایطی، کنترل ولتاژ، سیستم تحریک و AVR ژنراتور، حفاظت های Under-Excitation و Reverse Reactive Power و همچنین قابلیت جذب توان راکتیو آلترناتور می توانند تحت تاثیر قرار گیرند. منابع فنی سازندگان ژنراتور نیز تاکید می کنند که بارهای با ضریب توان پیش فاز، به خصوص در بارهای سبک، می توانند موجب افزایش ولتاژ و ایجاد مشکلات کنترلی برای ژنراتور شوند. در این مقاله، ابتدا ساختار شبکه اضطراری مترو و شرایط بهره برداری دیزل ژنراتورها در حالت جزیره ای بررسی شده و سپس رفتار خازنی کابل های قدرت و اثر آن بر نقطه کار ژنراتور تحلیل می شود. در ادامه، راهکارهای مختلف شامل کنترل بهره برداری، مدیریت بار، استفاده از راکتور شنت ثابت یا قابل سوئیچ، تجهیزات جبران ساز دینامیکی مانند SVC و STATCOM و اصلاح استراتژی کنترل AVR مورد بررسی قرار می گیرند. سپس یک مدل پیشنهادی MATLAB/Simulink شامل دیزل ژنراتور، ترانسفورماتور، شبکه کابلی، بارهای عمومی ایستگاه و بار کششی محدود ارائه می شود تا رفتار شبکه در شرایط بدون جبران سازی و با جبران توان راکتیو مقایسه شود. در نهایت، یک استراتژی عملی مبتنی بر پایش ولتاژ، توان راکتیو، ضریب توان و درصد بار ژنراتور پیشنهاد می شود که می تواند برای طراحی و بهره برداری مطمئن تر شبکه برق اضطراری مترو مورد استفاده

کلیدواژه ها:

دیزل ژنراتور ، مترو شهری ، شبکه کابلی ، ظرفیت خازنی کابل.