پایان نامه بررسی سیستم های HVDC
مقدمه:
از چندین دهه پیش برای مهندسین الکتروتکنیک پیوسته این سوال مطرح بوده است که انتقال انرژی های بزرگ الکتریکی در فاصله های طولانی یا جریان متناوب مطلوب تر است یا با جریان مستقیم ؟
نیاز به انرژی الکتریکی هر روز بیشتر مشهود می شود و در آینده نیز این نیاز به طور قطع افزایش خواهد یافت بالا رفتن مصرف انرژی الکتریکی در مناطق صنعتی از سویی و دور بودن آنها از مراکز تولید ، انتقال انرژی های بزرگ را در فاصله های طولانی الزام آور می سازد محدود نگاه داشتن انرژی تلفاتی در طول چنین خطی ، بالا بردن فشار الکتریکی را دیکته می کند و انتقال انرژی بزرگ تحت فشار الکتریکی قوی متناوب افزایش چشمگیر تلفات کرونا را نیز به همراه خواهد داشت.
برای مثال در انتقال هزار میلیون وات در فاصله هزار کیلومتر ، توان بارگیری خط می تواند تا حدود 750 میلیون ولت آمپر بالغ گردد. به اضافه همان طور که در بالا اشاره شد تلفات ناشی از کرونا در طول خط نیز خود مسئله ای قابل تعمق است. همچنین جریان اتصال زمین که خود معلول افزایش مولفه حقیقی جریان مصرفی است اثر سوء قابل توجهی باقی می گذارد. در خط انتقال انرژی ای که طول آن در حدود هزار کیلومتر است و در حد توان طبیعی خود بار الکتریکی انتقال می دهد ، جریان اتصال کوتاه ، در صورت وقوع باید در زمانی برابر چندین دهم ثانیه به وسیله ی کلید قدرت قطع گردد. بنابراین استقامت الکتریکی چنین کلیدی و نحوه ساختن آن از جمله مسائلی است که باید مورد توجه قرار گیرد. مشکلاتی چند از این قبیل در انتقال انرژی تحت فشار الکتریکی متناوب 400 کیلو وات به بالا و فواصلی در حدود هزار کیلومتر و بیشتر مطرح است. با توجه به آنچه گفته شد و بررسی راه حل های آن از لحاظ اقتصادی ، حل مسئله انتقال انرژی از طریق یکسو کردن جریان نیز مطرح می شود. کوشش چندین دهه اخیر مهندسین در این زمینه مسائل فنی چندین جانبه ای را مطرح ساخته است که الکترونیک جدید برای آنها تا حدود زیادی به راه حل های جالبی دست یافته است. از آن جمله انتقال انرژی در فاصله های دور و یا عبور خط از دریا و بالاخره ارتباط الکتریکی دو شبکه برق با هم از طریق انتقال انرژی با جریان مستقیم است که اکنون به مراحل پیشرفته ای نیز رسیده است. به طور خلاصه مجموعه عللی که انتقال انرژی با جریان مستقیم را توجیه می کند عبارتند از :
1 – تلفات نسبتاً زیاد عایقی در انتقال انرژی تحت فشار و جریان الکتریکی متناوب.
2 – تزریق جریان حقیقی به شبکه جریان متناوب بدون آنکه با بالا رفتن توان الکتریکی شبکه شدت جریان اتصال کوتاه شبکه افزایش یابد.
3 – اتصال دو شبکه برق با فرکانس متفاوت و یا روش متفاوت در تنظیم و کنترل فرکانس آنها.
4 – امکان دادن به تغییر و کم و زیاد کردن دلخواه انرژی انتقال یافته در نقطه اتصال دو شبکه.
در حقیقت انتقال HVDC یک روش برای غلبه بر محدودیتهای فنی و اقتصادی است که برای اتصال سیستم های قدرت بخصوص در شرایطی که آنها در نواحی مختلف واقع شده یا در فرکانس های متفاوت کار می کنند کاربرد دارد.
امروزه سیستم های انتقال HVDC اهمیت ویژه ای دارند و به دلیل ویژگی های فاصل آنها روز به روز مورد توجه بیشتری قرار می گیرند. این سیستم ها در انتقال توان برای فواصل زیاد ، خطوط انتقال زیر زمینی طویل و اتصال بین 2 شبکه قدرت بدون عبور اغتشاشات کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. هر چند از عمر اولین سیستم انتقال HVDC بیش از 40 سال گذشته است اما در دو دهه اخیر حجم بالا و تحقیقات بسیار گسترده ای در این زمینه صورت گرفته است. لازم به ذکر است هر چند تجهیزات مبدل AC به DC و بالعکس ، قیمت بالایی دارد اما در مواردی انتقال HVDC دارای توجیه اقتصادی است مثلاً فاصله انتقال زیاد (بیشتر از 600KM) و انتقال توسط کابل زیر زمینی (بیشتر از km 50) جهت اتصال جزایر به شبکه ، شرایطی است که امکان توجیه اقتصادی سیستم HVDC را فراهم می آورد. مهم ترین نقش سیستم HVDC این است که در اتصال بین 2 ناحیه از یک شبکه یا 2 شبکه مختلف این امکان را ایجاد می کند که هر بخش می تواند رفتار فرکانسی متفاوتی ، مستقل از دیگری داشته باشد.
اولین کاربرد تجاری انتقال HVDC بین سرزمین اصلی سوئد و جزیره گات لند در سال 1964 میلادی صورت پذیرفت و یک ارتباط زیر آبی MW 20 به طول KM 90 را تامین می کرد. از آن موقع به کارگیری انتقال HVDC همواره رو به افزایش بوده است.
پیشرفت های اخیر در تجهیزات تبدیل ، اندازه و هزینه ی آنها را کاهش و قابلیت اعتماد آنها را افزایش داده است. این پیشرفت ها منجر به استفاده گسترده از انتقال HVDC شده است.
اجزاء سیستم انتقال HVDC :
اجزای اصلی مربوط به یک سیستم HVDC در شکل 1 – 1 (برای سیستم 2 قطبی) نشان داده شده است.
نموداری از سیستم دوقطبی HVDC با نمایش مولفه های اصلی
1 – 1- سیستم های HVDC :
از چندین دهه پیش برای مهندسین الکتروتکنیک پیوسته این سوال مطرح بوده است که انتقال انرژی های بزرگ الکتریکی در فاصله های طولانی با جریان متناوب مطلوب تر است یا با جریان سیستم ؟
نیاز به انرژی الکتریکی هر روز بیشتر مشهود می شود و در آینده نیز این نیاز به طور قطع افزایش خواهد یافت. بالا رفتن مصرف انرژی الکتریکی در مناطق صنعتی از سویی و دور بودن آنها از مراکز تولید ، انتقال انرژی های بزرگ را در فاصله های طولانی الزام آور می سازد. محدود نگه داشتن انرژی تلفاتی در طول چنین خطی ، بالا بردن فشار الکتریکی دیکته می کند و انتقال انرژی بزرگ تحت فشار الکتریکی قوی متناوب افزایش چشمگیر تلفات کرونا را نیز به همراه خواهد داشت.
برای مثال در انتقال هزار میلیون وات در فاصله هزار کیلومتر توان بار الکتریکی خط می تواند تا حدود 750 میلیون وات آمپر بالغ گردد. به اضافه همان طور که در بالا اشاره شد تلفات ناشی از کرونا در طول خط نیز خود مسئله ای قابل تأمل است. همچنین جریان اتصال زمین که خود معلول افزایش مولفه جریان حقیقی جریان مصرفی است اثر سوء قابل توجهی باقی می گذارد. در خط انتقال انرژی که طول آن در حدود هزار کیلومتر است و در حد توان طبیعی خود بار الکتریکی انتقال می دهد ، جریان اتصال کوتاه ، در صورت وقوع باید در زمانی برابر چندین دهم ثانیه به وسیله کلید قدرت قطع گردد. بنابراین استقامت الکتریکی چنین کلیدی و نحوه ساختن آن از جمله مسائلی که باید مورد توجه قرار گیرد. مشکلاتی از این قبیل در انتقال انرژی تحت فشار الکتریکی متناوب 400 کیلو ولت به بالا و فواصلی در حدود هزار کیلومتر و بیشتر مطرح است. با توجه به آنچه گفته شد و بررسی راه حل های آن از لحاظ اقتصادی ، حل مسئله انتقال انرژی از طریق یکسو کردن جریان نیز مطرح می شود. کوشش چندین دهه ی اخیر مهندسین در این زمینه مسائل فنی چندین جانبه ای را مطرح ساخته است که الکترونیک جدید برای آنها تا حدود زیادی به راه حل های جالبی دست یافته است. از آن جمله انتقال انرژی در فاصله های دور و یا عبور خط از دریا و بالاخره ارتباط الکتریکی دو شبکه برق با هم از طریق انتقال انرژی با جریان مستقیم است که اکنون به مراحل پیشرفته ای نیز رسیده است. به طور خلاصه مجموعه دلایلی که انتقال انرژی با جریان مستقیم را توجیه می کند عبارتند از :
1 – تلفات نسبتاً زیاد عایقی در انتقال انرژی تحت فشار و جریان الکتریکی متناوب.
2 – تزریق جریان حقیقی به شبکه جریان متناوب بدون آنکه با بالا رفتن توان الکتریکی شبکه شدت جریان اتصال کوتاه شبکه افزایش یابد.
3 – انتقال دو شبکه برق با فرکانس های متفاوت و یا روش متفاوت در تنظیم و کنترل فرکانس آنها.
4 – امکان دادن به تغییر کم و زیاد کردن دلخواه انرژی انتقال یافته در نقطه اتصال دو شبکه.
امروزه سیستم های انتقال HVDC اهمیت ویژه ای دارند و به دلیل ویژگیهای فواصل آنها روز به روز مورد توجه بیشتری قرار می گیرند. این سیستم ها در انتقال توان برای فواصل زیاد ، خطوط انتقال زیر زمینی طویل و اتصال بین دو شبکه قدرت بدون عبور اغتشاشات کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. هر چند از عمر اولین سیستم انتقال HVDC بیش از 40 سال گذشته است اما در دو دهه اخیر حجم بالا و تحقیقات بسیار گسترده ای در این زمینه صورت گرفته است. لازم به ذکر است هر چند تجهیزات مبدل AC به DC و بالعکس ، قیمت بالایی دارد اما در مواردی انتقال HVDC دارای توجیه اقتصادی است مثلاً فاصله ی انتقال زیاد (بیش از km 600) و انتقال توسط کابل زیر زمینی (بیش از km 50) جهت اتصال جزایر به شبکه ، شرایطی است که امکان توجیه اقتصادی سیستم HVDC را فراهم می آورد. مهمترین نقش سیستم HVDC این است که در اتصال بین
2 ناحیه از یک شبکه یا 2 شبکه مختلف این امکان را ایجاد می کند که هر بخش می تواند رفتار فرکانسی متفاوتی ، مستقل از یک دیگر داشته باشد.
اولین کاربرد تجاری انتقال HVDC بین سرزمین اصلی سوئد و جزیره گات لند در سال 1964 میلادی صورت پذیرفت و یک ارتباط زیر آبی MW 20 به طول km 90 را تأمین می کرد. از آن موقع بکارگیری انتقال HVDC همواره رو به افزایش بوده است.
پیشرفت های اخیر در تجهیزات تبدیل ، اندازه هزینه ی آنها را کاهش و قابلیت اعتماد آنها را افزایش داده است. این پیشرفت ها منجر به استفاده گسترده از انتقال HVDC شده است
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.