پایان نامه سیستم های قدرت و کیفیت توان
مقدمه
منظور از کیفیت توان در یک سیستم توزیع پیشرفته این است که مصرف کننده توان را با کیفیت مناسب دریافت نماید. یعنی سه پارامتر مهم مصرف کننده که شامل ولتاژ- فرکانس- شکل موج را با کیفیت برا بر آنچه شرکت های توان تضمین نموده اند به مصرف کننده برسانند.
عبور توان اکتیو و راکتیو از خطوط توزیع از سه عامل اصلی امپدانس خطوط، دامنة ولتاژ و اختلاف زاویة ولتاژ طرفین خطوط تبعیت می کند. در نتیجه، میزان و مسیری عبور توان منوط به نحوة توزیع بار و ساختار شبکه می باشد. از طرفی با توجه به محدودیت های عبور توان از خطوط که به عوامل محدود کننده ای مثل ظرفیت حرارتی و مسائل مربوط به پایداری وابسته است، استفادة کامل از ظرفیت شبکه های بهم پیوسته موجود و عملی نیست و هر چه شبکه گسترده تر گردد شکاف حدود حرارتی و پایداری بیشتر شده و انتقال و پخش توان متأثر از حدود پایداری خواهد شد. این محدودیت ها و نیز نیاز به بهره برداری کامل و اقتصادی از تجهیزات منصو به ضمن حفظ قابلیت اطمینان و امنیت سیستم در مقابل انواع اغتشاشات مبنای مطالعه، توسعه و نصب ادوات Custom Power در دنیا گردید.
با توجه به اهمیت ادوات Custom Power و مطالعات و تحقیقات گسترده ای که در دنیا در این زمینه در حال انجام است بر آن شدیم که در پایان نامة حاضر به معرفی این ادوات بپردازیم.
فصل اول این پایان نامه به معرفی سیستم های قدرت و سیستم های توزیع، اجزای مختلف، مشخصه ها، مزایا و معایب آن می پردازد. در فصل دوم به تعریف در مفاهیم کیفیت توان می پردازد. در فصل سوم به کنترل توان و روابط پایه جهت بهبود کیفیت توان می پردازد. فصل چهارم روش های بهبود کیفیت توان را مورد بررسی قرار می دهد و در فصل پنجم در رابطه با ادوات Custom Power بحث می کند.
1-1 مقدمه
انرژی الکتریکی رایج ترین شکل انرژی است، زیرا به آسانی و با بازده بالا و هزینه مناسب قابل انتقال است.
اولین شبکه برق ایالات متحده در سال 1882 در نیروگاه پل استریت در شهر نیویورک توسط توماس ادیسون تأسیس گردید. این نیروگاه برای روشنایی منطقه جنوبی مانهاتان، قدرت dc و بوسیله کابلهای زیر زمینی توزیع می گردید.
در همان سال اولین ژنراتور آبی در پلتون – ویسکانس نصب شد و در طی چندین سال شرکت های زیادی تأسیس گردید که همگی تحت امتیاز ادیسون، برای روشنایی انرژی تولید می کردند. به دلیل تلفات بیش از حد2 RI در ولتاژ پایین شرکتهای ادیسون می توانستند فقط در فاصله کوتاهی از نیروگاهای خود انرژی را تحویل دهند.
با اختراع ترانسفورماتور(ویلیام استانلی -1885) برای افزایش سطح ولتاژ ac انتقال و توزیع و ابداع موتور القایی(نیکلا تسلا-1888) برای جایگزینی موتورهای dc، مزایای سیستم ac مشخص شد و موجب گستردگی هر چه بیشتر سیستم ac گردید. مزیت دیگر سیستم ac اینست که بدلیل عدم وجود کموتاتورها در ژنراتورهای ac می توان به راحتی قدرت بیشترین را در ولتاژ بالاتر تولید کرد.
در ایالات متحده اولین سیستم یک فاز ac در شهر ارگان قرار داشت که قدرت توسط دو توربین آبی hp300 تولید و در ولتاژ KV4 پرتلند انتقال می یافت. شرکت ادیسون در کالیفرنیای جنوبی در سال 1893 اولین سیستم سه فاز ac را با ولتاژ KV 3/2 نصب کرد.
در سرتاسر کشور تعداد زیادی شرکت برق تأسیس شد. در آغاز این شرکتها در فرکانسهای متفاوتی کار می کردند که هر یک از آنها فرکانسی از HZ25 تا HZ133 داشت. اما همانگونه که نیاز اتصال به شبکه شرکتهای دیگر و عملکرد موازی آشکار می گشت در سرتاسر ایالات متحده و کانادا فرکانس استاندارد HZ60 اختیار گردید.
پس از مطرح شدن شبکه های انتقال انرژی روز به روز برگستردگی آنها افزوده شده چنان چه امروزه در اکثر کشورهای جهان سراسر کشور توسط یک شبکه که شبکه قدرت[1] نامیده می شود به یکدیگر متصل است و در واقع کشورها و حتی گاهی چند کشور همسایه دارای یک رینگ سراسری هستند، و در واقع یک شبکه سراسری که به کلیه مصرف کننده ها متصل است.
به هم پیوسته شبکه موجب اقتصادی تر شدن تولید و انرژی شده و قابلیت اعتماد را نیز افزایش می دهد، چون می توان به آسانی قدرت را از یک منطقه به منطقه دیگر انتقال داد.
1-2 سیستم قدرت پیشرفته
سیستم قدرت امروزی، شبکه ای بهم پیوسته و پیچیده می باشد. سیستم قدرت را می توان به چهار قسمت اصلی تقسیم نمود:
تولید
انتقال و فوق توزیع
توزیع
بار
1-2-1 تولید
ژنراتورها
یکی از عناصر اصلی سیستم های قدرت ژنراتور سه فاز ac است که ژنراتور سنکرون یا مولد جریان متناوب[2] نامیده می شود. ژنراتورهای سنکرون دارای دو میدان گردان هستند. یک میدان توسط نیروی چرخشی رتور در سرعت سنکرون و با جریان تحریک dc تولید و میدان دیگر در سیم پیچهای استاتور و بوسیله جریانهای آرمیچر سه فاز تولید می گردد. جریان dc برای سیم پیچهای رتور از طریق سیستم تحریک فراهم می شود. در واحدهای قدیمی تحریک شامل ژنراتورهای dc که روی همان محور ژنراتور ac نصب شده و تحریک را از طریق حلقه های لغزشی[3] تأمین می کردند، می شد. سیستم های امروزی از یکسوسازهای گردان که سیستم های تحریک بدون جاروبک نامیده می شود استفاده می کنند.
ترانسفورماتورها:
عنصر اصلی دیگر سیستم قدرت ترانسفورماتور است. این وسیله قدرت را با بازده بسیار بالا از یک سطح ولتاژ به سطح ولتاژ دیگری انتقال می دهد. قدرت انتقالی به ثانویه تقریباً همان قدرت اولیه است، به جز تلفات ترانسفورماتور و حاصلضرب VI در سمت ثانویه که تقریباً همان مقدار سمت اولیه است. بنابراین با استفاده از یک ترانسفورماتور افزاینده با نسبت دور a جریان ثانویه به نسبت کاهش خواهد یافت. این عمل موجب کاهش تلفات در خط انتقال می گردد و انتقال قدرت در فواصل طولانی را میسر می سازد. نیازمندیهای عایقی و دیگر مشکلات عملی طراحی، ولتاژ تولیدی ژنراتورها را به مقادیر پایین مثلاً KV 30 محدود می سازد. بنابراین، ترانسفورماتورهای افزاینده برای انتقال قدرت استفاده می شوند. در سمت دریافت (انتهای) خطوط انتقال، ترانسفورماتورهای کاهنده جهت کاهش ولتاژ به مقادیر مناسب برای توزیع و مصرف بکار می روند. در یک سیستم پیشرفته برق امکان دارد قدرت چهار یا پنج مرتبه بین ژنراتور و مصرف کننده نهایی دچار این تغییرات گردد.
1-2-2 انتقال و فوق توزیع
هدف شبکه انتقال هوایی اینست که انرژی الکتریکی را از واحدهای تولید در نواحی مختلف به سیستم توزیع که در نهایت بار را تغذیه می نماید انتقال دهد. خطوط انتقال[4]، شرکت های برق مجاور را نیز به یکدیگر متصل می کنند که این اتصال نه تنها موجب توزیع اقتصادی قدرت در نواحی طی شرایط عادی می شود بلکه در شرایط اضطراری، انتقال قدرت، میان نواحی را نیز میسر می سازد.
1-2-3 توزیع
سیستم توزیع[5] بخشی از سیستم قدرت است که پست های توزیع را به تجهیزات برق در محل مصرف کننده متصل می کند. معمولاً خطوط توزیع اولیه در محدوده KV 11 تا KV 20 بوده و بار مناطق جغرافیایی کاملاً تعریف شده را تأمین می کنند. برخی از مصرف کننده های صنعتی مستقیماً از تغذیه کننده های[6] (فیدرهای) اولیه تأمین می شوند.
شبکه توزیع ثانویه ولتاژ را برای مصرف کنندگان تجاری و خانگی کاهش می دهد. خطوط و کابلهایی که کمتر از چند صد متر طول دارند قدرت را به هر یک از مصرف کنندگان تحویل می دهند. ولتاژهای سیستم توزیع ثانویه با یک فاز و دو سیم V 220 و برای مصارف صنعتی V380 می باشد.
1-2-4 بار
بارهای سیستم های قدرت به صنعتی، تجاری و خانگی تقسیم بندی می شوند. بارهای صنعتی بسیار بزرگ از طریق سیستم انتقال و بارهای صنعتی بسیار بزرگ از طریق سیستم انتقال و بارهای صنعتی بزرگ مستقیماً از طریق شبکه فوق توزیع تأمین می گردند. بارهای صنعتی کوچک به شبکه توزیع اولیه وصل می شوند. بارهای صنعتی بارهایی مرکب هستند و موتورهای القایی قسمت اعظم این بارها را تشکیل می دهند. این بارهای مرکب تابع ولتاژ و فرکانس بوده و بخش اصلی بار سیستم را تشکیل می دهند. بخش بزرگی از بارهای تجاری و خانگی شامل روشنایی، گرمایش و سرمایش است. این بارها مستقل از فرکانس بوده و توان راکتیو ناچیزی مصرف می کنند.
منحنی بار روزانه یک شرکت برق ترکیب تقاضاهایی است که گروههای مختلف مصرف کنندگان نیاز دارند. بیشترین مقدار بار در طی یک دوره 24 ساعته را اوج[7] یا حداکثر تقاضا[8] می نامند.
1-3 پارامترهای سیستم های قدرت پیشرفته
در یک سیستم قدرت پیشرفته پارامترهای زیادی وجود دارد که برای سیستم قدرت دارای اهمیت زیادی است اما مهمترین پارامترها و مسائل سیستم های قدرت عبارتند از:
پخش بار[9]
خطا[10]
پایداری[11]
کیفیت توان[12]
حال به توضیح مختصر در مورد هر پارامتر سیستم قدرت می پردازیم.
[1] – Power grid
[2]– Alternator
[3] – Slip rings
[4] – Fransmission
[5] – Distribution
[6] – Feeders
[7] – Peak
[8] – Maximum demand
[9] – Load flow
[10] – Fault
[11] – Stability
[12] – Power quality
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.