پایان نامه مباني و شيوههاي جبرانسازي توان راكتيو در شبكه هاي قدرت
مقدمه:
بهرهبرداري مفيد و بهينه از سيستم قدرت از عوامل پيشرفت صنعت برق در عرصه توليد و انتقال است. در سيستم قدرت هدف، تأمين انرژي الكتريكي مورد نياز مصرفكنندگان است به طوري كه انرژي الكتريكي با كيفيت مطلوب و با کمترين هزينه بدست مصرفكننده برسد. با رشد صنايع و افزايش تعداد مصرفكنندگان، شبكه را نيز بايد بگونهاي توسعه داد تا ضمن اينكه كفايت شبكه در تامين بار مصرفكنندگان حفظ شود، بطور همزمان از نظر اقتصادي نيز سيستم در وضعيتي بهينه باشد. روش متداول براي توسعه شبكه در بسياري از موارد، توسعه شبکه انتقال و احداث نيروگاههاي جديد است. اين كار علاوه بر اينكه ممكن است از نظر عملي به دلايلي ممكن نباشد از طرف ديگر از لحاظ اقتصادي نيز ممكن است به صرفه نباشد.
از لحاظ تئوري يك خط انتقال قادر است تواني را تا حد ظرفيت بارگيري خود انتقال دهد، اما در عمل قبل از رسيدن به حد حرارتي، ممكن است محدوديتهاي ديگري، امكان استفادة بهينه از تمام ظرفيت انتقال را محدود كند. اين محدوديتها عبارتنداز:
- محدوديت پايداري،
- محدوديت ولتاژ،
- گردش حلقوي توان ميان خطوط.
براي غلبه بر محدوديتهاي انتقال انرژي و استفادة بهينه از ساختار شبكه، راه حلهاي زير ارائه گرديده است:
تغيير در ساختار شبكه موجود معمولاً با مشكلاتی روبروست از جمله:
- حريم عبور،
- مشكلات زيست محيطي،
- مسايل مالي و هزينه نصب و ساخت.
در شبكههاي موجود تكنولوژي FACTS بر HVDC با وجودي كه هر دو حاصل پيشرفت در الكترونيك قدرت ميباشند بدلايل زير ترجيح داده ميشود]1[:
- كنترل توان در مسيرهاي مورد نظر،
- عدم آسيبرساني زيست محيطي،
- مقرون به صرفهتر بودن از لحاظ اقتصادي.
از ديگر عوامل كه نياز به ادوات FACTS را در شبكههاي انتقال موجود ضروري ميسازند مسايل اشتراكي تبادل انرژي و توان و بازارهاي تجديدساختاريافته ميباشند كه در آنها مكان توليد و مراكز بار به سرعت تغيير ميكند و اضافهكردن مكرر تجهيزات انتقال به دلايل اقتصادي و مسايل زيست محيطي محدود ميباشد. بنابراين در اين زمينه، به تغيير سيستم انتقال بدون احداث خطوط جديد نياز است كه تكنولوژي FACTS به اين نياز پاسخ ميدهد.
در سال 1997 كميته اختصاص تعاريف و لغات فني IEEE تعريفي از FACTS ارائه داد]2[: “بكارگيري كنترلكنندههاي مبتني بر تجهيزات الكترونيك قدرت در سيستمهاي انتقال AC كه به منظور افزايش قابليت انتقال توان و افزايش كنترلپذيري سيستم”. افزايش قابليت انتقال توان از طريق كنترل سه پارامتر اساسي انتقال توان شامل ولتاژ، امپدانس و زاويه فاز خطوط انتقال AC ولتاژ بالا صورت ميگيرد.
در حال حاضر انواع مختلفي از ادوات FACTS در سيستمهاي قدرت به كار ميرود (كه در فصل دوم معرفي و کاربرد آنها در سيستم قدرت تشريح خواهد شد). همچنين، انواع ترانسفورماتورهاي شيفتدهنده فاز (PST[3]) و کاربرد آنها بيان گرديده و در انتها مروري بر هزينه استفاده از اين ادوات در سيستم قدرت شده است.
[1]. High Voltage Direct Current
[2]. Flexible AC Transmission System
[3]. Phase Shifter Transformer
در حال حاضر انواع مختلفي از ادوات FACTS در سيستمهاي قدرت به كار ميرود که مشهورترين آنها عبارتنداز:
- SVC[1] : جبرانساز Var استاتيك
- TCSC[2] : خازن سري كنترل تريستوري
- (PAR[3])PST : ترانسفورماتور شيفتدهنده فاز (تنظيمكننده زاويه فاز)
- STATCOM[4] : جبرانساز استاتيك
- SSSC[5] : جبرانساز سري سنكرون استاتيك
- UPFC : كنترلكننده يكپارچه توان
- IPFC[6] : كنترلكننده توان بين خطوط
- CSC[7]: جبرانساز استاتيك تغييرپذير
در ادامه عملكرد و ساختار اين ادوات معرفي شده است.
2-2) معرفي انواع ادوات FACTS
1-2-2) جبرانساز Var استاتيك (SVC)
SVC يكي از مهمترين عناصر FACTS است كه سالهاست به دليل مزيت فني و اقتصادي در حل مساله ديناميك ولتاژ مورداستفاده قرار ميگيرد. دقت، دسترسپذيري و پاسخ سريع SVC در مقايسه با جبرانگرهاي موازي كلاسيك آنرا به وسيلهاي بسيار كارآمد در كنترل ولتاژ حالت گذرا و حالت ماندگار تبديل نموده است. شکل (1-2) ساختمان SVC و مشخصه V-I آنرا نشان ميدهد.
شکل (1-2): ساختمان SVC و مشخصه V-I آن
SVC به صورت موازي به شبكه وصل ميشود و همانطور كه از شكل پيداست ميتواند در دو مود راكتيو سلفي يا خازني ظاهر شود. در جريان خازني بزرگتر از Icmax، SVC به يك خازن تبديل ميشود و توان راكتيو آن به صورت تابعي از ولتاژ شبكه تغيير ميكند. شيب نمودار V-I بين Icmax و -Irmax معمولاً %2 تا %5 درنظرگرفته ميشود.
مهمترين كاربردهاي SVC عبارتنداز [3]:
- تثبيت ولتاژ در شبكههاي ضعيف،
- كاهش تلفات انتقال،
- افزايش ظرفيت انتقال توان،
- افزايش ميرايي اغتشاشات كوچك،
- بهبود پايداري ولتاژ،
- حذف نوسانات توان.
رايجترين انواع SVC با توجه به عناصر بهكاررفته در ساختمان آنها به شرح زير است:
- راكتور كنترل تريستوري TCR[8]،
- خازن سوييچ تريستوري TSC[9]،
- راكتور سوييچ تريستوري TSR[10]،
- خازن سوييچ مكانيكي MSC[11].
در شكل (2-2) موارد فوق و نحوه اتصال آنها به سيستم انتقال نشان داده شده است. با تنظيم زاويه آتش تريستورها، SVC در مود راكتيو سلفي يا خازني ظاهر ميشود.
معمولاً حوزه تغييرات ولتاژ سيستم توسط SVC %5± لحاظ ميشود. اغلب سه محل براي نصب SVC پيشنهاد ميشود:
- در مجاورت بارهاي عمده و بزرگ (نواحي وسيع شهري)،
- نزديك به بارهاي حساس به ولتاژ،
- در مجاورت بارهاي صنعتي.
در واقع نصب SVC در سه محل مزبور بيشترين تاثير را بر بارهاي شبكه قدرت دارد. همانطور كه گفتيم اگر SVC به حد توان راكتيو خود نزديك شود (مثلاً به Icmax در شكل (1-2)) به يك خازن ثابت تبديل ميشود و توليد توان راكتيو آن تابعي از ولتاژ شبكه ميگردد. اين پديده از معايب SVC محسوب ميشود.
2-2-2) خازن سري كنترل تريستوري(TCSC)
خازنهاي سري كنترل تريستوري همان خازنهاي سري معمولي هستند كه با اضافهكردن راكتور كنترلشونده تريستوري توسعه داده شدهاند. قراردادن راكتور كنترلشونده به صورت موازي با خازنهاي سري، سيستم جبرانسازي سري با تغييرات سريع و پيوسته را بوجود ميآورد. بكارگيري خازنهاي سري قابل تنظيم موثرترين روش جبرانسازي راكتيو خطوط انتقال بلند است و ابزار سودمندي جهت كنترل توان انتقال يافته از اين خطوط محسوب ميشود. بدليل اندوكتانس نسبتاً زياد، در شرايط عادي (بدون جبرانسازي)، افزايش در توان انتقاليافته از خطوط انتقال بلند ميتواند سبب ناپايداري شود. خازنهاي جبرانساز سري عامل موثري در تثبيت خطوط بلند ميباشند. جبرانسازي خطوط انتقال توسط خازنهاي سري با اهداف زير صورت ميگيرد:
- افزايش ظرفيت انتقال و افزايش حد پايداري گذرا،
- كاهش تلفات (تقسيم توان بين خطوط موازي)،
- ميراكردن رزونانس زير سنكرون (SSR)[12]: امكان رويداد اين پديده، در خطوط بلند جبرانسازي شده با خازنهاي سري، وجود دارد،
- كنترل توان خطوط،
- كاهش افت ولتاژ وابسته به بار،
- ميراكردن نوسانات توان[13] و در نتيجه بهبود پايداري سيستم،
- كاهش زاويه و امپدانس خط انتقال.
شكل (3-2) طرحي از TCSC و نمودار (P-V) مربوط به سيستم انتقال مجهز به TCSC را نشان ميدهد. افزايش فاصله بين زانوي منحني (P-V) و نقطه كار خط به معناي افزايش ظرفيت انتقال توان از خط است.
[1]. Static Var Compensator
[2]. Thyristor Control Series Capacitor
[3]. Phase Angle Regulator
[4]. Static Compensator
[5]. Series Synchronous Static Compensator
[6]. Interline Power Flow Controller
[7]. Convertible Static Compensator
[8]. Thyristor Controlled Reactor
[9]. Thyristor Controlled Capacitor
[10]. Thyristor Switched Reactor
[11]. Mechanically Switched Capacitor
[12]. Sub Synchronous Resonance
[13]. Power Swing
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.