بررسي انواع تجهيزات خانواده FACTS

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات

فصل اول

پيشگفتار

1-1 مقدمه

این نوشتار عهده دار معرفی ادوات جدید سیستم های مدرن انتقال انرژی می‌باشد که تحول زیادی را در بهره‌برداری و کنترل سیستمهای قدرت ایجاد خواهد کرد.

با رشد روز افزون مصرف،سیستمهای انتقال انرژی با بحران محدودیت انتقال توان مواجه هستند.این محدودیتها عملاً بخاطر حفظ پایداری و تامین سطح مجاز ولتاژ بوجود می‌آیند.بنابراین ظرفیت بهره‌برداری عملی خطوط انتقال بسیار کمتر از ظرفیت واقعی خطوط که همان حد حرارتی آنهاست ، می‌باشد.این امر موجب عدم بهره برداری بهینه از سیستم‌های انتقال انرژی خواهد شد.یکی از راههای افزایش ظرفیت انتقال توان‌،‌احداث خطوط جدید است که این امر هم چندان ساده نیست ومشکلات فراوانی را به همراه دارد.

با پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده آنها در سیستم قدرت،مفهوم سیستم های انتقال انرژی انعطاف‌پذیر(FACTS) مطرح شد که بدون احداث خطوط جدید بتوان از ظرفیت واقعی سیستم انتقال استفاده کرد.

پیشرفت اخیر صنعت الکترونیک در طراحی کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن و استفاده از آن در مبدل های منبع ولتاژ در سطح توان و ولتاژ سیستم قدرت علاوه بر معرفی ادوات جدیدتر،تحولی در مفهوم FACTS بوجود آورد و سیستمهای انتقال انرژی را بسیار کارآمدتر و موثرتر خواهد کرد .

برای درک بهتر و شناساندن مشخصات برجسته این ادوات درقدم اول لازم است مشکلات موجود سیستم های انتقال انرژی شناسائی شوند.آنگاه راه حل های کلاسیک برای رفع آنها بیان می شوند.مبدل‌های منبع ولتاژ،که ساختار کلیه ادوات جدید FACTS بر آن استوار است در بخش بعدی مورد بحث قرار
می گردد و در خاتمه نسل جدید ادوات FACTS معرفی می شوند .

1-2 محدودیتهای انتقال توان در سیستمهای قدرت

یک سیستم قدرت از سه قسمت عمده تولید،انتقال و مصرف تشکیل شده است. هدف یک مهندس بهره‌بردار قدرت این است که توان خواسته شده مصرف‌کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس معین تامین نماید.از لحاظ کنترل روی مصرف کننده نمی توان محدودیت زیادی اعمال کرد زیرا او خریدار است و خواسته هایش باید تامین شود.

در نتیجه ، کنترل اصلی در شبکه برق روی بخش تولید و انتقال است.حالت مطلوب در سیستم تولید و انتقال این است که این سیستم بایستی قابلیت تولید و انتقال توان خواسته شده را دارا باشد.معمولاً در طراحی اولیه،این خواسته در نظر گرفته می شود.ولی با گذشت زمان تغییراتی از قبیل رشد مصرف،اتصال شبکه‌های دیگر به شبکه قبلی و تاسیس نیروگاهها و خطوط انتقال جدید و ... این تعادل را بر هم زده و محدودیت هايی را در بهره ‌برداری از شبکه قدرت بوجود می آورند.

گسترش سیستم های قدرت و به هم پیوستن آنها در دو ناحیه متمایز صورت گرفت. ناحیه ای با درصد جمعیت زیاد و وجود نیروگاه های نزدیک به مصرف که توسعه سیستم قدرت را تبدیل به یک شبکه به هم‌پیوسته غربالی تبدیل کرده است ، مثل شبکه های قدرت در اروپا و شرق ايالات متحده آمريكا و ناحیه‌ای که مقدار توان عظیمی را از نیروگاههای آبی به مراکز مصرف در فواصل دور تحویل می دهد.از قبیل سیستمهای موجود در کانادا و برزیل .

الحاق شبکه‌ها به هم علاوه بر مزیت فراوانی که در برداشت،مشکلات عدیده‌ای را هم به همراه آورد. مشکلی که در انتقال توان سیستم‌های به هم پیوسته غربالی وجود دارد، عبور توان در مسیرهای ناخواسته است که به عنوان مشکل توان در حلقه[1] شناخته می شود.عبور این توان در مسیرهای ناخواسته موجب افزایش بار غیر مجاز و عدم بهره‌برداری بهینه از سیستم خواهد شد.لذا بایستی به طریقی توان عبوری از یک مسیر را کنترل نموده و از طرفی برای سیستم های انتقال انرژی طولانی مسئله توان در حلقه مشکل ساز نیست بلکه مشکل عمده در این سیستم ها ، مسئله پایداری گذرا و افت ولتاژ غیر مجاز است.به این معنی که برای حفظ پایداری شبکه و تثبیت سطح ولتاژ مجاز،توان عبوری در سیستم انتقال باید محدود شود.بر این اساس،حالت ایده‌آل یک سیستم انتقال انرژی موقعی است که :

1. کنترل توان در مسیرهای خواسته شده انجام پذیرد.

2. ظرفیت بهره برداری کلیه خطوط در حد ظرفیت حرارتی قرار داشته باشد.

در نتیجه مشکلات عمده در بهره‌برداری از سیستم‌های انتقال انرژی عبارتند از عبور توان در مسیرهای ناخواسته و عدم بهره‌برداری از ظرفیت سیستم‌های انتقال در حد ظرفیت حرارتی.

فهرست
عنوان صفحه
فصل اول : پيشگفتار
1-1 مقدمه 1
1-2 محدوديت هاي انتقال توان در سيستم هاي قدرت
1-2-1 عبور توان در مسيرهاي ناخواسته 1
2
1-2-2 ضرفيت توان خطوط انتقال 3
1-3 مشخصه باپذيري خطوط انتقال 3
1-3-1 محدوديت حرارتي 4
1-3-2 محدوديت افت ولتاژ 5
1-3-3 محدوديت پايداري 6
1-4 راه حل‌ها
1-4-1 كاهش امپدانس خط با نصب خازن سري 7
7
1-4-2 بهبود پرفيل ولتاژ در وسط خط 8
1-4-3 كنترل توان با تغيير زاويه قدرت 8
1-5 راه حل‌هاي‌ كلاسيك 9
1-5-1 بانك‌هاي خازني سري با كليدهاي مكانيكي 9
1-5-2 بانك‌هاي خازني وراكتوري موازي قابل كنترل با كليدهاي مكانيكي 9
1-5-3 جابجاگر فاز 9


فصل دوم : آشنايي اجمالي با ادوات FACTS
2-1 مقدمه 11
2-2 انواع اصلي كنترل كننده هاي FACTS 11
2-2-1 كنترل كننده‌هاي سري 11
2-2-1-1 جبران ساز سنكرون استاتيكي به صورت سري(SSSC) 11
2-2-1-2 كنترل كننده‌هاي انتقال توان ميان خط(IPFC) 12
2-2-1-3 خازن سري با كنترل تريستوري (TCSC) 12
2-2-1-4 خازن سري قابل كليدزني با تريستور (TSSSC) 12
2-2-1-5 خازن سري قابل كليد زني با تريستور (TSSC) 12
2-2-1-6 راكتور سري قابل كليد زني با تريستور (TSSR) 13
2-2-1-7 راكتور با كنترل تريستوري (TCSR) 13
2-2-2 كنترل كننده‌هاي موازي 13
2-2-2-1 جبران كننده سنكرون استاتيكي(STATCOM) 13
2-2-2-2 مولد سنكرون استاتيكي (SSG) 13
2-2-2-3 جبران ساز توان راكتيو استاتيكي(SVC) 14
2-2-2-4 راكتور قابل كنترل با تريستور (TCR) 14
2-2-2-5 راكتور قابل كليدزني با تريستور(TSR) 14
2-2-2-6 خازن قابل كليدزني با تريستور (TSC) 14
2-2-2-7 مولد يا جذب كننده توان راكتيو (SVG) 15
2-2-2-8 سيستم توان راكتيو استاتيكي (SVS) 15
2-2-2-9 ترمز مقاومتي با كنترل تريستوري (TCBR) 15
2-2-3 كنترل كننده تركيبي سري – موازي 15
2-2-3-1 كنترل كننده يكپارچه انتقال توان (UPFC) 15
2-2-3-2 محدود كننده ولتاژ با كنترل تريستوري(TCVL) 16
2-2-3-3 تنظيم كننده ولتاژ با كنترل تريتسوري (TCVR) 16
2-2-3-4 جبران‌سازهاي استاتيكي توان راكتيو SVC و STATCOM 16
2-3 مقايسه ميان SVC و STATCOM 17
2-4 خازن سري كنترل شده با تريستور GTO (GCSC) 18
2-5 خازن سري سوئيچ شده با تريستور (TSSC) 18
2-6 خازن سري كنترل شده با تريستور (TCSC) 19
فصل سوم : بررسي انواع كاربردي ادوات FACTS
3-1 مقدمه 20
3-2 منبع ولتاژ سنكرون بر پايه سوئيچينگ مبدل 20
3-3 كنترل كننده توان عبوري بين خطي (IPFC) 23
3-4 جبرانگر سنكرون استاتيكي سري (SSSC) 28
3-5 جبرانگر سنكرون استاتيكي (STATCOM) 31
3-6 آشنايي با UPFC 35
3-6-1 تاثير UPFC بر منحني بارپذيري 36
3-6-2 معرفي UPFC 36
3-7 آشنايي با SMES 38
3-7-1 نحوه كار سيستم SMES 38
3-7-2 مقايسه SMES با ديگر ذخيره كننده هاي انرژي 40
3-8 آشنايي با UPQC 40
3-8-1 ساختار و وظايف UPQC 41
3-9 آشنايي با HVDCLIGHT 42
3-9-1 مزاياي سيستم HVDCLIGHT 43
3-9-2 كاربرد سيستم HVDCLIGHT 44
3-9-3 عيب سيستم HVDCLIGHT 46
3-9-4 بررسي اضافه ولتاژهاي داخلي در خطوط انتقال قدرت HVDC 46
3-10 مقايسه SCC و TCR از ديدگاه هارمونيك هاي تزريقي به شبكه توزيع 47
3-11 SVC 49
3-12 مبدل هاي منبع ولتاژ VSC 51
فصل چهارم : نتيجه گيري 55
منابع 58