امروز :سه شنبه ۷ تیر ۱۴۰۱
دانلود پایان نامه، پروژه، مقاله، تحقیق
دانلود پایان نامه، پروژه، مقاله، تحقیق
۲۱ام شهریور ۱۴۰۰
0
0
نام محصول:   پایان نامه بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS
کد محصول:   2491
پسورد:   ندارد
پایان نامه بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS
در صورت نیاز به راهنمایی با پشتیبانی سایت آقای شیرزاد 09198008060 تماس برقرار نمائید پشتیبانی 24 ساعته حتی در ایام تعطیلات اگر به هر دلیلی امکان خرید آنلاین را ندارید می توانید از طریق کارت به کارت و فایل مورد نظرتان را به ایمیلتان ارسال میکنیم..
دانلود فایل بلافاصله پس از پرداخت آنلاین
امکان خرید با کلیه کارت های عضو شتاب
و همچنین فایل بصورت ورد قابل ویرایش می باشد

دانلود پایان نامه بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS

در این تحقیق به بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS پرداخته شده، 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 .

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[۱] 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.

۱-۲-۱ عبور توان در مسیرهای ناخواسته

برای بررسی مسئله عبور توان در مسیرهای ناخواسته ، سیستم شکل (۱-۱) زیر را در نظر بگیرید.

شکل (۱-۱) سیستم مورد مطالعه برای مساله توان در حلقه

در این سیستم دو ژنراتور A وB به ترتیب با تولید MW2000 وMW 1000،توان درخواستیMW3000 را از طریق خطوط AC با قدرت انتقالیMW 2000،(MW1000)AB،(MW1250) BC به بار نقطه C تحویل می دهند.قابل ذکر است که عبور توان در یک شبکه بعلت پارامترهای خطوط انتقالی به آسانی قابل کنترل نیست و در نتیجه،همانطور که در شکل نشان داده شده است ، خط BC بیش از قدرت نامی خویش توان انتقال می دهد.در حالیکه خطوط AC و AB هنوز توانائی انتقال توان بیشتر را دارند.اگر مصرف کننده C بخواهد توان بیشتری را تقاضا کند با وجود ظرفیت خالی خطوط مذکور انتقال توان به این مصرف کننده بخاطر افزایش بار خط BC امکان پذیر نخواهد بود.

۱-۲-۲ ظرفیت توان خطوط انتقال

برای بررسی مشکل دیگر سیستم های انتقال انرژی(عدم بهره برداری از ظرفیت کامل خطوط)لازم است مشخصه بار پذیری خطوط انتقال و مسایل وابسته به آن شناسائی شوند .

مشخصه بار پذیری خطوط انتقال

سیستم های خطوط انتقال انرژی که توان نیروگاه های دور دست را به مصرف کننده می رسانند،به خاطر مسایل پایداری و افت ولتاژ،ظرفیت بارپذیری خطوط با مقدار واقعی آن تفاوت زیادی خواهد داشت.

بارپذیری یک خط طبق تعریف برابر با حد بارگذاری خط (برحسب درصدی از بار امپدانس ضربه)در محدوده های مشخص حرارتی،افت ولتاژ و پایداری است.

برای نخستین بار آقای Clair.St درسال ۱۹۵۳ميلادي  این مفهوم را مطرح کرد و بر اساس ملاحظات علمی و تجربی،منحنی‌های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ ۳۳۰ کیلووات و تا طول ۴۰۰‌مایل را بدست آورد .این منحنی‌ها(که به نام خودش مشهور است)ابزار ارزشمندی برای مهندسان طراحی سیستم‌های انتقال برای تخمین سریع حدود حداکثر بارگذاری خطوط است بعدها کار او بصورت محاسباتی تعمیم داده شده است بر اساس این مطالعات مشخصه بارپذیری خطوط انتقال توسعه سه عامل محدود می‌شود: محدودیت حرارتی،محدودیت افت ولتاژ و محدودیت پایداری.

برای بررسی این محدودیت ها سیستم شکل (۲-۱) را در نظر می گیریم که دو انتهای سیستم انتقال(پایانه ارسالی و پایانه دریافتی)توسط مدل تونن آن نشان داده شده است.

شکل(۲-۱). مدل ساده شده شبکه برای مطالعه مشخصه بارپذیری

محدودیت حرارتی (Thermal Limits)

حرارت حاصل از عبور جریان خطوط انتقال دوتاثیر نامطلوب دارد:

  • ذوب شدن و از دست دادن تدریجی قدرت مکانیکی هادی آلومینیومی بعلت قرار گرفتن در معرض دماهای بالا بطور مداوم.
  • افزایش انحنای خط و کاهش فاصله آن با زمین به دلیل انبساط خط در دماهای بالا (شکل ۳-۱)

معمولاً دومین عامل از عوامل فوق،حداکثر دمای کاری مجاز را تعیین می کند. در این حد،انحنانی خط به حداکثر مجاز خود نسبت به زمین می رسد. بر اساس ملاحظات مربوط به ذوب،حداکثر دمای مجاز برای خطوط با مقدار آلومینیوم بالا مساوی ۱۲۷ و برای سایر هادیها  ۱۵۰ است.حداکثر جریان مجاز، بستگی به دمای محیط و سرعت بالا دارد . ثابت زمانی حرارتی در حدود ۱۰ تا ۲۰ دقیقه است از این رو بین ظرفیت‌نامی پیوسته و ظرفیت نامی زمان محدود می توان تفاوت قایل شد.بر این اساس در وضعیت‌های اضطراری با در نظر گرفتن جریان قبل از اغتشاش،دمای محیط و سرعت باد،از ظرفیت نامی زمان محدود استفاده کرد.

شکل (۳-۱). فاصله مجاز خط انتقال از زمین و تاثیر دمای هادی در انبساط طول

محدودیت افت ولتاژ

با در نظر گرفتن مدل خط انتقال و پارامترهای تشکیل دهنده آن،پروفیل ولتاژ برای سیستم شکل (۲-۱) به ازای فاصله خط و توان انتقالی نامی و بی‌باری در شکل(۴-۱)نشان داده شده است.همانطور که ملاحظه می شود،ولتاژ خط در طول خط ثابت نبوده و شدیداً تابعی از توان انتقالی خط خواهد بود.این تغییرات ولتاژ بایستی درمحدوده مجاز باشد لذا انتقال توان در این خطوط محدود به تغییرات دامنه ولتاژ خواهد بود.به بیان دیگراگر طول خط را به عنوان یک پارامتر در نظر بگیریم مشخصه بارپذیری خط را تابعی از طول خط بر‌اساس محدودیت افت ولتاژ را می توان بصورت زیر محاسبه کرد.

مقادیر ولتاژ پایانه های ارسالی و دریافت  و  بر اساس محاسبه پخش بار بدست می آید و برای این سیستم محدودیت افت ولتاژ ۵% در نظر گرفته شده است.آنگاه طول خط به عنوان یک پارامتر در نظر گرفته و با مقدار اولیه آن شروع می کنیم و دامنه ولتاژ  را حساب می کنیم.

محدودیت پایداری

با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم شکل (۲-۱) که در شکل (۵-۱) نشان داده شده است،ملاحظه می شود که در حالت ایده‌آل ژنراتور می تواند ماکزیمم توان انتقالی خود را در زاویه ۹۰ درجه انتقال دهد که عملاً به خاطر ملاحظات پایداری با ضریب اطمینان ۳۰% از ژنراتور بهره‌برداری می کنند.یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نبایستی از ۷۰% ظرفیت ماکزیم توان انتقالی خط افزایش یابد.زاویه ژنراتور متناظر با این محدودیت با استفاده از رابطه توان حدوداً  بدست می آید. شکل (۵-۱) این محدودیت را برای خطوط انتقال با طول‌های متفاوت(یعنی امپدانس‌های متفاوت)نشان می دهد.همانطور که ملاحظه می شود با افزایش امپدانس خط(یا طول خط) برای تامین ضریب اطمینان ۳۰% پایداری( متناظر با  )، مقدار توان انتقالی مجاز متفاوت خواهد بود .

راه حل های کلاسیک

۱-۵-۱  بانکهای خازنی سری با کلیدهای مکانیکی

برای کاهش امپدانس خط می توان از بانکهای خازنی که توسط کلیدهای مکانیکی وارد و خارج می‌شوند استفاده کرد.(شکل۱۰-۱) .

۱-۵-۲ بانکهای خازنی و راکتوری موازی قابل کنترل با کلیدهای مکانیکی

برای تثبیت ولتاژ وسط خط می توان از ترکیب بانکهای خازنی و راکتوری استفاده کرد که توسط کلیدهای مکانیکی می توان مقادیر آنها را کنترل کرد.شکل(۱۱-۱)نمونه ای از این ترکیب را نشان می دهد .

همچنین در این شکل مشخصه ولتاژ–جریان آنها هم نشان داده شده است.جریان راکتور به اندازه ۹۰ درجه از ولتاژ دو سر آنها عقب‌تر است.همچنین جریان خازن‌ها به اندازه ۹۰ درجه از ولتاژ دو سر آنها جلوتر است.بنابراین برای داشتن پروفیل ولتاژ ثابت در وسط خط به ازای جریان‌های مختلف می توان با سوئیچ کردن خازنها و یا راکتورها روی مشخصه‌های مختلف حرکت کرد تا ولتاژ ثابتی را بدست آورد.

جابجاگر فاز

با این ایده که در یک سیستم سه فاز،ولتاژ خط دو فاز با ولتاژ فازی فاز سوم به اندازه ۹۰ درجه اختلاف‌فاز دارد می‌توان استفاده کرد و با ترکیب موازی- سری ترانسفورماتورها ولتاژی را بصورت سری به خط تزریق کرد تا ولتاژ حاصل،اختلاف فازی با ولتاژ قبلی داشته باشد.بدین طریق می‌توان زاویه ولتاژ خط انتقال را تغییر داد.نمونه از این ترکیب در شکل (۱۲-۱) نشان داده شده است.مقدار دامنه ولتاژ تزریقی توسط تپ چنجره های ترانسفورماتور کنترل خواهد شد.

کلیدهای مکانیکی دارای مشخصات سرعت کم،احتیاج به سرویس و بازبینی مرتب و عمر کوتاه بخاطر وجود قطعات متحرک می‌باشد.به همین دلیل عملکرد این ادوات فقط منحصر در حالت مانا و حوزه کاربردی محدود خواهد بود.علاوه براین،استفاده از خازن سری موجب بروز نوسانات زیر سنکرون خواهد شد که مسئله‌ساز خواهد بود.

با پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی‌ها و افزایش قابل توجه ظرفیت نامی جریان و ولتاژ کلیدهای نیمه هادی (تریستورها) فکر استفاده از آنها در سیستم های قدرت قوت گرفت.بر این اساس راه حل‌های جدیدی برای استفاده بهتر از سیستم قدرت پیشنهاد شد که همان مفهوم شبکه انتقال انعطاف پذیر FACTS می باشد.

بنابراین مفهوم FACTS تداعی کننده ادوات کنترل شونده با تریستور می باشد.عنصر مهم بازیگر در این مفهوم مشخصه جالبی است که از ترکیب یک کلید تریستوری و یک راکتور بوجود می آید.

آشنايي اجمالي با ادوات FACTS

فن‌آوري FACTS فرصتهاي جديدي را براي كنترل توان و افزايش ظرفيت قابل بهره‌برداري خطوط موجود و همچنين خطوط جديد و ارتقاء يافته،فراهم مي كند.امكان كنترل جريان در داخل يك خط انتقال با هزينه منطقي افزايش ظرفيت خطوط موجود را به شكل خطوطي با هادي‌هاي بزرگتر و استفاده از يكي از ادوات كنترل كننده FACTS انتقال توان را در درون چنين خطوطي تحت شرايط عادي و پيش بيني نشده ممكن مي سازد.

۲-۲ انواع اصلي كنترل كننده هاي FACTS

بطور كلي ، كنترل كننده هاي FACTS را مي توان به چهار دسته تقسيم كرد:

  • كنترل كننده هاي سري
  • كنترل كننده هاي موازي
  • كنترل كننده هاي تركيبي سري–موازي[۱]

كنترل كننده هاي سري

كنترل كننده‌هاي سري مي توان يك امپدانس متغير باشد مثل خازن،رآكتور و غيره … ،‌ يا يك منبع متغير فركانس اصلي يا زير سنكرون و فركانس‌هاي هارمونيكي مبني بر الكترونيك قدرت باشد،كه نياز مورد نظر را برآورده نمايد.در اصل همه كنترل كننده‌هاي سري ولتاژ را بصورت سري به خط تزريق مي كنند.حتي يك امپدانس متغير ضرب در جريان داخل آن،نماينده يك ولتاژ سري است كه در خط تزريق شده است.تا زمانيكه ولتاژ بر جريان خط عمود است،كنترل كننده سري فقط مقاديري توان رآكتيو تامين يا مصرف مي‌كند. هر اختلاف فاز ديگري،جابجايي توان واقعي را نيز درگير خواهد نمود.در ادامه به بررسي چند نمونه از ادوات FACTS كه در گروه كنترل كننده‌هاي سري قرار مي گيرند،مي پردازيم.[۱]

جبران‌ساز سنكرون استاتيكي بصورت سري (SSSC):

يك مولد سنكرون استاتيكي كه بدون منبع انرژي الكتريكي خارجي،به عنوان جبران‌ساز سري كار مي‌كند و ولتاژ خروجي آن هم داراي ۹۰ درجه اختلاف فاز با جريان خط بوده و هم قابل كنترل بطور مستقل از جريان خط است و به منظور افزايش يا كاهش كل افت ولتاژ رآكتيو در طول خط و در نتيجه كنترل توان الكتريكي انتقال يافته به كار مي رود.

SSSC مي تواند شامل ذخيره انرژي در حد مقدار گذرا با وسايل جذب كننده انرژي باشد تا عملكرد ديناميكي سيستم قدرت را با جبران‌سازي توان حقيقي اضافي بصورت موقت افزايش دهد و كل افت ولتاژ حقيقي را در طول خط بصورت لحظه‌اي افزايش يا كاهش دهد.

SSSC مشابه STATCOM مي باشد با اين تفاوت كه ولتاژ AC خروجي بصورت سري با خط است.[۱]

كنترل كننده‌هاي انتقال توان ميان خط (IPFC):

IPFC كنترل كننده جديدي است كه در همين اواخر معرفي شده است ، لذا IEEE هنوز تعريفي براي آن ارائه نكرده است. يك تعريف احتمالي عبارت خواهد بود از : تركيبي از دو يا چند جبران‌ساز سنكرون استاتيكي سري كه با واسطه يك رابط DC با هم جفت شده‌اند تا انتقال يكسويه توان حقيقي را بين ترمينالهاي SSSC‌ها تسهيل كنند. و كنترل آنها به منظور جبران‌سازي مستقل توان راكتيو است تا انتقال توان حقيقي در هر خط ، تنظيم شده و توزيع مطلوب انتقال توان راكتيو در ميان خطوط حفظ شود. ساختار IPFC هم مي تواند شامل يك STATCOM باشد كه با رابطه DC مشترك IPFC ها جفت شده تا جبران سازي توان راكتيو موازي را انجام دهد و كمبود كل توان حقيقي مجموعه SSSC ها را تامين يا جذب نمايد.[۱]

۲-۲-۱-۳ خازن سري با  كنترل تريستوري (TCSC):

يك جبران ساز راكتانس خازني،كه شامل يك بانك خازن سري است و با يك رآكتور كنترل شونده با تريستور موازي شده تا راكتانس خازني سري با تغييرات يكنواخت فراهم آيد.[۱]

۲-۲-۱-۴ خازن سري قابل كليدزني با تريستور (TSSSC):

يك جبران‌ساز راكتانس خازني كه شامل يك بانك خازن سري است و با يك رآكتور كنترل شونده با تريستور موازي شده تا راكتانس خازني سري با تغييرات يكنواخت فراهم آيد.[۱]

۲-۲-۱-۵ خازن سري قابل كليدزني با تريستور (TSSC) :

يك جبران‌ساز راكتانس خازني كه شامل يك بانك خازن سري است و با يك رآكتور قابل كليد‌زني با تريستور موازي شده تا كنترل مرحله‌اي براي راكتانس خازن سري فراهم آيد.[۱]

۲-۲-۱-۶ رآكتور سري قابل كليدزني با تريستور (TSSR) :

يك جبران‌ساز راكتانس القايي كه از موازي شدن يك رآكتور سري با رآكتور قابل كنترل و كليدزني با تريستور تشكيل شده،تا كنترل مرحله اي راكتانس القايي سري فراهم آيد. كه مكمل TCSR است،اما با كليدهاي تريستوري بطور كامل باز يا بسته‌اي كه جهت دست يافتن به تركيبي مرحله اي از اندوكتانس سري بكار مي روند.[۱]

۲-۲-۱-۷ رآكتور با كنترل تريستوري (TCSR) :

يك جبران‌ساز راكتانس القايي كه شامل يك رآكتور سري است و با يك رآكتور كنترل شونده با تريستور موازي شده تا راكتانس القايي سري با تغييرات يكنواخت فراهم آيد.[۱]

كنترل كننده هاي موازي

كنترل‌ كننده‌هاي موازي مي تواند امپدانس متغير،منبع تغيير يا تركيبي از آنها باشد در اصل همه كنترل كننده‌هاي موازي در نقطه اتصال خود جريان به سيستم تزريق مي كنند.حتي يك امپدانس متغير كه به ولتاژ خط متصل شده باشد موجب انتقال جريان متغير شده و لذا نماينده تزريق جريان به داخل خط است.تا زماني كه جريان تزريق شده و ولتاژ خط عمود باشند،كنترل كننده موازي فقط مقاديري توان راكتيو تامين يا مصرف مي كند.هر اختلاف فاز ديگري، جابجايي توان واقعي را نيز درگير خواهد كرد.در ادامه باز هم به بررسي بيشتر انواع ادوات FACTS كه درگروه كنترل كننده هاي موازي قرار مي گيرند مي پردازيم.

جبران‌كننده سنكرون استاتيكي (STAT COM)

يك مولد سنكرون استاتيكي كه به عنوان جبران‌ساز توان راكتيو موازي،كار مي كند و جريان خازني يا القايي خروجي آن را مي توان مستقل از ولتاژ AC سيستم كنترل كرد.STATCOM يكي از كنترل كننده‌هاي كليدي FACTS است. مبناي آن مي تواند بر كنورتور منبع ولتاژي يا منبع جرياني باشد.در كنورتورهاي منبع ولتاژي،ولتاژ AC خروجي،طوري كنترل مي‌شود كه درست براي انتقال جريان راكتيو مورد نياز كفايت نمايد. براي هر ولتاژ شينهAC،ولتاژ خازن DC بصورت خودكار به اندازه مورد نياز،جهت عمل كردن به عنوان منبع ولتاژ كنورتور،تنظيم مي‌شود. مي‌توان STATCOM را به صورتي طراحي كرد كه به عنوان يك فيلتر فعال،هارمونيك‌هاي سيستم را نيز جذب نمايد.

۲-۲-۲-۲ مولد سنكرون استاتيكي (SSG)

يك كنورتور استاتيكي خود تغيير براي كليدزني توان،كه از يك منبع مناسب انرژي الكتريكي تغذيه مي‌شود و براي توليد مجموعه‌اي از ولتاژهاي خروجي قابل تنظيم به كار مي رود و مي‌تواند براي تبادل توان‌هاي حقيقي و راكتيوي كه مستقلاً قابل كنترل هستند،با يك سيستم قدرت AC جفت شود. روشن است كه SSG  تركيبي از STATCOM و هر منبع انرژي،براي تامين يا جذب توان است.[۱]

۲-۲-۲-۳ جبران ساز توان راكتيو استاتيكي (SVC):

يك مولد يا جذب كننده استاتيكي توان راكتيو كه بصورت موازي متصل شده و خروجي آن براي مبادله جريان خازني يا القايي تنظيم مي شود،بطوريكه پارامترهاي مشخصي در سيستم قدرت(نوعاً ولتاژ شینه)را حفظ يا كنترل نمايد.عملكرد SVC بر مبناي تريستورهاي فاقد قابليت قطع دريچه است و شامل تجهيزات جداگانه‌اي براي تقدم يا تاخر فاز توان راكتيو است.برخيSVC را گزينه ارزانتري از STATCOM مي دانند هرچند اگر ملاك مقايسه براساس عملكرد مورد نياز باشد و نه فقط مقدار MVA ، وضعيت به اين صورت نخواهد بود.[۱]

۲-۲-۲-۴ رآكتور قابل كنترل با تريستور (TCR) :

يك القاگر قابل كنترل با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و راكتانس موثر آن،با كنترل هدايت جزيي دريچه تريستور، بصورت پيوسته تغيير مي كند. TCR زير مجموعه اي از SVC است كه در آن زمان هدايت و به اين ترتيب جريان در يك رآكتور موازي،با يك كليد AC مبتني بر تريستور كه زاويه آتش آن قابل كنترل است،‌كنترل مي شود.[۱]

۲-۲-۲-۵ رآكتور قابل كليد زني با تريستور (TSR) :

يك القاگر قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و مقدار راكتانس موثر آن،با عملكرد دريچه تريستور در حالت‌هاي هدايت صفر يا كامل،بصورت پله اي تغيير مي كند.TSR يك زير مجموعه ديگر از SVC است. TSR از چندين القاگر تشكيل شده است كه بصورت موازي بسته شده‌اند و با كليدهاي تريستوري فاقد كنترل زاويه آتش به مدار وارد و يا از آن خارج مي شوند تا پله هاي تغييرات مورد نياز در توان راكتيو اخذ شده از سيستم بدست آيد. استفاده از كليدهاي تريستوري فاقدكنترل زاويه آتش منجر به هزينه و تلفات كمتر مي شود،اما كنترل بصورت پيوسته نمي باشد.[۱]

۲-۲-۲-۶ خازن قابل كليدزني با تريستور (TSC) :

يك خازن قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و راكتانس موثر آن با عملكرد دريچه تريستور در حالت‌هاي هدايت صفر يا كامل،بصورت پله‌اي تغيير مي كند. TSC هم يك زير مجموعه SVC است. كه در آن كليدهاي AC مبتني بر تريستور براي وارد كردن و خارج كردن واحدهاي خازن موازي بكار مي‌روند تا پله‌هاي تغييرات مورد نياز در توان راكتيو تحويل شده با سيستم بدست آيد. برخلاف رآكتورهاي موازي خازن‌هاي موازي را نمي‌توان با كنترل زاويه آتش متغير بصورت پيوسته كليدزني كرد.[۱]

۲-۲-۲-۷ مولد يا جذب كننده توان راكتيو (SVG) :

يك دستگاه يا سيستم الكتريكي– استاتيكي كه قادر به كشيدن جريان القايي و يا خازني كنترل شده از سيستم قدرت الكتريكي است و به اين ترتيب توان راكتيو توليد يا جذب مي كند.اين دستگاه عموماً متشكل از رآكتورهاي قابل كنترل با تريستور و يا خازن‌هاي قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي متصل شده‌اند،مي باشد.[۱]

۲-۲-۲-۸ سيستم توان راكتيو استاتيكي (SVS) :

تركيبي از جبران‌سازهاي توان راكتيو با كليدزني‌هاي مختلف استاتيكي و مكانيكي،كه خروجي آنها با يكديگر هماهنگ شده است.[۱]

۲-۲-۲-۹ ترمز مقاومتي با كنترل تريستوري (TCBR) :

يك مقاومت قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و به منظور كمك به متعادل كردن يك سيستم قدرت يا حداقل كردن شتاب‌گيري توان ژنراتور در زمان اخلال،كنترل مي شود.

TCBR عبارتست از كليدزني سيكل به سيكل يك مقاومت به وسيله يك كليد AC مبتني بر تريستور كه داراي كنترل زاويه آتش است. براي هزينه كمتر،TCBR را مي توان با تريستور كليدزني كرد.يعني بدون كنترل زاويه آتش.

به هر حال با كنترل آتش كه مي‌تواند بصورت نيم سيكل به نيم سيلك باشد،مي توان بصورت انتخابي نوسانات كم فركانس را ميرا نمود.[۱]

۲-۲-۳ كنترل‌كننده تركيبي سري–موازي

اين وسيله مي تواند تركيبي از كنترل كننده‌هاي سري و موازي جداگانه باشد كه به صورت هماهنگ شده كنترل مي‌شوند يا يك كنترل‌كننده يكپارچه شده انتقال توان با اجزاء موازي و سري در اصل كنترل كننده‌هاي تركيبي شده سري و موازي،جريان را با بخش موازي كننده و ولتاژ سري شده با خط را در بخش سري كنترل كننده،به سيستم تزريق مي كنند.هرگاه كنترل كننده‌هاي سري و موازي يكپارچه شوند،تبادل توان واقعي مي تواند بين كنترل كننده‌هاي سري و موازي از طريق خط رابط توان انجام شود.[۱]

۲-۲-۳-۱ كنترل كننده يكپارچه انتقال توان (UPFC) :

تركيبي از جبران‌ساز سنكرون استاتيكي (STAT COM) و جبران ساز سري استاتيكي (SSSC) كه از طريق يك رابط DC به هم جفت شده‌اند تا اجازه انتقال دوسويه توان حقيقي را بين ترمينال‌هاي خروجي سري SSSC و ترمينال‌هاي خروجي موازيSTATCOM بدهند و كنترل آنها به منظور جبران‌سازي سري هم زمان توان حقيقي و راكتيو خط،بدون منبع خارجي انرژي الكتريكي،صورت مي گيرد. UPFC با تزریق ولتاژ سري بدون محدوديت زاويه،قادر به كنترل همزمان يا انتخابي ولتاژ خط انتقال،امپدانس،زاويه و يا بطور جايگزين كنترل انتقال توان حقيقي و راكتيو در خط مي باشد.همچنين UPFC مي تواند جبران‌سازي توان راكتيو را بصورت موازي با قابليت كنترل مستقل فراهم نمايد.[۱]

 

۲-۲-۳-۲ محدودكننده ولتاژ با كنترل تريستوري (TCVL) :

يك واريستور اكسيد فلزي (mov) كه به منظور محدودسازي ولتاژ روي ترمينال‌هاي آن در زمان شرايط گذرا استفاده مي‌شود.كليد تريستوري را مي توان بصورت سري با يك برقگير بدون رخنه قرار داد.يا بخشي از برقگير بدون‌رخنه را مي‌توان با كليد تريستوري ميان‌بر كرد تا سطح محدودكنندگي ولتاژ،بصورت ديناميكي كاهش يابد.بطور كلي،mov بايد بطور چشمگيري قدرتمندتر از برقگير بدون‌رخنه باشد تا TCVL بتواند اضافه ولتاژهاي ديناميكي را كه در صورت سركوب نشدن مي توانند تا چند ده سيكل طول بشكند، موقوف كند. [۱]

 

۲-۲-۳-۳ تنظيم كننده ولتاژ با كنترل تريستوري (TCVR) :

يك ترانسفورماتور قابل كنترل با تريستور كه مي تواند ولتاژ هم فاز متغير،با كنترل مداوم را تامين نمايد. بنابر دلايل عملي،اين وسيله مي تواند يك ترانسفورماتور معمولي با تپ‌چنجر قابل كنترل با تريستور باشد، يا ترانسفورماتوري معمولي با يك كنورتور ولتاژ AC به AC كه قابل كنترل با تريستور است و براي تزريق ولتاژ AC از هر فاز بصورت سري به همان خط استفاده مي شود.چنين كنترل‌كننده نسبتاً كم قيمتي مي‌تواند براي كنترل انتقال توان راكتيو بين دو سيستم AC بسيار موثر باشد.با توجه به اينكه در مطالب گفت شده در ابتداي اين فصل سعي شده است كه ديدي اجمالي بر انواع مختلف ادوات FACTS ايجاد شود در ادامه به بررسي و تحليل بيشتر موارد خاصي از اين ادوات مي‌پردازيم كه از آن جمله به مقايسه‌اي  مختصر ميان SVC و STATCOM اشاره خواهيم نمود.[۱]

 

۲-۲-۳-۴ جبران‌سازهاي استاتيكي توان راكتيوSVC و STATCOM:

جبران‌ساز استاتيكي توان راكتيو (SVC) و جبران‌ساز استاتيكي سنكرون(STATCOM)مولدهاي استاتيكي توان راكتيو هستند كه در آنها خروجي بصورتي تغيير كرده است كه پارامترهاي مشخصي در سيستم‌هاي قدرت الكتريكي،حفظ يا كنترل گردد. در بخش‌هاي قبل بحث شد كه يك مولد استاتيكي توان راكتيو ممكن است از نوع امپدانس راكتيو كنترل شده–با بهره‌گيري از رآكتورها و خازن‌هاي كنترل و سوئيچ شده با تريستور يا از نوع منبع ولتاژي با استفاده از كنورتور قدرت قابل سوئيچ شدن و يا از نوع مختلط كه تركيبي از اين اجزاء را استفاده مي كند،باشد.هدف اوليه كاربرد جبران‌ساز استاتيكي در يك سيستم قدرت، افزايش قابليت انتقال توان در يك شبكه انتقال مفروض،از نيروگاه تا بار است.از آنجا كه جبران‌سازهاي استاتيكي نمي‌توانند توان حقيقي توليد يا جذب كنند،انتقال توان سيستم بصورت غير مستقيم از كنترل ولتاژ تاثير مي پذيرد.اين مطلب بدين معني است كه توان راكتيو خروجي جبران‌ساز براي كنترل ولتاژ،در ترمينال‌هاي معين شبكه انتقال تغيير داده مي شود،تا انتقال توان مطلوب در اعوجاج و شرايط اضطراري احتمالي سيستم حفظ شود. [۱]

۲-۳ مقايسه ميان STAT COM و SVC

در محدوده‌ي عملكرد خطي،مشخصه V- I و قابليت عملياتي جبران‌سازي SVC, STATCOM مشابه هستند. به هر حال اصول اساسي عملكرد STATCOM كه با مولد توان راكتيو مبتني بر كنورتور به صورت منبع ولتاژ سنكرون موازي بسته شده عمل مي كند،با عملكرد SVC ،كه با رآكتورهاي كنترل شده با تريستور و خازن هاي سوئيچ شده با تريستور بصورت يك ادميتانس راكتيو كنترل شده و موازي بسته شده عمل مي‌كند،از نظر بنيادي متفاوت مي باشد. اين تفاوت عملكرد بنيادي امتياز STATCOM در مشخصات عملياتي برتر،كاركرد بهتر و انعطاف‌پذيري كاربردي بيشتر،در مقابل آنچه كه با SVC قابل حصول است،به حساب مي آيد.

توانايي‌STATCOM در حفظ جريان خروجي كامل خازني در ولتاژهاي كم سيستم نيز،آن را ثمربخش‌تر از SVC در اصلاح پايداري گذرا مي نمايد.

زمان پاسخ قابل حصول و عرض باند حلقه بسته تنظيم ولتاژ STATCOM نيز به ميزان چشمگيري بهتر از مشخصه هاي SVC است. در كاربردهايي كه نياز به جبران سازي توان اكتيو دارند،روشن است كه STATCOM،برخلاف SVC مي تواند واسطه مناسب ذخيره‌سازي انرژي با سيستم AC،به منظور تبادل توان حقيقي باشد.يعني اينكه STATCOM قادر است توان حقيقي كنترل شده را از يك منبع انرژي از طرف ترمينال DC خود كشيده و آن‌را بصورت توان AC به سيستم تحويل دهد.همچنين مي تواند جذب انرژي از سيستم AC را به منظور شارژ نگه‌داشتن دستگاه ذخيره ساز،كنترل نمايد.

مشخصه تلفات كلي در برابر خروجي راكتيو و نيز تلفات حقيقي عملكرد در STATCOM وSVC كه از رآكتورهاي قابل كنترل با تريستور و خازن‌هاي سويچ شونده با تريستور استفاده مي كند،قابل مقايسه هستند.هر دو نوع جبران‌ساز ،در برابر توان خروجي صفر و محدوده آن،تلفات نسبتاً كمي دارند.تلفات در هر دو حالت به طور متوسط با افزايش توان رآكتيو خروجي افزايش مي يابد و به حدود يك درصد در مقدار نامي خروجي مي رسد.سهم تلفات نيمه‌هادي‌هاي قدرت و اجزا وابسته در تلفات كلي جبران‌ساز،براي STATCOM بيشتر ازSVC است. علت آن است كه دستگاه‌هاي نيمه‌هادي قدرت كه امروزه در دسترس هستند ، تلفات هدايت بالاتري نسبت به تريستورهاي متداول دارند. همچنين تلفات كليدزني با قطع اجباري جريان ، مستلزم تلفات بيشتري نسبت به جابجايي طبيعي است.

از ديدگاه نصب فيزيكي،چون STATCOM نه تنها توان راكتيو خروجي را كنترل مي كند،بلكه آن‌را در درون خود توليد مي كند.به خازني بزرگ و بانك‌هاي رآكتور به همراه كليه افزار مربوطه،
حفاظت‌هايي كه در SVC هاي كنترل شده با تريستورهاي متداول بكار مي روند احتياج ندارد. نتيجه اين امر كاهش چشمگير در ابعاد كلي و نيز نيروي انساني و هزينه‌ها مي باشد.[۱]

۲-۴ خازن سری کنترل شده با تریستور GTO (GCSC)

یک خازن سری کنترل شده با تریستور GTO که بصورت ابتدایی توسط «کارادی» و دیگران در
‌۱۹۹۲ ميلادي پیشنهاد شد. این طرح شامل یک خازن سری به صورت موازی با یک والو(با کلید)تریستور GTO (یا مشابه)است که قابلیت قطع و وصل با فرمان را داراست.

طرح این جبران‌ساز از این نظر جالب است که ترکیب کاملی از TCR است که به خوبی تثبیت شده و دارای قابلیت منحصر به فرد ، تغییر مستقیم ولتاژ خازن از طریق کنترل زاویه تاخیر است.این تکنیک دارای برخی شایستگی‌های عملیاتی است و می‌تواند در بعضی از طرح‌های جبران‌ساز سری در آینده به کار گرفته شود،به خصوص هنگامی که تریستورهای GTO بزرگتر در دسترس قرار گیرند.

هدف طرح GCSC ، کنترل ولتاژ متناوب روی خازن است. در کاربرد عملی GCSC می تواند با برای کنترل ولتاژ جبران سازی یا برای کنترل راکتانس جبران سازی مورد استفاده قرار گیرد. [۱]

۲-۵ خازن سری سوئیچ شده با تریستور (TSSC)

شامل تعدادی خازن سری است که هر کدام با یک والو دارای مقدار نامی مناسب،موازی شده و این والوهای میان‌بر کننده نیز از رشته‌ای از تریستورهای موازی که بصورت معکوس نسبت به هم بسته شده‌اند تشکیل شده است. مشابه ساختار مداری GCSC با عملکرد مرحله‌ای است.اما عملکرد آن،به دلیل محدودیت‌هایی که کلیدزنی والوهای دارای تریستور متداول اعمال می کند،متفاوت است.

اساس عملکرد TSSC ساده است ؛ درجه جبران‌سازی سری با روشی پله‌ای،با افزایش یا کاهش تعداد خازن‌های سری که در مدار قرار می گیرند،کنترل می شود.هر خازن با قطع والو تریستوری مربوطه دارد و با وصل آن،میان‌بر شده و از مدار خارج می شود. والو تریستور بصورت «طبیعی» جابجایی انجام می دهد.یعنی اینکه وقتی جریان صفر می شود ، والو قطع می گردد. بنابراین،خازن فقط در زمان صفر شدن جریان خط می‌تواند توسط والو تریستور وارد مدار شود.از آنجا که وارد شدن خازن در جریان خط صفر انجام می شود، نیم‌سیکل کامل جریان خط ، خازن را از صفر تا حداکثر شارژ می کند و نیم سیکل بعدی با پلاریته مخالف جریان خط،آن‌را از حداکثر تا صفر تخلیه خواهد کرد.وارد شدن خازن در جریان خط صفر،که در اثر محدودیت‌های کلید زنی والو تریستور صورت گرفته،منجر به یک ولتاژ DC اضافی می شود که برابر دامنه ولتاژ AC خازن است. به منظور به حداقل رساندن جریان ضربه در والو و حالت‌های گذرای مربوطه در مدار،والو تریستور بایستی برای میان‌بر کردن،فقط هنگامی که ولتاژ خازن صفر است وصل شود.با ولتاژ DC اضافی،این الزام می‌تواند موجب تاخیری تا یک نیم‌سیکل کامل شود،که ایجاد کننده محدودیت نظری برای زمان پاسخ قابل وصول TSSC است. [۱]

۲-۶ خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC)

طرح اصلی خازن سری کنترل شده با تریستور،که در سال ۱۹۸۶ بوسیله «ویتایاتیل» و دیگران،به عنوان روش «تنظیم سریع امپدانس شبکه» پیشنهاد شد. این طرح شامل خازن جبران‌ساز سری است که با راکتور کنترل شده با تریستور موازی شده است.در اجرای عملی TCSC ،چندین جبران‌ساز از این نوع
می توانند بصورت سری به هم متصل شوند تا ولتاژ نامی و مشخصات عملکردی مطلوب بدست آید.

این آرایش از نظر ساختار ، مشابه TSSC است و اگر امپدانس راکتور آن به اندازه کافی از امپدانس خازن کوچکتر باشد می تواند مثل TSSC بصورت قطع و وصل عمل کند. به هر حال نظریه اصلی در پشت طرح  TCSC ، بوجود آوردن یک خازن با تغییرات یکنواخت ، از طریق حذف بخشی از ظرفیت خازنی موثر ، به وسیله TCR است.

بررسي انواع كاربردي ادوات FACTS

با توجه به مطالب فصل گذشته كه بر پايه بررسي كلي در مورد انواع ادوات FACTS بوده است و سعي شده كه تمامي انواع را در آن ذكر شود،در فصل جاري قصد داريم با توجه به اين مطلب كه بعضي از اين ادوات داراي كاربردي عملي‌تر بوده وبيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد و آن نيز صرفا به دليل فاكتورهاي مناسب آنها از لحاظ مسائل اقتصادي نصب و نگهداري ، تلفات توان كمتر، نوع و مقدار توان تزريقي و…مي ‌باشد به بررسي دقيقتر تعدادي از انواع ذكر شده در فصل گذشته بپردازيم.

در اين فصل نيز به مقايسه چند نوع از اين ادوات و بيان مزايا و معايب آنها نيز پرداخته مي شود.

منبع ولتاژ سنکرون برپایه سوئیچینگ مبدل

یک مبدل منبع ولتاژی شش باله ابتدائی در شکل (۱-۳) آورده شده است و شامل تنش کلیه نیمه هادی با کموتاسیون خودی (معمولاً تایرستور خاموش شونده بوسیله گیت) می باشد که هر کدام با یک دیود بطور معکوس موازی شده است. (باید دانست که در مبدل های فشار قوی هر کلید برای داشتن ظرفیت ولتاژی مورد نیاز دارای تعدادی نیمه‌هادی سری است) در صورتی که یک منبع ولتاژ DC (که ممکن است خازن شارژ شده‌ای باشد) به مبدل وصل شود، مبدل می تواند مطابق شکل (ب ۱-۳ ) مجموعه‌ی متعادلی از شکل موج‌های نیمه مربعی تولید کند. این کار با اتصال منبع DC از طریق کلیدهای کانورتور با ترتیب خاص به سه ترمینال خروجی انجام می شود چندین مبدل ابتدائی را می‌توان به یک منبع ولتاژ DC وصل کرد و هر کدام مجموعه‌ای از سه شکل موج شبه مربعی تولید می کند. با تغییر متوالی فاز مناسب می‌توان چنین شکل موج‌هایی تولید کرد. با جمع این شکل موج ها بوسیله ی یک مدار مغناطیسی (ترانسفورماتور) شکل موج ولتاژی با چندین پالس بدست می آید.

با بکارگیری تعداد مبدل‌های لازم، می توان شکل موج خروجی را به شکل موج سینوسی تبدیل کرد.ساختار یک مبدل چند پالسه در شکل (الف۲-۳) نشان داده شده است. دراین شکل،شکل موج‌های جریان و ولتاژ خروجی (۴۸ پالس) با استفاده از هشت مبدل شش پالسه اصلی نشان داده شده است.

همانطور که ملاحظه می شود با این تعداد پالس (در کاربردهای فشار قوی حدوداً همین تعداد پالس بکار برده می‌شود) جریان خروجی عملاً سینوسی است. یعنی در عمل می توان از مبدل بجای منبع ولتاژ سینوسی استفاده کرد با تغییر دامنه ولتاژ سه فاز خروجی می توان تبادل توان رآکتیو بین مبدل و سیستم AC را کنترل کرد. اگر دامنه ولتاژ خروجی بیش از ولتاژ سیستم AC شود جریان از طریق راکتانس از مبدل به سیستم AC مي رود یعنی مبدل برای سیستم توان راکتیو (خازنی) تولید می کند.اگر دامنه ی ولتاژ خروجی کمتر‌از‌ولتاژ سیستم AC شود جریان راکتیو از سیستم AC به مبدل می رود و مبدل توان راکتیو جذب می‌کند .اگر ولتاژ خروجی مبدل برابر ولتاژ سیستم AC باشد تبادل توان راکتیو برابر صفر است.

بطور مشابه می توان تبادل توان راکتیو مبدل و سیستم AC را با تغییر زاویه ولتاژ مبدل نسبت به ولتاژ AC کنترل کرد. اگر زاویه ولتاژ خروجی مبدل نسبت به ولتاژ سیستم AC پیش فاز باشد، توان اکتیو از مبدل به سیستم AC انتقال می یابد.(علت این است که به دلیل پیش فاز بودن زاویه ولتاژ مبدل نسبت به ولتاژ سیستم AC یک مولفه جریان حقیقی از راکتانس واسط که با ولتاژ سیستم AC در فاز متقابل است عبور
می کند) برعکس اگر ولتاژ خروجی مبدل نسبت به ولتاژ سیستم AC پس فاز باشد از سیستم AC توان اکتیو جذب می کند (حال مولفه حقیقی جریان گذرنده از راکتور وسط با ولتاژ سیستم AC هم فاز است). با توجه به رابطه بین توان خروجی مبدل می توان چگونگی تولید توان راکتیو را بدون توجه به عملکرد پیچیده‌ی کلیدها توجیه کرد.نکته اصلی این است که پروسه عبور انرژی از مبدل (که فقط از چند سری کلید تشکیل شده است) مستقیم بوده و بنابراین واضح است که توان لحظه ای خالص در ترمینالهای ورودی DC باید همیشه برابر توان لحظه‌ای خالص در ترمینالهای خروجی AC باشد (از تلفات کلیدهای نیمه‌هادی صرفنظر شود). زمانیکه خروجی مبدل فقط توان راکتیو است، توان اکتیو ورودی که توسط منبع DC تامین می شود باید صفر باشد علاوه بر این طبق تعریف، در فرکانس صفر توان راکتیو صفر است در نتیجه منبع DC نقشی در تولید توان رآکتیو خروجی ندارد. بعبارت دیگر مبدل به سادگی سه ترمینال خروجی را به نحوی به هم وصل می کند که جریان‌های رآکتیو خروجی آزادانه بین آنها عبور می کند.از دید
ترمینال‌های سیستم AC مبدل تبادل توان بین فازها را برقرار می سازد.

هرچند توان رآکتیو در اثر عملکرد کلیدها بصورت درونی تولید می شود اما باز لازم است که خازن DC نسبتاً کوچک در ترمینالهای ورودی مبدل نصب می شود.این کار در اصل برای مساوی بودن توان‌های لحظه‌ای ورودی و خروجی است.شکل موج ولتاژ خروجی مبدل سینوسی کامل نسبت (شکل ب ۲-۳) مبدل چند پالسه از طریق راکتانس واسط یک جریان نسبتاً سینوسی از سیستم AC می کشد و بنابراین توان لحظه‌ای سه فاز خالص (VA) در ترمینال‌های خروجی اندکی کم و زیاد می شود. در نتیجه برای تساوی توان ‌های لحظه‌ای ورودی و خروجی،مبدل باید جریان‌ ريپل‌دار معتبری را از خازن DC بکشد تا ولتاژ ترمینال ورودی ثابت بماند.[۲]

کنترل کننده توان عبوری بین خطی (IPFC)

هدف از ابداع این کنترل‌کننده،عبور توان در یک سیستم قدرت با چندین خط است که دو یا چند خط آن از یک SSSC برای جبران سری استفاده می کنند. با استفاده از IPFC و جبران قابل کنترل مستقل هر خط عبور توان اکتیو بین خطوط جبران شده امکان پذیر می شود در نتیجه می توان توان اکتیو و رآکتیو عبوری بین خطوط را یکنواخت کرد بار خطوط دارای اضافه بار را به خطوط دیگر انتقال داد ، افت ولتاژ مقاومتی خط و توان رآکتیو متناظر آن را جبران کرد و اغتشاش‌های دینامیکی (پایداری دینامیکی و میرایی نوسانات توان) را بی‌اثر نمود.بطور‌کلی‌IPFC درکنترل انتقال توان یک پست‌که‌دارای چندین خط است بسیار موثر است.

در شکل ۳-۳ یک IPFC ابتدایی که از دو SSSC بر پایه‌ی مبدل تشکیل گردید و برای انتقال توان اکتیو، پشت به پشت به هم وصل شده اند نشان داده شده است. هر SSSC از طریق ترانسفورماتور خود به خط انتقال جداگانه‌ای متصل است و می تواند جبران سری مورد نیاز خط را بطور مستقل تامین کند.

مبدل هر SSSC ولتاژ خروجي متناوب قابل كنترلي توليد مي كند (در فركانس پايه سيستم قدرت) اين ولتاژ با ولتاژ خط انتقالي كه كنترل آن بر عهده مبدل است سنكرون مي گردد. دامنه و زاويه فاز دو ولتاژ خروجي نسبت به ولتاژ شین انتخابي (مثلاً شین ابتداي خط) و جريان خط خودشان كنترل مي شود. ولتاژهاي تزريقي معمولاً داراي يك مولفه عمودي و يك مولفه هم فاز با جريان خط مربوطه مي باشند مولفه عمودي جبران سري خطوط را فراهم كرده و مولفه هم فاز توان اکتیو جذب شده از يك خط و توليد شده براي خط ديگر را تعيين مي كند. از آنجاييكه هر مبدل در توليد و جذب توان راكتيو خودكفاست ، دو مولفه عمودي ولتاژها را مي‌توان مستقلاً با توجه به جبران راكتيو لازم براي خط متناظر كنترل كرد (در محدوده ظرفيتي مبدل) توان اکتیوی كه در ترمينال‌هاي AC مبدل مبادله مي‌شود بايد توسط ترمينال‌هاي DC آن توليد يا جذب شود در نتيجه مولفه هم فاز ولتاژ خروجي هر كدام از دو مبدل بايد به نحوي كنترل شود كه تعادل توان اكتيو در ترمينال‌هاي DC مشترك آنها برقرار شود بعبارت ديگر بايد مقدار اكتيو لازم براي جبران هر يك از دو خط بوسيله خط ديگر تامين (يا جذب) شود.

عملكرد IPFC در شكل (۴-۳) با كمك يك سيستم داراي دو خط تشريح شده است. فرض كنيد كه مي‌خواهيم در خط ۱ با كنترل مستقل توان اكتيو و راكتيو از نظر انتقال توان بهينه‌سازي انجام دهيم.همچنين فرض كنيد كه خط ۲ ظرفيت تامين توان اكتيو مورد نياز براي بهينه سازي خط ۱ را دارا باشد(براي تجسم بهتر فرض مي شود كه خط ۱ و ۲ يكسان هستند. البته در عمل معمولاً متفاوت هستند).

در شكل ( الف ۱-۳) شین ابتدايي خط ۱ را تامين مي كند (خط با اندوكتانس X1 نشان داده مي شود) منبع ولتاژ قابل كنترل AC ، بيانگر خروجي مبدل شماره ۱ ، IPFC است. براي اينكه توان مورد نظر از خط عبور كند مبدل ۱ ولتاژ جبراني V1pq را تزريق مي كند (دامنه V1pq و فاز آن P هر دو قابل كنترل هستند) تا دامنه و زاويه جريان خط (I1) عوض شود و در نتيجه توان اكتيو و رآكتيو (P1 ، Q1) مورد نظر از خط عبور كند دياگرام فازوری متناظر مكانيزم كنترل جريان خط را نشان مي دهد. فازور ولتاژ V1pq به فازور ولتاژ ابتداي خط افزوده شده و فازور ولتاژ موثر ابتداي خط يعني V1Seff بدست مي آيد. V1Seff = V1S + V1pq. تفاضل V1Seff – V13 برابر است با فازور ولتاژي (V1X) كه بايد در دو سر امپدانس خط قرار گيرد تا جريان مورد نياز I1 برقرار شد.

آشنایی با UPFC

با توجه به گسترش روز افزون شبکه های برق استفاده بهینه از شبکه‌های موجود و افزایش پایداری دینامیکی آنها یکی از مهمترین مسائل سالهای اخیر می باشد . ادوات FACTS بدلیل انعطاف پذیری که در شبکه های قدرت می‌توانند ایجاد کنند یکی از وسایلی هستند که با ایجاد اصلاحات لازم در خطوط انتقال قادر به کاهش فاصله بین حد بار گذاری حرارتی خطوط وحد پایداری می باشند یکی از این وسایل کنترل توان یکپارچه UPFC می باشد که می تواند پارامترهایی نظیر ولتاژ ترمینال و زاویه بار را اصلاح نماید وظیفه اصلی این وسیله کنترل مستقل توان اکتیو و توان راکتیو عبوری از خط انتقال توسط ولتاژ تنظیم شده سری با خط می باشد.UPFC همچنین می تواند برای میرا کردن نوسانات فرکانس کم با اضافه کردن سیکنال کمکی مناسب به یکی از کنترل کننده های آن بکار رود.

UPFC  به عنوان ابزاری در کنترل توان حقیقی وراکتیو در نظر گرفته می‌شود،زیرا تونایی کنترل همزمان مستقل هر سه پارامتر تاثیر گذاری بر انتقال وشارش توان را دارد .پارامترهای قابل کنترل UPFC عبارتند از :

  • اندازه فازور ولتاژ تزریقی
  • زاویه فاز ولتاژ تزریقی
  • اندازه فازور جریان راکتیو

می‌توان بانصب UPFC در خطوط پربار شبکه بطوریکه تاحد ممکن به ژنراتور باثابت لختی پایین نزدیک باشد تاثیر بیشتری در بهبودی پایداری گذرا خواهد داشت. [۳]

تاثیر UPFC بر منحنی بار پذیری

یکی از مشخصات مهم خط انتقال میزان توان قابل انتقال آن است که غالبا توسط منحنی بارپذیری نمایش داده می شود.درسالهای اخیر روند بازآرایی شبکه های برق و ایجاد بازارهای انرژی الکتریکی میزان توان قابل انتقال ازیک خط را به عنوان ارزش اقتصادی برای شرکت برق مطرح نموده است.شرکت‌های برق برای دسترسی آزاد به انرژی الکتریکی نیاز به افزایش ظرفیت انتقال شبکه خود دارند.یک راه افزایش ظرفیت انتقال نصب خطوط انتقال جدید با تقویت خطوط موجود است .نصب خطوط جدید درحال حاضر با موانع جدی روبرو است و راه دیگر افزایش ظرفیت انتقال استفاده ازخطوط موجود درظرفیتهای بالاتراست می‌توان سه عامل محدود کننده را برای ظرفیت یک خط برشمرد :

محدودیت حرارتی ۲- محدودیت ولتاژ ۳- محدودیت بهره برداری

برای تعیین حداکثر توان قابل انتقال از یک خط بایدهمه محدودیت‌های فوق را لحاظ کرد.البته در منحنی بارپذیری ازمیان محدودیت‌های بهره‌برداری غالبا تنهاپایداری حالت دائمی درنظر گرفته می‌شود.چون عوامل دیگروابسته به شبکه هستند وبرای هرشبکه نیازبه بررسی موردی‌دارند.یکی‌ازراه‌های‌غلبه‌براین محدودیت‌های استفاده از ادوات FACTS است.این ادوات قادر به افزایش قابل توجه بارپذیری یک خط هستند.ازبین ادوات FACTS کنترل کننده UPFC دارای بیشترین تاثیر بر بارپذیری خط است.

معرفی UPFC

UPFC  شامل یک مبدل منبع ولتاژ AC/DC موازی و یک مبدل منبع ولتاژ DC/AC سری است که توسط یک خازن DC به هم مرتبط شده‌اند.مبدل سری با تزریق ولتاژ در خط نقش اصلیUPFC  را بر عهده دارد و توان اکتیو و راکتیو عبوری از خط را تنظیم می کند.وظیفه اصلی مبدل موازی تامین توان حقیقی مورد نیازبرای جبران توانی است که مبدل سری با شبکه مبادله می کند. مبدل موازی همچنین می‌تواند با تزریق مستقل توان راکتیو به شبکه ولتاژ باس محلی راتنظیم کند. در این بین خازن DC به عنوان یک واسط, تبادل توان حقیقی بین دو مبدل را امکان‌پذیر می کند.

نصبUPFC  باعث افزایش ماکزیمم توان می شودوهمچنین حد زاویه پایداری سیستم را افزایش‌می‌دهد. میزان افزایش توان قابل انتقال به محل نصبUPFC نیز بستگی دارد.یکی از قابلیت‌هایUPFC امکان نصب آن در هر نقطه از خط است. بنابراین پس از تعیین محل مناسب نصبUPFC در شبکه می توان بررسی کرد که بهترین محل نصب کدام نقطه از خط است. بیشترین تاثیرUPFC بر منحنی بارپذیری وقتی است که در حدود فاصله ۴۰% از ابتدای خط نصب شود. با نزدیک شدن به انتهای خط بارپذیری خط نسبت به ابتدای خط کاهش می یابد که میزان کاهش در خطوط کوتاه بیشتر است.

یکی از محدودیت‌های عمدهUPFC عدم امکان تزریق توان حقیقی به شبکه است.افزودن این قابلیت به UPFC باعث بهبود قابل توجهی در عملکرد حالت دائمی آن می شود

افزودن ذخیره کننده انرژی تاثیر بسیار کوچکی بر بارپذیری خط دارد که نباید این نکته را فراموش کرد که افزودن ذخیره کننده انرژی باعث بهبود عملکرد آن از نظر پایدارسازی سیستم می‌شود.دو عامل دیگری که بر منحنی بارپذیری خط تاثیر دارند معیار حاشیه پایداری و افت ولتاژ مجاز سیستم است.نصبUPFC   درشبکه به مقدار قابل توجهی پایداری سیستم را بهبود می دهدوبنابراین می‌توان معیارحاشیه پایداری سیستم را کاهش داد. نصبUPFC درفاصله۷۰% از ابتدای خط در یک شبکه نمونه می‌تواند ماکزیمم توان برای پایداری ولتاژ را حدود ۴۵% افزایش دهد.کاهش حاشیه پایداری می‌تواندتاثیرمنفی‌بربارپذیری‌خط داشته باشد وباعث افزایش‌آن شود.که این تاثیر بیشتربرای خطوط بلند قابل توجه است وبرای خطوط کوتاه تقریبا بدون تاثیر است.

معیار حد افت ولتاژ اگر تا حدود ۶% افزایش یابد می‌تواند بر بارپذیری تاثیر گذار باشد و بیش از آن تاثیر بر بارپذیری نخواهد داشت.

رشد تقاضای مصرف انرژی به همراه روند خصوصی‌سازی و بازآرایی شبکه‌های‌برق ، فشارشدیدی بر شرکت‌های‌برق واردنموده‌و‌آنهارابا کمبود ظرفیت انتقال مواجه کرده است.یکی‌ازجالب‌ترین کنترل کننده‌هایی که برای غلبه بر کمبود ظرفیت انتقال معرفی گردیدهUPFCاست.محدودیت عمده آن عدم امکان تزریق توان حقیقی به شبکه است اضافه کردن این قابلیت بهUPFCباعث‌بهبود قابل توجهی درعملکرد دینامیک و حالت دائمی آن می شود .

سیستم‌های ذخیره کننده انرژی متعددی وجود دارند که می‌توان آنها را برای اضافه نمودن این قابلیت با UPFCترکیب کرد.بااضافه کردن سیستم ذخیره کننده انرژی به UPFCپنج پارامتر کنترلی برای کنترل سیستم UPFC/ESS خواهیم داشت که چهار پارامتر آن را می توان مستقلاً کنترل نمود و پارامتر پنجم را باید برای برقراری رابطه تعادل توان‌محاسبه‌نمود.ماکزیمم‌ظرفیت ذخیره کننده انرژی قابل‌استفاده‌درسیستم UPFC/ESS دارای محدودیت است ودرانتخاب اندازه ذخیره کننده انرژی باید به آن توجه شود.سیستم UPFC/ESS در حالت دائمی می‌تواند،توان را در ناحیه وسیعی از صحفه توان مختلط کنترل کند.

می دانیم کنترل کننده یکپارچه توانUPFC را می‌توان ازجامعترین ادوات FACTS به شمار آورد که قادر به کنترل همزمان توان اکتیو وراکتیو عبوری ازخط‌وهمچنین تنظیم ولتاژ باس شبکه دچار‌محدودیت می‌باشد. UPFC  تنها قادر است از طریق چرخش توان بین مبدل‌های خود اقدام به تبادل توان با شبکه کند.البته در حالت دینامیک وگذراUPFC  امکان تزریق میزان محدودی توان به شبکه را دارد که از توان ذخیره شده در خازن DC فراهم می‌شود.برای غلبه براین محدودیت می‌توان از ترکیبUPFC با سیستم‌های‌ذخیره کننده انرژی استفاده کرد.یکی ازجالبترین‌این‌سیستمها ابررسانا(SMES)است که تاثیرقابل توجهی در بهبود عملکرد دینامیک و حالت دائمی آن دارد [۴]

آشنایی با SMES

استفاده از سیستم‌های ذخیره کننده مغناطیسی انرژی نیرومند در شبکه قدرت از اهمیت خاصی برخوردار است.باتوجه به قابلیت ذخیره سازی بسیار زیاد انرژی سیم پیچ‌های ابر رسانا در میدان اطراف خود را امکان تحمل جریان های بالا به علت مقاومت تقریبا صفر آنها و همچنین پیشرفتهای شایان توجه اخیر در ساخت سیستم‌های ابر رسانای دمای پایین و دمای بالا،امیدتازه‌ای در استفاده ازآنها درشبکه‌های قدرت به منظورهای گوناگون پیدا شده است.

با یک بررسی اجمالی می توان دید که عدم وجود یک سیستم ذخیره کننده انرژی هنگام ناپایداری شبکه قدرت و در نتیجه قطعی برق آن تا چه حد می تواند هزینه‌بردار و مخرب باشد.ذخیره کننده‌های مغناطیسی انرژی با استفاده از ابررسانا(SMES)دارای مزایایی چون؛تعدیل منحنی پیک‌بار،حفاظت از ژنراتور‌ها و نگهداری وپایداری شبکه درهنگام وقوع خطا در نقاط مختلف شبکه استفاده به عنوان سیستم برق اضطراری با توان بالا،تثبیت ولتاژ و فرکانس در شبکه و…که باعث شده تا کار تحقیقات بر روی سیستم های SMES با شدت و سرعت بیشتری توسط کشورهای پیشرفته و شرکتهای بزرگ تولید و انتقال برق در دنیا دنبال شود.اصولا یک سیستم قدرت درساعات مختلف شبانه‌روز دارای مصارف مختلفی است بنابراین میزان تولید انرژی باید متناسب با نیاز مصرف کننده تغییر کند.همچنین دریک شبکه وسیع ، مشکل تثبیت ولتاژ ، تاثیرات هارمونیک‌ها،نامتعادل شدن ناگهانی شبکه در هنگام بروز خطا و درنتیجه از سرویس خارج شدن کل‌شبکه وجود دارد.با توجه به اینکه عیوب فوق‌الذکر تاثیرات بسیارنا مطلوبی بر ژنراتور نیروگاه و تاسیسات شبکه داشته و بسیار پر هزینه و مضرند،یک سیستم SMES قوی با طراحی صحیح و جایگذاری دقیق در شبکه می‌تواند بطور موثر باعث کاهش هزینه جاری و تعمیر و نگهداری کل شبکه شود.[۵]

نحوه کار سیستم SMES

سیم‌پیچ ابررسانا توسط یک یکسوسازAC ‌بهDC که درمنبع تغذیه‌سیم‌پیچ ابررسانا قراردارد شارژ می‌شود. شارژکننده سیم‌پیچ به منظور غلبه بر تلفات اهمی آن قسمت ازمدارکه دردمای محیط قرار دارد، ولتاژکوچکی در دو سر سیم‌پیچ ایجاد می کند.‌این مساله باعث می‌شود که جریان ثابتی در سیم پیچ ابر رسانا جاری شود. در‌حالت‌ ‌آماده به کار یعنی زمانیکه هیچ تبادل توانی با سیم پیچ انجام نمی شود جریان ذخیره شده سیم پیچ توسط یک سوئیچ که دو سر سیم پیچ را اتصال کوتاه می کند دوباره به خود سیم پیچ ابررسانا بازگردانده شده و حالت گردشی پیدا می کند .

در نتیجه انرژی سیم‌پیچ ابررسانا حفظ می شود.در بعضی از مدلهای SMES این سوئیچ به داخل مخزن حاوی سیم‌پیچ انتقال پیدا کرده که با طرق مختلف از بیرون مخزن به آن فرمان داده می شود. بدون قرار دادن این سوئیچ اتصال کوتاه کننده میزان تلفات سیم‌پیچ در حالت آماده بکارزیاد خواهد بود. مانند قبل منبع سیم پیچ به منظور جبران تلفات اهمی قسمتی از مدار که در گرمای محیط قرار دارد ولتاژ کوچک را در دوسر سیم‌پیچ ابر رسانا تولید می کند.اگرسیستم کنترل کننده حس کند که ولتاژ خط سیستم قدرت بخاطر تضعیف ویا خطای اتفاق افتاده در شبکه کاهش پیدا کرده،کلید اتصال‌کوتاه کننده ظرف مدت ۲۰۰ تا ۵۰۰ میکرو ثانیه قطع خواهد شد.به دنبال این امر ابتدا جریان سیم پیچ ابر رسانا به یک بانک خازنی قوی منتقل شده و سطح ولتاژ آن را بالا می‌برد.سپس سوئیچ دوباره بسته می شود.بانک خازنی یک اینورتر۱۲پالسه را که تامین کننده توان AC مورد نیاز بار است تغذیه می کند.

بار مورد نظر باعث کاهش توان و افت ولتاژ بانک خازنی می شود تا حدی که این ولتاژ به یک حداقل می‌رسد دراین حالت مجددا کلید اتصال کوتاه باز شده و بانک خازنی شارژ می شود.این فرایند آن قدر ادامه می‌یابد‌تا افت ولتاژ خط‌تامین شده و ولتاژ خط به حالت عادی بازگردد و یا اینکه انرژی ذخیره شده در سیم‌پیچ ابررسانا پایان یابد.ابعاد و ظرفیت سیستم طوری طراحی می شود که انرژی ذخیره شده در سیم‌پیچ بتواند تا باز گرداندن ولتاژ خط تغذیه کننده به حالت عادی تداوم پیدا کرده و کافی باشد.سیستم به نحوی طراحی‌شده‌که می تواند قدرت چندین مگاوات را برای جبران‌سازی توان از دست رفته در اثر خطا در مدتی کمتر از ۲۳ میلی ثانیه به خط تزریق کند.

بدین‌ترتیب‌هیچ گونه افت ولتاژ يا قطعی انرژی از طرف بار مشاهده نمی شود.شارژ شدن دوباره سیم پیچ ابررسانا طی چند دقیقه انجام می شود و تعداد شارژ دشارژ می تواند بارها تکرار شود .

همچنین برای برآوردن بعضی از نیازهای امکان شارژ سریع در حد چند ثانیه نیز امکان پذیر است. البته باید شبکه قدرت ،قادر به تامین این میزان توان بوده و شارژ سریع سیم‌پیچ ابررسانا باعث افت ناگهانی در ولتاژ شبکه نشود.

از خصوصیات سیستم این است که در زمان افت ولتاژ خط، حداکثر ظرف مدت ۵/۰ میلی ثانیه این ولتاژ باید تامین شود. [۵]

مقایسه SMES با دیگر ذخیره کننده های انرژی

تاکنون به غیر از SMES ها،UPSهای گوناگونی با استفاده از باتری،خازن،چرخ‌گردان ودیگرفن‌آوریهای ذخیره‌سازی انرژی ساخته شده است.هرکدام از این‌فن‌آوریها از نظرویژگیهایی مانند میزان انرژی قابل ذخیره بازده سیکل شارژ و شارژ سیستم،تاثیرات محیطی،قابلیت اطمینان،سادگی استفاده و سرعت آماده بکار شدن ، امکان استفاده درشبکه به عنوان بار راکتیو، يا تثبیت کننده فرکانس و پایدار کننده شبکه و تعدیل منحنی پیک‌بار و مدت زمانی که می‌توانند قسمت اعظمی از انرژی را در خود نگه دارند،با یکدیگر متفاوتند.

بعضی درتعداد مراتب شارژ و دشارژ،بعضی درسادگی وراحتی استفاده وبعضی درقیمت بر بقیه ارجحیت دارند. مسلم است که در سطوح انتقال توان مساله میزان توان قابل ذخیره که معمولا در حد چندمگاوات است در درجه اهمیت بیشتری قرار دارد.خوشبختانه سیستم SMES دارای تمام خصوصیات مذکور بوده و به‌راحتی می‌تواند درهنگام وقوع خطا میزان انرژی زیادی را در اختیار شبکه قرار دهد، درحالیکه سیستم‌های چرخ‌گردان وباتریها فاقد این خصوصیت‌اند.

همچنین SMES  درمقایسه با دیگر وسایل ذخیره کنند.انرژی دارای بازده سیکل شارژ و دشارژ بهتری است که به بیش از ۹۵ درصد می رسد.مدت زمان نگهداری انرژی درSMES می‌تواند زیاد باشد در حالی که سیستم‌های چرخ‌گردان وخازنهای فاقد این خصوصیات هستند.تعداد دفعات شارژ و دشارژ در SMES نامحدود بوده که به معنی طولانی بودن عمر آن است عمر یک SMES به بیش از ۳۰ سال می‌رسد که این مدت از عمر بهترین سیستم‌های دارای چرخ‌گردان و باتری بیشتر است.حجم و وزن اشغال شده برای ذخیره میزان زیادی از انرژی در سیستم‌هایSMESازکلیه سیستم‌هایی که تاکنون پیشنهادشده به مراتب‌کمتر است.

یکی ازمشکلاتSMES قیمت زیاد آن است و از دیگر مشکلات آن می‌توان به میدان مغناطیسی قوی اطراف آن اشاره کرد که احتیاج به لایه‌های محافظ مغناطیسی تا فاصله ۵ متری سلول SMES دارد،ولی این میدان در حدی نیست که برای سلامتی انسان مضر باشد.

آشنایی با UPQC

با گسترش سریع کاربردهای گوناگون بارهای غیرخطی و حساس در شبکه‌های توزیع مسئله کیفیت توان روز‌به‌روز از اهمیت بیشتری برخوردار می‌شود.این بارها باکشیدن جریان غیر سینوسی از شبکه باعث کاهش کیفیت توان در شبکه‌های توزیع می شوند از طرفی اعوجاج‌های ولتاژ و هارمونیک‌های ولتاژ در سیستم تفاوت بسیار جدی‌اندو اکثر بارهای حساس،جهت عملکرد مناسب به منابع ولتاژ سینوسی نیاز دارند.با توجه به این موضوع استفاده از بهسازهای کیفیت توان ضروری به نظر می رسد.تجهیزات پیشرفته‌ای برای بهسازی کیفیت توان در شبکه‌های توزیع پیشنهاد شده‌اند.این تجهیزات با عنوان تجهیزات custom power مطرح‌اند که به سه گروه تقسیم می شوند:

۱- ادوات قطع و وصل کلید های الکترونیک قدرت

۲- ادوات کنترل پذیر گسسته

۳- ادوات کنترل پذیر پیوسته

ادوات‌موازی باتزریق جریان به شبکه درنقطه PCCبرای بهسازی جریان‌کشیده توسط باراستفاده می‌شوند. ادوات سری با اضافه کردن یک ولتاژ با زاویه فاز معین پس فاز و یا پیش فاز به خط قرار گرفته بین بار و منبع ،انواع اغتشاشات ولتاژ را حذف می کند.

بنابراین ادوات‌ موازی و سری بطور جداگانه به ترتیب بهسازی جریان و ولتاژ را انجام‌ می‌دهند.

برای بهسازی همزمان از ترکیب بند استفاده می‌شود این جبرانساز فعال را بهساز یکپارچه کیفیت توان UPQC می نامند.[۶]

۳-۸-۱ ساختار و وظایف UPQC

UPQC از دو مبدل ولتاژ(VSC)سری و موازی تشکیل شده است.قسمت سری توسط یک خازن به قسمت موازی لینک می‌شود.قسمت سری با سه ترانسفورماتورتکفاز به شبکه‌توزیع وصل‌می شود در حالیکه در اتصال قسمت موازی از یک ترانسفورماتور سه فاز استفاده می گردد. برای حذف نوسانات کلید زنی از یک فیلتر پسیو درجه اول یا دوم در سر مبدل ها استفاده می‌شود.وظایف پایه‌ای قسمت موازی‌UPQC جهت بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان در باس توزیع اولیه ویا ثانویه:

  • بهسازی نامتعادلی و هارمونیک های جریان بار
  • جبرانسازی توان راکینو بار و تصحیح ضریب قدرت
  • تغذیه مقدار انرژی مورد نیاز قسمت سری UPQC و تنظیم ولتاژ باس DC

در مجموع وظیفه اصلی قسمت موازی UPQC   بهسازی جریان بار است.

وظایف پایه‌ای‌قسمت‌سری‌UPQC جهت‌بهبود کیفیت توان وقابلیت اطمینان درباس‌توزیع اولیه‌ویا ثانویه:

  • جبران‌سازی توالی صفر ولتاژ باس توزیع
  • جبران‌سازی توالی منفی ولتاژ باس توزیع
  • ایجاد مقاومت دربرابر جریانهای تشدیدی بین بار و شبکه
  • بهبود پایداری و میرایی نوسانات در سیستم‌های توزیع
  • جبران‌سازی کمبود و پیشبرد ولتاژ باس PCC
  • بهسازی نوسانات ولتاژ ( فلیکر)

درمجموع وظیفه اصلی قسمت سری UPQC بهسازی ولتاژ دو سر بار است.

در کنترل قسمت موازیUPQCروش جدید اصلاح یافته ای برای جبران‌سازی همزمان قدرت رآکتیو و آلودگی‌های موجود در جریان بار پیشنهاد می شود که توسط آن امکان بهسازی عدم تعادل و حذف مولفه توالی صفر بوجود می آید.از طرفی تنظیم ولتاژ باس DC با نمونه‌گیری از ولتاژ و جریان خازن لینک DC عنصر یکپارچه به سادگی میسر می گردد.

بهسازی ولتاژ نحوه عمل بدین صورت است که با کاهش ولتاژ باس PCC شبکه، ولتاژ تزریقی توسط شاخه سری UPQC جهت بازیابی ولتاژ بار در رساندن آن به حالت نرمان تولید می شود. UPQC با تولید این ولتاژ قسمتی از توان مصرفی بار را تغذیه می کند.این توان از خازن باس DC اخذ شده ودر نتیجه باعث کاهش ولتاژ باس DC می گردد.در این حالت سیستم کنترل قسمت موازی UPQC با تولید توان،مبدل شاخه موازیUPQCرا مجبور می کند تا با افزایش جریان خط،توان مورد نیاز جهت بهسازی ولتاژ را از شبکه بگیرد و نوسانات ولتاژ باس DC را جبران نماید.

UPQC می‌تواند بطور همزمان با الگوریتم کنترلی ارائه شده هر گونه آلودگی‌در بار و ولتاژ را بهسازی بنمايد،ضمن‌اینکه ضرورتی به کاربرد فیلترها در مدار کنترلی وجود نداردودر نتیجه سرعت عملکرد مدار نیز افزایش می یابد. [۶]

آشنایی با HVDCLIGHT

سیستم‌های انتقال DC نسبی معمولا برای انتقال مقادیر زیادی از توان الکتریکی در فواصل طولانی بکار می‌رود ولی با استفاده از سیستم‌های جدید می‌توان‌تواني در محدوده یک تا صد مگاوات را در فواصل کوتاه منتقل کرد.

امکان انتقال مقادیر کم‌توان الکتریکی موجب شده تا این سیستم‌ها،سیستم انتقال DC سبک يا به اختصار HVDC LIGHT  نامیده شوند .[۷]

مزایاي سيستم HVDC LIGHT

۳-۹-۱-۱ امکان تغذیه شبکه‌های جریان متناوب مجزا از شبکه اصلی

مناطق زیادی مثل شهرهای کوچک ومعادن وجود دارند که دور از شبکه اصلی‌هستند،دو روش متداول برای برق‌رسانی به این مناطق عبارتند از :

  • ایجاد یک انتقال شعاعی جریان متناوب از شبکه اصلی به محل‌های مذکور
  • تولید انرژی الکتریکی با استفاده از توربین‌های گازی و دیزل ژنراتور‌ها در همان محل‌ها .

توان مورد نیاز این مناطق دوردست معمولا پایین است و اگر این توان کمتر از ۱۵۰ مگاوات باشد. استفاده از خط انتقال شعاعی جریان متناوب به دلیل نیاز به افزایش سطح ولتاژ برای کاهش افت ولتاژ تلفات اقتصادی نخواهد بود .

با توجه به اینکه دیزل ژنراتورها دارای بازده نسبتا کم و هزینه سوخت زیاد هستند و تامین و انتقال سوخت نیز موجب آلودگی محیط زیست می‌شود وهمچنین با توجه به اینکه ابن ژنراتورها نیاز به تعمیر منظم دارند، از این‌رو سیستمHVDC LIGHT پیشنهاد می شود،زیرا : در انتقال‌جریان متناوب راکتانس سری خط باعث افت‌ولتاژ و محدودیت انتقال توان در فواصل طولانی می شود از تکنولوژی جدید از لحاظ فاصله ، محدودیت کمتری وجود داشته و تنها عامل محدود کننده تلفات حرارتی خط انتقال است که با انتخاب هادی با مقطع بزرگتر می‌توان بر این مشکل غلبه کرد. [۷]

۳-۹-۱-۲ کنترل مستقل توان حقیقتی و راکتیو

با استفاده از کنترل کننده‌های‌سیستمHVDC LIGHT می‌توان ولتاژی با دامنه و‌فاز دلخواه در خروجی مبدل‌های منبع ولتاژ ایجاد کرد .

کنترل‌جداگانه دامنه و فاز ولتاژ خروجی منجر به کنترل‌جداگانه توان حقیقی و راکتیو خواهد شد.کنترل توان رآکتیو باعث می‌شود که این سیستم به جبران‌سازی توان رآکتیو نیاز نداشته باشد وتنها نیازمند به نصب فیلترهای AC برای کاهش هارمونیک‌ها باشد . [۷]

۳-۹-۱-۳ عدم نیاز به ارتباط مخابراتی سریع بین پایانه ها

در سیستمHVDCLIGHT معمولایکی از مبدل‌ها در مورد کنترل ولتاژ DC و دیگری در مورد کنترل توان قرارداد چون ایستگاه کنترل ولتاژ تنها با توجه به تغییرات ولتاژ فازی‌DC فرمان‌های مناسب را صا‌در می‌کند لذا هیچگونه نیازی به کسب اطلاع از میزان انتقال توان ندارد.برای معکوس‌کردن جهت توان نیز پلاریته ولتاژ همچنان ثابت باقی‌می‌ماند واین پلاریته جریان است که معکوس می‌شود [۷]

۳-۹-۱-۴ کوتاه بودن زمان نصب و راه اندازی سیستم

تجهیزات اصلی سیستمHVDC LIGHT  همگی استاندارد هستند و قبل از نصب در کارخانه آزمایش می شوند و نصب آنها نیز در محوطه‌های کوچکی به مساحت۲۵۰ متر مربع امکان پذیر بوده و وزن کل آنها نیز حدود ۲۰ تن است.[۷]

۳-۹-۱-۵ سازگاری با محیط زیست

محدودیت‌های زیست محیطی باعث می‌شوند که نصب خطوط انتقال هوایی جدید روزبه‌روز مشکلتر شود.همچنین انتخاب یک حریم لازم برای خطوط هوایی موجب اشغال بسیاری از زمین‌های با ارزش
می‌شود.مردم اغلب نگران خطراتی هستند که ممکن است زندگی درنزدیکی‌خطوط هوایی برای سلامتی آنها فراهم کند.اما در سیستم‌های‌HVDCLIGHT  معمولا از کابل‌های DCزیرزمینی‌استفاده‌می‌شود و کابل‌ها‌حریم زیادی احتیاج ندارند.همچنین وقتی از این سیستم بصورت دو قطبی استفاده شود .

میدان‌های مغناطیسی همدیگر را خنثی می کنند و از فاصله کمی ‌از کابل ، شدت میدان تقریبا به صفر  می‌رسد.

۳-۹-۲ کاربرد سیستم HVDC LIGHT

۳-۹-۲-۱ اتصال نیروگاه‌های کوچک تغذیه شونده توسط انرژی‌های تجدیدپذیر به شبکه اصلی در مناطقی که مکان استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مثل باد وخورشید وجود دارد می‌توان نیروگاه‌های را احداث کرد اما تولید چنین نیروگاه‌هایی کم وسرعت گسترش آنها پایین است ونمی‌توانند بارهای بزرگ را تغذیه کنند.لذا می‌توان با استفاده ازخطHVDC LIGHT  ابتدا انرژی‌الکتریکی‌را از شبکه اصلی به این مناطق منتقل کرد وسپس باگسترش این نیروگاه‌ها مازاد انرژی تولیدی را از طریق این خط به شبکه اصلی منتقل نمود.

۳-۹-۲-۲ بالا بردن کیفیت توان

بارهایی مثل کوره‌ها معمولا باعث ایجاد هارمونیک‌ها وفلیکرهای زیادی می‌شوند و مشکلات زیادی را برای مصرف کننده های مجاور ایجاد می کنند.درصورت استفاده‌ازسیستمHVDC LIGHT برای تغذیه چنین بارهایی به دلیل داشتن ارتباط DC با شبکه متناوب از نفوذ اغتشاش‌های ولتاژ طرف بار به شبکه متناوب جلوگیری می‌شود.

متصل کردن شبکه‌های غیر سنکردن به یکدیگر

دو شبکه جریان متناوب که در آنها انرژی الکتریکی با فرکانس‌های متفاوتی تولید می‌شود،نمی توانند با هم مبادله توان انجام دهند و هر یک باید ظرفیت تامین حداكثر توان مورد نیاز مصرف کننده‌های خود را داشته باشد .

تامین این توان نیاز به سرمایه‌گذاری اضافه داشته و در بسیاری موارد نیز با استفاده از نیروگاه های کم باز دهی همچون توربینهای گاز یا دیزل ژنراتورها انجام می شود.برای کاهش این هزینه‌ها می توان با استفاده از یک خطHVDCLIGHT  چنین شبکه‌هایی را به هم متصل ومازاد انرژی تولیدی در یک شبکه را به دیگری منتقل کرد.[۷]

۳-۹-۲-۴ اتصال نیروگاه‌های تغذیه شونده از انرژی‌های تجدیدپذیر به شبکه درسال‌های اخیرتوجه زیادی به تولید انرژی الکتریکی از منابع انرژی تجدیدشونده ،شده است.دربسیاری ازاین نیروگاه‌ها انرژی الکتریکی با فرکانس متفاوت با فرکانس شبکه ویا اصولا بصورت DC تولید می شود .

درچنین نیروگاه‌هایی خروجی مولد توسط مبدل‌های الکترونیک قدرت ابتدا بهDC  تبدیل شده وسپس به ولتاژ متناوب شبکه برگردانده می شود،لذا می‌توان انتقال انرژی از محل نیروگاه به شبکه یا مرکز بار را بصورتDC وپیش‌از‌برگرداندن‌به‌ولتاژی‌متناوب شبکه انجام داد نتیجه این‌کاریک سیستم DC سبک است.[۷]

۳-۹-۲-۵ تغذیه مناطق شهری

در صورتی‌که شهرها نیاز به انرژی الکتریکی بیشتری داشته باشند،ایجاد خطوط انتقال جدید معمولا پرهزینه بوده ومحدودیت‌های زیادی دارد.اما کابل DC، فضای کمتری را نسبت به خط هوایی لازم دارد و انرژی ‌بیشتری را نسبت به کابلACمی‌تواند منتقل کند.در نتیجه‌سیستمDCسبک‌دربعضی‌ازموارد قتصادی‌ترین راه ممکن است.[۷]

۳-۹-۲-۶ تامین انرژی مورد نیاز جزایر بجای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از دیزل ژنراتور‌ها می‌توان با استفاده ازHVDC LIGHT   انرژی مورد نیاز را از شبکه اصلی به این جزایر منتقل کرد.به این منظور در گذشته نیز از انتقال DC  استفاده شده است. اما با مبدل‌هایAC/DC  تیریستوری،علاوه‌بر نیاز به جبران‌سازي درپایانه‌هایACبرای‌تامین توان راکتیو مبدل‌ها،وجود ماشینهای سنکرون در سمت جزایر برای انجام کموتاسیون مبدل انتهایی ضرورت دارد.[۷]

عیب سیستم HVDC LIGHT

عیب اصلی این سیستم تلفات مربوط به کلیدزنی مبدل‌های آن می‌باشد،که وابسته به ولتاژ DC است وقتی که توان انتقالی کم باشد نسبت تلفات به توان منتقل شده، زیاد شده وبازده کاهش می‌یابد ، درحال حاضر برای رفع این عیب می توان از توان‌های پایین سطح DC استفاده كرد.

اندازه وکنترل سیستمHVDC LIGHT  برای راه‌اندازی سیستم ابتدا دریکی از پایانه‌ها با بسته شدن کلیدهای طرف AC، خازن‌های سمت‌DC بوسیله پل دیودی در مبدل‌ها شارژ می‌شوند.دیودهای موازی و معکوس کلیدهای اصلی پل دیودی را بوجود می آوردند.سپس در پایانه،کنترل،ولتاژDC با استفاده از مدولاسیون پهنای پالس(PWM)یا بردار فضایی(SVM)ومبادله توان اکتیو بین خازن‌های‌DCو‌شبکه متناوب سطح ولتاژ خازن‌ها به سطح مطلوب رسانده می شود.درنهایت با بستن کلیدهای پایانه دیگر انتقال توان آغاز می شود.

دریک سیستم HVDC LIGHT سه مود کنترلی اصلی وجود دارد :

۱- کنترل ولتاژ ثابت در طرفDC

۲- کنترل جريان ثابت DC

۳- کنترل ولتاژ ثابت در طرف AC

دو مود ۱و۲ زماني مورد استفاده قرار می‌گیرند که سیستم بخواهد دوشبکه متناوب اکتیو را به هم متصل کند ومودهای۱و۳زمانی‌که سیستم بخواهد یک شبکه پسیو را تغذیه کند مورد استفاده قرار می گیرند .

برای کنترل توان،یکی از مبدل‌ها وظیفه کنترل ولتاژDC را به عهده می‌گیرد و مبدل دیگر وظیفه کنترل جریانDCرا بر عهده دارد.برای این کار پایانه کنترل کننده ولتاژ تغییراتی را در فاز الگوی مدولاسیون یا اندیس مدولاسیون ایجاد می کند تاهمان مقدار تونن حقیقی که در پایانه کنترل جریان به مصرف کننده تحویل داده می شود،از شبکه متناوب جذب شده و ولتاژ خازنها تثبیت شود.درشرایطی كه یک شبکه از طریق خط HVDC سبک تغدیه می شود اندازه جریان بستگی به امپدانس بار داشته ولذا بجای کنترل جریان ثابت،از کنترل ولتاژ ثابت طیف AC استفاده می شود . [۷]

۳-۹-۴ بررسی اضافه ولتاژهای داخلی در خطوط انتقال قدرت HVDC

طراحی عایقی در خطوط انتقال قدرت HVDC وهمچنین ایستگاه‌های مبدل آن بستگی زیادی به دامنه و شکل اضافه ولتاژهای داخلی سیستم دارد. این اضافه ولتاژها تا حدود زیادی با اضافه ولتاژهای شناخته شده سیستم‌های جریان متناوب متفاوت می باشند و می‌توان آنها را به سه دسته اصلی تقسیم کرد:

  • اضافه ولتاژ کلید زنی
  • اضافه ولتاژ نوع AC
  • اضافه ولتاژ نوع DC

اضافه ولتاژ نوع AC  در شرایطی رخ می دهد که به دلیل خطاهای مختلف در مبدل‌ها،ولتاژ سیستم متناوب مستقیما به خطDC تزریق می‌گردد.این امر علاوه بر اینکه خود می تواند ولتاژ خط انتقال را از مقدار نامی آن فراتر ببرد ممکن است سبب تشدید خطوط HVDC(که معمولا بلند هستند)با راکتورهای‌هموار‌ساز پایانه‌های مبدل را فراهم سازد در همچنین شرایطی اضافه ولتاژ بسیار بزرگی سیستم را تهدید می‌کند.اضافه ولتاژ نوع DC زمانی روی می‌دهد که راه‌اندازی اينورتر نسبت به یکسوکننده با تاخیر صورت گیرد.این امر سبب می‌شود انتهای خط انتقال از دید موج ولتاژ بصورت باز دیده شده و منجر به وقوع اضافه ولتاژهای برگشتی با دامنه زیاد در خط انتقال شود .

در اضافه ولتاژ نوع AC  امپدانس‌های سیستم اعم از خط انتقال ، پایانه‌ها و فرکانس‌ تشدید ‌سیستم کلی و مخصوصا عملکرد سیستم کنترل جریان از اهمیت اساسی برخوردار است.نوسانات ولتاژ وجریان در این حالت با فرکانس سیستم قدرت صورت می‌گیرد.بنابراین عملکرد سیستم‌های کنترلی روی دامنه اضافه ولتاژها حتی در شرایطی که فرکانس تشدید خط به فرکانس قدرت نزدیک باشدتعیین کننده است.[۸]

مقایس SCC  TCR از دیدگاه هارمونیک‌های تزریقی به شبکه توزیع

جبران‌سازی توان رآکتیو توسط خازن‌ها یا عناصر FACTS میسر است. مجموعه تجهیزات FACTS که در شبکه توزیع مورد استفاده قرار می‌گیرند.تجهیزات D-FACTS یاCUSTOM POWER  نامیده می‌شوند در جبران‌سازهای متداول،کنترل توان رآکتیو در ناحیه اندوکتیو وکاپاسیتیو با استفاده از عنصرTCR TSC عملی می‌گردد.این مجموعه بهSVC معروف است.دراین‌جبرانساز‌موازی،بخشTSC بدلیل مسائل‌‌و مشکلات سوئيچينگ خازنی بصورت ناپیوسته و پله ای کنترل می گردد. جهت دستیابی به مقادیر بین پله ها از TCR  وتنظیم زاویه آتش تريستورهای مربوطه استفاده می‌شود. دراین‌صورت جریان نشتي بین خازن و رآکتور در شرایط تشدید بین آنها امری نامطلوب بوده ، می تواند مسئله ساز باشد.ضمنا استفاده اجباری ازTCR  به عنوان یک‌عنصردیگرجهت تغییر پیوسته‌توان‌راکتیو‌خازنی خود یک نقطه ضعف برایTCRمحسوب می‌گردد.

با پیشرفت از زمینه الکترنیک قدرت وپیدایش کلیدهای پرقدرت با قابلیت قطع جریان مانند(GTO    GB SGCT GCT) می‌توان به یک نوع اصلاح شده ازTSC دست یافت.دراین عنصر جدید که توسط Karady  پیشنهاد شده است با جابجایی تريستورها يا مثلا GTO با کنترل زاویه خاموشی کلید‌ها می‌توان زاویه هدایت و در نتیجه سوسپانس ظاهری را تنظیم نمود.درTSCاز آنجا که قطع حریان بطور طبیعی و توسط منبع صورت می گیرد لذا زاویه آتش نیز منطبق بر عبور ازصفر طبیعی جریان انتخاب مي شود و در نتیجه موضوع کنترل فاز منتفی وخازن  بطور دائم توسط تریستورها به منبع متصل می گردد. لیکن در SCC می‌توان خازن را در هر زمانی قبل از عبور از صفر طببعی آن توسط GTO قطع نمود.دراین صورت مقدار شارژ خازن و ولتاژ  دو سرآن پس از قطع جریان تابع زمان قطع بوده ونتيجتا زمان مناسب روشن شدن بعدی نیز در صورتی‌که بخواهیم حداقل‌ هارمونیک‌ها وجریان هجومی را داشته باشیم از روی آن مشخص خواهد گردید.بدین ترتیب می‌توان در SCC با کنترل زاویه هدایت تغییرات پیوسته در توان رآکتیو ایجاد نمود.با توجه به اینکه خازن بر خلاف رآکتور مستعد ایجاد نرخ شدید تغییرات جریان است.لازم است  که میزان هارمونیک‌ها وجریان هجومی در این وسیله کنترل قدرت رآکتیو با دقت مورد بررسی قرار گیرد.از این جهت عملکرد یک TCR  كه تولید هارمونیک‌های جریان می‌کند می‌تواند معیاری باشد  برای اینکه آیا رفتار خازن کنترل شده با کلید قدرت  SCC تا به حدی قابل قبول است.

مبدلهای منبع ولتاژ VSC

قبل از آنکه به مشخصات این مبدلها بپردازیم ، لازم است تفاوت عمده بین مبدل‌هايی با قابلیت قطع اختیاری جریان و مبدلهای با قطع جریان تحمیل شده توسط شبکه بیان شود.خاموش شدن کلیه مبدل‌هایی که از کلیدهای تریستوری تشکیل شده‌اند،توسط جریان و ولتاژ شبکه تعیین می گردد و از کنترل خارج است .

یک منبع AC توسط دو تریستور به بار مقاومتی متصل شده است و هیچ عنصر ذخیره کننده‌ای هم در سیستم وجود ندارد.اگر زاویه آتش شدن تریستور  باشد،به محض روشن شدن تریستور ولتاژ V روی مقاومت R افتاده و شکل موج جریان I را بوجود می آورد.وقتی که ولتاژ به صفر رسید جریان هم صفر گشته و با اعمال ولتاژ منفی به تریستور،کلید خاموش می‌گردد و در نیم سیکل بعدی،کلید بعدی روشن می‌شود و همین روند دوباره تکرار می گردد.اگر جریان I را به صورت بسط فوریه نشان دهیم،آنگاه مولفه اول آن یک موج سینوسی خواهد بود که نسبت به شکل موج ولتاژ منبع به اندازه زاویه تاخیر فاز خواهد داشت.لذا به ازای تغییرات زاویه آتش  مقدار زاویه  همیشه به صورت پس فاز خواهد بود و از نظر منبع،جریان مصرفی نسبت به ولتاژ پس فاز است به همین دلیل این ترکیب همیشه از منبع توان راکتیو جذب می کند.در حالی که هیچ عنصر راکتیوی در سیستم وجود ندارد.بر این اساس نتیجه گیری می شود که کلیه مبدل‌هایی که از نوع تریستوری غیر قابل کنترل از لحاظ خاموش شدن هستند به عنوان مصرف کننده توان راکتیو شناخته می شوند.

حال ترکیب شکل‌زیر را در نظر بگیریدکه در آن به جای تریستور،از کلید با قابلیت خاموش شدن‌(GTO) استفاده شده است.اگر فرض کنیم که کلیدها در زمان t=0 روشن و در زمان  خاموش شوند،شکل موج جریان آنها به صورت شكل (۱۴-۳) خواهد بود و اگر این جریان را به صورت بسط سری فوریه بیان کنیم مولفه اول آن یک موج سینوسی است که با شکل موج ولتاژ اختلاف فاز خواهد داشت که برای این حالت خاص  پیش فاز است.

بنابراین نتیجه می گیریم در مبدل‌هایی که از کلیدهای مشابه GTO استفاده می کنند.با کنترل زمان مناسب روشن کردن و خاموش کردن کلیدها بدون آنکه از عناصر راکتیو استفاده شود،می‌توان جریان راکتیو پیش‌فاز و یا پس‌فازی را به شبکه تحویل داد یا از شبکه جذب کرد.پس مشخصه برجسته مبدل‌های منبع ولتاژ این است که بدون نیاز به منبع انرژی ذخیره‌ای(مثل خازن یا راکتور)می‌توانند توان راکتیو خازنی و یا سلفی شبکه را با طرح مناسب کلیدزنی جبران کنند.شکل(۱۵-۳)نمودار مداری یک مبدل منبع ولتاژ را نشان‌می‌دهد که هر بازوی این مبدل از یک کلید GTO و یک دیود تشکیل شده است که به صورت معکوس با هم موازی شده‌اند تا عبور دو طرفه جریان امکان پذیر گردد.

طرفAC مبدل به شبکه و یا مصرف کنندهAC و قسمت DC آن به یک خازن متصل می گردد.تذکر این نکته لازم است که خازن طرف DC هیچ نقشی در تهیه توان راکتیو مبدل ندارد و فقط برای تامین ولتاژ خروجی مبدل مورد استفاده قرار می گیرد و لذا قدرت نامی این خازن می تواند در مقایسه با ادوات تریستوری بسیار کوچک انتخاب گردد.

با انتخاب تدابیر کنترلی مناسب برای الگوی کلیدزنی می‌توان دامنه و فاز ولتاژ AC را به راحتی کنترل کرد.اگر فقط مولفه اول هارمونیک خروجی را در نظر بگیریم یک مبدل منبع ولتاژ را می‌توان به صورت یک منبع ولتاژ مدل کرد که دامنه و فاز ولتاژ خروجی آن توسط الگوهای کلیدزنی به راحتی قابل کنترل است.

شکل (۱۶-۳) اتصال یک VSC را به شبکه نشان می‌دهد .

فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول : پيشگفتار
۱-۱ مقدمه ۱
۱-۲  محدوديت هاي انتقال توان در سيستم هاي قدرت

۱-۲-۱ عبور توان در مسيرهاي ناخواسته

۱

۲

۱-۲-۲  ضرفيت توان خطوط انتقال ۳
۱-۳ مشخصه باپذيري خطوط انتقال ۳
۱-۳-۱ محدوديت حرارتي ۴
۱-۳-۲ محدوديت افت ولتاژ ۵
۱-۳-۳ محدوديت پايداري ۶
۱-۴ راه حل‌ها

۱-۴-۱ كاهش امپدانس خط با نصب خازن سري

۷

۷

۱-۴-۲ بهبود پرفيل ولتاژ در وسط خط ۸
۱-۴-۳ كنترل توان با تغيير زاويه قدرت ۸
۱-۵ راه حل‌هاي‌ كلاسيك ۹
۱-۵-۱ بانك‌هاي خازني سري با كليدهاي مكانيكي ۹
۱-۵-۲ بانك‌هاي خازني وراكتوري موازي قابل كنترل با كليدهاي مكانيكي ۹
۱-۵-۳ جابجاگر فاز ۹
 

 

فصل دوم : آشنايي اجمالي با ادوات FACTS

۲-۱ مقدمه ۱۱
۲-۲ انواع اصلي كنترل كننده هاي FACTS ۱۱
۲-۲-۱ كنترل كننده‌هاي سري ۱۱
۲-۲-۱-۱ جبران ساز سنكرون استاتيكي به صورت سري(SSSC) ۱۱
۲-۲-۱-۲ كنترل كننده‌هاي انتقال  توان ميان خط(IPFC) ۱۲
۲-۲-۱-۳ خازن سري با كنترل تريستوري (TCSC) ۱۲
۲-۲-۱-۴ خازن سري قابل كليدزني با تريستور (TSSSC) ۱۲
۲-۲-۱-۵ خازن سري قابل كليد زني با تريستور (TSSC) ۱۲
۲-۲-۱-۶ راكتور سري قابل كليد زني با تريستور (TSSR) ۱۳
۲-۲-۱-۷ راكتور با كنترل تريستوري (TCSR) ۱۳
۲-۲-۲ كنترل كننده‌هاي موازي ۱۳
۲-۲-۲-۱ جبران كننده سنكرون استاتيكي(STATCOM) ۱۳
۲-۲-۲-۲ مولد سنكرون استاتيكي (SSG) ۱۳
۲-۲-۲-۳ جبران ساز توان راكتيو استاتيكي(SVC) ۱۴
۲-۲-۲-۴ راكتور قابل كنترل با تريستور (TCR) ۱۴
۲-۲-۲-۵ راكتور قابل كليدزني با تريستور(TSR) ۱۴
۲-۲-۲-۶ خازن قابل كليدزني با تريستور (TSC) ۱۴
۲-۲-۲-۷ مولد يا جذب كننده توان راكتيو (SVG) ۱۵
۲-۲-۲-۸ سيستم توان راكتيو استاتيكي (SVS) ۱۵
۲-۲-۲-۹ ترمز مقاومتي با كنترل تريستوري (TCBR) ۱۵
۲-۲-۳ كنترل كننده تركيبي سري – موازي ۱۵
۲-۲-۳-۱ كنترل كننده يكپارچه انتقال  توان (UPFC) ۱۵
۲-۲-۳-۲ محدود كننده ولتاژ با كنترل تريستوري(TCVL) ۱۶
۲-۲-۳-۳ تنظيم كننده ولتاژ با كنترل تريتسوري (TCVR) ۱۶
۲-۲-۳-۴ جبران‌سازهاي استاتيكي توان راكتيو SVC و STATCOM ۱۶
۲-۳ مقايسه ميان SVC و STATCOM ۱۷
۲-۴ خازن سري كنترل شده با تريستور GTO (GCSC) ۱۸
۲-۵ خازن سري سوئيچ شده با تريستور (TSSC) ۱۸
۲-۶ خازن سري كنترل شده با تريستور (TCSC) ۱۹
فصل سوم : بررسي انواع كاربردي ادوات FACTS
۳-۱ مقدمه ۲۰
۳-۲ منبع ولتاژ سنكرون بر پايه سوئيچينگ مبدل ۲۰
۳-۳ كنترل كننده توان عبوري بين خطي (IPFC) ۲۳
۳-۴ جبرانگر سنكرون استاتيكي سري (SSSC) ۲۸
۳-۵ جبرانگر سنكرون استاتيكي (STATCOM) ۳۱
۳-۶ آشنايي با UPFC ۳۵
۳-۶-۱ تاثير UPFC بر منحني بارپذيري ۳۶
۳-۶-۲ معرفي UPFC ۳۶
۳-۷ آشنايي با SMES ۳۸
۳-۷-۱ نحوه كار سيستم SMES ۳۸
۳-۷-۲ مقايسه SMES با ديگر ذخيره كننده هاي انرژي ۴۰
۳-۸ آشنايي با UPQC ۴۰
۳-۸-۱ ساختار و وظايف UPQC ۴۱
۳-۹ آشنايي با HVDCLIGHT ۴۲
۳-۹-۱ مزاياي سيستم HVDCLIGHT ۴۳
۳-۹-۲ كاربرد سيستم HVDCLIGHT ۴۴
۳-۹-۳ عيب سيستم HVDCLIGHT ۴۶
۳-۹-۴ بررسي اضافه ولتاژهاي داخلي در خطوط انتقال قدرت HVDC ۴۶
۳-۱۰ مقايسه SCC  و TCR از ديدگاه هارمونيك هاي تزريقي به شبكه توزيع ۴۷
۳-۱۱ SVC ۴۹
۳-۱۲ مبدل هاي منبع ولتاژ VSC ۵۱
فصل چهارم : نتيجه گيري ۵۵
منابع ۵۸

 

۶۰ص

۲۳- برق الکترونیک

برای دسترسی سریع به لیست پایان نامه های سایت و جستجو بین آنها در بالای همین صفحه به لینک لیست پایان نامه های موجود بروید.
نام محصول:   پایان نامه بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS
آدرس پست الکترونیکی بدون www و به شکل زیر وارد نمائید:
example@gmail.com
example1@yahoo.com
بجای example نام ایمیل خود را وارد میکنید
دانلود فایل بلافاصله پس از پرداخت آنلاین
امکان خرید با کلیه کارت های عضو شتاب
و همچنین فایل بصورت ورد قابل ویرایش می باشد
>> اگر به هر دلیلی پروژه، پایان نامه، تحقیقات مورد نظر را پیدا نکردید می توانید با پشتیبانی سایت تماس برقرار نمائید، در صورت موجود بودن برای شما ارسال می کنیم. <<