دانلود مقاله بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS

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 … پیشنهاد می کنیم ادامه این مطلب مفید و ارزشمند را در مقاله بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS دنبال نمایید. این فایل شامل 61 صفحه و در قالب word ارائه شده است.

مشخصات فایل بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS

عنوان: بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 61
حجم فایل : 3,71 مگابایت

بخشی از  مقاله بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS را در ادامه مشاهده خواهید نمود.

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.

1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته

برای بررسی مسئله عبور توان در مسیرهای ناخواسته ، سیستم شکل (1-1) زیر را در نظر بگیرید.

شکل (1-1) 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.

1-2-2 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 .

1-3 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 1953ميلادي  این مفهوم را مطرح کرد و بر اساس ملاحظات علمی و تجربی،منحنی‌های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ 330 کیلووات و تا طول 400‌مایل 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 (2-1) را در نظر می گیریم که دو انتهای سیستم انتقال(پایانه ارسالی و پایانه دریافتی)توسط مدل تونن آن نشان داده شده است.

شکل(2-1). مدل ساده شده شبکه برای مطالعه مشخصه بارپذیری

1-3-1 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 3-1)

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 127 و برای سایر هادیها  150 است.حداکثر جریان مجاز، بستگی به دمای محیط و سرعت بالا دارد . ثابت زمانی حرارتی در حدود 10 تا 20 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 (3-1). فاصله مجاز خط انتقال از زمین و تاثیر دمای هادی در انبساط طول

1-3-2 محدودیت افت ولتاژ

با در نظر گرفتن مدل خط انتقال و پارامترهای تشکیل دهنده آن،پروفیل ولتاژ برای سیستم شکل (2-1) به ازای فاصله خط و توان انتقالی نامی و بی‌باری در شکل(4-1)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 5% 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.

مقدار  بر اساس افت ولتاژ مجاز 5% چک می شود.اگر به حد مجاز رسید آنگاه انتقال توان به محدودیت افت ولتاژ رسیده و  را از رابطه زیر محاسبه می کنیم .

      (5-1)

سپس با جایگزینی آن در رابطه زیر مقدار توان پایانه ارسالی محاسبه می شود.

      (6-1)

که A و B پارامترهای مشخصه خطوط انتقال و و زوایای آنها هستند و زاویه بین  و  می باشد.نسبت مقدار Ps/Psil بارپذیری را بر حسب پریونیت بیان می کند.

اگر افت ولتاژ مرحله قبلی در محدوده مجاز خود قرار داشت.آنگاه افزایش داده می شود و از معادله (1-1) بدست می آید . سپس مقدار جدید طول خط این حلقه محاسباتی تکرار می شود تا مشخصه بارپذیری خط انتقال بر حسب تابعی از طول خط متناظر با محدودیت افت ولتاژ بدست می آید .

شکل (4-1) . تغییرات ولتاژ وسط خط انتقال سیستم شکل (2-1) برای توان های انتقالی متفاوت

1-3-3 محدودیت پایداری

با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم شکل (2-1) که در شکل (5-1) نشان داده شده است،ملاحظه می شود که در حالت ایده‌آل ژنراتور می تواند ماکزیمم توان انتقالی خود را در زاویه 90 درجه انتقال دهد که عملاً به خاطر ملاحظات پایداری با ضریب اطمینان 30% از ژنراتور بهره‌برداری می کنند.یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نبایستی از 70% ظرفیت ماکزیم توان انتقالی خط افزایش یابد.زاویه ژنراتور متناظر با این محدودیت با استفاده از رابطه توان حدوداً  بدست می آید. شکل (5-1) 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 30% پایداری( متناظر با  )، مقدار توان انتقالی مجاز متفاوت خواهد بود .

شكل (5-1) مشخصه توان- زاويه ي سيستم مورد مطالعه و مساله پايداري

 شکل(6-1)مشخصه بارپذیری سیستم انتقال را نشان می دهد.در این شکل خط A مبین محدودیت حرارتی(حدوداً PSIL3) است.یعنی ماکزیمم توانی که یک خط قابلیت انتقال آن را دارد.منحنی B مشخصه حداکثر توانی است که به محدودیت افت ولتاژ مربوط می شود و منحنی C مشخصه حداکثر توانی است که به محدودیت پایداری مربوط می شود.در نهایت مشخصه بارپذیری خط از ترکیب این سه مشخصه بدست می‌آید که به صورت خط پررنگ در منحنی d نشان داده شده است.همانطور که در‌اين مشخصه مشاهده می‌شود برای خطوط کوتاه،خط انتقال فقط با محدودیت ظرفیت حرارتی مواجه می‌شود.برای خطوط متوسط مسئله عمده افت ولتاژ می باشد که در نتیجه محدودیت توان انتقالی را بدنبال دارد و در خطوط طولانی، محدودیت توان به خاطر حفظ حریم پایداری است.همچنان که ملاحظه می‌شود بارپذیری خط با افزایش طول خط،شبکه تحت تاثیر عوامل ذکر شده شدیداً کاهش می یابد .

شکل (6-1) مشخصه بارپذیری خطوط انتقال

1-4 راه حل ها

1. احداث خطوط جدید برای افزایش ظرفیت توان انتقالی
2. حفظ خطوط موجود و اتخاذ تدابیری برای استفاده از ظرفیت کامل آنها در حد ظرفیت حرارتی.

راه حل اول چندان مورد توجه نیست بخاطر مشکلات قانونی حق عبور برای نصب خطوط انتقال جدید و عدم استفاده کامل از ظرفیت خطوط نصب شده لذا راه حل دوم معقول‌تر به نظر می رسد.از لحاظ تئوری با توجه به رابطه توان موارد زیر را می توان برای افزایش ظرفیت خطوط پیشنهاد کرد.

1-4-1 کاهش امپدانس خط با نصب خازن سری

در این حالت امپدانس موثر خط انتقال برابر (X-Xc) خواهدشد.باتوجه به رابطه توان ملاحظه می‌شود که مشخصه توان–زاویه را می‌توان به راحتی تغییر داد و در نتیجه ظرفیت خط انتقال را افزایش داد.

شکل(7-1) خازن سری و مشخصه توان- زاویه آنرا نشان می دهد .

1-4-2 بهبود پرفیل ولتاژ در وسط خط

در این حالت با نصب یک منبع ولتاژ در وسط خط، ولتاژ آن را تثبیت می کنیم شکل (8-1) آرایش سیستم قدرت و مشخصه توان–زاویه را برای این حالت نشان می دهد .

1-4-3 کنترل توان با تغییر زاویه قدرت

با توجه به رابطه می توان مشاهده کرد که با تغییر زاویه توان هم می‌توان،توان انتقالی را کنترل کرد که شمای آن در شکل(9-1) نشان داده شده است .

حال باید دید که چگونه می توان توسط ادواتی که می شناسیم این مشخصه‌ها را بوجود آورد.دو راه حل در طول زمان شناسائی شد راه حل اول ، معرفی ادوات کلاسیک با استفاده از عناصر مداری از قبیل خازن، راکتور،ترانسفورماتور و کلیدهای مکانیکی می باشد با پیشرفت قطعات الکترونیک قدرت و استفاده از آنها در شبکه قدرت موجب پیشنهاد راه حل جدید تحت عنوان شبکه انتقال AC انعطاف پذیر (FACTS) شده است .

فهرست مطالب مقاله بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS, در ادامه قابل مشاهده می باشد.

• فصل اول : پيشگفتار
• 1-1 مقدمه
• 1-2  محدوديت هاي انتقال توان در سيستم هاي قدرت
• 1-2-1 عبور توان در مسيرهاي ناخواسته
• 1-2-2  ضرفيت توان خطوط انتقال
• 1-3 مشخصه باپذيري خطوط انتقال
• 1-3-1 محدوديت حرارتي
• 1-3-2 محدوديت افت ولتاژ
• 1-3-3 محدوديت پايداري
• 1-4 راه حل‌ها
• 1-4-1 كاهش امپدانس خط با نصب خازن سري
• 1-4-2 بهبود پرفيل ولتاژ در وسط خط
• 1-4-3 كنترل توان با تغيير زاويه قدرت
• 1-5 راه حل‌هاي‌ كلاسيك
• 1-5-1 بانك‌هاي خازني سري با كليدهاي مكانيكي
• 1-5-2 بانك‌هاي خازني وراكتوري موازي قابل كنترل با كليدهاي مكانيكي
• 1-5-3 جابجاگر فاز
•  فصل دوم : آشنايي اجمالي با ادوات FACTS
• 2-1 مقدمه
• 2-2 انواع اصلي كنترل كننده هاي FACTS
• 2-2-1 كنترل كننده‌هاي سري
• 2-2-1-1 جبران ساز سنكرون استاتيكي به صورت سري(SSSC)
• 2-2-1-2 كنترل كننده‌هاي انتقال  توان ميان خط(IPFC)
• 2-2-1-3 خازن سري با كنترل تريستوري (TCSC)
• 2-2-1-4 خازن سري قابل كليدزني با تريستور (TSSSC)
• 2-2-1-5 خازن سري قابل كليد زني با تريستور (TSSC)
• 2-2-1-6 راكتور سري قابل كليد زني با تريستور (TSSR)
• 2-2-1-7 راكتور با كنترل تريستوري (TCSR)
• 2-2-2 كنترل كننده‌هاي موازي
• 2-2-2-1 جبران كننده سنكرون استاتيكي(STATCOM)
• 2-2-2-2 مولد سنكرون استاتيكي (SSG)
• 2-2-2-3 جبران ساز توان راكتيو استاتيكي(SVC)
• 2-2-2-4 راكتور قابل كنترل با تريستور (TCR)
• 2-2-2-5 راكتور قابل كليدزني با تريستور(TSR)
• 2-2-2-6 خازن قابل كليدزني با تريستور (TSC)
• 2-2-2-7 مولد يا جذب كننده توان راكتيو (SVG)
• 2-2-2-8 سيستم توان راكتيو استاتيكي (SVS)
• 2-2-2-9 ترمز مقاومتي با كنترل تريستوري (TCBR)
• 2-2-3 كنترل كننده تركيبي سري – موازي
• 2-2-3-1 كنترل كننده يكپارچه انتقال  توان (UPFC)
• 2-2-3-2 محدود كننده ولتاژ با كنترل تريستوري(TCVL)
• 2-2-3-3 تنظيم كننده ولتاژ با كنترل تريتسوري (TCVR)
• 2-2-3-4 جبران‌سازهاي استاتيكي توان راكتيو SVC و STATCOM
• 2-3 مقايسه ميان SVC و STATCOM
• 2-4 خازن سري كنترل شده با تريستور GTO (GCSC)
• 2-5 خازن سري سوئيچ شده با تريستور (TSSC)
• 2-6 خازن سري كنترل شده با تريستور (TCSC)
• فصل سوم : بررسي انواع كاربردي ادوات FACTS
• 3-1 مقدمه
• 3-2 منبع ولتاژ سنكرون بر پايه سوئيچينگ مبدل
• 3-3 كنترل كننده توان عبوري بين خطي (IPFC)
• 3-4 جبرانگر سنكرون استاتيكي سري (SSSC)
• 3-5 جبرانگر سنكرون استاتيكي (STATCOM)
• 3-6 آشنايي با UPFC
• 3-6-1 تاثير UPFC بر منحني بارپذيري
• 3-6-2 معرفي UPFC
• 3-7 آشنايي با SMES
• 3-7-1 نحوه كار سيستم SMES
• 3-7-2 مقايسه SMES با ديگر ذخيره كننده هاي انرژي
• 3-8 آشنايي با UPQC
• 3-8-1 ساختار و وظايف UPQC
• 3-9 آشنايي با HVDCLIGHT
• 3-9-1 مزاياي سيستم HVDCLIGHT
• 3-9-2 كاربرد سيستم HVDCLIGHT
• 3-9-3 عيب سيستم HVDCLIGHT
• 3-9-4 بررسي اضافه ولتاژهاي داخلي در خطوط انتقال قدرت HVDC
• 3-10 مقايسه SCC  و TCR از ديدگاه هارمونيك هاي تزريقي به شبكه توزيع
• 3-11 SVC
• 3-12 مبدل هاي منبع ولتاژ VSC
• فصل چهارم : نتيجه گيري
• منابع

در صورت تمایل شما می توانید مقاله بررسی انواع تجهيزات خانواده FACTS را به قیمت 15900 تومان از سایت فراپروژه دانلود نمایید. اگر در هر کدام از مراحل خرید یا دانلود با سوال یا ابهامی مواجه شدید می توانید از طریق آدرس contact-us@faraproje.ir و یا ارسال پیامک به شماره: 09382333070 با ما در تماس باشید. با اطمینان از وب سایت فراپروژه خرید کنید، زیرا پشتیبانی سایت همیشه همراه شماست.