مبدل منبع ولتاژ(VSC)
عنصر پایه نسل جدید ادوات FACTS یک مبدل ولتاژ با کلیدهای GTO می باشد که طرف AC آن توسط یک ترانسفورماتور به صورت سری یا موازی به شبکه قدرت متصل است و طرف DC آن یک خازن با توان نامی کوچک قرار دارد که نقشی در تهیه توان راکتیو مبدل ندارد وصرفاً برای تأمین ولتاژ خروجی مبدل مورد استفاده قرار می گیرد. هر بازوی این مبدل از یک کلید GTO و یک دیود تشکیل شده است که برای عبور دوطرفه جریان به صورت معکوس با هم موازی شده اند[۱۱].

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل(۲-۱۶) طرحی از این جبرانساز را با اتصال موازی به شبکه به عنوان یک STATCOM که توضیحات بیشتر آن در بخش بعدی ارائه خواهد شد، نشان می دهد.
طرح VSC در کاربرد STATCOM
طرح پایه ای مدل VSC
با انتخاب تدابیر کنترلی برای کلید زنی و استفاده از روش های مدولاسیون پالس(PWM) می توان دامنه و فاز ولتاژAC را کنترل کرد. از آنجایی که مبدل منبع ولتاژ به هیچ منبع انرژی داخلی متصل نیست بنابراین با صرفنظر از تلفات نباید در حالت ماندگار توان اکتیو با شبکه مبادله کند(معادله توان اکتیو باعث شارژ و دشارژ خازن DC می گردد در حالی که وظیفه خازن صرفاً تأمین سطح ولتاژ مبدل است) توان تلفاتی خازن DC می تواند یا از شبکه AC و یا از طریق یک یکسوکننده جداگانه به طور مستقل تأمین شود. مبدل نشان داده شده در شکل(۲-۱۶) دو سطحی است به این معنی که دارای دو سطح ولتاژ DC (دو طرف خازن DC) است و از طریق کلید زنی، از آنها برای ایجاد ولتاژ های بالاتر AC استفاده می شود. در سالهای اخیر برای ایجاد ولتاژهای بالاتر AC و کاهش هارمونیک ها از مبدلهای چند سطحی نیز استفاده می شود. در حالت کلی می توان به جای مبدل منبع ولتاژ در ادوات FACTS از یک مبدل منبع جریان که در طرف DC آن به جای خازن یک سلف قرار دارد استفاده نمود که در حال حاضر به دلیل مشکلات عملی کاربرد آن بسیار محدود است. [۱۲]

STATCOM
اگر ولتاژ خروجی مؤلفه اول مبدل با ولتاژ شبکه هم فاز باشند و ولتاژها و جریانها به صورت یکایی بیان شوند خواهیم داشت :

در این رابطه، راکتانس معادل بین خروجی مبدل و نقطه اتصال جبران کننده به شبکه(f) می باشد. مشاهده می شود که این جریان به ازای به صورت خازنی عمل می نماید این پدیده همانند چگونگی جذب یا تزریق توان راکتیو توسط یک کندانسور سنکرون می باشد. توجه داریم که تبادل توان راکتیو صرفاً با تنظیم پارامترهای مبدل و نه توسط عناصر ذخیره کننده انرژی (سلف و خازن) صورت می گیرد. از طرفی مبادله توان اکتیو میان مبدل و شبکه، طبق رابطه(۲-۱۹) براساس اختلاف زاویه انجام می گیرد :

و چون این رابطه با صرفنظر کردن از تلفات بدست آمده است ، بنابراین توانی بین مبدل و شبکه مبدله نخواهد شد. به این ترتیب STATCOM به مانند یک منبع جریان راکتیو مستقل با دامنه قابل کنترل که به طور موازی با سیستم قدرت قرار می گیرد عمل می نماید .
همانند VSC مهمترین کاربرد STATCOMدر شبکه انتقال کنترل ولتاژ و تثبیت ولتاژ نقطه اتصال جبران کننده است. بنابراین کنترل توان راکتیو خروجی آن توسط یک کنترل حلقه بسته با پس خور ولتاژ صورت می گیرد. مطابق شکل(۲-۱۸) زمانی که جبران کننده به حد ظرفیت سلفی و یا خازنی خود می رسد، جریان آن مستقل از دامنه ولتاژ خروجی به حداکثر مقدار مجاز محدود خواهد شد، در حالی که vsc در حد ظرفیت خود مانند سلف یا خازن ثابت عمل نموده و جریان آن تابعی خطی از ولتاژ است.[۱۳]
مشخصه های جبران کننده های ایستا با کنترل حلقه بسته ولتاژ . الف) SVC ، ب) STATCOM

کنترل کننده یکپارچه پخش توان(UPFC)
UPFC از دو مبدل منبع ولتاژ تشکیل شده است که خروجی AC یکی از آنها از طریق یک ترانسفورمر به طور موازی به شبکه انتقال متصل شده و دیگری به صورت سری با خط قرار گرفته است.همانگونه که در شکل(۲-۱۹) مشاهده می شود ساختار این وسیله حاصل ترکیب یک STATCOM و یک SSSC می باشد[۱۳و۱۷و۱۸].
ترانسفورمر موازی UPFC را ترانسفورمر تحریک و ترانسفورمر سری آن را ترانسفورمر تقویت کننده می نامند.در UPFC بر خلاف مبدل سری می تواند تبادل توان اکتیو نیز داشته باشد. در این صورت بدون آنکه ولتاژ خازن DCتغییر نماید توان اکتیو اضافی یا مورد نیاز مبدل سری از طریق ترانسفورمر و مبدل موازی تأمین می شود بنابراین فاز ولتاژ تزریقی سری می تواند به طور آزادانه و مستقل کنترل شود.
* ut هم فاز با u بوده و دامنه آن کنترل شود (تقویت وتنظیم ولتاژ شبکه)
* ut عمود برجریان خط بوده وهمانند csc به صورت جبران خازنی قابل کنترل استفاده شود.
* ut عمود بر u بوده وبا تنظیم دامنه U زاویه فاز ولتاژشبکه کنترل شود (مانند PAR)
*ترکیبی از موارد بالا
طرح UPFC
مشخصه های مختلف جبران سری
درتمامی موارد یاد شده توان راکتیو تزریقی مبدل موازی نیز به طور مستقل قابل کنترل بوده ومانندSTATCOM می توان از آن برای کنترل ولتاژ یا توان راکتیو استفاده کرد .
UPFC دارای سه پارامتر قابل کنترل می باشد دامنه ولتاژتزریقی ترانسفورماتور تقویت کننده (UT)فاز این ولتاژ(PQ) وجریان راکتیو ترانسفورماتور تحریک کننده (IQ)
UPFC قادر است تمامی اهداف سایر ادوات FACTS نظیر تنظیم ولتاژ کنترل همزمان توانهای اکتیو وراکتیو وبهبود پایداری را به تنهایی محقق نماید .

مقایسه قابلیت‌های ادوات FACTS
در این بخش قابلیت‌های ادوات نسل قدیم وجدید FACTSدر بهبود بهره برداری از سیستم قدرت از دیدگاه کنترل ولتاژ ، کنترل پخش بار پایداری گذرا ، میرایی نوسانات محلی ، میرایی نوسانات بین ناحیه ای ، کاهش جریان خطا وتغییر سطح اتصال کوتاه به بحث گذارده می شود. [۱۳]

بررسی کابرد ادوات FACTSدرشبکه برق موجود وآینده کشور
با وجود قدمت نسبی نسل اول سیستمهای انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر مثل SVC وHVDC سیستمهای مزبور درکشور ما جایگاه چندانی درشبکه های برق منطقه ای درسراسری پیدا نکرده اند علت این امر را می توان درعواملی همچون عدم وجود فناوری ساخت این گونه تجهیزات درکشور ودر نتیجه وابستگی شدید به تجهیزات ساخت خارج ضرورت انجام مطالعات متکی به اطلاعات واقعی برای طراحی این گونه سیستمها ونگرانی عمومی دست اندکاران صنعت برق درعوارض وحوادث غیر قابل پیش بینی ناشی از کاربرد این تجهیزات خلاصه کرد از این رو تنها تأسیسات موجود از این نوع درشبکه برق کشور منحصر به سیستم SVC نصب شده درپست امیدیه ۲ بوده وسایر نمونه های موجود این نوع تأسیسات درایران مربوط به صنایع سنگین فلزی نظیر فولاد مبارکه ونیز کارخانه فولاد آلیاژی ایران واقع دراستان یزد می باشد دراین بخش پاره ای از مشکلات بهره برداری وبرنامه ریزی شبکه سراسری برق ایران مطرح شده ودررابطه با امکان رفع این مشکلات از طریق به کارگیری ادوات FACTSپیشنهاداتی ارائه خواهد شد که موجود و یا در دست ساخت می باشند .
* برنامه ریزی برای توسعه بهینه شبکه انتقال کشور با بررسی احداث ستون فقرات جدیدی از نظر سطح ولتاژ ویا نوع ساختار آن (جریان متناوب یا جریان دایم)برای شبکه برق کشور. مدار علی آباد به اسفراین[۱۵] وعلی آباد به ترکمنستان [۱۶] نشان می دهد :
* درحالتی که ارتباط دوشبکه خراسان وسراسری فقط از طریق خط مزبور برقرار باشد بروز خطای منجر به قطع این خط می تواند مشکلات عملی درحفظ پایداری در شبکه ترکمنستان می باشد.
* وقوع خطا درنزدیکی پست علی آباد باعث نوسانات قابل توجهی درتوان انتقالی برروی خطوط ۴۰۰کیلو ولت نزدیک به محل خطا بخصوص خط علی آباد به اسفراین خواهد شد واختلاف فرکانسی میان دو انتهای خط مزبور ایجاد خواهد کرد .مشکلات مطرح شده نمایانگر ضرورت بررسی وانجام مطالعاتی برای برنامه ریزی برای کنترل توان قابل انتقال میان شبکه های سراسری خراسان وترکمنستان ومحدوده نوسانات آن درشرایط وقوع خطا بوده واستفاده از عناصر مختلفFACTSبه عنوان یکی از راهکارهای قابل اجرا برای بهبود عملکرد سیستم می تواند مورد توجه قرار گیرد.

ارتباط نیروگاه آبی دز
با توجه به آنچه که درباره وضعیت آینده شبکه سراسری وپست علی آباد درشبکه برق کشور وامکان استفاده از ادوات FACTSبرای بهبود وضعیت سیستم گفته شد ،نگاهی به مشکلات گذشته شبکه سراسری وکاربرد عناصر FACTSدر این رابطه نیز قابل توجه خواهد بود.
مطابق با شکل (۱۵)نیروگاه آبی دز درسال ۱۳۷۴دارای ۲خط ارتباطی ۲۳۰کیلو ولت دو مداره به پستهای اندیمشک وکمالوند بود .به موجب وضعیت بهره برداری از شبکه برق خوزستان درسال ۱۳۷۴ومطالعات انجام شده برای بهبود آن [۲۵] به علت به مدار آمدن منابع تولید جدیدی همچون نیروگاه بیستون درشبکه برق منطقه ای غرب ،تقریبأتمامی تولید نیروگاه آبی دز با توان تولیدی ۱۰۰ مگاوات به سمت شبکه خوزستان (پست اندیمشک)سرازیر شده وتوان قابل انتقال آن به سمت شبکه برق باختر (پست کمالوند) به شدت کاهش یافته ونزدیک به صفر می رسید.
خطوط ارتباطی نیروگاه آبی دز
با توجه به ظرفیت انتقال محدود خط ۲۳۰کیلو ولت دو مداره دز به اندیمشک (کمتر از ۳۰۰مگاوات برای هر مدار)درصورت بروز خطا برروی هر مدار ،مدار دیگر قابلیت انتقال تمامی تولید نیروگاه دز را اندیشه ومنجر به از دست رفتن نیروگاه دز به عنوان یکی از اصلیترین منابع تنظیم فرکانس درشبکه می گردید. برای رفع این مشکل بناچار درکوتاه مدت توان تولیدی نیروگاه دز به اندازه ظرفیت انتقال یک مدار ۲۳۰ کیلو ولت خط دز به اندیمشک کاهش یافت ودرمرحله بعد اقدام به احداث یک خط ۲۳۰کیلو ولت دو مداره جدید به طول ۲۵ کیلومتر میان نیروگاه وپست اندیمشک گردید که درسال ۱۳۷۵به بهره برداری رسید.
درصورت وجود ترانسفور ماتورهای جابجاگر فازPST درشبکه به عنوان یکی از عناصر نسل قدیم FACTS و یا امکان بهره گیری از فناوریهای جدیدتری همچون جابجاگر ایستای فاز(SPS) شاید مطالعات لازم درزمینه کابرد این نوع تجهیزات به یافتن راه حل مناسبتری از نظر فنی واقتصادی نسبت به احداث یک خط جدید منجر می شد .
خازن گذاری در شبکه توزیع
مقدمه