انتقال توان الکتریکی

0
3823

کنترل توان راکتیو بعنوان یک عامل حائز اهمیت در طراحی و بهره‌برداری از سیستم‌های قدرت از دیرباز مورد توجه بوده است و امروزه اولا” به دلیل فشار روزافزون در جهت بهره‌برداری با حداکثر راندمان و با قابلیت اطمینان بالا و ثانیا” بخاطر توسعه انواع جدیدی از جبران کننده‌های توان راکتیو با قابلیت‌های برتر، از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است . پیشرفت الکترونیک قدرت ابزار قدرتمندی را در اختیار صنعت انتقال و توزیع انرژی الکتریکی قرار داده است . یکی از عمده‌ترین آنها که اخیرا” بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، جبران کننده‌های توان راکتیو کنترل شده توسط تریستورها (SVC) می‌باشد این وسایل بطور موفقیت‌آمیزی در جبران توان راکتیو در حالت ماندگار و گذرای شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد. کنترل و پایداری از مهمترین مسائلی هستند که باید در شبکه‌های قدرت امروزی از دید یک سیستم دینامیکی مورد مطالعه و تحقیق قرار گیرند. براساس نتایج آن توسعه آینده شبکه طراحی شده و شبکه موجود نیز بهبود یابد، اختلالاتی که در سیستم‌های قدرت اتفاق می‌افتد باعث ایجاد نوساناتی در سیستم می‌گردد که می‌تواند پایداری دینامیکی سیستم را بخطر اندازد، یکی از عواملی که پایداری شبکه‌های قدرت را تهدید می‌نماید نوسانات فرکانس پائین در شبکه‌های بهم پیوسته می‌باشد، لذا میرای این نوسانات یک امر ضروری برای اطمینان از عملکرد پایدار سیستم‌های قدرت می‌باشد. یکی از وسائل مدرن و موثری که در سالهای اخیر جهت بهبود پایداری دینامیکی و گذرای سیستم‌های قدرت استفاده می‌گردد جبران کننده‌ها استاتیک توان راکتیو می‌باشد که با استفاده از این جبران کننده‌ها و با اتخاذ استراتژیهای کنترلر مناسب و حلقه‌های فیدبک می‌توان بطور موثر میرای نوسانات فرکانس پائین را بهبود بخشید. اولین مرحله در بکارگیری این وسایل در یک شبکه بزرگ مشخص نمودن موثرترین مکان نصب این تجهیزات می‌باشد تا بیشترین استفاده از قابلیت‌های آن در شبکه بعمل آید. زیرا علیرغم قابلیت‌های زیاد SVC در صورت نصب آن در مکانی نامناسب ، مستقل از سیستم کنترل و ابعاد جبران کننده هیچ تاثیری بر پایداری شبکه نمی‌گذارد لذا تعیین مکان بهینه نصب SVC با استفاده از روش صحیح و مناسب لازم و ضروری می‌باشد.

در این راستا روشهای مختلف جایابی SVC و محدودیتهای آنها بررسی گردیده و روش شتاب نسبی ژنراتورها که محدودیتهای این روشها را ندارد، انتخاب گردید و یک برنامه کامپیوتری براساس آن تنظیم شده است . براساس این روش میزان شتاب نسبی روتور ژنراتورها در ارتباط با شینه‌ای که SVC به آن نصب می‌گردد، معیاری جهت جایابی جبران کننده‌های استاتیک توان راکتیو می‌باشد. به عبارت دیگر محلهایی که با نصب SVC در آنها، بیشترین تاثیر را روی نوسانات زوایای روتور ژنراتورها داشته باشند، بعنوان مکان بهینه نصب SVC به منظور بهبود پایداری دینامیکی و افزایش میرای نوسانات الکترومکانیکی می‌باشد (زیرا عامل اصلی ایجاد نوسانات فرکانس پائین در شبکه نوسان زاویه روتور ژنراتورها می‌باشد که برای حفظ پایداری شبکه لازم است این نوسانات سریعا” میرا شوند). در این روش برای محاسبات دینامیکی از مدل کلاسیک شبکه استفاده گردیده و علت انتخاب این مدل سادگی، قابل فهم بودن نتایج و کفایت دقت این مدل می‌باشد. زیرا شاخص ارزیابی پایداری دینامیکی، میزان میرای مدهای نوسانی می‌باشد که در این مدل منظور گردیده است ودر نهایت این روش روی شبکه‌های نمونه تست شده و نتایج آن در حوزه زمان شبیه‌سازی و بررسی گردیده است .


تعریف


انتقال توان الکتریکی دومین فرایند ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. الکتریسیته توسط نیروگاه های برق تولید می شود و سپس توسط فروشنده ها به مصرف کنندگان نهایی به عنوان یک کالا فروخته می شود.
انتقال توان الکتریکی و شبکه توزیع الکتریسیته اجازه ارائه الکتریسیته تولید شده را به مصرف کننده ها می دهد. فرایند صنعتی شدن سریع قرن ۲۰ ام خطوط و شبکه های انتقال را تبدیل به بخش مهمی از زیر ساخت های اقتصادی در کشورهای صنعتی، کرد.


شبکه های برق امکانات تولید زیادی را ممکن می سازند، نظیر سدهای هیدرو الکتریک، نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای و … که توسط سازمان های بهره برداری خصوصی و عمومی، برای تولید مقادیر بزرگی از انرژی و ارائه آن به شبکه های توزیع برای تحویل به مصرف کننده های خریدار، گردانده می شوند.


معمولاً الکتریسیته را در طول فواصل بلند از طریق ترکیبی از خطوط انتقال توان هوایی (مانند آنچه در شکل مشاهده می شود) یا کابل های زیر زمینی ارسال می کنند.


تصویر


اولین ژنراتور هیدروالکتریک بزرگ در آبشار نیاگارای ایالات متحده (که تحت دیدگاه فنی نیکلا تسلا ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طریق خطوط انتقال، الکتریسیته را برای بوفالو، نیویورک فراهم ساخت.


ورودی شبکه


یک شبکه انتقال از: نیروگاه های برق، پست های برق و مدارات انتقال ساخته شده است. معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود ۱۰ تا ۱۵ کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (۲۲۰ تا ۴۴۰ کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.


تلفات


به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتریسیته را در ولتاژهای بالا انتقال دهیم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جریان کمتر خواهد بود که این امر اندازه ی کابل مورد نیاز و میزان انرژی تلف شده را کاهش می دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهای ۱۰۰ کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال ۲۰۰۳م ۲/۷ و در انگلستان در سال ۱۹۹۸م ۴/۷ درصد تخمین زده شده است.


وقتی لازم است که توان را در طول خطوط بسیار بلند انتقال دهیم، استفاده از جریان مستقیم برای انتقال، به جای جریان متناوب موثرتر ( و بنابراین اقتصادی تر) است. به دلیل اینکه این امر نیازمند هزینه کردن پول بسیار زیادی بر روی مبدل های توان AC/DC است، از این روش تنها در هنگام انتقال مقادیر بسیار زیاد توان در طول خطوط بسیار بلند یا برای موقعیت های خاص، نظیر یک کابل زیر دریا انجام می شود.


همچنین به دلیل طبیعت بارهایی که به شبکه وصل می شوند، توان از بین می رود؛ این تلفات با نام ضریب توان بیان می شود. اگر ضریب توان کم باشد بخش زیادی از توان هدر می رود. شرکت های بهره بردار تلاش شایان توجهی را برای حفظ یک ضریب توان خوب صرف می کنند.


 


خروجی شبکه


پست های برق برای کاهش دادن ولتاژ و تغذیه آن به خطوط برق محلی کم ولتاژ برای توزیع به کاربران تجاری و خانگی، نیز به کار می روند. عموماً الکتریسیته با استفاده از ترانسفورماتورهای واسطه به یک ولتاژ زیر- انتقال (۶۶-۱۳۲ کیلو ولت) تبدیل می شود و سپس به یک ولتاژ متوسط (۱۰ – ۵۰ کیلو ولت) تبدیل شده، و در نهایت، در پست های توزیع، برق به ولتاژ پایین (۲۲۰-۳۳۰ ولت) تبدیل می شود.


تمامی روش تغذیه از خطوط توزیع تا مصرف کننده های کوچک انتهای خط از طریق اتصالات تک فاز یا سه فاز است.


ارتباطات


خطوط انتقال را می توان برای انتقال اطلاعات هم مورد استفاده قرار داد، که حامل خط برق یاPLC خوانده می شود.
نگرانی های سلامتی


برخی گفته اند که زندگی در کنار خطوط ولتاژ بالا برای حیوانات و انسان ها خطرناک است. عده ای نیز ادعا کرده اند که تشعشعات الکترو مغناطیسی ناشی از خطوط برق، منجر به ریسک زیاد ابتلا به انواع معینی از سرطان می شود. برخی مطالعات بیان داشته اند که این ریسک را شناسایی کرده اند در حالی که برخی دیگر این ادعا را رد می کنند. مطالعات انجام شده بر روی افراد زیادی نشان داده است که هیچ رابطه واضحی بین تاثیرات بر روی سلامتی و نزدیکی به خطوط برق وجود ندارد.


اکنون دیدگاه علمی غالب این است که خطوط برق منجر به هیچ گونه افزایشی در ریسک ابتلا به سرطان یا دیگر بیماری های بدنی نمی شوند. برای مباحث دقیق تر راجع به این موضوع، شامل منابع بسیاری از مطالعات دانشمندان، به سوالات و جواب های خطوط برق و سرطان مراجعه کنید. این موضوع تا حدودی در کتاب علم وودو «Voodo»ی ربرت ال پارک بحث شده است.


 


برای اطلاعات بیشتر به کلید واژه های زیر مراجعه کنید



  • HVDC، جریان مستقیم ولتاژ بالا
  • SVC، جبران ساز استاتیک توان راکتیو
  • FACTS، سیستم های انتقال انعطاف پذیر AC
  • تولید گسسته، DG
  • بازار الکتریسیته
  • ارتباطات خطوط برق (PLC)
  • توان الکتریکی سه فاز

در این راستا روشهای مختلف جایابی SVC و محدودیتهای آنها بررسی گردیده و روش شتاب نسبی ژنراتورها که محدودیتهای این روشها را ندارد، انتخاب گردید و یک برنامه کامپیوتری براساس آن تنظیم شده است . براساس این روش میزان شتاب نسبی روتور ژنراتورها در ارتباط با شینه‌ای که SVC به آن نصب می‌گردد، معیاری جهت جایابی جبران کننده‌های استاتیک توان راکتیو می‌باشد. به عبارت دیگر محلهایی که با نصب SVC در آنها، بیشترین تاثیر را روی نوسانات زوایای روتور ژنراتورها داشته باشند، بعنوان مکان بهینه نصب SVC به منظور بهبود پایداری دینامیکی و افزایش میرای نوسانات الکترومکانیکی می‌باشد (زیرا عامل اصلی ایجاد نوسانات فرکانس پائین در شبکه نوسان زاویه روتور ژنراتورها می‌باشد که برای حفظ پایداری شبکه لازم است این نوسانات سریعا” میرا شوند). در این روش برای محاسبات دینامیکی از مدل کلاسیک شبکه استفاده گردیده و علت انتخاب این مدل سادگی، قابل فهم بودن نتایج و کفایت دقت این مدل می‌باشد. زیرا شاخص ارزیابی پایداری دینامیکی، میزان میرای مدهای نوسانی می‌باشد که در این مدل منظور گردیده است ودر نهایت این روش روی شبکه‌های نمونه تست شده و نتایج آن در حوزه زمان شبیه‌سازی و بررسی گردیده است .


تعریف


انتقال توان الکتریکی دومین فرایند ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. الکتریسیته توسط نیروگاه های برق تولید می شود و سپس توسط فروشنده ها به مصرف کنندگان نهایی به عنوان یک کالا فروخته می شود.
انتقال توان الکتریکی و شبکه توزیع الکتریسیته اجازه ارائه الکتریسیته تولید شده را به مصرف کننده ها می دهد. فرایند صنعتی شدن سریع قرن ۲۰ ام خطوط و شبکه های انتقال را تبدیل به بخش مهمی از زیر ساخت های اقتصادی در کشورهای صنعتی، کرد.


شبکه های برق امکانات تولید زیادی را ممکن می سازند، نظیر سدهای هیدرو الکتریک، نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای و … که توسط سازمان های بهره برداری خصوصی و عمومی، برای تولید مقادیر بزرگی از انرژی و ارائه آن به شبکه های توزیع برای تحویل به مصرف کننده های خریدار، گردانده می شوند.


معمولاً الکتریسیته را در طول فواصل بلند از طریق ترکیبی از خطوط انتقال توان هوایی (مانند آنچه در شکل مشاهده می شود) یا کابل های زیر زمینی ارسال می کنند.


تصویر


اولین ژنراتور هیدروالکتریک بزرگ در آبشار نیاگارای ایالات متحده (که تحت دیدگاه فنی نیکلا تسلا ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طریق خطوط انتقال، الکتریسیته را برای بوفالو، نیویورک فراهم ساخت.


ورودی شبکه


یک شبکه انتقال از: نیروگاه های برق، پست های برق و مدارات انتقال ساخته شده است. معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود ۱۰ تا ۱۵ کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (۲۲۰ تا ۴۴۰ کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.


تلفات


به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتریسیته را در ولتاژهای بالا انتقال دهیم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جریان کمتر خواهد بود که این امر اندازه ی کابل مورد نیاز و میزان انرژی تلف شده را کاهش می دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهای ۱۰۰ کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال ۲۰۰۳م ۲/۷ و در انگلستان در سال ۱۹۹۸م ۴/۷ درصد تخمین زده شده است.


وقتی لازم است که توان را در طول خطوط بسیار بلند انتقال دهیم، استفاده از جریان مستقیم برای انتقال، به جای جریان متناوب موثرتر ( و بنابراین اقتصادی تر) است. به دلیل اینکه این امر نیازمند هزینه کردن پول بسیار زیادی بر روی مبدل های توان AC/DC است، از این روش تنها در هنگام انتقال مقادیر بسیار زیاد توان در طول خطوط بسیار بلند یا برای موقعیت های خاص، نظیر یک کابل زیر دریا انجام می شود.


همچنین به دلیل طبیعت بارهایی که به شبکه وصل می شوند، توان از بین می رود؛ این تلفات با نام ضریب توان بیان می شود. اگر ضریب توان کم باشد بخش زیادی از توان هدر می رود. شرکت های بهره بردار تلاش شایان توجهی را برای حفظ یک ضریب توان خوب صرف می کنند.


 


خروجی شبکه


پست های برق برای کاهش دادن ولتاژ و تغذیه آن به خطوط برق محلی کم ولتاژ برای توزیع به کاربران تجاری و خانگی، نیز به کار می روند. عموماً الکتریسیته با استفاده از ترانسفورماتورهای واسطه به یک ولتاژ زیر- انتقال (۶۶-۱۳۲ کیلو ولت) تبدیل می شود و سپس به یک ولتاژ متوسط (۱۰ – ۵۰ کیلو ولت) تبدیل شده، و در نهایت، در پست های توزیع، برق به ولتاژ پایین (۲۲۰-۳۳۰ ولت) تبدیل می شود.


تمامی روش تغذیه از خطوط توزیع تا مصرف کننده های کوچک انتهای خط از طریق اتصالات تک فاز یا سه فاز است.


ارتباطات


خطوط انتقال را می توان برای انتقال اطلاعات هم مورد استفاده قرار داد، که حامل خط برق یاPLC خوانده می شود.
نگرانی های سلامتی


برخی گفته اند که زندگی در کنار خطوط ولتاژ بالا برای حیوانات و انسان ها خطرناک است. عده ای نیز ادعا کرده اند که تشعشعات الکترو مغناطیسی ناشی از خطوط برق، منجر به ریسک زیاد ابتلا به انواع معینی از سرطان می شود. برخی مطالعات بیان داشته اند که این ریسک را شناسایی کرده اند در حالی که برخی دیگر این ادعا را رد می کنند. مطالعات انجام شده بر روی افراد زیادی نشان داده است که هیچ رابطه واضحی بین تاثیرات بر روی سلامتی و نزدیکی به خطوط برق وجود ندارد.


اکنون دیدگاه علمی غالب این است که خطوط برق منجر به هیچ گونه افزایشی در ریسک ابتلا به سرطان یا دیگر بیماری های بدنی نمی شوند. برای مباحث دقیق تر راجع به این موضوع، شامل منابع بسیاری از مطالعات دانشمندان، به سوالات و جواب های خطوط برق و سرطان مراجعه کنید. این موضوع تا حدودی در کتاب علم وودو «Voodo»ی ربرت ال پارک بحث شده است.


 


برای اطلاعات بیشتر به کلید واژه های زیر مراجعه کنید



  • HVDC، جریان مستقیم ولتاژ بالا
  • SVC، جبران ساز استاتیک توان راکتیو
  • FACTS، سیستم های انتقال انعطاف پذیر AC
  • تولید گسسته، DG
  • بازار الکتریسیته
  • ارتباطات خطوط برق (PLC)
  • توان الکتریکی سه فاز

 




www.elecom.blogfa.com

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید