کنترل توان راکتيو بعنوان يک عامل حائز اهميت در طراحي و بهره‌برداري از سيستم‌هاي قدرت از ديرباز مورد توجه بوده است و امروزه اولا” به دليل فشار روزافزون در جهت بهره‌برداري با حداکثر راندمان و با قابليت اطمينان بالا و ثانيا” بخاطر توسعه انواع جديدي از جبران کننده‌هاي توان راکتيو با قابليت‌هاي برتر، از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است . پيشرفت الکترونيک قدرت ابزار قدرتمندي را در اختيار صنعت انتقال و توزيع انرژي الکتريکي قرار داده است . يکي از عمده‌ترين آنها که اخيرا” بطور گسترده مورد استفاده قرار مي‌گيرد، جبران کننده‌هاي توان راکتيو کنترل شده توسط تريستورها (SVC) مي‌باشد اين وسايل بطور موفقيت‌آميزي در جبران توان راکتيو در حالت ماندگار و گذراي شبکه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. کنترل و پايداري از مهمترين مسائلي هستند که بايد در شبکه‌هاي قدرت امروزي از ديد يک سيستم ديناميکي مورد مطالعه و تحقيق قرار گيرند. براساس نتايج آن توسعه آينده شبکه طراحي شده و شبکه موجود نيز بهبود يابد، اختلالاتي که در سيستم‌هاي قدرت اتفاق مي‌افتد باعث ايجاد نوساناتي در سيستم مي‌گردد که مي‌تواند پايداري ديناميکي سيستم را بخطر اندازد، يکي از عواملي که پايداري شبکه‌هاي قدرت را تهديد مي‌نمايد نوسانات فرکانس پائين در شبکه‌هاي بهم پيوسته مي‌باشد، لذا ميراي اين نوسانات يک امر ضروري براي اطمينان از عملکرد پايدار سيستم‌هاي قدرت مي‌باشد. يکي از وسائل مدرن و موثري که در سالهاي اخير جهت بهبود پايداري ديناميکي و گذراي سيستم‌هاي قدرت استفاده مي‌گردد جبران کننده‌ها استاتيک توان راکتيو مي‌باشد که با استفاده از اين جبران کننده‌ها و با اتخاذ استراتژيهاي کنترلر مناسب و حلقه‌هاي فيدبک مي‌توان بطور موثر ميراي نوسانات فرکانس پائين را بهبود بخشيد. اولين مرحله در بکارگيري اين وسايل در يک شبکه بزرگ مشخص نمودن موثرترين مکان نصب اين تجهيزات مي‌باشد تا بيشترين استفاده از قابليت‌هاي آن در شبکه بعمل آيد. زيرا عليرغم قابليت‌هاي زياد SVC در صورت نصب آن در مکاني نامناسب ، مستقل از سيستم کنترل و ابعاد جبران کننده هيچ تاثيري بر پايداري شبکه نمي‌گذارد لذا تعيين مکان بهينه نصب SVC با استفاده از روش صحيح و مناسب لازم و ضروري مي‌باشد.
در اين راستا روشهاي مختلف جايابي SVC و محدوديتهاي آنها بررسي گرديده و روش شتاب نسبي ژنراتورها که محدوديتهاي اين روشها را ندارد، انتخاب گرديد و يک برنامه کامپيوتري براساس آن تنظيم شده است . براساس اين روش ميزان شتاب نسبي روتور ژنراتورها در ارتباط با شينه‌اي که SVC به آن نصب مي‌گردد، معياري جهت جايابي جبران کننده‌هاي استاتيک توان راکتيو مي‌باشد. به عبارت ديگر محلهايي که با نصب SVC در آنها، بيشترين تاثير را روي نوسانات زواياي روتور ژنراتورها داشته باشند، بعنوان مکان بهينه نصب SVC به منظور بهبود پايداري ديناميکي و افزايش ميراي نوسانات الکترومکانيکي مي‌باشد (زيرا عامل اصلي ايجاد نوسانات فرکانس پائين در شبکه نوسان زاويه روتور ژنراتورها مي‌باشد که براي حفظ پايداري شبکه لازم است اين نوسانات سريعا” ميرا شوند). در اين روش براي محاسبات ديناميکي از مدل کلاسيک شبکه استفاده گرديده و علت انتخاب اين مدل سادگي، قابل فهم بودن نتايج و کفايت دقت اين مدل مي‌باشد. زيرا شاخص ارزيابي پايداري ديناميکي، ميزان ميراي مدهاي نوساني مي‌باشد که در اين مدل منظور گرديده است ودر نهايت اين روش روي شبکه‌هاي نمونه تست شده و نتايج آن در حوزه زمان شبيه‌سازي و بررسي گرديده 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 20 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 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 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 100 کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 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 (66-132 کیلو ولت) تبدیل می شود و سپس به یک ولتاژ متوسط (10 – 50 کیلو ولت) تبدیل شده، و در نهایت، در پست های توزیع، برق به ولتاژ پایین (220-330 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 اين راستا روشهاي مختلف جايابي SVC و محدوديتهاي آنها بررسي گرديده و روش شتاب نسبي ژنراتورها که محدوديتهاي اين روشها را ندارد، انتخاب گرديد و يک برنامه کامپيوتري براساس آن تنظيم شده است . براساس اين روش ميزان شتاب نسبي روتور ژنراتورها در ارتباط با شينه‌اي که SVC به آن نصب مي‌گردد، معياري جهت جايابي جبران کننده‌هاي استاتيک توان راکتيو مي‌باشد. به عبارت ديگر محلهايي که با نصب SVC در آنها، بيشترين تاثير را روي نوسانات زواياي روتور ژنراتورها داشته باشند، بعنوان مکان بهينه نصب SVC به منظور بهبود پايداري ديناميکي و افزايش ميراي نوسانات الکترومکانيکي مي‌باشد (زيرا عامل اصلي ايجاد نوسانات فرکانس پائين در شبکه نوسان زاويه روتور ژنراتورها مي‌باشد که براي حفظ پايداري شبکه لازم است اين نوسانات سريعا” ميرا شوند). در اين روش براي محاسبات ديناميکي از مدل کلاسيک شبکه استفاده گرديده و علت انتخاب اين مدل سادگي، قابل فهم بودن نتايج و کفايت دقت اين مدل مي‌باشد. زيرا شاخص ارزيابي پايداري ديناميکي، ميزان ميراي مدهاي نوساني مي‌باشد که در اين مدل منظور گرديده است ودر نهايت اين روش روي شبکه‌هاي نمونه تست شده و نتايج آن در حوزه زمان شبيه‌سازي و بررسي گرديده 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 20 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 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 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 100 کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 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 (66-132 کیلو ولت) تبدیل می شود و سپس به یک ولتاژ متوسط (10 – 50 کیلو ولت) تبدیل شده، و در نهایت، در پست های توزیع، برق به ولتاژ پایین (220-330 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