مباحث تخصصی مهندسی برق - کنترل ابزاردقیق

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 :

1-     اندازه فازور ولتاژ تزریقی

2-    زاویه فاز ولتاژ تزریقی

3-   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. 

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 نتیجه‌سیستمDC سبک‌دربعضی‌ازموارد قتصادی‌ترین راه ممکن است.

-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

کاربرد سیستم HVDC LIGHT

-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.

-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 سنکرون 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.

- 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. 

جبرانگر سنکرون استاتیکی (STATCOM)

اگر از SVc فقط برای جبران موازی توان راکتیو استفاده شود (مانند یک جبرانگر استاتیکی معمولی) می‌توان منبع انرژی DC را  با یک خازن DC نسبتاً کوچک جایگزین کرد (ظرفیت خازن به ریپل جریان ورودی که توسط مبدل کشیده می شود بستگی دارد) در این صورت در حالت ماندگار تبادل توان بین svcو سیستم AC  فقط راکتیو خواهد بود.

هنگامی که SVC برای تولید توان راکتیو بکار می‌رود مبدل می‌تواند خازن را در سطح ولتاژ مورد نیاز شارژ نگه‌دارد.اگر ولتاژهای خروجی مبدل نسبت به ولتاژهای سیستم پس فاز باشد(با زاویه کوچک)این کار انجام می‌گیرد.

در این مدت مبدل کمی توان اکتیو از سیستم AC جذب می کند که این توان صرف نگهداشتن ولتاژ خازن در مقدار لازم و جبران تلفات درونی مبدل می گردد. به همین صورت می توان ولتاژ خازن را افزایش و یا کاهش داده و بدینوسیله دامنه ولتاژ خروجی مبدل را تغییر داده و بدینوسیله جذب و تولید توان راکتیو را کنترل کرد. خازن علاوه بر اعمال فوق الذکر، وظیفه ایجاد تعادل انرژی بین ورودی و خروجی را در خلال تغییرات دینامیکی توان راکتیو خروجی به عهده دارد.

SVC که به صورت جبرانگر راکتیو موازی عمل می کند، دارای رفتار شبیه جبرانگر سنکرون چرخان ایده‌آل است و به همین دلیل این ترکیب جبرانگر سنکرون استاتیکی نامیده می شود. (در متون قدیمی‌تر از عبارت جبرانگبر سنکرون استاتیکی پیشرفته یا ASVC استفاده شده است) مشخصه STATCOM بر مشخص‌های SVC برتری دارد.

- 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 200 تا 500 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 اینورتر12پالسه را که تامین کننده توان AC مورد نیاز بار است تغذیه می کند.