مباحث تخصصی مهندسی برق - کنترل ابزاردقیق

مزایاي سيستم HVDC LIGHT

- امکان تغذیه شبکه‌های جریان متناوب مجزا از شبکه اصلی

مناطق زیادی مثل شهرهای کوچک ومعادن وجود دارند که دور از شبکه اصلی‌هستند،دو روش متداول برای برق‌رسانی به این مناطق عبارتند از :

-         ایجاد یک انتقال شعاعی جریان متناوب از شبکه اصلی به محل‌های مذکور

-         تولید انرژی الکتریکی با استفاده از توربین‌های گازی و دیزل ژنراتور‌ها در همان محل‌ها .

توان مورد نیاز این مناطق دوردست معمولا پایین است و اگر این توان کمتر از 150 مگاوات باشد. استفاده از خط انتقال شعاعی جریان متناوب به دلیل نیاز به افزایش سطح ولتاژ برای کاهش افت ولتاژ تلفات اقتصادی نخواهد بود . 

www.poursalehi55eng.ir

آشنایی با HVDC LIGHT

سیستم‌های انتقال DC نسبی معمولا برای انتقال مقادیر زیادی از توان الکتریکی در فواصل طولانی بکار می‌رود ولی با استفاده از سیستم‌های جدید می‌توان‌تواني در محدوده یک تا صد مگاوات را در فواصل کوتاه منتقل کرد.

امکان انتقال مقادیر کم‌توان الکتریکی موجب شده تا این سیستم‌ها،سیستم انتقال DC سبک يا به اختصار HVDC LIGHT  نامیده شوند .

www.poursalehi55eng.ir 

ساختار و وظایف UPQC

UPQC از دو مبدل ولتاژ(VSC)سری و موازی تشکیل شده است.قسمت سری توسط یک خازن به قسمت موازی لینک می‌شود.قسمت سری با سه ترانسفورماتورتکفاز به شبکه‌توزیع وصل‌می شود در حالیکه در اتصال قسمت موازی از یک ترانسفورماتور سه فاز استفاده می گردد. برای حذف نوسانات کلید زنی از یک فیلتر پسیو درجه اول یا دوم در سر مبدل ها استفاده می‌شود.وظایف پایه‌ای قسمت موازی‌UPQC جهت بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان در باس توزیع اولیه ویا ثانویه:

1-    بهسازی نامتعادلی و هارمونیک های جریان بار

2-   جبرانسازی توان راکینو بار و تصحیح ضریب قدرت

3-   تغذیه مقدار انرژی مورد نیاز قسمت سری UPQC و تنظیم ولتاژ باس DC

www.poursalehi55eng.ir  

آشنایی با UPQC 

با گسترش سریع کاربردهای گوناگون بارهای غیرخطی و حساس در شبکه‌های توزیع مسئله کیفیت توان روز‌به‌روز از اهمیت بیشتری برخوردار می‌شود.این بارها با کشیدن جریان غیر سینوسی از شبکه باعث کاهش کیفیت توان در شبکه‌های توزیع می شوند از طرفی اعوجاج‌های ولتاژ و هارمونیک‌های ولتاژ در سیستم تفاوت بسیار جدی‌اند و اکثر بارهای حساس،جهت عملکرد مناسب به منابع ولتاژ سینوسی نیاز دارند.با توجه به این موضوع استفاده از بهسازهای کیفیت توان ضروری به نظر می رسد تجهیزات پیشرفته‌ای برای بهسازی کیفیت توان در شبکه‌های توزیع پیشنهاد شده‌اند.این تجهیزات با عنوان تجهیزات custom power مطرح‌اند که به سه گروه تقسیم می شوند:

 1- ادوات قطع و وصل کلید های الکترونیک قدرت

2- ادوات کنترل پذیر گسسته 

3- ادوات کنترل پذیر پیوسته 

www.poursalehi55eng.ir

     مقایسه سیستم SMES با دیگر ذخیره کننده های انرژی

تاکنون به غیر از SMES ها،UPS های گوناگونی با استفاده از باتری،خازن،چرخ‌گردان ودیگرفن‌آوریهای ذخیره‌سازی انرژی ساخته شده است.هرکدام از این‌فن‌آوریها از نظرویژگیهایی مانند میزان انرژی قابل ذخیره بازده سیکل شارژ و شارژ سیستم،تاثیرات محیطی،قابلیت اطمینان،سادگی استفاده و سرعت آماده بکار شدن ، امکان استفاده درشبکه به عنوان بار راکتیو، يا تثبیت کننده فرکانس و پایدار کننده شبکه و تعدیل منحنی پیک‌بار و مدت زمانی که می‌توانند قسمت اعظمی از انرژی را در خود نگه دارند،با یکدیگر متفاوتند.

بعضی درتعداد مراتب شارژ و دشارژ،بعضی درسادگی وراحتی استفاده وبعضی درقیمت بر بقیه ارجحیت دارند. مسلم است که در سطوح انتقال توان مساله میزان توان قابل ذخیره که معمولا در حد چندمگاوات است در درجه اهمیت بیشتری قرار دارد.خوشبختانه سیستم SMES دارای تمام خصوصیات مذکور بوده و به‌راحتی می‌تواند درهنگام وقوع خطا میزان انرژی زیادی را در اختیار شبکه قرار دهد، درحالیکه سیستم‌های چرخ‌گردان وباتریها فاقد این خصوصیت‌اند. 

www.poursalehi55eng.ir

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.

www.poursalehi55eng.ir

مولد سنكرون استاتيكي (SSG) :

يك كنورتور استاتيكي خود تغيير براي كليدزني توان،كه از يك منبع مناسب انرژي الكتريكي تغذيه مي‌شود و براي توليد مجموعه‌اي از ولتاژهاي خروجي قابل تنظيم به كار مي رود و مي‌تواند براي تبادل توان‌هاي حقيقي و راكتيوي كه مستقلاً قابل كنترل هستند،با يك سيستم قدرت AC جفت شود. روشن است كه SSG  تركيبي از STATCOM و هر منبع انرژي،براي تامين يا جذب توان است.

www.poursalehi55eng.ir

جبران‌كننده سنكرون استاتيكي (STAT COM) :

يك مولد سنكرون استاتيكي كه به عنوان جبران‌ساز توان راكتيو موازي،كار مي كند و جريان خازني يا القايي خروجي آن را مي توان مستقل از ولتاژ AC سيستم كنترل كرد.STATCOM يكي از كنترل كننده‌هاي كليدي FACTS است. مبناي آن مي تواند بر كنورتور منبع ولتاژي يا منبع جرياني باشد.در كنورتورهاي منبع ولتاژي،ولتاژ AC خروجي،طوري كنترل مي‌شود كه درست براي انتقال جريان راكتيو مورد نياز كفايت نمايد. براي هر ولتاژ شينهAC،ولتاژ خازن DC بصورت خودكار به اندازه مورد نياز،جهت عمل كردن به عنوان منبع ولتاژ كنورتور،تنظيم مي‌شود. مي‌توان STATCOM را به صورتي طراحي كرد كه به عنوان يك فيلتر فعال،هارمونيك‌هاي سيستم را نيز جذب نمايد.

www.poursalehi55eng.ir

1- مقدار بار مجاز ترانسفورماتورهای 30 MVA بر اساس دستور العمل ثابت بهره برداری پست های فوق توزیع چه مقدار می باشد ؟ 1- حداکثر 26 مگا ولت آمپر بدون محدودیت زمانی و با توجه به درجه حرارت ترانسفورماتور 2- 28 مگا ولت آمپر برای مدت حداکثر 12 ساعت با توجه به درجه حرارت مجاز ترانسفورماتور 3- 30 مگا ولت آمپر برای مدت 2 ساعت با توجه به درجه حرارت مجاز ترانسفورماتور .

2-  حدود وظایف عملیاتی اپراتور پست های فوق توزیع را شرح دهید ؟ هر گونه مانور معمولی در شبکه را طبق دستور مرکز کنترل دیسپاچینگ فوق توزیع و یا دیسپاچینگهای نواحی بنا به مورد و مطابق شرح وظایف خود انجام می دهند .

3- عوامل قطعی ناشی از عملکرد رله را نام ببرید ؟  1- عیب یا خرابی تجهیزات 2- شرایط نامساعد جوی 3- عوامل خارج از شبکه یا قطعیهای خارج از کنترل 4- شاخه درختان 5- عملکرد رله های حفاظتی و عیوب گذرا و نوسانات شدید شبکه 6- خطای نیروی انسانی 7- نامعلوم .

4-  برای اطمینان از قطع شدن یک بریکر فشار قوی چه مواردی را باید مورد توجه قرار داد ؟ 1- وضعیت قطع بریکر مربوطه هم از اطاق فرمان و هم از محوطه مطابقت داشته باشد 2- میترهای جریان و قدرت مربوطه باید مقدار صفر را نشان دهد 3- نشانگر حالت قطع و وصل روی کلید اور لیکن نیز باید حالت قطع را نشان دهد 4- در صورت عدم وجود شرایط فوق لازم است اپراتور مراتب را به صورت اعلام عیب به مراکز ذیربط اطلاع دهد .

5-  آیا می توان ترانسفورماتور را از طرف فشار ضعیف تحت تانسیون قرار داد ؟ ترانسفورماتور کلا قابل برقدار شدن از ترمینال های طرف طرف فشار قوی و ضعیف خود می باشد .

6-  در صورت عملکرد رله بوخهلتس به چه ترتیب باید عمل کرد ؟ اگر رله بوخهلتس به همراه یونیت پروتکشن عمل نماید مراتب باید به اطلاع مرکز کنترل برسد .

7-  نحوه برقدار کردن ترانسفورماتور 63/20 KV پس از پایان کار سرویس و تعمیرات در پست های فوق توزیع نوع فیدر ترانس به ترتیب چگونه است ؟ 1- برگشت دادن اجازه کار توسط اکیپ تعمیرات به اپراتور یا مسئول مانور 2- اعلام مراتب توسط اپراتور یا مسئول مانور به مرکز دیسپاچینگ فوق توزیع مربوطه 3- برداشتن زمین از سر کابل 20 کیلو ولت ترانسفورماتور در پست مقصد 4- برداشتن زمین از سر کابل 63 کیلو ولت در پست مبدا 5- جا زدن دپار یا بستن سکسیونرهای طرفین دیژنکتور در پست مبدا 6- جا زدن فیدرهای خازن و ترانسفورماتور 7- وصل دیژنکتور 63 کیلو ولت در پست مبدا 8- وصل فیدر 20 کیلو ولت ترانسفورماتور در صورت برقدار بودن سرکابل 20 کیلو ولت ترانسفورماتور 9- باز کردن فیدر 20 کیلو ولت ارتباط در صورت نیاز 10- در مدار قرار دادن خازن ها در صورت نیاز .

8-  در صورت دریافت آلارم درجه حرارت سیم پیچ ها چه باید کرد ؟ سریعا مبادرت به قرائت دقیق بار و درجه حرارت و اطلاع به مرکز کنترل نموده ضمنا وضعیت فن های ترانسفورماتور را نیز باید در نظر داشته و آماده پاسخگویی به مرکز کنترل باشد .

9- منظور از علامت YY0 و YND11 در روی یک ترانسفورماتور چیست ؟ منظور از علامت YY0 یعنی اتصال سیم پیچهای اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به صورت ستاره بوده و اختلاف فاز اولیه و ثانویه صفر درجه می باشد و نیز منظور از علامت YND11 این است که اولیه این ترانسفورماتور قدرت با اتصال ستاره زمین شده و ثانویه اش مثلث می باشد به علاوه هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه دارای اختلاف فاز 30*10=330 درجه می باشد .

10-  شماره بریکری 6112 می باشد این شماره به چه مفهومی می باشد ؟ رقم اول 6 نشان دهنده ولتاژ 63 کیلو ولت است -  رقم دوم و سوم 11 نشان دهنده خط یا کابل است -  رقم چهارم 2 نشان دهنده ( علامت اختصاری ) بریکر است .  

www.poursalehi55eng.ir

جبران‌كننده سنكرون استاتيكي (STAT COM) 

يك مولد سنكرون استاتيكي كه به عنوان جبران‌ساز توان راكتيو موازي،كار مي كند و جريان خازني يا القايي خروجي آن را مي توان مستقل از ولتاژ AC سيستم كنترل كرد.STATCOM يكي از كنترل كننده‌هاي كليدي FACTS است. مبناي آن مي تواند بر كنورتور منبع ولتاژي يا منبع جرياني باشد.در كنورتورهاي منبع ولتاژي،ولتاژ AC خروجي،طوري كنترل مي‌شود كه درست براي انتقال جريان راكتيو مورد نياز كفايت نمايد. براي هر ولتاژ شينهAC،ولتاژ خازن DC بصورت خودكار به اندازه مورد نياز،جهت عمل كردن به عنوان منبع ولتاژ كنورتور،تنظيم مي‌شود. مي‌توان STATCOM را به صورتي طراحي كرد كه به عنوان يك فيلتر فعال،هارمونيك‌هاي سيستم را نيز جذب نمايد.

www.poursalehi55eng.ir

جابجاگر فاز

با این ایده که در یک سیستم سه فاز،ولتاژ خط دو فاز با ولتاژ فازی فاز سوم به اندازه 90 درجه اختلاف‌فاز دارد می‌توان استفاده کرد و با ترکیب موازی- سری ترانسفورماتورها ولتاژی را بصورت سری به خط تزریق کرد تا ولتاژ حاصل،اختلاف فازی با ولتاژ قبلی داشته باشد.بدین طریق می‌توان زاویه ولتاژ خط انتقال را تغییر داد.نمونه از این ترکیب مقدار دامنه ولتاژ تزریقی توسط تپ چنجره های ترانسفورماتور کنترل خواهد شد.

کلیدهای مکانیکی دارای مشخصات سرعت کم،احتیاج به سرویس و بازبینی مرتب و عمر کوتاه بخاطر وجود قطعات متحرک می‌باشد.به همین دلیل عملکرد این ادوات فقط منحصر در حالت مانا و حوزه کاربردی محدود خواهد بود.علاوه براین،استفاده از خازن سری موجب بروز نوسانات زیر سنکرون خواهد شد که مسئله‌ساز خواهد بود.

با پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی‌ها و افزایش قابل توجه ظرفیت نامی جریان و ولتاژ کلیدهای نیمه هادی (تریستورها) فکر استفاده از آنها در سیستم های قدرت قوت گرفت.بر این اساس راه حل‌های جدیدی برای استفاده بهتر از سیستم قدرت پیشنهاد شد که همان مفهوم شبکه انتقال انعطاف پذیر FACTS می باشد.

بنابراین مفهوم FACTS تداعی کننده ادوات کنترل شونده با تریستور می باشد.عنصر مهم بازیگر در این مفهوم مشخصه جالبی است که از ترکیب یک کلید تریستوری و یک راکتور بوجود می آید.

www.poursalehi55eng.ir

محدودیت پایداری

با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم ،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.  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 .

www.poursalehi55eng.ir

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.

www.poursalehi55eng.ir