آشنایی با ادوات FACTS

آشنایی با ادوات FACTS

افزایش بار تحمیلی به شبكه‌های انتقال و افزایش مصرف، لزوم تولید بیشتر انرژی الكتریكی را ایجاب می‌كند، ولی بدست آوردن حریم‌های جدید برای خطوط انتقال بسیار مشكل می‌باشد. و این مسائل باعث می‌شود كه شركت‌های تولید و انتقال كننده برق سعی كنند كه از حداكثر ظرفیت خطوط انتقال خود استفاده كنند، فناوری جدید FACTS این قابلیت را برای شركت‌ها ایجاد و علاوه بر آن قابلیت اطمینان شبكه‌ها را نیز بالا می‌برد، در این پست ابتدا به شناسایی ادوات و تجهیزات FACTS پرداخته شده و سپس جبرانسازی توان رآكتیو برای افزایش بهینه ظرفت خطوط انتقال مورد بررسی قرار گرفته‌اند. مولدهای توان راكتیو و مثالهایی از كاربرد ادوات فکتس در جهان و ایران از بخشهای دیگر این پست می‌باشند.

فناوری FACTS

در سالهای اخیر، بار تحمیلی به شبكه‌های انتقال افزایش یافته است و این افزایش هم چنان به دلیل ازدیاد تعداد مولدهای منفرد و جدا از شركت‌های برق و همچنین افزایش رقابت میان خود شركت‌ها، ادامه خواهد یافت. به این امر باید این مسئله را نیز افزودكه به دست آوردن حریم‌های جدید برای عبور خطوط انتقال نیرو بسیار مشكل شده است. افزایش بار انتقالی، نبود طراحی بلند مدت، و نیاز به دسترسی آزادانه شركت‌ها و مشتركین به موسسات تولید كننده، همه با هم موجب پدیدار شدن تمایلاتی در جهت ایمنی كمتر و كیفیت پایین‌تر تولید و تأمین نیرو شده ‌اند. فناوری FACTS، با قادر كردن شركت‌ها به بهره‌گیری حداكثر از امكانات انتقال خود و با افزایش قابلیت اطمینان شبكه، از عوامل اساسی در برطرف نمودن پاره‌ای از ـ نه تمامی ـ این مشكلات می‌باشد.
هر چند، باید تاكید كرد كه در بسیاری از ضرورت‌های افزایش ظرفیت شبكه، احداث خطوط جدید، با افزایش ظرفیت جریان و ولتاژ خطوط موجود در یك كریدور، ضرورت دارد.
فناوری FACTS یك كنترل كننده منفرد و پرتوان نیست، بلكه مجموعه‌ای از كنترل كنندهاست، كه هر یك می‌تواند به تنهایی یا با هماهنگی دیگر كنترل كننده‌ها یك یا چند پارامتر ذكر شده را در سیستم كنترل نماید. یك كنترل كننده FACTS كه به طرز مناسبی انتخاب شده باشد، می‌تواند محدودیت‌های خاصی یك خط مشخص یا یك كریدور را برطرف نماید. از آن جا كه كنترل كننده‌های FACTS كاربردهایی از یك فناوری پایه را عرضه می‌كنند، تولید آن‌ها در نهایت می‌تواند از مزیت فناوریهای مبنا بهره ببرد. همان گونه كه ترانزیستور جزء پایه برای طیف وسیعی از تراشه‌های میكروالكترونیكی و مدارات است، تریستور یا ترانزیستور قدرت بالا نیز جزء اصلی برای مجموعه‌ای از كنترل كننده‌های الكترونیكی قدرت بالا است.
برخی از كنترل كننده‌های الكترونیك قدرت، كه اینك در زمره مفاهیم FACTS در آمده‌اند مربوط به زمانی هستند كه مفهوم FACTS توسط آقای هینگورانیـ به جامعه صنعتی معرفی شد. شاخص‌ترین آنها جبران كننده استاتیكی توان راكتیو در حالت اتصال موازی (svc) می‌باشد، كه برای كنترل ولتاژ اولین بار در نبراسكا به نمایش درآمد و به وسیله كمپانی GE در 1974 و به وسیله كمپانی وستینگهاوس در مینه سوتا در 1975 به صورت تجاری عرضه شد. اولین كنترل كننده سری، NGH-SSR با حالت میراكننده توسط هینگورانی، ساخته شد. این كنترل كننده شامل ابزار كنترل امپدانس به صورت خازن سری كم توان بود و در سال 1984 توسط زیمنس در كالیفرنیا به نمایش درآمد. این وسیله نشان داد كه با یك كنترل كننده فعال هیچ حدی برای جبران سازی توسط خازن سری وجود ندارد. حتی قبل از SVC ها، دو نوع راكتور قابل اشباع استاتیك برای محدود كردن اضافه ولتا‍ژها جود داشتند و نیز برق گیرهای قدرتمند اكسید فلزی فاقد فاصله هوایی نیز برای محدود كردن اضافه ولتاژهای گذرا به كار می‌رفتند. تحقیقاتی هم بر روی تپ چنجرهای الكترونیكی و جابه‌جا كننده‌های فاز انجام شده است. با همه این‌ها، وی‍ژگی منحصر به فرد فناوری FACTS آن است كه مفاهیم این چتر گسترده، موقعیت‌های فراوان بالقوه‌ای را برای فناوری الكترونیك قدرت به وجود آورده، به طوری كه ارزش سیستم‌های قدرت افزایش یافته، و با استفاده از آن انبوهی از نظریات پیشرفته و جدید ارائه و به واقعیت تبدیل شده است.

انواع اصلی كنترل كننده‌های FACTS

به طور كلی، كنترل كننده‌های FACTS را می‌توان به چهار دسته تقسیم كرد:
كنترل كننده‌های سری
كنترل كننده‌های موازی(شنت)
كنترل‌كننده‌های تركیبی سری ـ سری
كنترل كننده‌های تركیبی سری ـ موازی
شكل 1ـ الف نماد عمومی برای یك كنترل كننده FACTS را نشان می‌دهد كه به صورت یك پیكان، تریستور در داخل یك جعبه است.

كنترل كننده‌های سری

‍[شكل 1ـ1- ب] كنترل كننده سری می‌تواند یك امپدانس متغیر باشد، مثل خازن، راكتور، و غیره…، یا یك منبع متغیر فركانس اصلی یا زیر سنكرون و فركانس‌های هارمونیكی مبنی بر الكترونیك قدرت باشد، (یا تركیبی از آن‌ها) كه نیاز مورد نظر را برآورده نماید. در اصل همه كنترل كننده‌های سری ولتاژ را به صورت سری به خط تزریق می‌كنند. حتی یك امپدانس متغیر ضرب در جریان داخل آن، نماینده یك ولتاژ سری است كه در خط تزریق شده است. تا زمانی كه ولتاژ بر جریان خط عمود است، كنترل كننده سری فقط مقادیری توان راكتیو تأمین یا مصرف می‌كند. هر اختلاف فاز دیگری، جابه‌جایی توان واقعی را نیز درگیر خواهد نمود.

در ادامه بخوانید  کاربرد توپ های خطوط انتقال

كنترل كننده‌های موازی

‍[شكل 1ـ1- ج] مثل حالت كنترل كننده های سری، كنترل كننده موازی می‌تواند امپدانس متغیر، منبع متغیر یا تركیبی از آن‌ها باشد. در اصل همه كنترل كننده‌های موازی در نقطه اتصال خود جریان به سیستم تزریق می‌كنند. حتی یك امپدانس متغیر كه به ولتاژ خط متصل شده باشد موجب سیلان جریان متغیری شده و لذا نماینده تزریق جریان به داخل خط است تا زمانی كه جریان تزریق شده و ولتاژ خط عمود باشند، كنترل كننده موازی فقط مقادیری توان راكتیو تأمین یا مصرف می‌كند. هر اختلاف فاز دیگری، جابه‌جایی توان واقعی را نیز درگیر خواهد كرد.

كنترل كننده تركیبی سری ـ سری

[شكل 1ـ1- د] این وسیله می‌تواند تركیبی از كنترل كننده‌های سری جداگانه باشد كه در چند خط انتقال یك سیستم نصب شده و به صورت هماهنگ شده كنترل می‌شوند. یا می‌تواند یك كنترل كننده یكپارچه شده باشد (شكل 1ـ1 د) كه در آن، كنترل كننده‌های سری، جبران سازی رآكتیو سری را به طور مستقل برای هر خط انجام می‌دهند، اما توان واقعی را نیز از طریق رابط توان بین خطوط منتقل می‌نمایند. قابلیت انتقال توان در كنترل كننده یكپارچه سری ـ سری كه به آن كنترل كننده سیلان توان بین خطی می‌گویند، تعادل سیلان انتقال را به حداكثر می‌رساند. توجه نمایید كه اصطلاح «

نعطاف پذیری انتقال نیرو

یكپارچه شده» در این جا به این معنی است كه ترمینال‌های dc در كنورترهای همه كنترل كننده‌ها، همه به یكدیگر متصل شده‌اند تا توان واقعی را منتقل نمایند.

كنترل كننده تركیبی سری ـ موازی

[شكل1 ـ1-هـ و 1-1- و‍] این وسیله می‌تواند تركیبی از كنترل كننده‌های سری و موازی جداگانه باشدكه به صورت هماهنگ شده كنترل می‌شوند، یا یك كنترل كننده یكپارچه شده سیلان توان با اجزاء سری و موازی. در اصل كنترل كننده‌های تركیب شده سری و موازی، جریان را با بخش موازی كنترل كننده و ولتاژ سری شده با خط را در بخش سری و موازی، جریان را با بخش سری كنترل كننده، به سیستم تزریق می‌كنند. هرگاه كنترل كننده‌های سری و موازی یكپارچه شوند، تبادل توان واقعی می‌تواند بین كنترل كننده‌های سری و موازی از طریق خط رابط توان انجام شود.

Description: 1-1

شكل1-1: انواع اصلی كنترل كننده‌های FACTS (الف) نماد عمومی برای كنترل كننده FACTS، (ب) كنترل كننده سری، (ج) كنترل كننده موازی، (د) كنترل كننده یكپارچه سری (هـ) كنترل كننده هماهنگ شده سری و موازی، (و) كنترل كننده یكپارچه سری و موازی، (ز) كنترل كننده یكپارچه برای خطوط متعدد (ح) كنترل كننده سری با ذخیره ساز، (ط) كنترل كننده موازی با ذخیره ساز، (ی) یكپارچه سری و موازی با ذخیره ساز.

واقعیت این است كه كسانی كه با FACTS سر و كار پیدا می‌كنند، بایستی به تعداد انبوهی از نام‌های مخفف عادت كنند. نام‌های مخفف بسیاری در حال حاضر وجود دارند و در آینده نیز توسط تولید كنندگان برای محصول خاص‌شان، و نیز توسط مؤلفین مقالات برای كنترل كننده‌های جدید یا مدل تغییر یافته‌ای از یك كنترل كننده موجود ساخته خواهد شد. گروه كاری FACTS در كمیته كاری جامعه مهندسین قدرت(PES)، وابسته به انجمن مهندسین برق و الكترونیك (آمریكا)IEEE، اصطلاحات و تعاریف مربوط به FACTS و كنترل كننده‌های FACTS را تعریف نموده است. در كنار شرح مختصری از كنترل كننده‌های FACTS، اصطلاحات و تعاریف مناسب IEEE نیز به صورت حروف خوابیده، به عنوان مرجع، در این مقاله ارائه شده است. به طور كلی این مقاله اصطلاحات و تعاریف IEEE را مورد استفاده قرار خواهد داد.

انعطاف پذیری انتقال نیرو

توانایی سیستم انتقال الكتریكی در همساز شدن با تغییرات یا شرایط كاری در حالی كه حاشیه كافی برای حالت ماندگار و گذرا وجود داشته باشد.

Description: شكل 2_ بخش1

شكل1-2 ـ كنترل كننده‌های موازی بسته شده: (الف) جبران كننده سنكرون استاتیكی (STATCOM) مبتنی بر كنورترهای منبع ولتاژی و منبع جریانی؛ (ب) STATCOM با ذخیره ساز، یعنی سیستم ذخیره انرژی باطری (BESS)، ذخیره سازی انرژی مغناطیس ابر رسانا و خازن dc بزرگ؛ (ج) جبران كننده توان راكتیو استاتیكی(svc)، مولد توان راكتیو استاتیكی (SVG)، سیستم توان راكتیو استاتیكی (SVS) راكتور قابل كنترل با تریستور (TCR)، خازن قابل كلید زنی با تریستور(TSC)، وراكتور قابل كلید زنی با تریستور(TSR)؛ (د) ترمز مقاومتی با كنترل تریستوری.

سیستم انعطاف‌پذیر انتقال (FACTS(AC

سیستم‌های انتقال نیروی جریان متناوب، با تركیب كنترل كننده‌های مبتنی بر الكترونیك قدرت و كنترل كننده‌های استاتیكی دیگر برای افزایش قابلیت كنترل و افزایش قابلیت انتقال توان.

كنترل كننده FACTS

یك سیستم مبتنی بر الكترونیك قدرت و دیگر تجهیزات استاتیكی كه كنترل یك یا چند پارامتر سیستم انتقال ac را میسر می‌سازد.

كنترل كنندهای موازی

جبران كننده سنكرون استاتیكی (STATCOM)

یك مولد سنكرون استاتیكی كه به عنوان جبران ساز توان راكتیو موازی، كار می‌كند و جریان خازنی یا القایی خروجی آن را می‌توان مستقل از ولتاژ ‌ac سیستم كنترل كرد.

STATCOM یكی از كنترل كننده‌‌های كلیدی FACTS است. مبنای آن می‌تواند بر كنورتر منبع ولتاژی جریانی باشد. شكل 1-2- الف یك دیاگرام تك خطی STATCOM را بر اساس كنورتر منبع ولتاژی و نیز كنورترهای منبع ولتاژی و نیز كنورتر منبع جریانی نشان می‌دهد. همان طور كه قبلاً اشاره شد، از لحاظ هزینه كلی، به نظر می‌رسد كه كنورترهای منبع ولتاژی برتری داشته و در آینده مبنای عرضه اغلب كنترل كننده‌های FACTS مبتنی بر كنورتر خواهند بود.

در كنورترهای منبع ولتاژی، ولتاژ ac خروجی، طوری كنترل می‌شود كه درست برای سیلان جریان راكتیو مورد نیاز كفایت نماید. برای هر ولتاژ شینه ac، ولتاژ خازن dc به صورت خودكار به انداره مورد نیاز، جهت عمل كردن به عنوان منبع ولتاژ كنورتر، تنظیم می‌شود. می‌توان STATCOM را به صورتی طراحی كرد كه به عنوان یك فیلتر فعال، هارمونیك‌های سیستم را نیز جذب نماید.

STATCOM به صورتی كه توسط IEEE در بالا تعریف شده، یك زیر مجموعه از گستره كنترل كننده‌های موازی است كه قابلیت در اختیار داشتن یك منبع توان اكتیو یا ذخیره را در طرف dc، به صورتی كه جریان تزریق شده بتواند شامل آكتیو باشد، دارا است. چنین كنترل كننده‌ای به صورت زیر تعریف می‌شود.

مولد سنكرون استاتیكی (SSG)

یك كنورتر استاتیكی خود تغییر برای كلید زنی توان، كه از یك منبع مناسب انرژی الكتریكی تغذیه می‌شود و برای تولید مجموعه‌ای از ولتاژهای خروجی قابل تنظیم به كار می‌رود و می‌تواند برای تبادل توان‌های حقیقی و راكتیوی كه مستقلاً قابل كنترل هستند، با یك سیستم قدرت ac جفت شود.

روشن است كه SSG (مولد سنكرون استاتیكی) تركیبی از STATCOM و هر منبع انرژی، برای تأمین یا جذب توان است. اصطلاح SSG، نامی عمومی برای در بر گرفتن هر منبع انرژی از جمله باطری، چرخ طیار، مغناطیس ابر رسانا، خازن ذخیره ‌dc بزرگ، یك متناوب ساز/ یكسو ساز دیگر و غیره، می‌باشد. معمولاً یك واسطه الكترونیكی كه به عنوان برش‌گرشناخته می‌شود، بین منبع انرژی و كنوتور مورد نیاز است. در كنوتور نوع منبع ولتاژی، منبع انرژی در خدمت تأمین متناسب بار خازن از طریق واسطه الكترونیكی است و ولتاژ مورد نیاز خازن را حفظ می‌كند.

در محدوده تعریف SSG، سیستم ذخیره انرژی باطری هم وجود دارد كه تعریف آن توسط IEEE به شرح زیر است:

سیستم ذخیره انرژی باطری (BESS)

یك سیستم ذخیره انرژی با پایه شیمیایی، با استفاده از كنورترهای منبع ولتاژی موازی شده، كه قادر به تنظیم سریع مقدار توان جذب شده یا تأمین شده برای یك سیستم ‌ac را دارد.

شكل 1-2 ب یك دیاگرام تك خطی ساده را نشان می‌دهد كه در آن واسط ذخیره سازی به STATCOM متصل شده است. برای كاربردهای انتقال، واحد ذخیره سازی نوع BESS تمایل به كوچك‌تر شدن دارد (در حدود چند ده مگاوات ساعت)، و اگر توان كوتاه مدت كنورتر به اندازه كافی بزرگ باشد، می‌تواند مگاوات هایی با نسبت mw/mwh ( مگاوت بر مگاوات ساعت) بالاتری برای حالت پایداری گذرا تأمین نماید. در ضمن، كنورتر می‌تواند به طور همزمان، توان رآكتیوی در محدوده ظرفیت مگاولت آمپری خود را تحویل یا جذب نماید. زمانی كه كنورتر به تأمین توان آكتیو برای سیستم مشغول نیست، به منظور شارژ باطری با یك سرعت قابل قبول، به كار می‌رود.

زیر مجموعه دیگری از SSG كه برای كاربردهای انتقال مناسب است، ذخیره سازی انرژی مغناطیسی ابر رسانا (SMES) می‌باشد كه تعریف آن توسط IEEE به شرح زیر است:

ذخیره ساز انرژی مغناطیسی ابر رسانا (SMES): یك دستگاه ذخیره انرژی الكترومغناطیسی به صورت ابر رساناكه شامل كنوتورهای الكترونیكی است و توان حقیقی/موهومی جذب می كند یا سیلان توان را در سیستم ‌ac به صورت دینامیكی كنترل می‌كند.

از آنجا كه جریان dc در مغناطیس، به سرعت تغییر نمی كند، توان ورودی یا خروجی مغناطیس، با كنترل ولتاژ در طول مغناطیس، با استفاده از واسطه الكترونیكی مناسبی جهت اتصال به STATCOM، تغییر می كند.

جبران ساز توان راكتیو استاتیكی (svc): یك مولد با جذب كننده استاتیكی توان راكتیو كه به صورت موازی متصل شده و خروجی آن برای مبادله جریان خازنی یا القایی تنظیم می‌شود، به طوری كه پارامترهای مشخصی در سیستم قدرت (نوعاً ولتاژ شینه) را حفظ یا كنترل نماید.

این عبارت اصطلاحی عمومی برای یك راكتور قابل كلید زنی با تریستور یا قابل كنترل با تریستور و یا خازن (یا تركیب خازن و راكتور) قابل كلید زنی با تریستور است (شكل 1-2 ج) عملكرد SVC بر مبنای تریستورهای فاقد قابلیت قطع دریچه است، و شامل تجهیزات جداگانه ای برای تقدم و تأخر فاز توان راكتیو است. این تجهیزات عبارتند از راكتور: با قابلیت كلید زنی یا كنترل تریستوری برای جذب توان راكتیو، و خازن: با قابلیت تریستوری برای تأمین بار راكتیو. برخی SVC را گزینه ارزان قیمت‌تر نسبت به STATCOM می دانند، هر چند اگر ملاك مقایسه بر اساس عملكرد مورد نیاز باشد، و نه فقط مقدار MVA، وضعیت به این صورت نخواهد بود.

راكتور قابل كنترل با تریستور (TCR)

یك القاگر قابل كنترل با تریستور كه به صورت موازی بسته شده رآكتانس مؤثر آن، با كنترل هدایت جزیی دریچه تریستور، به صورت پیوسته تغییر می‌كند.

TCR زیر مجموعه ای از SVC است كه در آن زمان هدایت و به این ترتیب جریان در یك راكتور موازی با یك كلید ac مبتنی بر تریستور كه زاویه آتش آن قابل كنترل است، كنترل می‌شود(شكل1-2 ج)

راكتور قابل كلید زنی با تریستور(TSR)

یك القاگر قابل كلید زنی با تریستور كه به صورت موازی بسته شده و مقدار راكتانس مؤثر آن، با عملكرد دریچه تریستور در حالت‌های هدایت صفر یا كامل، به صورت پله‌ای تغییر می‌كند.

TSR (شكل 1-2ـ ج) یك زیر مجموعه دیگر از svc است. TSR از چندین القاگر تشكیل شده است كه به صورت موازی بسته شده‌اند، و با كلیدهای تریستوری فاقد كنترل زاویه آتش به مدار وارد یا از آن خارج می شوند تا پله‌های تغییرات مورد نیاز در توان راكتیو اخذ شده از سیستم به دست آید. استفاده از كلیدهای تریستوری فاقد كنترل زاویه آتش منجر به هزینه تلفات كمتر می‌شود، اما كنترل به صورت پیوسته نمی‌باشد.

خازن قابل كلید زنی با تریستور(TSC)

یك خازن قابل كلید زنی با تریستور كه به صورت موازی بسته شده و راكتانس مؤثر آن با عملكرد دریچه تریستور در حالت‌های هدایت صفر یا كامل، به صورت پله‌ای تغییر می‌كند.

TSC (شكل 1-2ـ ج) هم یك زیر مجموعه SVC است، كه در آن كلیدهای ac مبتنی بر تریستور (بدون كنترل زاویه آتش) برای وارد كردن و خارج كردن واحدهای خازن موازی به كار می‌روند تا پله‌های تغییرات مورد نیاز در توان راكتیو تحویل شده به سیستم به دست آید. بر خلاف راكتورهای موازی، خازن‌های موازی را نمی‌توان با كنترل زاویه آتش متغیر، به صورت پیوسته كلید زنی كرد.

مولد با جذب كننده توان راكتیو (SVG)

یك دستگاه یا سیستم الكتریكی ـ استاتیكی كه قادر به كشیدن جریان القایی و یا خازنی كنترل شده از سیستم قدرت الكتریكی است و به این ترتیب توان راكتیو تولید یا جذب می‌كند. این دستگاه عموماً متشكل از راكتورهای قابل كنترل با تریستور و یا خازن‌های قابل كلید زنی با تریستور كه به صورت موازی متصل شده‌اند، می باشد.

SVG، با همه گستردگی تعریف IEEE، به سادگی یك منبع راكتیو (var) است كه با كنترل‌های مناسب می‌تواند به هر نوع جبران ساز موازی توان رآكتیو مشخص یا چند منظوره، تبدیل شود. لذا هم SVC و هم STATCOM مولد‌های استاتیكی توان رآكتیو محسوب می‌شوند كه مجهز به حلقه‌های كنترل برای تغییر var خروجی هستند، تا اهداف مشخص جبران سازی تأمین گردد.

سیستم توان رآكتیو (var) استاتیكی (SVS)

تركیبی از جبران سازهای توان رآكتیو با كلید زنی‌های مختلف استاتیكی و مكانیكی،كه خروجی آن‌ها با یكدیگر هماهنگ شده است.

ترمز مقاومتی با كنترل تریستوری(TCBR)

یك مقاومت كلید زنی با تریستور كه به صورت موازی بسته شده، و به منظور كمك به متعادل كردن یك سیستم قدرت یا حداقل كردن شتاب گیری توان ژنراتور در زمان اخلال، كنترل می‌شود

TCBR عبارت است از كلید زنی سیكل به سیكل یك مقاومت (معمولاً یك مقاومت خطی) به وسیله یك كلید ac مبتنی بر تریستور كه دارای كنترل زاویه آتش است (شكل 1-2ـ د). برای هزینه كمتر، TCBR را می‌توان با تریستور كلید زنی كرد؛ یعنی بدون كنترل زاویه آتش. به هر حال با كنترلش كه می‌تواند به صورت نیم سیكل به نیم سیكل باشد، می توان به صورت انتخابی نوسانات كم فركانس را میرا نمود.

كنترل كننده‌های متصل شده به صورت سری

جبران ساز سنكرون استاتیكی به صورت سری (SSSC)

یك مولد سنكرون استاتیكی كه بدون منبع انرژی الكتریكی خارجی، به عنوان جبران ساز سری كار می‌كند و ولتاژ خروجی آن هم دارای 90 درجه اختلاف فاز با جریان خط بوده و هم قابل كنترل به طور مستقل از جریان خط است و به منظور افزایش یا كاهش كل افت ولتاژ رآكتیو در طول خط و در نتیجه كنترل توان الكتریكی انتقال یافته، به كار می‌رود. Sssc می‌تواند شامل ذخیره انرژی در حد مقدار گذرا یا وسایل جذب كننده انرژی باشد تا عملكرد دینامیكی سیستم قدرت را با جبران سازی توان حقیقی اضافی به صورت موقت افزایش دهد و كل افت ولتاژ حقیقی (افت ولتاژ مقاومتی) را در طول خط به صورت لحظه‌ای افزایش یا كاهش دهد.

SSSC یكی از مهمترین كنترل كننده‌های FACTS است. مشابه STATCOM است؛ با این تفاوت كه ولتاژ ac خروجی به صورت سری با خط است. می‌تواند بر پایه كنوتور منبع ولتاژی (شكل 1-3- الف) یا كنورتر منبع جریانی باشد. معمولاً ولتاژ تزریق شده به صورت سری، در مقایسه با ولتاژ خط بسیار كوچك است، و عایق بندی فاز به زمین كاملاً زیاد است. با عایق بندی مناسب بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتور، تجهیزات كنورتر در پتانسیل زمین قرار می گیرند، مگر این‌كه كل تجهیزات كنورتر بر روی سكویی كه كاملاً از زمین عایق شده باشد، قرار گیرد. نسبت سیم پیچ ترانسفورماتور، متناسب با اقتصادی ترین طراحی كنورتر، انتخاب می‌شود. بدون منبع انرژی اضافی، SSSC فقط می‌تواند ولتاژ متغیری را كه 90 درجه با جریان تقدم و تأخر فاز دارد، به خط تزریق كند. اولیه ترانسفورماتور و لذا ثانویه آن به همراه كنورتر بایستی جریان كامل خط را به همراه جریان خطا عبور دهند، مگر این كه كنوتور در جریان خطاهای سنگین خط به طور موقت میان‌بر زده شود.

كنترل كننده سیلان توان میان خط(IPFC)

IPFC كنترل كننده جدیدی است كه در همین اواخر معرفی شده است، لذا IEEE هنوز تعریفی برای آن ارائه نكرده است. یك تعریف احتمالی عبارت خواهد بود از: تركیبی از دو یا چند جبران ساز سنكرون استاتیكی سری كه با واسطه یك رابط dc با هم جفت شده‌اند تا سیلان یكسویه توان حقیقی را بین ترمینالهای SSSC‌ها تهسیل كنند؛ و كنترل آن‌ها به منظور جبران سازی مستقل توان رآكتیو است تا سیلان توان حقیقی در هر خط، تنظیم شده و توزیع مطلوب سیلان توان رآكتیو در میان خطوط حفظ شود. ساختار IPFC هم می‌تواند شامل یك STATCOM باشد كه با رابط dc مشترك IPFC‌ها جفت شده. تا جبران سازی توان رآكتیو موازی را انجام دهد و كمبود كل توان حقیقی مجموعه SSSC‌ها را تأمین یا جذب نماید.

Description: 3-1

شكل 1-3 ـ (الف) جبران كننده سنكرون سری استاتیكی(SSSC)؛ (ب) SSSC با ذخیره ساز، (ج) خازن سری قابل كنترل با تریستور(TCSC) و خازن سری قابل كلید زنی با تریستور (TSSC)؛ (د) رآكتور سری قابل كنترل با تریستور (TCSR) و رآكتور قابل كلید زنی با تریستور (TSSR).

خازن سری با كنترل تریستوری(TCSC)

یك جبران ساز رآكتانس خازنی، كه شامل یك بانك خازن سری است و با یك رآكتور كنترل شونده با تریستور موازی شده تا رآكتانس خازنی سری با تغییرات یكنواخت فراهم آید.

TCSC (شكل 1-3ـ ج) ، بر مبنای تریستورهایی بدون قابلیت قطع دریچه است.و به عنوان جایگزینی برای SSSC قبلی محسوب می‌شود و مثل یك SSSC از ادوات مهم كنترل كننده FACTS است. یك رآكتور متغیر مثل یك رآكتور قابل كنترل با تریستور (TCR) به دو طرف یك خازن سری متصل می‌شود. زمانی كه زاویه آتش TCR، 180 درجه است، رآكتور غیر هادی می‌شود و خازن سری امپدانس عادی خود را دارد. با شروع كاهش زاویه آتش از 180 درجه به كمتر از 180 درجه، امپدانس خازنی افزایش می‌یابد. در طرف دیگر، هنگامی كه زاویه آتش TCR90 درجه است، رآكتور به طور كامل هادی می‌شود و امپدانس كلی حالت القایی پیدا می‌كند؛ زیرا امپدانس رآكتور طوری طراحی شده است كه بسیار كمتر از امپدانس خازن سری باشد. در زاویه آتش 90 درجه TCSC به محدود ساختن جریان خطا كمك می‌كند. TSCS می‌تواند یك واحد منفرد بزرگ باشد، و یا از چندین خازن كوچكتر هم اندازه یا متفاوت جهت رسیدن به عملكرد بهتر تشكیل شده باشد.

در ادامه بخوانید  نیروگاه آبی چیست؟

خازن سری قابل كلید زنی با تریستور(TSSC)

یك جبران ساز رآكتانس خازنی كه شامل یك بانك خازن سری است و با یك رآكتور قابل كلید زنی با تریستور موازی شده تا كنترل مرحله‌ای برای رآكتانس خازن سری فراهم آید.

به جای كنترل مداوم امپدانس خازنی، روش كلید زنی القاگرها در زوایای آتش 90 یا 180 درجه اما بدون كنترل زاویه آتش، میتواند هزینه و تلفات كنترل كننده را (شكل 1-3 ـ ج) كاهش دهد و تخصیص یكی از واحدها به كنترل تریستوری، در حالی كه سایر واحدها با تریستور كلید زنی می‌شوند روش معقولی خواهد بود.

رآكتور با كنترل تریستوری (TCSR)

یك جبران ساز رآكتانس القایی كه شامل یك رآكتور سری است و با یك رآكتور كنترل شونده با تریستور موازی شده تار راكتانس القایی سری با تغییرات یكنواخت فراهم آید.

هنگامی كه زاویه آتش در رآكتور با كنترل تریستوری، 180 درجه است قابلیت هدایت آن متوقف می‌شود، و رآكتور كنترل نشده به عنوان محدود كننده جریان خطا عمل كند(1-3- د). با كاهش زاویه به كمتر از 180 درجه، مقدار خالص ظرفیت القایی(اندوكتانس) كاهش می‌یابد تا زاویه آتش به 90 درجه برسد، جایی كه مقدار خالص ظرفیت القایی حاصل تركیب موازی دو رآكتور است همانندTCSC,TCSR نیز می‌تواند یك واحد منفرد بزرگ و یا چندین واحد كوچكتر سری باشد.

رآكتور سری قابل كلید زنی با تریستور(TSSR)

یك جبران ساز رآكتانس القایی كه از موازی شدن یك رآكتور سری با رآكتور قابل كنترل و كلید زنی با تریستور تشكیل شده، تا كنترل مرحله‌ای رآكتانس القایی سری فراهم آید.

این وسیله مكملTCSR است، اما با كلیدهای تریستوری به طور كامل باز یا بسته‌ای (بدون كنترل زاویه آتش) كه جهت دست یافتن به تركیبی مرحله‌ای از اندوكتانس سری به كار می‌روند(شكل 1-3ـ د).

كنترل كننده‌های تركیبی موازی و سری

كنترل كننده یكپارچه سیلان توان(UPFC): تركیبی از جبران ساز سنكرون استاتیكی(STATCOM) و جبران ساز سری استاتیكی (SSSC) كه از طریق یك رابط dc به هم جفت شده‌اند، تا اجازه سیلان دو سویه توان حقیقی را بین ترمینالهای خروجی سری SSSC و ترمینال‌های خروجی موازی STATCOM بدهند؛ و كنترل آن‌ها به منظور جبران سازی سری هم زمان توان حقیقی و رآكتیو خط، بدون منبع خارجی انرژی الكتریكی، صورت می‌گیرد. UPFC، با تزریق ولتاژ سری بدون محدودیت زاویه، قادر به كنترل هم زمان یا انتخابی ولتاژ خط انتقال، امپدانس، زاویه، و یا به طور جایگزین كنترل سیلان توان حقیقی و رآكتیو در خط می‌باشد. هم چنینUPFC می‌تواند جبران سازی توان رآكتیو را به صورت موازی با قابلیت كنترل مستقل فراهم نماید.

در UPFC (شكل 1-4ـ ب)، كه تركیبی از STATCOMو یك SSSC است، توان آكتیو برای واحد سری (SSSC) از طریق STATCOM موازی كسب می‌شود؛ واحد اخیر با كنترل توان رآكتیو خط، برای كنترل ولتاژ خط نیز به كار می‌رود. این یك كنترل كننده كامل برای كنترل توان آكتیو و رآكتیو در خط و نیز كنترل ولتاژ خط است.

ذخیره اضافی مثل مغناطیس ابر رسانا كه از طریق یك واسطه الكترونیكی به رابط dc متصل می‌شود، باعث فراهم شدن امكان توسعه بیشتر كارایی UPFC خواهد شد. همانطور كه قبلاً اشاره شد، تبادل كنترل شده توان حقیقی با یك منبع خارجی، مثل یك منبع ذخیره، به مراتب در كنترل دینامیك سیستم مؤثرتر از تغییر و تنظیم انتقال توان در داخل سیستم است.

ترانسفورماتور تغییر دهنده فاز با كنترل تریستوری(TCPST)

یك ترانسفورماتور جابه‌جا كننده فاز كه با كلیدهای تریستوری تنظیم می‌شود تا امكان سریع تغییر زاویه فاز را فراهم كند.

به طور كلی، تغییر فاز با افزودن یك بردار عمودی ولتاژ، به صورت سری با یك فاز به دست می‌آید. این بردار بوسیله ترانسفورماتورهای موازی بسته شده از دو فاز دیگر حاصل می‌شود(شكل 1-4- الف) ولتاژ سری عمودی با تركیب بندهای مختلف الكترونیك قدرت، به صورت متغیر در می‌آید. تصوری از یك مدار كه بتواند ولتاژ را معكوس نماید، می‌تواند تغییر فاز را در هر جهتی انجام دهد. این كنترل كننده را به نام تنظیم كننده زاویه فاز قابل كنترل با تریستور(TCPAR) هم می‌نامند.

Description: 4-1

شكل1-4 (الف) ترانسفورماتور جابه‌جا كننده فاز قابل كنترل با تریستور (TCPST) با تنظیم كننده زاویه فاز قابل كنترل با تریستور(TCPR)؛ (ب) كنترل كننده یكپارچه سیلان توان (UPFC).

كنترل كننده میان فاز توان(IPC)

یك كنترل كننده توان آكتیو و رآكتیو كه به صورت سری متصل شده و در هر فاز شامل شاخه‌های القایی و خازنی است كه هر كدام در معرض ولتاژهایی قرار دارند كه به صورت جداگانه تغییر فاز داده شده‌اند. با استفاده از كلیدهای مكانیكی یا الكترونیكی، توان آكتیو و رآكتیو را می‌توان به صورت مستقل و با تنظیم جابه‌جایی فاز و / یا امپدانس شاخه، تنظیم كردو در حالت خاص كه امپدانس خازنی و القایی یك جفت توأم را تشكیل می‌دهند، هر ترمینال IPC یك منبع جریان تأثیر پذیر است كه بستگی به ولتاژ ترمینال دیگر دارد.

این یك مفهوم گسترده از كنترل كننده‌های سری است، كه می‌تواند برای كنترل روی توان آكتیو و رآكتیو طراحی شود.

كنترل كننده‌های دیگر

محدود كننده ولتاژ با كنترل تریستوری(TCVL): یك واریستور اكسید فلزی(MOV) كه به منظور محدود سازی ولتاژ روی ترمینالهای آن در زمان شرایط گذرا استفاده می‌شود.

كلید تریستوری را می‌توان به صورت سری با یك برق‌گیر بدون رخنه قرار داد؛ یا (همان طور كه در شكل 1-5- الف نشان داده شده) بخشی از (حدود 10 تا 20 درصد) برق‌گیر بدون رخنه را می‌توان با كلید تریستوری میان بر كرد تا سطح محدود كنندگی ولتاژ، به صورت دینامیكی كاهش یابد. به طور كلی، MOV بایستی به طرز چمشگیری قدرتمندتر از برق گیر بدون رخنه باشد، تا TCVL بتواند اضافه ولتاژهای دینامیكی را كه در صورت سركوب نشدن می توانند تا چند ده سیكل طول بكشند، موقوف كند.

تنظیم كننده ولتاژ با كنترل تریستوری(TCVR): یك ترانسفورماتور قابل كنترل با تریستور كه می‌تواند ولتاژ هم فاز متغیر، با كنترل مداوم را تأمین نماید.

در ادامه بخوانید  نیروگاه هسته ای چیست

بنابر دلایل علمی، این وسیله می‌تواند یك ترانسفورماتور معمولی با تپ چنجر قابل كنترل با تریستور (شكل 1-5- ب) باشد، یا ترانسفورماتوری معمولی با یك كنورتر (Converter) ولتاژac به ac كه قابل كنترل با تریستور ست و برای تزریق ولتاژ ac از هم فاز به صورت سری به همان خط استفاده می‌شود (شكل 1-5-ج). چنین كنترل كننده نسبتاً كم قیمتی می‌تواند برای كنترل سیلان توان رآكتیو بین دو سیستم ac بسیار مؤثر باشد.

Description: 5-1

شكل 1-5- انواع كنترل كننده‌های دیگر: (الف) محدود كننده ولتاژ قابل كنترل با تریستور(TCVL)؛ (ب) تنظیم كننده ولتاژ قابل كنترل با تریستور (TCVR) مبتنی بر تغییر تپ؛ (ج) تنظیم كننده ولتاژ قابل كنترل با تریستور (TCVR) مبتنی بر تزریق ولتاژ.

لیست منافع محتمل از فناوری فکتس

این كنترل كننده‌ها، مالكین شبكه‌های انتقال را قادر می‌كنند تا بر حسب مورد، یك یا چند مزیت از مزایای زیر را به دست آوردند:

  1. كنترل سیلان توان بر حسب سفارش

  2. استفاده از كنترل سیلان توان می‌تواند ناشی از تعهد قراردادی، برآورده كردن نیاز خود شركت برق، حصول اطمینان از سیلان مقدار بهینه توان، راهبری سیستم در شرایط اضطراری یا تركیبی از این‌ها باشد.

  3. افزایش قابلیت بارگیری خطوط تا حد حرارتی آن‌ها، شامل حد كوتاه مدت و فصلی؛ این امر می‌تواند با غلبه بر محدودیت های دیگر به انجام رسد و تقسیم توان در میان خطوط بر اساس قابلیت‌های آن‌ها صورت گیرد. توجه به این نكته اهمیت دارد كه قابلیت حرارتی یك خط بسته به شرایط محیطی و تاریخچه بارگیری خط حاشیه تغییرات گسترده‌ای دارد.

  4. افزایش ایمنی سیستم از طریق افزایش حد پایداری گذرا، محدود كردن جریان اتصال كوتاه و اضافه بارها، مدیریت كردن خاموشی‌های مكرر و میرا كردن نوسانات الكترومكانیكی در سیستم قدرت و ماشین‌ها.

  5. تأمین خطوط ارتباط امن با شركت‌ها و مناطق هم جوار و از این طریق كاهش ظرفیت رزرو تولید برای هر دو طرف.

  6. ایجاد انعطاف بیشتر در جایابی نیروگاه‌های جدید.

  7. ارتقاء ظرفیت خطوط

  8. كاهش سیلان توان رآكتیو و فراهم كردن امكان برای انتقال بیشر توان آكتیو توسط خطوط

  9. كاهش سیلانات حلقوی

افزیش بهره‌گیری از كمترین هزینه تولید. یكی از اساسی ترین دلایل برای انتقال به هم پیوسته، بهره‌گیری از كمترین هزینه تولید است. هنگامی كه چنین امری محقق نشود، به معنای آن است كه ظرفیت انتقال نیروی مقرون به صرفه به اندازه كافی وجود ندارد. لذا افزایش ظرفیت مقرون به صرفه اقتصادی، اجازه استفاده بیشتر از تولید با كمترین هزینه را خواهد دارد.

 

منابع

[1] Static VAR compensator، کتاب Practical Power Distribution for Industry، نویسنده Jan De Kock, Cobus Strauss

[2] کتاب Active and Reactive power in FACTS، نویسنده D.R.Kai strunz

[3] کتاب (Power flow controller UPFC)، نویسنده mark ndubuka NWOHU، دانشگاه federal university

[4] مفاهيم FACTS و شبكه‌هاي انتقال نيروي انعطاف پذير، شركت توزيع برق تهران بزرگ

 

 

راستي! براي دريافت مطالب جديد در کانال تلگرام PowerEn عضو شويد.

تلگرام

 

آشنایی با ادوات FACTS
5 (100%) 2 votes
گرایش مورد علاقه ام ماشین های الکتریکی، بخصوص شار محورها هست - عاشق کار با نرم افزار مکسول هستم - به زودی ایده خودم رو که نیروگاه خانگی هست راه اندازی می کنم و تموم موفقیت های داشته و نداشتم رو مدیون کسی هستم که بدون هیچ چشم داشتی کنارم موند. و واقعا خوشحال می شم بتونم کمکتون کنم. دانشجوی کارشناسی ارشد برق-قدرت (ماشین های الکتریکی و الکترونیک قدرت) - دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

دیدگاه بگذارید

4 دیدگاه در "آشنایی با ادوات FACTS"

avatar
  اطلاع رسانی با ایمیل  
جدیدترین قدیمی ترین محبوب ترین
اطلاع از
اسحق
کاربر

با سلام
میخاستم در مورد gate-controlled series capacitor نظر شمارو بدونم و به راهنمایی تون احتیاج دارم،ممنونم

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
علی رضا
کاربر

سلام مهندس، خسته نباشید. می خواستم بپرسم می تونید این مطالبی رو که در این صفحه گذاشتید در قالب یک فایل پی دی اف در اختیارمون بذارید؟
بعد اینکه اگه ممکنه یک مرجع انگلیسی عالی برای ادوات فکتس معرفی کنید.
با تشکر.

گرایش رشته تحصیلی
قدرت

نظرت در مورد یه همراه همیشگی چیه!؟

 

 برای شروع این همراهی کافیه فقط ایمیلت رو ثبت کنی - همین

عالی بود حالا از سایت لذت ببر