پایان نامه بررسی جبران‌کننده‌های توان راکتیو با استفاده از بانک خازنی و جبران کننده های ایستای توان راکتیو ( SVC )

چکیده

در این پایان نامه به بررسی انواع جبران کننده های توان راکتیو از قبیل بانک خازنی ،ماشین های گردان و جبران کننده ایستای توان راکتیو svc پرداخته می شود همچنین مزایای انواع svc ، ساختار ویژگی های آنها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد نمونه هایی از استفاده svc در شبکه قدرت مانند استفاده از خازن سری و روش استفاده از خازن موازی را به کار گرفته می شود در ادامه به بررسی جبران کننده های بانک خازنی و ماشین های گردان و نهایتاً به چگونگی بهبود وضعیت ضریب توان در کارخانجات با استفاده از جبران کننده بانک خازنی پرداخته می شود.

فصل اول

معرفی جبران کننده ایستای توان راکتیو SVC

مقدمه

در عصر حاضر شاهد تحولی عمیق در سیستم‌های انتقال قدرت و همچنین گسترش خطوط انتقال و توزیع در سراسر دنیا می‌باشیم. از علل این امر می‌توان به رشد صنعت، افزایش مصارف غیرصنعتی و عدم امکان تولید انرژی در محل زندگی اشاره کرد.

از طرفی عواملی مانند مسائل زیست‌محیطی، بار سنگین مالی احداث خطوط جدید، مسائل زمین در کشورهائی که دچار کمبود زمین می‌باشند جزو عوامل محدودکننده گسترش خطوط انتقال می‌باشند.

اما با توجه به همه عوامل ذکر شده شاهد گسترش روزافزون خطوط انتقال و پیشرفت فن‌اوری مربوط به آن می‌باشیم. از مشکلات فنی گسترش خطوط انتقال می‌توان، عدم قابلیت اعتماد بالا، بحث پایداری ولتاژ و فرکانس در مکان‌های تغذیه و ... اشاره کرد.

در یک سیستم قدرت ایده‌آل، ولتاژ و فرکانس در هر نقطه تغذیه ثابت و عاری از هارمونیک است. از آنجائی که امپدانس‌های اجزاء قدرت بطور غالب راکتیو می‌باشند، انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژ ابتدا و انتهای خط است. در حالی که برای انتقال توان راکتیو لازم است که اندازه این ولتاژها متفاوت باشد. بنابراین ثابت نگهداشتن فرکانس توسط ایحاد توازن قدرت اکتیو بین منبع تولید و مصرف‌کننده تحقق می‌یابد و کنترل ولتاژ به وسیله نظارت بر میزان توان راکتیو مصرفی توسط بار حاصل می‌شود.

عدم توازن قدرت اکتیو از تأثیر آن بر سرعت یا فرکانس ژنراتور حس می‌شود. در صورت کاهش بار و اضافه بودن تولید ژنراتور، ژنراتور تمایل به افزایش سرعت و فرکانس خود دارد و در صورت افزایش بار و کمبود تولید، سرعت و فرکانس ژنراتور رو به کاهش است. انحراف فرکانس از مقدار نامی آن به عنوان سیگنالی جهت تحریک سیستم کنترل دور ژنراتور انتخاب می‌شود. به این ترتیب با ایجاد توازن قدرت اکتیو بین منبع تولید و مصرف‌کننده، فرکانس سیستم ثابت نگه‌داشته می‌شود.

اما لازمه انتقال توان راکتیو وجود اختلاف در اندازه ولتاژ دو سرخط انتقال می‌باشد. بنابراین مصرف‌کننده‌های توان راکتیو عامل مهمی در ایجاد نوسان در اندازه ولتاژ هستند. به خصوص با سیستم‌های تغذیه با سطح اتصال کوتاه کوچک یا خطوط انتقال طولانی[1] سطح ولتاژ به شدت تحت تأثیر بارهای راکتیو مثل خازن‌ها، راکتورها و ترانسفورماتورهاست. نیروگاه‌ها دارای سیستم کنترل ولتاژ هستند که کاهش ولتاژ را حس کرده و فرمان کنترل لازم برای بالا بردن تحریک ژنراتورها و در نتیجه افزایش ولتاژ ژنراتور تا سطح نامی را صادر می‌کنند. با بالابردن تحریک (در حالت فوق تحریک) قدرت راکتیو توسط ژنراتورها تولید می‌شود. لیکن قدرت راکتیو تولیدی ژنراتور به خاطر مسائل حرارتی سیم‌پیچ‌ها محدود بوده و ژنراتور نمی‌تواند به تنهائی تمام قدرت‌ راکتیو مورد نیاز سیستم را تأمین کند. همچنین در شرایط بروز اضافه ولتاژ، ژنراتورها می‌توانند به صورت زیر تحریک به کار افتاده، مقداری از قدرت راکتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند. لیکن به لحاظ ملاحظات پایداری، قدرت راکتیو مصرفی ژنراتورها نیز محدود بوده و نمی‌توانند به تنها مسئله اضافه تولید قدرت راکتیو و افزیش ولتاژ ناشی از آن را حل کنند.

بنابراین احتیاج به وسیله‌ای داریم که در حالت اول بتواند قدرت راکتیو به شبکه تزریق کند و در حالت دوم قدرت راکتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند.

وسایلی را که برای کنترل توان راکتیو و ولتاژ به کار می‌روند[2] جبران‌کننده می‌نمائیم. همانطوری که ملاحظ شد توازن قدرت راکتیو در سیستم، تضمینی بر ثابت‌بودن ولتاژ و کنترل قدرت راکتیو به منزله کنترل ولتاژ می‌باشد.

امروزه جبران‌کننده‌های توان راکتیو به عنوان یکی از ادوات FACTS[3]  جزء ضروری سیستم‌های قدرت به شمار می‌روند و نقش غیرقابل انکاری در افزایش دینامیک سیستم قدرت، پایداری، حمایت از ولتاژ و افزایش توان قابل انتقال به عهده دارند.

جبران‌کننده‌های توان راکتیو در حالت کلی به دو دسته غیرفعال و فعال تقسیم می‌شوند.

الف) جبران‌کننده‌های توان راکتیو غیرفعال: شامل سلف‌ها و خازن‌های سری و موازی می‌باشد که قادر به تغییرات پیوسته نمی‌باشد و صرف‌نظر از قطع و وصل به مدار، غیرقابل کنترل می‌باشد.

ب) جبران‌کننده‌های توان راکتیو فعال: شامل جبران‌کننده‌های سنکرون و جبران‌کننده‌های ایستای توان راکتیوSVC[4] می‌باشد که قابل کنترل بوده و قادر به تغییرات سریع و پیوسته توان راکتیو استفاده می‌شدند. با پیشرفت تکنولوژی ساخت نیمه‌هادی‌ها، برای جذب و تولید توان راکتیو خازن‌های سوئیچ شونده با تریستور و راکتورهای کنترل شونده با تریستور مورد استفاده قرار گرفت.

SVCاولین بار در سال 1978 در شبکه قدرت مورد استفاده قرار گرفت و مزایای آن باعث شد استفاده از آن سریعاً رو به رشد گذارد.

امروزه در موارد کنترل ولتاژ با کیفیت بالا، SVC به دلیل دارابودن مزیت‌های از قبیل کاهش هزینه کل، قابلیت اطمینان بالا تعمیر و نگهداری ساده‌تر و مناسب بودن مشخصه‌های کاری، جایگزین جبران‌کننده‌های سنکرون گردیده است.

از این رو در ادامه بحث به بررسی SVC به عنوان اصلی‌ترین عنصر جبران‌کننده توان راکتیو در عصر حاضر پرداخته و در انتها سایر جبران‌کننده‌های توان راکتیو را نیز معرفی خواهیم کرد

[1] . Wcak System

[2] Compencator

[3] . Flexible AC Traxsmisson System

[4] . Static Var Campensator