فایل نقش توان راكتيو در شبكه هاي انتقال و فوق توزيع

چكيده:

در اين پروژه در مورد نقش توان راكتيو در شبكه هاي انتقال و فوق توزيع بحث شده است و شامل 5 فصل
مي باشد كه در فصل اول در مورد جبران بار و بارهايي كه به جبران سازي نياز دارند و اهداف جبران بار و جبران كننده هاي اكتيو و پاسيو و از انواع اصلي جبران كننده ها و جبران كننده هاي استاتيك بحث شده است و در فصل دوم در مورد وسايل توليد قدرت راكتيو بحث گرديده و درمورد خازنها و ساختمان آنها و آزمايش هاي انجام شده روي آنها بحث گرديده است و در فصل سوم در مورد خازنهاي سري و كاربرد آنها در مدارهاي فوق توزيع و ظرفيت نامي آنها اشاره شده است و در فصل چهارم در مورد جبران كننده هاي دوار شامل ژنراتورها و كندانسورها و موتورهاي سنكرون صحبت شده است و در فصل پنجم ترجمه متن انگليسي كه از سايتهاي اينترنتي در مورد خازنهاي سري مي باشد كه در مورد UPFC مي باشد.

مقدمه

توان راكتيو يكي از مهمترين عواملي است كه در طراحي و بهره برداري از سيستم هاي قدرت AC منظور مي گردد علاوه بر بارها اغلب عناصر يك شبكه مصرف كننده توان راكتيو هستند بنابراين بايد توان راكتيو در بعضي نقاط سيستم توليد و سپس به محل‌هاي موردنياز منتقل شود.

در فرمول شماره (1-1) ملاحظه مي گردد

قدرت راكتيو انتقالي يك خط انتقال به اختلاف ولتاژ ابتدا و انتها خط بستگي دارد همچنين با افزايش دامنه ولتاژ شين ابتدائي قدرت راكتيو جدا شده از شين افزايش مي‌يابد و در فرمول شماره (2-1) مشاهده مي گردد كه قدرت راكتيو توليد شده توسط ژنراتور به تحريك آن بستگي داشته و با تغيير نيروي محركه ژنراتور مي توان ميزان قدرت راكتيو توليدي و يا مصرفي آن را تنظيم نمود در يك سيستم به هم پيوسته نيز با انجام پخش بار در وضعيت هاي مختلف مي‌توان ديد كه تزريق قدرت راكتيو با يك شين ولتاژ همه شين ها را بالا مي برد و بيش از همه روي ولتاژ همه شين تأثير مي گذارد. ليكن تأثير زيادي بر زاويه ولتاژ شين ها و فركانس سيستم ندارد بنابراين قدرت راكتيو و ولتاژ در يك كانال كنترل مي شود كه آنرا كانال QV قدرت راكتيو- ولتاژ يا مگادار- ولتاژ مي گويند در عمل تمام تجهيزات يك سيستم قدرت براي ولتاژ مشخص ولتاژ نامي طراحي مي شوند اگر ولتاژ از مقدار نامي خود منحرف شود ممكن است باعث صدمه رساندن به تجهيزات سيستم يا كاهش عمر آنها گردد براي مثال گشتاور يك موتور القايئ يك موتور با توان دوم و ولتاژ ترمينالهاي آن متناسب است و يا شارنوري كه لامپ مستقيماً با ولتاژ آن تغيير مي نمايد بنابراين تثبيت ولتاژ نقاط سيستم از لحاظ اقتصادي عملي نمي باشد از طرف ديگر كنترل ولتاژ در حد كنترل فركانس ضرورت نداشته و در بسياري از سيستم ها خطاي ولتاژ در محدوده 5% تنظيم مي شود. توان راكتيو مصرفي بارها در ساعات مختلف در حال تغيير است لذا ولتاژ و توان راكتيو بايد دائماً كنترل شوند در ساعات پربار بارها قدرت راكتيو بيشتري مصرف مي كنند و نياز به توليد قدرت راكتيو زيادي در شبكه مي باشد اگر قدرت راكتيو موردنياز تأمين نشود اجباراً ولتاژ نقاط مختلف كاهش يافته و ممكن است از محدوده مجاز خارج شود. نيروگاه هاي داراي سيستم كنترل ولتاژ هستند كه كاهش ولتاژ را حس كرده فرمان كنترل لازم را براي بالا بردن تحريك ژنراتور و درنتيجه افزايش ولتاژ ژنراتور تا سطح ولتاژ نامي صادر مي كند با بالا بردن تحريك (حالت كار فوق تحريك) قدرت راكتيو توسط ژنراتورها توليد مي شود ليكن قدرت راكتيو توليدي ژنراتورها به خاطر مسائل حرارتي سيم پيچ ها محدود بوده و ژنراتورها به تنهايي نمي تواند در ساعات پربار تمام قدرت راكتيو موردنياز سيستم را تأمين كنند بنابراين در اين ساعات به وسايل نياز است كه بتواند در اين ساعات قدرت راكتيو اضافي سيستم را مصرف نمايند نياز مي باشد. وسائلي را كه براي كنترل توان راكتيو و ولتاژ بكار مي روند «جبران كننده» مي ناميم.

همانطوري كه ملاحظه مي شود توازن قدرت راكتيو در سيستم تضميني بر ثابت بودن ولتاژ و كنترل قدرت راكتيو به منزله كنترل ولتاژ مي باشد.

به طور كلي كنترل قدرت راكتيو ولتاژ از سه روش اصلي زير انجام مي گيرد.

1- با تزريق قدرت راكتيو سيستم توسط جبران كننده هائي كه به صورت موازي متصل مي شوند مانند خازن- راكتيو كندانسور كردن و جبران كننده هاي استاتيك

2- با جابجا كردن قدرت راكتيو در سيستم توسط ترانسفورماتورهاي متغير ازقبيل پي و تقويت كننده ها

3- از طريق كم كردن راكتانس القائي خطوط انتقال با نصب خازن سري

خازنها و راكتورهاي نشت و خازنهاي سري جبرانسازي غير فعال را فراهم مي آورند اين وسايل با به طور دائم به سيستم انتقال و توزيع وصل مي شوند يا كليد زني مي شوند كه با تغيير دادن مشخصه هاي شبكه به كنترل ولتاژ شبكه كمك مي كنند.

كندانسورهاي سنكرون و SVC ها جبرانسازي فعال را تأمين مي كنند توان راكتيو توليد شده يا جذب شده به وسيله آنها به طور خودكار تنظيم مي شود به گونه اي كه ولتاژ شينهاي متصل با آنها حفظ شود به همراه واحدهاي توليد اين وسايل ولتاژ را در نقاط مشخصي از سيستم تثبيت مي كنند ولتاژ در محلهائي ديگر سيستم باتوجه به توانهاي انتقالي حقيقي و راكتيو از عناصر گوناگون دارد ازجمله وسايل جبرانسازي غيرفعال تعيين مي شود.

خطوط هوائي بسته به جريان بار توان راكتيو را جذب يا تغذيه مي كنند در بارهاي كمتر از بار طبيعي (امپدانس ضربه اي) خطوط توان راكتيو خالص توليد مي كنند و در بارهاي بيشتر از بار طبيعي خطوط توان راكتيو جذب مي نمايند كابلهاي زيرزميني به علت ظرفيت بالاي خازني، داراي بارهاي طبيعت بالا هستند اين كابلها هميشه زير بار طبيعي خود بارگذاري مي شوند و بنابراين در تمام حالتهاي كاري توان راكتيو جذب مي كنند ترانسفورمرها بي توجه به بارگذاري هميشه توان راكتيو جذب مي كنند در بي باري تأثير راكتانس مغناطيس كننده شنت غالب است و در بار كامل تأثير اندوكتانس نشتي سري اثر غالب را دارد بارها معمولاً توان راكتيو جذب مي كنند يك شين نوعي بار كه از يك سيستم قدرت تغذيه مي شود از تعداد زيادي وسايل تشكيل شده كه بسته به روز فصل و وضع آب و هوايي تركيب وسايل متغير است معمولاً مصرف كننده هاي صنعتي علاوه بر توان حقيقي به دليل توان راكتيو نيز بايد هزينه بپردازند اين موضوع آنها را به اصلاح ضريب توان با استفاده از خازنها شنت ترغيب مي كند معمولاً جهت تغذيه يا جذب توان راكتيو و در نتيجه كنترل تعادل توان راكتيو به نحوه مطلوب وسايل جبرانگر اضافه
مي شود.

1- جبران بار

1-1- اهداف درجبران بار:

جبران بارعبارتست از مديريت توان راكتيوكه به منظور بهبود بخشيدن به كيفيت تغذيه در سيستم هاي قدرت متناوب انجام مي گيرد.اصطلاح جبران بار در جايي استعمال مي شود كه مديريت توان راكتيو براي يك بار تنها (يا گروهي از بارها ) انجام مي گيرد و وسيله جبران كننده معمولا در محلي كه در تملك مصرف كننده قرار دارد , در نزديك بار نصب مي شود. پاره اي از اهداف و روشهاي به كار گرفته شده در جبران بار با آنچه كه در جبران شبكه هاي وسيع تغذيه (جبران انتقال) مورد نظر است , به طور قا بل ملاحظه اي تفاوت دارد. در جبران بار اهداف اصلي سه گانه زير مورد نظر است.

1-اصلاح ضريب توان

2- بهبود تنظيم ولتاژ

3- متعادل كردن بار

خاطر نشان مي كنيم كه اصلاح ضريب توان ومتعادل كردن بار حتي درمواقعي كه ولتاژ تغذيه فوق العاده((محكم)) است (يعني ثابت و مستقل از بار است ) مطلوب خواهند بود.

اصلاح ضريب توان به اين معنا ست كه توان راكتيو مورد نياز به جاي آنكه از نيروگاه دور تامين گردد, در محل نزدبك بار توليد گردد. اغلب بارهاي صنعتي داراي ضريب توان پس فاز هستند. يعني توان راكتيو جذب مي نمايند. بنا براين جريان بار مقدارش از آنچه كه براي تامين توان واقعي ضروري است بيشتر خواهد بود. تنها توان واقعي است كه سر انجام در تبديل انرژي مفيد بوده و جريان اضافي نشان دهنده اتلاف است كه مشتري نه تنها بايستي بها هزينه اضافي كابلي كه آن را انتقال مي دهد بپردازد .بلكه تلفات ژولي اضافي ايجاد شده در كابل تغذيه را نيز مي پردازد.موسسات توليد كننده همچنين دليل كافي براي عدم ضرورت انتقال توان راكتيو غير ضروري از ژنراتورها به بار, را دارند و آن اين است كه ژنراتورها و شبكه هاي توزيع قادر نخواهند بود در ضريب بهره كامل كار كنند و كنترل ولتاژ در سيستم تغذيه بسيار مشكل خواهد شد. تعرفه هاي برق تقريباٌ همواره مشتريان صنعتي را به واسط بارهاي با ضريب توان پايين آنها جريمه مي نمايند. و اين عمل ساليان متمادي انجام گرفته و در نهايت منجر به توسعه گسترده كاربرد سيستم هاي اصلاح ضريب توان در مراكز صنعتي شده است . تنظيم ولتاژ در حضور بارهايي كه توان راكتيو مصرفي آنها تغيير مي كند, يك موضوع مهم ودر مواردي يك مساله بحراني خواهد بود. توان راكتيو مصرفي كليه بارها تغيير مي كند , گر چه مقدار و ميزان تغييرات آنها كاملا متفاوت است. اين تغييرات توان راكتيو در تمامي موارد منجر به تغييرات ولتاژ (يا تنظيم ولتاژ)در نقطه تغذيه مي گردد.و اين تغييرات ولتاژ بر عملكرد مفيد و مؤثر كليه وسايل متصل به نقطه تغذيه مداخله نموده ومنجر به امكان تداخل در بارهاي مصرف كننده هاي مختلف مي گردد .به منظور جلوگيري از اين مساله موسسات توليد كننده برق معمولا موظف مي شوند كه ولتاژ تغذيه را در يك حد قانوني نگاه دارند. امكان دارد اين حد از مقدار مثلا %5+ ميانگين در يك فاصله زماني چند دقيقه يا چند ساعت تا يك مقدار بسيار محدودتر تغيير نمايد اين مقدار محدودتر از ناحيه بارهاي بزرگ و داراي تغييرات سريع كه منجر به ايجاد فرورفتگي در ولتاژ و اثر نامطلوب بر عملكرد وسايل حفاظتي يا چشمك زدن لامپ و آزار چشم مي گردد, تحميل مي شود . وسايل جبران كننده نقش اساسي را در نگاهداشتن ولتاژ در محدوه مورد نظر بازي
مي كنند .

بديهي ترين روش بهبود ولتاژ ((قوي تر كردن ))سيستم قدرت به كمك افزايش اندازه و تعداد واحد هاي توليد كننده برق وبا هر چه متراكم كردن شبكه هاي به هم پيوسته , مي باشد اين روش عموماٌ غير اقتصادي بوده ومنجربه افزايش سطح اتصال كوتاه و مقادير نامي كليدها مي شود . راه عملي تر و با صرفه تر اين است كه اندازه سيستم قدرت بر حسب ماكزيمم تقاضاي توان واقعي طراحي شود و توان راكتيو به وسيله جبران كننده ها- كه داراي قابليت انعطاف بيش از مولدها بوده و در تغيير سطح اتصال كوتاه دخالت ندارند-فراهم گردد.

مساله سومي كه در جبران بار مد نظر است متعادل كردن بار است . اكثر سيستمهاي قدرت متناوب سه فاز بوده و براي عملكرد متعادل طراحي مي شوند. عملكرد نامتعادل منجر به ايجاد مولفه هاي جريان توالي صفر ومنفي مي گردد. اينگونه مولفه هاي جريان اثرات نامطلوبي چون ايجاد تلفات اضافي در موتورها ومولدها , گشتاور نوساني در ماشين متناوب افزايش ريپل در يكسو كننده ها , عملكرد غلط انواع تجهيزات , اشباع ترانسفورماتورها وجريان اضافي سيم زمين را به دنبال خواهند داشت.انواع خاصي از وسايل (منجمله تعدادي از انواع جبران كننده)در عملكرد متعادل, هارمونيك سوم را كاهش مي دهند. در شرايط كار نا متعادل اين هارموني نيز درسيستم قدرت ظاهر
مي شود محتوي هارمونيك در شكل موج ولتاژ تغذيه پارامتر مهمي در كيفيت تغذيه محسوب مي شوداما اين مساله اي است كه به واسطه اين حقيقت كه طيف تغييرات كاملا بالاتر از فركانس پايه است, مستلزم توجه خاص جداگانه
مي گردد.

هارمونيك ها معمولا به وسيله فيلتر ها- كه داراي اصول طراحي متفاوتي با جبران كننده ها هستند- حذف
مي گردند. با وجود اين مسائل هارمونيك اغلب همراه با مسائل جبران پيش مي آيند و همواره مساله هارمونيك و فيلتر كردن مورد توجه خواهند بود . به علاوه , تعداد زيادي از جبران كننده ها ذاتاٌ توليد هارمونيك مي كنند كه بايستي به روش داخلي يا فيلتر خارجي تضعيف شوند .

2-1- جبران كننده ايده ال

با معرفي اجمالي اهداف اصلي در جبران بار, هم اكنون مي توان مفهوم جبران كننده ايده ال را بيان كرد . جبران كننده ايده ال وسيله اي است كه در نقطه تغذيه (يعني به موازات بار)متصل و وظايف سه گا نه زير را به عهده
مي گيرد:

1- ضريب توان را به مقدار واحد تصحيح مي كند

2- تنظيم (تغيير)ولتاژرا حذف مي كند و يا مقدارش را تا سطح قابل قبولي كاهش مي دهد .

3- جريان هاي يا ولتاژ سه فاز را متعادل مي كند .

جبران كننده ايده ال در حذف اعواج ناشي از هارمونيك كه در جريان يا ولتاژ هاي تغذيه موجود است,,نقشي ندارد (اين عمل به عهده فيلتر مناسب مي باشد), ليكن جبران كننده ايده ال خودش نبايستي توليد هارموني اضافي نمايد. از خواص ديگر جبران كننده ايده ال توانائيش در پاسخ لحظه اي است كه مي تواند نقش سه گانه فوق را انجام دهد . مفهوم پاسخ لحظه اي, تعريف كردن ضريب توان لحظه اي و عدم تعادل فاز لحظه اي را ايجاب مي كند. جبران كننده ايده ال همچنين توان متوسط را مصرف نمي كند يعني بدون تلفات در نظر گرفته مي شود .

عمليات اصلي سه گانه جبران كننده ايده ال مستقل از يكديگر هستند .البته , اصلاح ضريب توان و متعادل كردن فازها خود به خود منجر به بهبود در وضع تنظيم ولتاژ مي گردد .در حقيقت در بعضي از موارد, مخصوصاٌ وقتي كه تغييرات بار كند يا وقوع آن كم است, جبران كننده اي كه براي اصلاح ضريب توان و يا متعادل كردن فاز ها طراحي شده است لازم نيست كه عمل خاصي را به منظور تنظيم ولتاژ انجام دهد.