شبکه قدرت در حال فرسایش بوده و تراکم بار هر روز در حال بیشتر شدن است. از راه حلهای مرسوم مانند سیستمهای انتقال ac انتقال پذیر (ادوات فکتس facts) میتوان برای کنترل پخش بار در شبکه، استفاده کرد. اگرچه، قیمت بالا و مشکلات قابلیت اطمینان، مانع از استفاده گسترده آن شده است. مفهوم ادوات facts پراکنده به عنوان جایگزینی برای تحقق کنترل پخش بار مقرون بصرفه، به تازگی به کار رفته است. این مقاله بر روی ملاحظات طراحی پیاده سازی راه حلهای کنترل پخش بار پراکنده در شبکه های قدرت، با نمونه های مشخصی برای جبرانسازی var سری، و نیز اثرات قابل ملاحظه‌ای که میتواند در بهره برداری از شبکه و قابلیت اطمینان سیستم داشته باشد، بحث میکند.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: شبکه قدرت در حال فرسایش بوده و تراکم بار هر روز در حال بیشتر شدن است. از راه حلهای مرسوم مانند سیستمهای انتقال ac انتقال پذیر (ادوات فکتس facts) میتوان برای کنترل پخش بار در شبکه، استفاده کرد. اگرچه، قیمت بالا و مشکلات قابلیت اطمینان، مانع از استفاده گسترده آن شده است. مفهوم ادوات facts پراکنده به عنوان جایگزینی برای تحقق کنترل پخش بار مقرون بصرفه، به تازگی به کار رفته است. این مقاله بر روی ملاحظات طراحی پیاده سازی راه حلهای کنترل پخش بار پراکنده در شبکه های قدرت، با نمونه های مشخصی برای جبرانسازی var سری، و نیز اثرات قابل ملاحظه‌ای که میتواند در بهره برداری از شبکه و قابلیت اطمینان سیستم داشته باشد، بحث میکند. قابلیت استفاده از روشهای تبدیل توان تکامل یافته، پتانسیل پیاده سازی مقرون بصرفه آن را نشان می‌دهد.
اصطلاحات شاخص ــ پخش بار اکتیو، سیستمهای انتقال ac انعطاف پذیر پراکنده (ادوات D-FACTS)، FACTS، جبرانسازی var سری.
مقدمه
شبکه برق در آمریکا و بیشتر جا‌های جهان در حال فرسایش و تحت فشار رو به افزایش میباشد. ساختار صنعتی مدرن خواستار افزایش مقدار برق ارزان و قابل اطمینان است. با این حال، در یک محیط برق با ساختار نیمه-تنظیم شده و با رویارویی با احساس مخالفت مردم با قرار دادن خطوط برق در مجاورت جوامع، قابلیت استفاده از ساختار موجود به صورت کارآمدتر، تبدیل به مساله‌ای بحرانی گشته است.
شرکت‌های برق در در دسترس قرار دادن برق با قابلیت اطمینان خوب، موفق بوده اند. یک مولفه مهم با قابلیت اطمینان بالاتر، حرکت از توزیع برق شعاعی به سمت سیستمی که سریعا در حال شبکه شدن است، میباشد. با این کار، بخش (سکشن)های دارای خطا در شبکه، به سرعت ایزوله میشوند، بدون اینکه بخش عمده مشترکان برق، متحمل قطع برق شوند. شرکت برق نمی‌تواند به صورت کارآمد پخش بار را در چنین شبکه‌هایی کنترل کند. بعلاوه، هنگامی که نخستین خط به حد حرارتی خود می‌رسد، ظرفیت انتقال توان کلی را در کل سیستم محدود میسازد، حتی در صورتی که خطوط دیگر سیستم تنها در حال بهره برداری از کسری از ظرفیت خود باشند. در پایان، توپولوژی شبکه به صورت پیوسته در حال تغییر است، چرا که خطوط، بار‌ها و توان تولیدی هر روز در حال افزوده شدن و کاسته شدن میباشند. تثبیت یکپارچگی سیستم تحت شرایط جریان و نیز تحت شرایط ازدحام (N-۱) و (N-۲)، نیاز قانع کننده به کنترل پخش بار در شبکه را ایجاب میکند.
تکنیک مرسوم و اثبات فنی شده برای کنترل پخش بار در شبکه، تا به اینجا استفاده از سیستمهای انتقال ac انعطاف پذیر (ادوات FACTS) بوده است. جبرانسازی var شنت همانند STATCOn-ها، فن آوریهای مقرون به صرفه تری میباشند. Var شنت، ولتاژ شبکه را پشتیبانی میکند، در حالی که var سری برای کنترل پخش بار اکتیو بکار میروند. پخش توان اکتیو نیازمند پاسخ “var سری” بوده که بتواند امپدانس خطوط توان را تغییر داده یا زاویه ولتاژ اعمالی به خطوط را تغییر دهد. جبرانسازی راکتیو سری نیز، مگر برای خطوط انتقال طولانی، به دلیل هزینه بالا و پیچیده بودن پیاده سازی آن، به ندرت مورد استفاده قرار میگیرد. در پایان، میتوان آمیزه‌ای از ادوات سری-موازی مانند کنترل کننده پخش بار سراسری (یونیورسال) که میتواند امکانات کنترلی بی شماری را _البته با قیمتی بیشتر_ ارایه دهد.
هرچند ادوات FACTS از نظر فنی اثبات شده و برای بیش از یک دهه در دسترس بوده اند، سازگاری این فن آوری با بازار زیاد موفق نبوده است. دلیل آن نیز به نظر می‌رسد که بیشتر به دلیل هزینه بالا و سطوح قابلیت اطمینان/در دسترس بودن بوده که احتمالا با انتظارات شبکه مطابقت نداشته است. تنشهای بالا بویژه تحت شرایط خطا و متوسط زمان تعمیر بالا، عوامل اصلی در زمان خاموشی برنامه ریزی نشده این تجهیزات میباشد.
بهره برداری در حال افزایش و قیمت در حال کاهش فن آوریهای الکترونیکی، الکترونیک قدرتی و مخابراتی، کل بخشهای صنعتی را تغییر داده است. پیش بینی میشود که روشی مشابه برای پیاده سازی ادوات فکتس توان-بالا میتواند عملکرد بهتر و روشی ارزان‌تر برای بهبود قابلیت کنترل و قابلیت اطمینان سیستم T&D، بهبود استفاده از تاسیسات موجود و کیفیت توان کاربر-نهایی را با کمترین هزینه سیستمی و اثرات زیست-محیطی، ارایه دهد.
مفهوم ادوات FACTS پراکنده (D-FACTS) به تازگی به عنوان جایگزینی برای محقق ساختن عملیاتی بودن ادوات FACTS (به ویژه ادوات FACTS سری) با هزینه‌ای پایین‌تر و قابلیت اطمینانی بالاتر، ارایه شده اند. این مقاله تکنیکی برای دسته بندی ادوات D-FACTS ارایه داده و مهم‌ترین ملاحظات طراحی را که استفاده از این تجهیزات را راهنمایی و محدود میکند، مورد آزمون قرار می‌دهد.
مفهوم امپدانس سری پراکنده (DSI) که میتواند امپدانس خط متغیری را محقق ساخته و به کنترل پخش بار اکتیو نیز کمک میکند، برای نشان دادن عملی بودن روش D-FACTS مورد استفاده قرار گرفته است. این مفهوم را میتوان با استفاده از ماژولهای اینورتر تکفاز با قدرت نامی کم (حدود ۱۰ kVA) و ترانسفورماتور تک-دور (STT)، به علاوه مدارات منبع توان و کنترلی مربوطه و قابلیتهای مخابراتی درونی، به منظور محقق ساختن یک جبرانساز سری استاتیکی پراکنده (DSSC)، بسط داد. این مفاهیم بطور دقیق، همراه با مزایا و مشکلات مربوط به کاربرد آنها، مورد بحث قرار میگیرد.
شکل ۱٫ D-facts قرار گرفته در خط برق.
شکل ۲٫ نوعی وسیله DSI.
ادوات D-FACTS سری
شکل ۱ شماتیکی مفهومی از ادوات D-FACTS بکار رفته در یک خط برق به منظور تغییر پخش بار با استفاده از تغییر دادن امپدانس خط را، نشان می‌دهد. هر ماژول حدود ۱۰ kVA قدرت نامی میباشد و به خط کلمپ شده است که هم از نظر الکتریکی و هم از نظر مکانیکی، شناور است. از هر ماژول میتوان برای افزایش یا کاهش امپدانس خط استفاده کرد، یا اصلا بودن تغییر گذاشت. با زیاد بودن تعداد ماژول‌هایی که با هم در حال کار میباشند، میتوان تاثیر ژرفی بر روی پخش بار در خط گذاشت. ولت-آکپر نامی کم ماژول ها، در راستای تولید انبوه سیستمهای الکترونیک قدرتی در تجهیزات صنعتی و بازار منابع برق توان اضطراری بوده، و بیان میدارد که میتوان به هزینه بسیار پایینی دست یافت. در پایان، استفاده از تعداد زیاد ماژولها منجر به بالا رفتن قابلیت اطمینان میباشد، چرا که عملکرد سیستم با نقص تعداد کمی از ماژول ها، به خطر نخواهد افتاد. معادله (۱) نشان می‌دهد که چگونه توان امتیو با راکتانس خط تغییر میکند. کنترل پخش بار حقیقی در خط از این رو، نیازمند تغییر زاویع δ. یا امپدانس خط XL میباشد. از یک ترانسفورماتور شیفت فاز میتوان برای کنترل زاویه δ. استفاده کرد. این یک راه حل غیر قابل مقیاس بندی بوده و قابلیت کنترل دینامیکی محدودی را ارایه میکند. در عوض، یک جبرانساز سری تکی را میتوان برای افزایش یا کاهش امپدانس راکتیو موثر XL خط استفاده کرده و بدین ترتیب امکان پخش بار حقیقی بین دو شین را ممکن ساخت. تغییر امپدانس میتواند تحت تاثیر تزریق سری یک عنصر القایی یا خازنی پسیو در خط، قرار بگیرد. در عوض، یک اینورتر استاتیک میتواند برای محقق ساختن یک عنصر بدون تلفات فعال قابل کنترل مانند یک القاگر مثبت یا منفی یا یک ولتاژ مولفه اصلی سنکرون که متعامد بر جریان خط است، مورد استفاده قرار گیرد:
که V۱ و V۲ دامنه ولتاژ شین بوده، δ. اختلاف فاز ولتاژ بوده، و XL امپدانس خط میباشد.
مفهوم D-FACTS بیشترین پتانسیل برای افزایش پخش بار، و در نتیجه ظرفیت انتقال یک شبکه انتقال، فوق-توزیع، و توزیع را ارایه می‌دهد. در یک شبکه مش شده T&D، ظرفیت انتقال توان سیستم توسط نخستین خطی که به حد حرارتی خود می‌رسد، محدود میگردد. عدم توانایی در کنترل موثر پخش بار در چنین شبکه ای، منجر به عدم بهره برداری صحیح سیستم سرارسی میگردد. ادوات D-FACTS دارای قابلیت بهبود ظرفیت انتقال و بهره برداری شبکه _با مسیریابی پخش بار از خطوط دارای اضافه بار به بخشهای کم تراکم شبکه_ میباشد. جبرانسازی خازنی در خطوط با تراکم بار کمتر، آنهار را به عبور جریان پذیراتر ساخته، در حالی که جبرانسازی القایی در خطوط دارای اضافه بار، آنها را به عبور جریان، آنها را کم اهمیت‌تر مینماید. در هر دو مورد، توان عملیاتی سیستم با انحراف پخش بار اضافی از بخشهای دارای ازدحام بیشتر شبکه به خطوط با ظرفیت موجود بیشتر، افایش مییابد.
تزریق سری امپدانس یا ولتاژ در هر ماژول، میتواند با استفاده از یک STT و یک سوییچ، محقق شود. پیاده سازی یک نوع DSI در شکل ۲ نشان داده شده است. STT معمولا توسط یک سوییچ الکتریکی-مکانیکی SM که در حالت نرمال بسته است، بای پس میشود؛ در حالی که باز شدن این سوییچ بای پس امکان تزریق امپدانس مطلوب را فراهم میآورد. سوییچ S۱ را میتوان بست تا اندوکتانس سراسری XR تزریق شود، در حالی که S۲ را میتوان به منظور تزریق ظرفیت خازنی Xc بست. توان کنترلی بایستی از خود خط یا از ولتاژ تولید شده در ترانسفورماتور، بدست آید. همچنین، سیستم نیازمند یک ساختار مخابراتی مقرون به صرفه مانند سیستم مخابراتی مبتنی بر خط برق، برای اینکه بتواند به صورت هماهنگی کار کند، میباشد.
در صورتی که از یک اینورتر تکفاز برای تزریق اندوکتانس مثبت یا منفی قابل کنترل یا برای تزریق ولتاژ مربع پیشفاز یا پسفاز مطلوب استفاده شود، سطح بالاتری از قابلیت انعطاف و عملکرد دینامیکی را میتوان بدست آورد. شماتیک مداری و پیاده سازی مفهومی این سیستم در شکل ۳ نشان داده شده است. نام این وسیله، جبرانساز سنکرون استاتیکی پراکنده میباشد. در این وسیله از یک STT با سوییچ بسته در حالت نرمال SM نیز که واحد را در حالت بای پس حفظ میکند تا اینورتر فعال شود، استفاده شده است. منبع توان کنترل dc نیز توسط جریان عبوری در ثانویه STT، تحریک میشود. با خاموش شدن سوییچ SM، شین dc اینورتر شارژ شده و عملکرد اینورتر آغاز میشود. اکنون اینورتر میتواند یک ولتاژ مربع به خط ac تزریق کند تا راکتانس مثبت یا منفی شبیه سازی شود. همچنین، قابلیت اینورتر در تقلید هر امپدانس یا ولتاژی، واضح است که پلههای بیشتری در کنترل سیستم ارایه می‌دهد.
کنترل وسایل DSI یا DSSC نوعی در شکلهای ۲ و ۳، ایجاد افزایش یا کاهش در امپدانس خط مینماید. این به طور واضح نیازمند اطلاعات فرعی از بقیه شبکه قدرت بوده و نیاز به سیستم مخابراتی را مشخص میکند. اپراتور‌های سیستم، ورودی کنترلی برای سیستم DSI ارایه می‌دهد که افزایش یا کاهش در امپدانسها را به منظور مطابقت با اهداف سیستم، دستور می‌دهد. سیستم مخابراتی لایه‌ای دیگر از پیچیدگی و هزینه را به سیستم کلی اِعمال میکند. در صورت حذف سیستم مخابراتی، نمی‌توان به وضوح دریافت که آیا سیستم به طور کارآمد کنترل میشود یا خیر. اگرچه، در صورت لحاظ کردن عملیات محدودتر _یعنی قابلیت تنها افزایش امپدانس خط_ میتوان سیستم مخابراتی را حذف نمود. نمونه‌ای از این سیستم محدود، راکتور سری پراکنده (DSR) میباشد که در شکل ۴ نشان داده شده است.
شکل ۳٫ نوعی وسیله DSSC.
شکل ۴٫ شماتیک مداری DSR.
در مورد DSI، یک سوییچ الکترومکانیکی (SM) که در حالت نرمال بسته است، برای بای پس کردن ماژول به هنگام عدم برقدار بودن آن، بکار میرود. هنگامی که SM باز میشود، اندوکتانس مغناطیس کنندگی STT که با ست شدن فاصله هوایی به مقدار مطلوب تغییر مییابد، به خط وارد میشود. با بسته شدن SM، سطح کمینه‌ای از راکتانس، مطابق با رامتانس نشتی STT در خط وارد میگردد. S۱ یک سوییچ تریستوری است که برای ارایه پاسخ کوتاه‌تر از یک سیکل _به منظور بای پس کردن سریع ماژول پس از آشکار سازی خطا_ مورد استفاده قرار میگیرد. میتوان دید که سیستم DSR دارای کمتریم عناصر و پیچیدگی، و کمینه هزینه میباشد.
جدول ۱٫ پارامتر‌های خط.
مهم‌ترین مسایل مربوط به طراحی این ماژول ها، مربوط به جنبههای منحصر به فرد کاربرد مورد نظر میباشد. مسایل مربوط به کلمپ کردن مکانیکی، پتانسیل آسیب به هادی، حذف گرما، محیطهای شدید، شارژ کرونا، جریانهای خطا و برخورد آذرخش، مسایل بحرانی هستند که بایستی بدان‌ها پرداخت. از نظر کنترل سیستم و ماژول، مسایل کلیدی زیادی هستند که باید به آنها توجه نمود. عملکرد سیستم تحت شرایط خطا و نرمال، کلیدزنی هماهنگی چندین واحد به منظور دستیابی به هدف کنترلی مطلوب، وزن کل سیستم، و انتقال گرمای موثر به اطراف، بازده عملکرد سیستم را تعیین میکنند. برخی از این ملاحظات طراحی مهم در این ادامه این مقاله آورده شده است.
اصطلاحات شاخص ــ پخش بار اکتیو، سیستمهای انتقال ac انعطاف پذیر پراکنده (ادوات D-FACTS)، FACTS، جبرانسازی var سری.
مقدمه
شبکه برق در آمریکا و بیشتر جا‌های جهان در حال فرسایش و تحت فشار رو به افزایش میباشد. ساختار صنعتی مدرن خواستار افزایش مقدار برق ارزان و قابل اطمینان است. با این حال، در یک محیط برق با ساختار نیمه-تنظیم شده و با رویارویی با احساس مخالفت مردم با قرار دادن خطوط برق در مجاورت جوامع، قابلیت استفاده از ساختار موجود به صورت کارآمدتر، تبدیل به مساله‌ای بحرانی گشته است.
شرکت‌های برق در در دسترس قرار دادن برق با قابلیت اطمینان خوب، موفق بوده اند. یک مولفه مهم با قابلیت اطمینان بالاتر، حرکت از توزیع برق شعاعی به سمت سیستمی که سریعا در حال شبکه شدن است، میباشد. با این کار، بخش (سکشن)های دارای خطا در شبکه، به سرعت ایزوله میشوند، بدون اینکه بخش عمده مشترکان برق، متحمل قطع برق شوند. شرکت برق نمی‌تواند به صورت کارآمد پخش بار را در چنین شبکه‌هایی کنترل کند. بعلاوه، هنگامی که نخستین خط به حد حرارتی خود می‌رسد، ظرفیت انتقال توان کلی را در کل سیستم محدود میسازد، حتی در صورتی که خطوط دیگر سیستم تنها در حال بهره برداری از کسری از ظرفیت خود باشند. در پایان، توپولوژی شبکه به صورت پیوسته در حال تغییر است، چرا که خطوط، بار‌ها و توان تولیدی هر روز در حال افزوده شدن و کاسته شدن میباشند. تثبیت یکپارچگی سیستم تحت شرایط جریان و نیز تحت شرایط ازدحام (N-۱) و (N-۲)، نیاز قانع کننده به کنترل پخش بار در شبکه را ایجاب میکند.
تکنیک مرسوم و اثبات فنی شده برای کنترل پخش بار در شبکه، تا به اینجا استفاده از سیستمهای انتقال ac انعطاف پذیر (ادوات FACTS) بوده است. جبرانسازی var شنت همانند STATCOn-ها، فن آوریهای مقرون به صرفه تری میباشند. Var شنت، ولتاژ شبکه را پشتیبانی میکند، در حالی که var سری برای کنترل پخش بار اکتیو بکار میروند. پخش توان اکتیو نیازمند پاسخ “var سری” بوده که بتواند امپدانس خطوط توان را تغییر داده یا زاویه ولتاژ اعمالی به خطوط را تغییر دهد. جبرانسازی راکتیو سری نیز، مگر برای خطوط انتقال طولانی، به دلیل هزینه بالا و پیچیده بودن پیاده سازی آن، به ندرت مورد استفاده قرار میگیرد. در پایان، میتوان آمیزه‌ای از ادوات سری-موازی مانند کنترل کننده پخش بار سراسری (یونیورسال) که میتواند امکانات کنترلی بی شماری را _البته با قیمتی بیشتر_ ارایه دهد.
هرچند ادوات FACTS از نظر فنی اثبات شده و برای بیش از یک دهه در دسترس بوده اند، سازگاری این فن آوری با بازار زیاد موفق نبوده است. دلیل آن نیز به نظر می‌رسد که بیشتر به دلیل هزینه بالا و سطوح قابلیت اطمینان/در دسترس بودن بوده که احتمالا با انتظارات شبکه مطابقت نداشته است. تنشهای بالا بویژه تحت شرایط خطا و متوسط زمان تعمیر بالا، عوامل اصلی در زمان خاموشی برنامه ریزی نشده این تجهیزات میباشد.
بهره برداری در حال افزایش و قیمت در حال کاهش فن آوریهای الکترونیکی، الکترونیک قدرتی و مخابراتی، کل بخشهای صنعتی را تغییر داده است. پیش بینی میشود که روشی مشابه برای پیاده سازی ادوات فکتس توان-بالا میتواند عملکرد بهتر و روشی ارزان‌تر برای بهبود قابلیت کنترل و قابلیت اطمینان سیستم T&D، بهبود استفاده از تاسیسات موجود و کیفیت توان کاربر-نهایی را با کمترین هزینه سیستمی و اثرات زیست-محیطی، ارایه دهد.
مفهوم ادوات FACTS پراکنده (D-FACTS) به تازگی به عنوان جایگزینی برای محقق ساختن عملیاتی بودن ادوات FACTS (به ویژه ادوات FACTS سری) با هزینه‌ای پایین‌تر و قابلیت اطمینانی بالاتر، ارایه شده اند. این مقاله تکنیکی برای دسته بندی ادوات D-FACTS ارایه داده و مهم‌ترین ملاحظات طراحی را که استفاده از این تجهیزات را راهنمایی و محدود میکند، مورد آزمون قرار می‌دهد.
مفهوم امپدانس سری پراکنده (DSI) که میتواند امپدانس خط متغیری را محقق ساخته و به کنترل پخش بار اکتیو نیز کمک میکند، برای نشان دادن عملی بودن روش D-FACTS مورد استفاده قرار گرفته است. این مفهوم را میتوان با استفاده از ماژولهای اینورتر تکفاز با قدرت نامی کم (حدود ۱۰ kVA) و ترانسفورماتور تک-دور (STT)، به علاوه مدارات منبع توان و کنترلی مربوطه و قابلیتهای مخابراتی درونی، به منظور محقق ساختن یک جبرانساز سری استاتیکی پراکنده (DSSC)، بسط داد. این مفاهیم بطور دقیق، همراه با مزایا و مشکلات مربوط به کاربرد آنها، مورد بحث قرار میگیرد.
شکل ۱٫ D-facts قرار گرفته در خط برق.
شکل ۲٫ نوعی وسیله DSI.
ادوات D-FACTS سری
شکل ۱ شماتیکی مفهومی از ادوات D-FACTS بکار رفته در یک خط برق به منظور تغییر پخش بار با استفاده از تغییر دادن امپدانس خط را، نشان می‌دهد. هر ماژول حدود ۱۰ kVA قدرت نامی میباشد و به خط کلمپ شده است که هم از نظر الکتریکی و هم از نظر مکانیکی، شناور است. از هر ماژول میتوان برای افزایش یا کاهش امپدانس خط استفاده کرد، یا اصلا بودن تغییر گذاشت. با زیاد بودن تعداد ماژول‌هایی که با هم در حال کار میباشند، میتوان تاثیر ژرفی بر روی پخش بار در خط گذاشت. ولت-آکپر نامی کم ماژول ها، در راستای تولید انبوه سیستمهای الکترونیک قدرتی در تجهیزات صنعتی و بازار منابع برق توان اضطراری بوده، و بیان میدارد که میتوان به هزینه بسیار پایینی دست یافت. در پایان، استفاده از تعداد زیاد ماژولها منجر به بالا رفتن قابلیت اطمینان میباشد، چرا که عملکرد سیستم با نقص تعداد کمی از ماژول ها، به خطر نخواهد افتاد. معادله (۱) نشان می‌دهد که چگونه توان امتیو با راکتانس خط تغییر میکند. کنترل پخش بار حقیقی در خط از این رو، نیازمند تغییر زاویع δ. یا امپدانس خط XL میباشد. از یک ترانسفورماتور شیفت فاز میتوان برای کنترل زاویه δ. استفاده کرد. این یک راه حل غیر قابل مقیاس بندی بوده و قابلیت کنترل دینامیکی محدودی را ارایه میکند. در عوض، یک جبرانساز سری تکی را میتوان برای افزایش یا کاهش امپدانس راکتیو موثر XL خط استفاده کرده و بدین ترتیب امکان پخش بار حقیقی بین دو شین را ممکن ساخت. تغییر امپدانس میتواند تحت تاثیر تزریق سری یک عنصر القایی یا خازنی پسیو در خط، قرار بگیرد. در عوض، یک اینورتر استاتیک میتواند برای محقق ساختن یک عنصر بدون تلفات فعال قابل کنترل مانند یک القاگر مثبت یا منفی یا یک ولتاژ مولفه اصلی سنکرون که متعامد بر جریان خط است، مورد استفاده قرار گیرد:
که V۱ و V۲ دامنه ولتاژ شین بوده، δ. اختلاف فاز ولتاژ بوده، و XL امپدانس خط میباشد.
مفهوم D-FACTS بیشترین پتانسیل برای افزایش پخش بار، و در نتیجه ظرفیت انتقال یک شبکه انتقال، فوق-توزیع، و توزیع را ارایه می‌دهد. در یک شبکه مش شده T&D، ظرفیت انتقال توان سیستم توسط نخستین خطی که به حد حرارتی خود می‌رسد، محدود میگردد. عدم توانایی در کنترل موثر پخش بار در چنین شبکه ای، منجر به عدم بهره برداری صحیح سیستم سرارسی میگردد. ادوات D-FACTS دارای قابلیت بهبود ظرفیت انتقال و بهره برداری شبکه _با مسیریابی پخش بار از خطوط دارای اضافه بار به بخشهای کم تراکم شبکه_ میباشد. جبرانسازی خازنی در خطوط با تراکم بار کمتر، آنهار را به عبور جریان پذیراتر ساخته، در حالی که جبرانسازی القایی در خطوط دارای اضافه بار، آنها را به عبور جریان، آنها را کم اهمیت‌تر مینماید. در هر دو مورد، توان عملیاتی سیستم با انحراف پخش بار اضافی از بخشهای دارای ازدحام بیشتر شبکه به خطوط با ظرفیت موجود بیشتر، افایش مییابد.
تزریق سری امپدانس یا ولتاژ در هر ماژول، میتواند با استفاده از یک STT و یک سوییچ، محقق شود. پیاده سازی یک نوع DSI در شکل ۲ نشان داده شده است. STT معمولا توسط یک سوییچ الکتریکی-مکانیکی SM که در حالت نرمال بسته است، بای پس میشود؛ در حالی که باز شدن این سوییچ بای پس امکان تزریق امپدانس مطلوب را فراهم میآورد. سوییچ S۱ را میتوان بست تا اندوکتانس سراسری XR تزریق شود، در حالی که S۲ را میتوان به منظور تزریق ظرفیت خازنی Xc بست. توان کنترلی بایستی از خود خط یا از ولتاژ تولید شده در ترانسفورماتور، بدست آید. همچنین، سیستم نیازمند یک ساختار مخابراتی مقرون به صرفه مانند سیستم مخابراتی مبتنی بر خط برق، برای اینکه بتواند به صورت هماهنگی کار کند، میباشد.
در صورتی که از یک اینورتر تکفاز برای تزریق اندوکتانس مثبت یا منفی قابل کنترل یا برای تزریق ولتاژ مربع پیشفاز یا پسفاز مطلوب استفاده شود، سطح بالاتری از قابلیت انعطاف و عملکرد دینامیکی را میتوان بدست آورد. شماتیک مداری و پیاده سازی مفهومی این سیستم در شکل ۳ نشان داده شده است. نام این وسیله، جبرانساز سنکرون استاتیکی پراکنده میباشد. در این وسیله از یک STT با سوییچ بسته در حالت نرمال SM نیز که واحد را در حالت بای پس حفظ میکند تا اینورتر فعال شود، استفاده شده است. منبع توان کنترل dc نیز توسط جریان عبوری در ثانویه STT، تحریک میشود. با خاموش شدن سوییچ SM، شین dc اینورتر شارژ شده و عملکرد اینورتر آغاز میشود. اکنون اینورتر میتواند یک ولتاژ مربع به خط ac تزریق کند تا راکتانس مثبت یا منفی شبیه سازی شود. همچنین، قابلیت اینورتر در تقلید هر امپدانس یا ولتاژی، واضح است که پلههای بیشتری در کنترل سیستم ارایه می‌دهد.
کنترل وسایل DSI یا DSSC نوعی در شکلهای ۲ و ۳، ایجاد افزایش یا کاهش در امپدانس خط مینماید. این به طور واضح نیازمند اطلاعات فرعی از بقیه شبکه قدرت بوده و نیاز به سیستم مخابراتی را مشخص میکند. اپراتور‌های سیستم، ورودی کنترلی برای سیستم DSI ارایه می‌دهد که افزایش یا کاهش در امپدانسها را به منظور مطابقت با اهداف سیستم، دستور می‌دهد. سیستم مخابراتی لایه‌ای دیگر از پیچیدگی و هزینه را به سیستم کلی اِعمال میکند. در صورت حذف سیستم مخابراتی، نمی‌توان به وضوح دریافت که آیا سیستم به طور کارآمد کنترل میشود یا خیر. اگرچه، در صورت لحاظ کردن عملیات محدودتر _یعنی قابلیت تنها افزایش امپدانس خط_ میتوان سیستم مخابراتی را حذف نمود. نمونه‌ای از این سیستم محدود، راکتور سری پراکنده (DSR) میباشد که در شکل ۴ نشان داده شده است.
شکل ۳٫ نوعی وسیله DSSC.
شکل ۴٫ شماتیک مداری DSR.
در مورد DSI، یک سوییچ الکترومکانیکی (SM) که در حالت نرمال بسته است، برای بای پس کردن ماژول به هنگام عدم برقدار بودن آن، بکار میرود. هنگامی که SM باز میشود، اندوکتانس مغناطیس کنندگی STT که با ست شدن فاصله هوایی به مقدار مطلوب تغییر مییابد، به خط وارد میشود. با بسته شدن SM، سطح کمینه‌ای از راکتانس، مطابق با رامتانس نشتی STT در خط وارد میگردد. S۱ یک سوییچ تریستوری است که برای ارایه پاسخ کوتاه‌تر از یک سیکل _به منظور بای پس کردن سریع ماژول پس از آشکار سازی خطا_ مورد استفاده قرار میگیرد. میتوان دید که سیستم DSR دارای کمتریم عناصر و پیچیدگی، و کمینه هزینه میباشد.
جدول ۱٫ پارامتر‌های خط.
مهم‌ترین مسایل مربوط به طراحی این ماژول ها، مربوط به جنبههای منحصر به فرد کاربرد مورد نظر میباشد. مسایل مربوط به کلمپ کردن مکانیکی، پتانسیل آسیب به هادی، حذف گرما، محیطهای شدید، شارژ کرونا، جریانهای خطا و برخورد آذرخش، مسایل بحرانی هستند که بایستی بدان‌ها پرداخت. از نظر کنترل سیستم و ماژول، مسایل کلیدی زیادی هستند که باید به آنها توجه نمود. عملکرد سیستم تحت شرایط خطا و نرمال، کلیدزنی هماهنگی چندین واحد به منظور دستیابی به هدف کنترلی مطلوب، وزن کل سیستم، و انتقال گرمای موثر به اطراف، بازده عملکرد سیستم را تعیین میکنند. برخی از این ملاحظات طراحی مهم در این ادامه این مقاله آورده شده است.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.