دانلود پروژه رشته برق درباره بررسی امكان كاهش تلفات انتقال با نصب ترانسفورماتور -قسمت اول

دانلود پایان نامه

چكیده

هدف این مقاله نشان دادن توانایی ترانسفورماتور جابجا كننده فاز (Phase Shifting Transformer)PST در كاهش تلفات سیستم قدرت است. در این راستا ابتدا تواناییهای PST با دیگر ادواتی كه توانایی كنترل سیلان قدرت را دارند، مقایسه می شود. سپس شبكه برق منطقه ای تهران و خطوط رابط آن با نواحی مجاور به عنوان شبكه نمونه مطالعه می شود و محل نصب مناسب PST در جهت كاهش تلفات این شبكه مشخص می گردد. شبیه سازیها نشان می دهد كه PST نه فقط تلفات برق منطقه ای تهران را كم می كند بلكه توانایی كاهش تلفات كل شبكه سراسری را نیز دارد.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

كلمات كلیدی:

ترانسفورماتور جابجا كننده فاز، PST ، كاهش تلفات ، FACTS

1- مقدمه

هدف بهره برداران از سیستم قدرت این است كه در حالت دائم توان درخواستی مصرف كننده را تحت ولتاژ ثابت و فركانس معین تأمین نمایند. از دیدگاه مسائل كنترلی، بر روی مصرف كننده نمی توان محدودیتهای زیادی اعمال نمود. در نتیجهع كنترل اصلی در شبكه برق روی تولید و انتقال است. طراحان در طراحیهای اولیه مربوط به سیستم تولید و انتقال،‌قابلیت تولید و انتقال درخواستی را مدنظر قرار می دهند. ولی با گذشت زمان تغییراتی از قبیل رشد مصرف، اتصال شبكه ها به یكدیگر و تأسیس نیروگاهها و خطوط انتقال جدید این توازن را برهم زده و محدودیتهایی را در بهره برداری از شبكه قدرت به وجود می آورد.

در شبكه های غربالی اتصال شبكه ها در كنار مزایای زیادی كه دارد، دارای مشكلات عدیده ای نیز هست. از جمله این مشكلات عبور توان در مسیرهای ناخواسته در سیستم انتقال است. این مسئله می تواند موجب افزایش بار غیرمجاز و عدم بهره برداری بهینه از سیستم قدرت شود. لذا بایستی بطریقی توان عبوری از یك مسیر را كنترل نمود.

در نواحی با خطوط طولانی، مسئله فوق مشكل ساز نیست، بلكه مشكل عمده مسئله حد پایداری گذرا و افت ولتاژ غیرمجاز است. به این معنی كه برای حفظ پایداری شبكه و تثبیت سطح ولتاژ مجاز، توان عبوری در سیستم انتقال باید محدود شود. درنتیجه این مشكل باعث می گردد كه ظرفیت بارپذیری (Load ability) خطوط، همراه با افزایش طول خطوط، شدیداً ‌كاهش یابد.

جهت رفع نواقص فوق الذكر و افزایش بهره وری از سیستم های انتقال قدرت، راه حلهای موجود عبارتند از:

– اعمال تغییرات توپولوژیك مانند احداث خطوط جدید، تغییر قطر و تعداد هادیها در فاز و یا نصب خازن سری

– كاربرد خطوط انتقال (rect Current High Voltage Di-)HVDC

– كاربرد تجهیزات (mission System Flexible AC Trans-)FACTS

این راه حلها را باید از لحاظ:

– كنترل سیلان قدرت در حالت دائم،

– كنترل سیلان قدرت در بین دو حالت كاری متفاوت ، مثلاً‌كنترل اضافه با محتمل تجهیزات به علت خروج یكی از تجهیزات

– كنترل سیلان قدرت در حین شرایط دینامیك، گذار بررسی و مقایسه نمود[1].

موردی را كه این مقاله دنبال می كند،‌مورد اول یعنی كنترل پخش بار در حالت دائم است و هدفی كه از كنترل سیلان قدرت دارد این است كه وضعیت موجود سیلان قدرت را در خطوط انتقال،‌ به گونه ای تغییر دهد كه تلفات شبكه كاهش یابد. باتوجه به این موضوع ، آلترناتیوهای مطرح عبارتند از كاربرد خطوط انتقال HVDC یا كاربرد تجهیزات EACTS خطوط HVDC معمولاً‌ در فواصل انتقال بیش از km500 اقتصادی هستند. شبكه هدف در این مقاله، شبكه برق منطقه ای تهران و خطوط رابط آن با نواحی مجاور است. بنابراین باتوجه به فواصل مطرح در این شبكه، تنها مورد قابل قبول در جهت اهداف این مقاله،‌ استفاده از تجهیزات FACTS است.

2- مقایسه ادوات FACTS

در میان تجهیزات FACTS تجهیزاتی كه به صورت موازی در مدار قرار می گیرند و جریانی را به یك PV باس كه به آن وصل هستند ، تزریق می كنند تأثیری بر روی قدرت حقیقی انتقالی از خط نخواهند داشت. در صورت اتصال این عناصر در وسط یا طرف گیرنده خط، ولتاژ باس مربوطه و در نتیجه قدرت انتقالی از خط تا حدودی قابل كنترل است. از جمله این عناصر می توان به SNC ها (Compensators Static Var) و (Var Generator SVG Static) Statcom اشاره نمود [2].

در میان ادوات FACTS تجهیزاتی هستند كه می توانند قدرت انتقالی خط را توسط یك ولتاژ تزریقی (سری با خط) ، كنترل نمایند. این ولتاژ در ترانسفورماتور جابجا كننده فاز (Phase Shifting Transformer)PST توسط یك ترانس می تواند به خط تزریق (یا boost) شود [3] و یا ولتاژ سری با خط می تواند به گونه ای باشد كه با جریان خط متناسب باشد كه در این صورت آن را از نوع كنترل امپدانسی می نامند. در كنترل امپدانسی با توجه به اختلاف پتانسیل دو سر خط جریانی از خط عبور می كنند كه اگر خازن متغیر سری در خط داشته باشیم، افت ولتاژ روی خازن به صورت عمودی با ولتاژ موجود جمع شده و باعث تغییر در قدرت انتقالی عبوری می گردد. این عمل توسط تجهیزاتی مانند (riec Compansation Controlled Se-) CSC كه توسط تایرستورها ظرفیت را تغییر می دهند [4] یا توسط GTO-CSC (كه مجهز به یك مبدل منبع ولتاژ با كلیدهای (Off Gate Turn)GTO است و توسط ترانسی ولتاژی را به داخل خط تزریق می كند [5] میسر است.

در ارتباط با یك شبكه غربالی می توان گفت كه در این نوع شبكه جهت و مقدار سیلان قدرت با تغییرات میزان تولید و مصرف تغییر می كند. اختلاف فاز بین دو باس در دو انتهای یك خط می تواند تغییر علامت دهد، صفر شود و یا بسیار كوچك گردد. بنابراین در این حالت از كنترل امپدانسی نمی توان سود جست و منبع ولتاژ سری كنترل شده مناسب تر است چرا كه عملكرد آن مستقل از زوایای فاز بین باس هاست.

در GTO-CSC ولتاژ تزریقی مستقل از جریان خط است ولی این طرح هنوز در مرحله تحقیقاتی است. كنترلرهای تواناتر دیگری نیز در مرحله تحقیقاتی و آزمایش هستند كه انتظار می رود بتوان در آینده نزدیك از آنها استفاده نمود. (Inter-Phase Power Controller)IPC [6] وController)UPFC (Unified Power Flow [7] از این جمله اند. هسته اصلی این كنترلرها، ترانسفورماتور جابجا كننده فلز، PST است. با تركیب PST با قطعات دیگری می توان UPFC,IPC را ایجاد نمود. بنابراین با توجه به مطالب مذكور می توان نتیجه گرفت كه جهت كنترل سیلان قدرت بهتر است از تجهیزاتی مانند PST كه دارای مدلی به فرم منبع ولتاژ سری كنترل شده اند و كاربرد آنها هم اكونون نیز میسر است، استفاده نمود [1].

3- تواناییهای PST

PST یكی از قدیمی ترین ادوات FACTS است [8]. این وسیله ترانسفوماتوری است كه نسبت تبدیل آن مختلط می باشد. بنابراین فازور ولتاژ، در گذر ار اولیه به ثانویه در ضمن تغییر دامنه، تغییر فاز نیز می یابد. از PST جهت كنترل سیلان قدرت در حالت مانا [9] و از PST های مجهز به كلیدهای نیمه هادی، جهت كنترل شرایط دینامیك [10] و گذرا [11] می توان استفاده نمود. در این جا با توجه هب هدف مقاله فقط به موارد كاربرد حالت دائم آن اشاره خواهد شد.

1-3- كنترل سیلان قدرت در یك خط انتقال

در شبكه های همجوار مواردی پیش می آید كه كنترل توان اكتیو عبوری از خط رابط دو سیستم قدرت همسایه موردنظر است. شبكه های همجوار می توانند دو كشور همسایه، مثل شبكه های ایران و تركیه، و یا دو ناحیه در یك كشور، مثل شبكه های سراسری و خراسان، باشند. به علت محدودیتهایی و یا براساس قراردادهای تبادل انرژی مابین این كشورها، بهره برداران سیستم مایل هستند عبور توان مشخصی را از این خطوط داشته باشند. از اوائل دهه 30 میلادی [8] مشخص بوده است كه در این موارد كاربرد PST می تواند میزان توان حقیقی عبوری را در حد موردنظر برقرار سازد.

2-3- جلوگیری از چرخش قدرت

در شبكه های به هم پیوسته در مواردی، چرخش توان حقیقی درداخل حلقه هایی به صورت ناخواسته پیش می آید كه با استفاده از ترانسفورماتور جابجا كننده فاز می توان این توان گردشی را به حداقل رساند. به عبارت دیگر توسط PST توزیع سیلان قدرت به وجود آمده تغییر داده می شود و از چرخش بیهوده توان جلوگیری به عمل می آید.

3-3- انتخاب مسیرهای انتقال با قابلیت اطمینان بالا

ممكن است انتقال توان از مراكز تولید به مراكز مصرف از چند مسیر میسر باشد، اما در شرایط عادی، بیشتر توان از مسیری كه به دلیل بدی آب و هوا در فصولی از سال دچار حادثه و قطعی می شود عبور نماید و بهره بردار علاقه مند باشد كه با كاهش بار اینگونه خطوط، از مسیرهایی كه كم خطرتر هستند، استفاده نماید. زیرا در غیر اینصورت مجبور خواهد بود یا با كاهش تولید، مشكل را حل كند و یا درمناطق پرحادثه، مسیر جانشین و پشتیبان برای خطوط موجود، پیش بینی نماید. در این حالت نیز كاربرد PST می تواند توان حقیقی را به سمت خطوط مناسب هدایت كند [9].

4-3- افزایش ظرفیت انتقال بدون احداث خط جدید

در مسیرهایی به دلایل مختلفی نظیر نبود حریم كافی، مشكلات زیست محیطی یا موارد دیگر، امكان احداث خط جدید وجود ندارد. درنتیجه باید از حداكثر ظرفیت موجود استفاده نمود. در این صورت علاوه بر راه حل هایی نظیر جبران سازی سری، كاربرد PST می تواند مورد توجه قرار گیرد. برای مثال در خط kV500 Mead-Phoenix بعد از انجام 70 درصد كمپانزیشن خازن سری،‌ توان عبوری از خط برابر MW800 بوده است كه بعد از نصب دو PST kV500 (هریك به قدرت MVA650) قدرت عبوری از خط به MW1300 افزایش پیدا كرده است[12].

5-3- جلوگیری از اضافه بار یك خط از دو خط موازی

ممكن است كه یك مركز تولید از طریق چند خط ارتباطی با ظرفیتهای مختلف به نقاطی از كشور سراسری متصل باشد و تراز تولید و مصرف در مناطق مجاور به گونه ای باشد كه میزان توان عبوری از خطوط با ظرفیت پایینتر متصل به نیروگاه، به حد حرارتی آنها نزدیك شود ولی در مقابل از ظرفیت خطوط دیگر به شكل مطلوب استفاده نگردد. در این گونه موارد، به خصوص در حالتهای اضطراری نیز قطع خط مشكل پیچیده تر می شود [3].

تاكنون احداث خط جدید به موازات مدارهای قبلی، تغییر در وضعیت هادی خط موجود (استفاده از هادی ضخیم تر)، افزایش تعداد هادیها در فاز یا كاهش اندوكتانس خط با استفاده از خازن سری، به عنوان یك راه حل برای مشكل فوق مطرح بوده است. ولی هم اكنون كاربرد صحیح PST می تواند ضمن كا       هش بار خطوط مسئله دار، توان را به سمت خطوط كم بار هدایت نماید.

6-3- توسعه PST به UPFC,IPC

همانگونه كه قبلاً نیز بحث آن رفت، با افزودن یك مجموعه از تجهیزات پسیو و همچنین استفاده از كلیدهای نیمه هادی می توان PST ها را به IPC یا UPFC تبدیل كرد. توانایی بالای این وسائل در جهت كنترل پارامترهای انتقال، یعنی ولتاژ باس ها، راكتانس خطوط و زاویه ولتاژ باس ها، باعث شده است كه مطالعات زیادی در این زمینه شروع شود كه همگی در مرحله كاربرد آزمایشی یا تحقیقاتی هستند [1]. از دید بهره برداران سیستم قدرت، استفاده از UPFC و IPC منوط به در اختیار داشتن و تسلط آنها در استفاده از PST به تنهائی است.

7-3- بهینه سازی تلفات انتقال در خطوط موازی

این ایده در مواردی انجام شده و نهایتاً منجر به صرفه جوئی های چشمگیر اقتصادی شده است. از جمله می توان به مورد مطرح در [13] اشاره نمود. در [13] موردی بررسی شده است كه در آن توان از دو خط انتقال به طول km100، ولی یكی در سطح ولتاژ kV380 و دیگری در سطح ولتاژ KV220 انتقال داده می شود. با نصب یك PST نشان داده شده است كه با تغییر زاویه مربوط به ولتاژ تزریقی به خط، می توان با كنترل سیلان قدرت در خط تلفات انتقال را از MW19 در حالت بدون PST به مقدار MW10 در حالت تزریق ولتاژ عمودی، كاهش داد. در این مورد با فرض قیمت USS/kWh 05/0 برای برق مصرفی، صرفه جوئی سالیانه مربوطه برای انتقال MW600 حدود 4 میلیون دلار در سال بوده است.

باتوجه به اهمیت اقتصادی این كاربرد، در این مقاله به بررسی امكان پیاده سازی این مورد در كل شبكه پرداخته خواهد شد و همچنین نشان داده خواهد شد كه توسط كاربرد PST می توان نه تنها تلفات انتقال بلكه تلفات كل شبكه را نیز كاهش داد.

4- مفروضات و مشخصات عمومی

در این بخش مشخصات كلی و مفروضات مربوط به مطالعات انجام شده ، اراده خواهد شد. جهت انجام بررسی ها، به عنوان یك ابزار توانا از نرم افزار PSS/E شركت (Power Technology Inc.)PTI [14] استفاده می شود. به كمك این برنامه شبیه ساز، شبكه مورد مطالعه را می توان دقیقاً شبیه سازی كرد.

محدوده شركت برق منطقه ای تهران و خطوط ارتباطی آن با شركتهای مجارو جهئت انجام بررسیها مدنظر می باشد و وضعیت این شبكه در سال 1383 شبیه سازی می شود. با توجه به اینكه هدف نهائی پروژه كاربرد PST در شبكه انتقال است، بنابراین توجه خود را به شبكه 230 و 400 كیلو ولت معطوف می كنیم. مقدار تولید و مصرف و همچنین خطوط جدید 230و400 كیلوولت بر مبنای وضعیت برنامه ریزی شده برای سال 1383 در وضعیت off-peak در نظر گرفته می شود. جهت داشتن منابع اطلاعاتی مطمئن و به روز، از داده های معاونت برنامه ریزی توانیر و از بانك اطلاعاتی برنامه PSS/E استفاده می شود.

در هنگام انجام مطالعات، تمامی اتصالات و جزئیات شبكه سراسری در سال 83 در نظر گرفته شده است. همچنین اتصال شبكه سراسری به شبكه خراسان و به شبكه سیستان و بوچستان نیز مدنظر بوده است و از هیچ تقریبی در این ارتباط استفاده نشده است.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment