بررسی امكان كاهش تلفات انتقال با نصب ترانسفورماتور جابجا كننده فاز

- 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