چکیده

این مقاله با توجه به پارامترهای موجود در سیستم قدرت، نحوه صحیح جایابی تجهیزات FACTS در شبکه استاندارد IEEE با استفاده از الگوریتم PSO را نشان میدهد. هدف از نصب این تجهیزات، کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ در شبکه میباشد که از مدل استاتیک برای مدل سازی تجهیز ادوات FACTS استفاده شده است. دو نوع از این ادوات در سیستم مورد آزمایش قرار داده شده که با توجه به مکان قرارگرفتن هر کدام ازآنها نتایج مختلفی بدست آمده که موجب افزایش بهرهوری سیستم مورد آزمایش، گردیده است.

کلمات کلیدی: مکان بهینه، ادوات FACTS، الگوریتم PSO، کاهش تلفات، پروفیل ولتاژ

.۱ مقدمه

صنعت برق در دنیا به سرعت در حال تغییر و تحول است کـه عـواملی چـون بـازار، کمبـود منـابع طبیعـی و تقاضـای روبـه رشـد الکتریسیته موارد مهمی در ایجاد این تغییرات و تحولات سریع و پیش بینی نشده هستند. با وجود این درخواست رو به رشد، خیلـی از برنامه های توسعه، توسط فشارهای ناشی از گروههای حامی مسائل زیست محیطی در رابطه با عدم اعطای مجوز ساخت خطوط انتقال جدید و نیروگاهها محدود شدهاند. بنابراین جهت حداکثر کردن ظرفیت انتقال خطوط موجود به همراه بـالا بـردن پایـداری و قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت استفاده از ادوات الکترونیک قدرت اجتناب ناپذیر است و بطور کلی استفاده از تجهیزات و تکنیک های جدید الکترونیک قدرت میتواند جانشین خوبی برای راه حل های مرسوم باشند. ساختار سیستم قدرت تابعی از وضعیت اقتصادی موجود، تصمیمات سیاسی، مهندسی و زیست محیطی میباشد و به همین دلیل ساختار آن همیشه در حال تغییر است. پخـش تـوان در کل شبکه مستقل از ساختار سیستم قدرت و تابعی از امپدانس خط انتقال است. خط انتقال با امپدانس پایین توانایی پخش تـوان بیشتری نسبت به خط انتقال با امپدانس بالا دارد. اما این نتیجه همیشه درست نیست زیرا مسائل عملی زیادی وجود دارند که بایـد آنها را در نظر گرفت. نمونه هایی از مشکلات عملی که پخش توانهای اکتیو و راکتیو کنترل نشـده ممکـن اسـت بوجـود بیاورنـد، عبارتند از کاهش پایداری سیستم، ایجاد حلقه های پخش توان، تلفات بالای انتقال، تجاوز از حـد ولتـاژ مـورد نظـر و عـدم بهـره برداری از ظرفیت کامل خطوط انتقال به علت محدودیت دمایی و فرمان قطع پشت سرهم رله هـا. ایـن قبیـل مشـکلاتمعمـولاً بوسیله ساخت نیروگاهها و خطوط انتقال جدید حل میشوند، اما ایـن راه حـل دارای هزینـه اجرایـی بـالا، زمـان بـر و در تضـاد بـا گروههای حامی محیط زیست است. راه حل جدیدی که برای حل این قبیل مشکلات میتوان در نظر گرفت مربوط بـه اسـتفاده از جدیدترین روشها و تجهیزات الکترونیک قدرت تحت عنوان FACTS است.

۱

.۲ ادوات FACTS

ادوات FACTS جزو تکنولوژی های جدید میباشد که در شبکه های قدرت توسعه یافتهاند. تکنولوژیهای پیشرفتهای که در زمینهی ولتاژهای سطح بالا، جریانهای زیاد، کنترل دیجیتال، و نیز ایجاد سیگنالهای فرمان میباشد. مطالعات صورت گرفته در زمینهی ادوات FACTS میتوان به دو دستهی مطالعات حالت دائم و نیز عکس العمل متقابل سیستمکنترلی ادوات FACTS

æ دینامیک سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفته است. با گسترش روزافزون مصرف انرژی در دنیا، توسعه شبکههای قدرت امری ضروری است. اما ایجاد خطوط انتقال جدید مستلزم صرف زمان و هزینههای گزاف بوده و لذا در صورت امکان استفاده از همان خطوط با ظرفیت انتقال بالاتر بسیار مقرون بهصرفه میباشد. در همین راستا در سالهای اخیر با معرفی ادوات فکتس به شبکههای قدرت، استفاده از آنها در کشورهای صنعتی جهت افزایش ظرفیت خطوط انتقال متداول شده است. جایابی ادوات فکتس با هدفهایی از جمله بهبود پایداری ولتاژ [۱]، رفع پر شدگی خطوط انتقال [۲]، بهبود قابلیت بارگذاری خطوط [۳]، کاهش تلفات شبکه [۴]، بهبود پروفیل ولتاژ [۵]، کاهش هزینه تولید نیروگاهها با کمک به پخش بار بهینه [۶]، و نیز کاهش هزینههای کلی سیستم از دید اقتصادی [۷]، صورت گرفته است. جهت استفاده کامل از توانایی این عناصر لازم است تا بهترین مکان برای این عناصر انتخاب شود برای این منظور از پخش بار بهینه با هدف افزایش سطح بار گذاری با کاهش تلفات استفاده شده است.[۸] روشهای مختلفی برای پخش بار بهینه وجود دارد از جمله، روش های گرادیان نزولی تعمیم یافته، حل برنامهریزی خطی متوالی، روش نیوتن، روش تجزیه P_Q، روش نقطه داخلی، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ذرات و روش تکاملی تدریجی که برای انجام پخش بار استفاده میشوند. محدود شدن رشد تسهیلات انتقال قدرت با وجود این واقعیت که حجم انتقال ونیز استفاده از سیستم-های قدرت در سه بخش کریدرهای انتقال، استفاده غیر یکنواخت از امکانات و مسیرها و همچنین حلقههای ناخواسته که درحال افزایش است، مشکل بزرگی بشمار میآید. از این رو توسعه خطوط انتقال لازم ولی به آسانی قابل اجرا نیست. از این رو فاکتورهای تاثیرگذار در این شرایط میتوان به تنوع محیطی، استفاده از اراضی، مقررات تنظیمی اشاره کرد. در همین راستا در سالهای اخیر با گسترش صنعت الکترونیک قدرت، سیستمهای انتقال جریان متناوب انعطافپذیر((FACTS به شبکههای قدرت معرفیشده است

æ با توجه با قابلیت فراوان و کاربرد وسیع این نوع ادوات، به سرعت در شبکههای انتقال قدرت بکار گرفته شده است و تحولی در سیستمهای قدرت ایجاد کرده است. تکنولوژی ادوات FACTS یک ابزار مهم برای استفاده کامل از امکانات انتقال موجود در شرایط اضطراری و بدون کاهش امنیت سیستم میباشد. ویژگی جالب این تجهیزات امکان کنترل مستقیم توان عبوری از خطوط انتقال به وسیله تغییر پارامترهای ساختار شبکه با استفاده از کنترل کننده بابهره بالا برمبنای کلیدزنی سریع میباشد. پارامترها و متغیرهای خطوط انتقال از قبیل امپدانس خطوط، ولتاژهای باسها و زاویه فاز آنها میتواند توسط ادوات FACTS بهصورت سریع و موثر کنترل شود. استفاده از این تجهیزات علاوه بر موارد ذکر شده میتواند رفتار دینامیکی شبکه قدرت را بهبود داده و قابلیت اطمینان آن را افزایش دهد. اما مهمترین وظیفه ادوات FACTS در سیستم قدرت کنترل فلوی توان عبوری از خطوط انتقال میباشد. ادوات FACTS سیستم را به تواناییهایی از جمله کنترل تنظیم ولتاژبار، حداقل کردن هزینههای تولید و بهره-برداری، افزایش پایداری دینامیکی، بالابردن قابلیت اطمینان بارگیری خطوط انتقال با همان ظرفیت گرمایی، کاهش توان راکتیو لازم در سیستم انتقال، مجهز مینماید. عناصر FACTS بر اساس نحوه قرارگیری در شبکه انتقال به سه دسته تقسیم میشوند.

۱-۲ عناصر FACTS سری

این عناصر به صورت سری در خط انتقال قرار میگیرند و معمولا با تغییر راکتانس خط تولید یا جذب توان راکتیو میپردازند که TCSC پرکاربردترین این خانواده میباشد. TCSC به عنوان یک راکتانس قابلکنترل تزریق شده به خط انتقال عمل میکند. TCSC از یک شاخه حاوی بانک خازنی و شاخه موازی با آن شامل تایرستورکنترلشده و بانک سلفی تشکیل شده که با کنترل شاخه سلفی با اصلاح راکتانس خط میپردازد.

۲

۲-۲ عناصر FACTS موازی

این عناصر با صورت موازی در شبکه قرار گرفته و معمولا به یکی از شینهای شبکه متصل شده با جذب یا تزریق توان راکتیو به شبکه ولتاژ نقطه اتصال را کنترل میکند که معروفترین عضو این مجموعه SVC است. SVC از یک TCR (امپدانس راکتور با اندازه Xl بههمراه یک والوتایریستوری دوجهتی)با یک بانک خازنی Xc تشکیل شده است و در مدار بهعنوان یک راکتانس متغیر موازی باجذب یاتولید توان راکتیونقطه اتصال خود را به شبکه تنظیم میکند. کاربرد عمده آن تامین سریع توان راکتیوو پشتیبانی ولتاژ بوده و کنترل زاویه آتش تایریستورSVC را قادر به پاسخگویی تقریبا آنی کرده است.