۱- محدودیت های انتقال توان در سیستم قدرت

یک سیستم قدرت از سه قسمت عمده تولید، انتقال و مصرف تشکیل شده است. هدف یک مهندس بهره بردار این است که توان مصرفی مورد نیاز را تحت ولتاژ و فرکانس معینی تامین نماید. از لحاظ کنترل روی مصرف کننده نمی توان محدودیت زیادی اعمال کرد زیرا او خریدار است و خواسته هایش باید تامین گردد.

در نتیجه کنترل اصلی در شبکه برق بر روی قسمت تولید و انتقال است. حالت مطلوب در سیستم تولید توان این است که سیستم دارای تعادل بین عرضه و تقاضا باشد. ولی مسائل مختلفی نظیر خطاهای ناگهانی و گذار، خرابی تجهیزات، ورود مصرف کننده های جدید به مدار و … می توانند این تعادل را بر هم بزنند. برای رفع این مشکلات اتصال سیستم های قدرت به یکدیگر مطرح شد تا علاوه بر افزایش قابلیت اطمینان سیستم ها، قابلیت خرید و فروش برق در ساعات معینی از روز برقرار شده و مفهوم بازار برق شکل بگیرد. با توجه به اینکه بحث ما درباره ظرفیت خطوط انتقال است در ادامه به بررسی مشخصه بار پذیری خطوط انتقال می پردازیم.

با توجه به اینکه نیروگاههای برق از محل مصرف کننده دور هستند، برای انتقال توان نیازمند خطوط انتقالی هستیم که دارای طول زیادی هستند. با افزایش طول خطوط انتقال به دلیل تلفات و یا قطعی های احتمالی در مسیر نمیتوانیم از تمام ظرفیت تولیدی برای مصرف کننده استفاده کنیم و این خود معضلی در شبکه برق است. بارپذیری یک خط طبق تعریف، حد بارگذاری خط در محدوده های مشخص حرارتی، افت ولتاژ و پایداری است.

برای نخستین بار در سال ۱۹۵۳ اقای st.clair این مفهوم را مطرح کرد و براساس ملاحضات علمی و تجربی منحنی های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ ۳۳۰ کیلوولت و تا فاصله ۴۰۰ مایل بدست آورد. این منحنی ها ابزار ارزشمندی برای مهندسان طراح خطوط انتقال برای تخمین سریع حدود حداکثر بارگذاری خطوط هستند. براساس این منحنی ها، حد بارپذیری خط انتقال به سه عامل محدود می شود: محدودیت حرارتی، محدودیت افت ولتاژ و محدودیت پایداری.

۲- محدودیت حرارتی

حرارت ناشی از عبور جریان از هادی های خط انتقال دو اثر نامطلوب دارد:

• از دست رفتن قدرت مکانیکی هادی الومینیومی
• افزایش انحنای خط و کاهش فاصله آن با زمین به دلیل انبساط خط در دمای بالا

۳- محدودیت افت ولتاژ

ولتاژ خط در طول خط ثابت نیست و تابعی از توان انتقالی است. این تغییرات ولتاژ باید در محدوده مجاز باشد بنابراین انتقال توان در خطوط محدود به تغییرات دامنه ولتاژ خواهد بود.

۴- محدودیت پایداری

در حالت ایده ال ژنراتور سنکرون ماکزیمم توان را در زاویه دلتای ۹۰ درجه انتقال می دهد که به دلیل ملاحضات پایداری با ضریب اطمینان ۳۰ درصد از ژنراتور بهره برداری می کنند. یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نباید از ۷۰ درصد ظرفیت ماکزیمم توان انتقالی خط افزایش یابد. زاویه دلتای ژنراتور متناسب با این محدودیت تقریبا ۴۵ درجه به دست می آید.

برای رفع این مشکلات و محدودیت ها امروزه از کنترل کننده های factc استفاده می شود که در ادامه به توضیح کنترل کننده های مرسوم می پردازیم.

۱-۴- جبران کننده توان راکتیو استاتیک SVC

SVC اولین کنترل کننده FACTS است که در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرد. SVC یک کنترل کننده امپدانس متغیر است که در آن جریان از طریق یک سلف با استفاده از تریستورهای پشت به پشت (موازی و معکوس) کنترل می شود. کاربرد SVC در گذشته برای جبرانسازی بار در بارهای با قابلیت تغییر سریع صنایع ذوب آهن و کوره های القایی بود. هدف از استفاده از SVC در این صنایع بهبود ضریب توان دینامیکی و همچنین تعادل جریان های سمت منبع است. کاربردهای SVC عبارتند از:

• افزایش ظرفیت خط انتقال در خطوط طولانی
• بهبود پایداری با عملکرد سریع کنترل ولتاژ
• میرا کردن نوسانات فرکانس پایین به دلیل مودهای چرخشی
• کنترل دینامیکی اضافه ولتاژها

از آنجایی که SVC یک کنترل کننده استاتیک است و اینرسی در آن وجود ندارد، بسیار سریع تر از یک کندانسور سنکرون عمل میکند. این قابلیت باعث کنترل سریع توان راکتیو می شود.

۱-۱-۴ ساختار svc

بطور کلی دو نوع svc وجود دارد.

• راکتور کنترل شده تریستوری با خازن ثابت (FC-TCR)
• راکتور کنترل شده تریستوری با خازن کنترل شده تریستوری (TSC-TCR)

نوع دوم انعطاف پذیرتر از نوع اول است و به سلف کوچکتری نیاز دارد و در نتیجه هارمونیک های کمتری تولید میکند.