فهرست مطالب

مقدمه: 2

3

مبدل HVDC: 5

تبديل ولتاژ AC.DC 6

كنترل سيستم HVDC: (كنترل آتش كليد) 7

مدارهاي مبدل و اجزاء آن: 12

كليد تايريستوري فشار قوي: 14

آرايش هاي HVDC: 16

«آرايشهاي اصلي HVDC» 16

آريش هاي پشت به پشت: 17

تحليل سيستم قدرت داراي مبدل هاي HVDC 18

كاربردها و روندهاي جديد: 22

انتقال به صورت جريان مستقيم فشار قوي: 25

خط ارتباطي دو قطبي HVDC 27

شكل: خط ارتباطي هم قطبي HVDC 28

راكتورهاي هوارساز 30

فيلترهاي هارمونيك: 31

منابع توان راكتيو: 31

الكترودها: 32

خطوط جريان مستقيم: 32

نظريه و معادلات عملكرد كنورتور: 33

مشخصه هاي شير: 33

مدارهاي كنورتور 35

«مدار پل سه فاز موج كامل» 35

بررسي مدار پل موج كامل سه فاز: 35

ابزار اساسي كنترل: 37

ملاحضات زير بر انتخاب مشخصه هاي كنترلي تاثير مي گذارد: 37

ه‍( حداقل سازي هزينه تامين توان راكتور به كنورتورها: 39

مشخصه هاي ايده آل: 40

مشخصه هاي واقعي: 42

مشخصه هاي تركيبي يكسوساز و اينورتور: 44

مدهاي ديگر كنترل ولتاژ اينورتور: 44

مد كنترلي ولتاژ جريان مستقيم: 45

شكل (10-32) مدهاي مختلف كنترل اينورتور 45

كنترل تغييردهنده تپ: 46

كنترل توان: 48

كنترلهاي جنبي براي سيستم جريان متناوب: 48

(سلسله مراتب سطوح مختلف كنترلهاي سيستم HVDC) 51

راه اندازي، توقف و معكوس كردن جهت انتقال توان: 53

ترتيب عادي راه اندازي (باز كردن مسير): 53

مسائل مربوط به سيستمهاي با ESCR كم: 58

اضافه ولتاژ ديناميكي: 58

پايداري ولتاژ: 59

تشديد هارمونيكي: 60

چشمكزني ولتاژ: 60

ثابت لختي موثر: 61

كموتاسيون اجباري: 62

خطاهاي خط جريان مستقيم: 64

خطاهاي كنورتور: 64

خطاهاي سيستم جريان متناوب 65

معيارهاي خاص براي كمك به اصلاح وضعيت 65

سيستمهاي چند پايانه اي HVDC: 66

ساختارهاي شبكه MTDC: 67

طرح دو قطبي MTDC موازي با شبكه شعاعي dc 67

طرح MTDC سري 68

نمايش در مطالعات پايداري: 69

الف) مدلهاي ساده: 70

معادلات كنورتور و خط: 71

فرمان كنترل جريان با محدوديتها: 71

اعمال كنترل طي خطاهاي جريان متناوب: 72

خطوط راهنما براي انتخاب تفصيل مدلسازي: 75

مقدمه:

ابداع كليدهاي جيوه اي فشار قوي در پنجاه سال قبل مسير توسعه تكنولوژي انتقال HVDC را هموار كرد. تا سال 1945، اولين لينك DC تجاري با موفقيت بكار گرفته شده بود و نمونه هاي بزرگتري در حال توليد بود. موقعيت تكنولوژي جديد موجب گرديد كه تحقيقات و تلاشها به سمت ساخت كليدهاي نيمه هادي پيش رود و تا اواسط دهه 60، اين كليدها جايگزين كليدهاي قوس جيوه ي شدند. بعد تاريخي و پيشرفت هاي فني تكنولوژي HVDC بطور مفصل در مراجع بيان گرديده است. پيشرفت هاي قال توجه در بهبود قابليت اطمينان و ظرفيت كليدهاي تايريستوري موجب كاهش هزينه مبدل ها در مسافت‌هاي انتقال و در نتيجه افزايش قدرت رقابت طرح هاي DC شده است.

در هر حال عدم امكان خاموش كردن تايريستورها محدوديت مهمي در ملاحظات مربوط به توان راكتيو و كنترل آن پديد مي آورد. اين محدوديت موجب ظهور تجهيزات الكترونيك قدرت با قابليت هاي كنترلي بيشتر شده است براي نمونه IGBT , GTO، اما تا لحظه نوشتن اين مطالب، هيچكدام از اين دو بدليل ظرفيت مورد نياز، نتوانسته اند رقيب تايريستور در طرح هاي HVDC با ظرفيت زياد شود. از طرف ديگر ظرفيت اين تجهيزات جديد امكان توسعه تكنولوژي فراهم آورده FACTS را- موضوع اين كتاب- به منظور مقابله با مشكلات خاص موجود و با هزينه اي كمتر از هزينه HVDC فراهم آورده است.

طرح مباحث مربوط به انتقال DC در اين كتاب متناقض به نظر مي رسد زيرا اغلب  FACTS , HVDC در تكنولوژي رقيب محسوب مي شوند. مشكل به تغيير نادرست از كلمه «انتقال» بر مي گردد. انتقال معمولا بيانگر مسافت طولاني است در صورتيكه بخش بزرگي از لينك هاي DC موجود، اتصالات ميانب با مسافت صفر هستند. امروز، مرزهاي بين ادوات HVDC , FACTS، به نوع تجهيزات حالت جامد (تجهيزات حالت جامدي كه در حال حاضر در HVDC بكار مي روند، محدود به يكسوكننده هاي كنترل شده سيليكوني مي باشند) و ظرفيت طرح ارتباط دارد. بهرحال با بهبود ظرفيت و توانائي هاي تجهيزات جديد استفاده خواهد شد و در        FACTS سعي خواهد شد كه كنترل توان بصورت مستقيم تري انجام شود مثلا با توسعه اتصال دهنده توان مياني آسنكرون، يعني لينك HVDC پشت پشت. از اين رو مي توان لينك پشت به پشت را نيز جزء ادوات FACTS به حساب آورد و اين فصل در مورد همين كاربرد HVDC است.

 معرفي شبكه هاي HVDC , AC و تكنولوژي انتقال DC با ولتاژ بالا (HVDC)

اتصال سيستم هاي AC با لينك DC:

در مسافت هاي كمتر از مسافت break-even  باري اتصال در سيستم يا ناحيه مستقل استفاده از انتقال توان بصورت AC ترجيح داده مي شود. براي اين منظور بايد برخي ملاحظات ضروري را كه برخي از آنها در زير آورده شده است رعايت كرد.

لينك بايد ظرفيت كافي براي برقراري عبور توان در مقادير موردنظر را داشته باشد و پس از وقوع اغتشاش سريعا به وضعيت قبل از اغتشاش باز گردد. وجود يا ساخت مراكز ديسپاچينگ با امكانات مخابراتي قابل اعتماد سريع. هر كدام از سيستمها بايد قابليت حفظ و كنترل فركانس عادي را داشته باشد و از همين دو بايستي بتواند ذخيره چرخان بلند مدت و كوتاه مدت كافي فراهم آورد. معمولا در اكثر كشورها نواحي جداگانه با كمبود توان مواجه مي شوند بويژه در زمان اوج مصرف كه فركانس شبكه بسيار پايين مي ماند (حفظ ذخيره چرخان ممكن نيست). در چنين مواردي اتصال ناحيه هاي بوسيله اتصال مياني به صورت سنگرون بسيار مشكل است. براي اتصال مياني آسنكرون، دو انتخاب وجود داردك يكي بوسيله انتقال HVDC و ديگري بوسيله يك پست پشت به پشت HVDC. انتخاب اول يعني انتقال HVDC زماني از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است كه فاصله طولاني و مقدار انرژي تبادلي زياد باشد. در حالتي كه بخواهيم توان اضافي يك ناحيه را براي مدت كوتاهي به ناحيه ديگر انتقال دهيم و همچنين براي تقويت هر كدام از سيستم ها در مواقع اضطراري، HVDC 1شت به پشت انتخاب مناسب تري است.

 مبدل HVDC:

براي تطابق لحظه اي ولتاژهاي طرف AC , DC در فرآيند تبديل (شكل 3-1)، بايد امپرانس سري كافي در طرف AC , DC مبدل قرار داده شود. با روش پيشين، اغلب تبديل منبع ولتاژ حاصل مي گرددو تغيير جريان DC بوسيله كنترل تايريستور امكان پذير است اگر راكتور هموار كنند بزرگي در طرف DC قرار داده شود، فقط پالس هاي جريان مستقيم ثابت از تجهيزات كليدزني عبور كرده  و به سيم پيچ هاي ثانويه ترانسفورماتور مي رود. پس از آن، اين پالس هاي جريان مطابق با نسبت تبديل و اتصال ترانسفورماتور، به طرف اوليه انتقال داده شده و به اين ترتيب يك مبدل جريان با امكان تنظيم ولتاژ مستقيم بوسيله كنترل تايريستور حاصل مي شود. تبديل ولتاژ در مبدل هي قوس جيوه بكار گرفته نشد زيرا حذف اغتشاش هاي توليد شده ناشي از قوس معكوس ناممكن بود.

 تبديل ولتاژ AC.DC

طرح هاي تايريستوري، تغييرات سريع منبع ولتاژ مستلزم استفاده از امپدانس سري بزرگ است كه براي جبران توان راكتيو، مقرون به صرفه نيست، بنابراين دلايل، در طراحي مبدل هاي HVDC تبديل جريان توضيح داده مي شود. به منظور استفاده بهينه از مبدل و ولتاژ معكوس با پيك كم در دو سر كليدهاي مبدل، در مبدل هاي HVDC منحصرا از پل سه فاز شكل استفاده مي شود. با طرح هاي HVDC، فقط از اتصالات ساده ترانسفورماتورها استفاده مي شود. اين امر بدليل عايق هاي ترانسفورماتور است كه بايد قدرت تحمل ولتاژهاي متناوب همراه با ولتاژهاي مستقيم زياد را داشته باشد. با استفاده از اتصالات موازي ترانسفورماتور ستاره/ مثلث و ستاره/ ستاره مي توان به سهولت تعداد 12 پالس را بدست آورد در شكل است، پايين ترين مولفه جريان هارمونيكي مشخصه آن هارمونيك يازدهم بوده و هزينه فيلتر بطور قابل ملاحظه اي كاهش يافته است.

 كنترل سيستم HVDC: (كنترل آتش كليد)

آتش كردن كليد بر اساس اصول كنترل آتش هم فاصله صورت مي گيرد كه مبناي آن، يك نوسان كننده كنترل شده با ولتاژ است كه قطاري از پالسها را در فركانس كه مستقيما با ولتاژ كنترلي DC، Vc، متناسب است ارسال مي كند. در حال حاضر با اين روش، حلقه هاي كنترلي متعددي براي تامين ولتاژ Vc بكار مي روند. فاز هر كدام از پالس هاي آتش مي تواند بسته به ولتاژ خط AC سه فاز، سينوسي متقارن باشند (فركانس اصلي)،   براي تمام كليدهاي يكسان است. بايد به روشي زاويه فاز نوسان كننده به سيستم AC قفل شود. اين امر با متصل كردن Vc در يك حلقه فيدبك منفي بازاء جريان ثابت يا زاويه خاموشي ثابت انجام مي شود هنگام عملكرد در كنترل جريان ثابت، Vc از تقويت اختلاف (طخا) بين منبع جريان و جريان خط DC اندازه گيري شده بدست مي آيد، به اين وطيله يك حلقه كنترلي فيدبك منفي ساده بوجود مي آيد كه سعي دارد جريان ثابت را در مقداري بسيار نزديك به هنگاميكه جريان برابر مقدار مرجع شد، خطاي ثابت را در مقداري بسيار نزديك به هنگاميكه جريان برابر مقدار مرجع شد، خطاي تقويت شده (Vc) دقيقا برابر است با مقدار لازم براي اينكه فركانس نوسان كننده شش برابر فركانس منبع شود. خروجي هاي ring counter و در نتيجه پالس هاي كيت كليد به ولتاژ AC فازم عيني خواهند داشت. در عملكرد حالت ماندگار، اين فاز برابر زاويه آتشي   است. وقوع يك اغتشاش مانند لغت back end در سيستم DC موجب افزايش موقت جريان شده كه باعث كاهش Vc و در نتيجع كند شدن نوسان كننده مي گردد در نتيجه فاز نوسان كننده عقب افتاده و زاويه آتش   افزايش مي يابد. اين امر موجب كاهش مجدد جريان شده و سيستم نهايتا داراي همان جريان، همان Vc و فركانس نوسان كننده مي گردد اما فاز آن تغيير كرده است يعني   تغيير كرده است. سيستم كنترل نيز تغييرات فركانسي سيستم را دنبال خواهد كرد، كه در اين حالت نوسان كننده بايد فركانس خود را تغيير دهد، اين امر منجر به Vc متفاوت و در نتيجه جريان متفاوتي خواهد شد، اما با تقويت بهره زياد، خطاي جريان را كم مي كنند. اين طرح جريان ثابت، مد كنترلي اصلي در خلال يكسوسازي است، در طي inversion نيز، هر زمان كه كنترل جريان به عهده اينورتر است، به همين دطريق عمل مي شود. پاسخ سيستم كنترل سريع است، اما بدليل پاسخ هاي كندتر خط DC كه شامل خازن، اندوكتانس و راكتانس همواركننده است، اثر آن كم مي شود.

كنترل زاويه خاموشي اينورتر با يك حلقه فيدبك منفي كه بسيار شبيه حلقه جريان است انجام مي شود اختلاف بين   اندازه گيري شده و   تنظيم وتقويت شده و مانند قبل Vc را بوجود مي آورد با اين تفاوت كه   يك كميت نمونه برداري شده است نه يك كميت پيوسته براي هر كليد زاويه خاموشي بصورت اختلاف زماني بين لحظه صفر جريان و لحظه اي كه ولتاژ آن از صفر مي گذرد و مثبت مي شود تعريف مي گردد. براي هر پل شش مقدار   وجود دارد كه بايد اندازه گيري شود. در عملكرد حالت ماندگار متقارن، اين مقادير يكسان هستند. در حالت نامتعادل، مقداري كه بيشترين احتمال شكست كموتاسيون را با خود دارد كمترين مقدار   است.