سیستم جبرانساز استاتیک توان راکتیو یا SVC چیست؟
با توجه به افزایش نوسانات هارمونیک در شبکه‌های فشار ضعیف و متوسط، طراحی بانک‌های خازنی به چالش کشیده شده است. از این رو، اطلاعات دقیق در مورد این سیستم‌ها برای مصرف‌کنندگان و مشاوران بسیار حائز اهمیت است. سیستم جبرانساز SVC نه تنها باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود بلکه باعث بازگشت سریع سرمایه نیز می‌شود. به همین دلیل، استفاده از این سیستم‌ها در چند سال اخیر به شدت افزایش یافته است. این مقاله به بررسی سیستم‌های جبرانساز و انواع آنها می‌پردازد.
مفهوم جبرانسازی توان راکتیو چیست؟
قبل از معرفی سیستم جبرانساز SVC، بهتر است با اصطلاح جبرانسازی توان راکتیو آشنا شوید. جبرانسازی از جمله راهکارهای برتر برای بهینه‌سازی هزینه‌های انرژی و بازگشت سریع سرمایه به حساب می‌آید. در دهه‌های اخیر، خازن‌هایی با تلفات کمتر واقعیت پیدا کرده‌اند، این امر به دلیل بهره‌گیری از تکنولوژی‌های پیشرفته و مواد نوین در ساخت سیستم‌هاست.
آشنایی با انواع جبرانسازی توان راکتیو با استفاده از خازن
خازن به عنوان یک عنصر استاتیک مهم در جبران توان راکتیو شناخته می‌شود، که با کاهش تلفات، نقش اساسی در بهبود توان راکتیو ایفا می‌کند. این عنصر در تولید توان راکتیو و جبرانسازی از آن بهره می‌برند.
آشنایی با انواع روش‌های جبرانسازی در سیستم قدرت
با توجه به نوع اتصال سیستم جبرانساز SVC و دیگر جبرانسازها به شبکه سیستم قدرت، روش‌های جبرانسازی را می‌توان به دو دسته جبرانسازی موازی و سری تقسیم کرد. در ادامه با این روش‌ها به طور دقیق آشنا می‌شوید.
جبرانسازی موازی:
این روش که به نام “شنت” نیز شناخته می‌شود، عمدتاً در خطوط انتقال فشار قوی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع خطوط، میزان ولتاژ در انتهای خط به شدت به بارگیری خطوط وابسته است. در این حالت، خازن نقش اساسی در افزایش کارایی خطوط انتقال فشار قوی ایفا می‌کند. هنگامی که بار خط افزایش می‌یابد، خازن توان راکتیو مورد نیاز را فراهم می‌کند و افزایش ولتاژ در انتهای خط را تسریع می‌دهد. به این ترتیب، خازن و ولتاژ با یکدیگر ارتباط مستقیم دارند.
جبرانسازی سری:
همانطور که از عنوان آن پیداست، این نوع جبرانسازی تجهیزات یا ادوات FACTS را به صورت سری به شبکه قدرت متصل می‌کند. این نوع جبرانسازی می‌تواند از طریق امپدانس متغیر مانند سلف یا خازن صورت گیرد. به عبارت دیگر، خازن یا سلف به صورت سری به خط انتقال متصل می‌شوند. عملکرد این روش جبرانسازی به منظور بهبود انتقال نیرو در خطوط EHV بسیار موثر است. استفاده از این ادوات جبرانساز سری می‌تواند ظرفیت انتقال خط را به میزان 50 درصد افزایش دهد، از این رو به شدت در صنعت مورد توجه قرار می‌گیرد.
معنای SVC در سیستم قدرت چیست؟
SVCها به عنوان نوعی جبرانساز توان راکتیو در شبکه قدرت معرفی می‌شوند. این سیستم با در نظر گرفتن نیازهای خط انتقال، توان راکتیو را جذب می‌کند. سیستم جبرانساز، با ویژگی‌هایی همچون انعطاف پذیری، پاسخ سریع، متعادل‌سازی فاز، قابلیت اطمینان و… به مزایای فراوانی دست یافته است.
در واقع، SVC مجموعه‌ای از تجهیزات است که برای تأمین توان راکتیو در شبکه انتقال برق به کار می‌رود. معمولاً از این سیستم به‌منظور بهبود ضریب توان، پایداری شبکه انتقال، کاهش هارمونیک و تنظیم ولتاژ استفاده می‌شود. این سیستم پرکاربرد در صنایع مختلف جهت بهبود کیفیت توان و کنترل توان راکتیو به‌کار می‌رود.
سیستم SVC یا جبرانساز استاتیک توان راکتیو، از جدیدترین روش‌های نوین در زمینه جبرانسازی توان راکتیو به‌شمار می‌آید. اما چرا از واژه “استاتیک” برای این سیستم استفاده شده است؟ این نامگذاری به دلیل عدم وجود هیچ بخش متحرکی در این سیستم است (با استثنای قطع‌کننده‌ها و مدارشکن).
سیستم جبرانساز SVC می‌تواند به‌عنوان یک ابزار تطبیق امپدانس خودکار در نظر گرفته شود. این سیستم به‌طور طراحی شده به‌گونه‌ای است که ضریب توان سیستم را به 1 نزدیک‌تر می‌کند.
عملکرد سیستم جبرانساز SVC چگونه است؟
به طور معمول، سیستم جبرانساز SVC از یک بانک خازنی با سوئیچ‌های جداگانه، همراه با یک راکتور با هسته هوایی یا آهنی که با تریستور کنترل می‌شود، تشکیل می‌شود. در بلوک دیاگرام ساده زیر، ساختار یک SVC را مشاهده می‌کنید:
در این سیستم، بخش اصلی ولتاژ توسط خازن‌ها کنترل می‌شود و راکتوری که با تریستور کنترل می‌شود، برای کنترل نرم ولتاژ استفاده می‌شود.
تریستورها، مانند سایر نیمه‌هادی‌ها، در مدار گرمایی تولید می‌کنند. برای کاهش دما، به طور معمول از آب دیونیزه استفاده می‌شود.
در این سیستم، هرمونیک‌های فرد وارد شبکه می‌شوند هنگامی که بار راکتیو کاهش می‌یابد. برای حل این مشکل، از بانک فیلترهای قدرت استفاده می‌شود. این فیلترها با خاصیت خازنی خود، به شبکه انرژی مثبت وارد می‌کنند.
در این جبرانساز، رگلاسیون ولتاژ عمدتاً با استفاده از یک کنترل کننده حلقه بسته و با روش‌های کنترل از راه دور یا دستی، تنظیم می‌شود.
سیستم جبرانساز SVC و نصب آن در مدار
نصب سیستم جبرانسازی SVC بر روی ولتاژ خط به شکل مستقیم انجام نمی‌شود. در ابتدا، با بهره‌گیری از یک بانک ترانسفورمری، ولتاژ خط به شدت کاهش می‌یابد. این اقدام منجر به کاهش تعداد اجزای موجود در SVC و اندازه آن می‌شود. این عمل، مشکلات مرتبط با حفاظت و عایق‌بندی را نیز به حداقل می‌رساند. با این وجود، در این حالت، هادی‌ها باید از ابعاد بزرگ‌تری برخوردار باشند تا جریان شدید عبوری را تحمل کنند.
از طرف دیگر، استفاده از تریستور باعث ایجاد پویایی و دینامیک در سیستم جبرانساز SVC می‌شود. تریستورها که به نام Valve هم مشهور هستند، دارای شکلی شبیه به دیسک با قطر چند اینچی هستند. این نیمه‌هادی‌ها در فضای بسته‌ای به نام ولوخانه قرار گرفته و نگهداری می‌شوند.
آشنایی با انواع سیستم جبرانساز SVC
همانطور که بیان شد، مجموعه‌های SVC به منظور بهبود کیفیت توان و کنترل توان راکتیو به کار می‌روند. این سیستم انواع متنوعی دارد که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.
راکتور کنترل شده با تریستور (TCR)
در این نوع سیستم، مدار از دو تریستور که به صورت پارالل قرار دارند، ساخته می‌شود. در این کنترل کننده، راکتور به صورت سری با یک شیر تریستوری به یکدیگر متصل می‌شود. تریستورها نیمی از شکل موج منبع تغذیه را هدایت می‌کنند. مدار کنترل نیز در هر نیم موج برای فعال‌سازی تریستور استفاده می‌شود. این نوع سیستم به عنوان یک جبرانساز برای خطوط انتقال با فشار قوی برای تامین توان راکتیو به کار می‌رود.
راکتور سوئیچ شده با تریستور (TSR)
این سیستم جبرانساز SVC به طور کلی شباهت زیادی به سیستم TCR دارد با این تفاوت که در TCR، زاویه آتش تریستور برای کنترل جریان استفاده می‌شود، درحالی که در TSR تریستور یا روشن است یا خاموش. به‌عبارت دیگر، TSR کنترل فازی ندارد. با وجود این شباهت، عدم نیاز به کنترل زاویه آتش در TSR منجر به کاهش هزینه و جلوگیری از تلفات سوئیچینگ می‌شود.
خازن سوئیچ شده با تریستور (TSC)
از TSCها به‌منظور پاسخ به تقاضای توان راکتیو در شرایط بار سنگین استفاده می‌شود، به‌طور معمول در خطوط انتقال فشار قوی. در این سیستم، مقدار توان توسط کنترل زاویه آتش یک تریستور تعیین می‌شود و از خازن به‌جای راکتیو استفاده می‌شود.
مزایای بهره‌گیری از سیستم جبرانساز SVC
در گذشته، بیشتر از جبرانسازهای مکانیکی ساده برای مدیریت توان استفاده می‌شد. این نوع جبرانسازها قابلیت ارائه پاسخ فوری به تغییرات ولتاژ را نداشتند، اما در عین حال، جبرانسازهای SVC قابلیت ارائه پاسخ فوری به تغییرات ولتاژ را دارند. مزایای بارز این سیستم‌ها عبارتند از:
- اقتصادی بودن:
– استفاده از این سیستم‌ها به لحاظ هزینه ایکونومیک‌تر است.
- سرعت بالا:
– این سیستم‌ها دارای سرعت عالی در ارائه پاسخ به تغییرات هستند.
- قابلیت اطمینان:
– نسبت به سایر سیستم‌ها، این جبرانسازها دارای قابلیت اطمینان بیشتری هستند.
- ظرفیت بالا:
– ظرفیت این سیستم‌ها به طور قابل توجهی بیشتر از سایر روش‌ها است.
به کمک این مزایا، سیستم جبرانساز SVC به عنوان یک ابزار پیشرفته و کارآمد در حوزه مدیریت توان به شدت توجه می‌شود.
مفهوم STATCOM چیست؟
گاهی از STATCOM به عنوان جایگزینی برای سیستم جبرانساز SVC استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به عنوان جبران‌کننده استاتیک سنکرون عمل می‌کنند و قابلیت تولید یا جذب توان راکتیو را دارند. اثرات این سیستم بر توان راکتیو زمانی مشخص می‌شود که به منبع انرژی متصل می‌شود.
سیستم STATCOM به منظور بهینه‌سازی ضریب توان و رگلاسیون ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم علاوه بر حفظ پایداری ولتاژ، مزایای بسیاری نسبت به SVCها دارد. یکی از تفاوت‌های اصلی این دو سیستم، نمایش جریان ثابت در ولتاژهای پایین‌تر از حد معمول است.
تقسیم‌بندی انواع جبران‌کننده‌های توان راکتیو
این جبران‌کننده‌ها یا جبرانسازها به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: جبرانسازهای فعال و جبرانسازهای غیرفعال که در ادامه با آنها آشنا می‌شوید.
جبرانساز توان راکتیو غیرفعال
این سیستم شامل سلف‌ها و خازن‌های سری و موازی می‌شود. این سلف‌ها و خازن‌ها تغییرات پیوسته ندارند و به همین دلیل اهمیتی ندارد که به چه صورتی به مدار وصل شوند؛ زیرا غیرقابل کنترل هستند.
جبرانساز توان راکتیو فعال
این نوع جبران‌کننده‌ها از سیستم جبرانساز SVC و جبرانسازهای سنکرون تشکیل شده‌اند و قابلیت کنترل دارند. همچنین، توان ایجاد تغییرات پیوسته و سریع را دارند.
تفهیم ابزارها و تجهیزات FACTS
تجهیزات FACTS یا Flexible AC Transmission System واقع مجموعه‌ای از وسایل فناورانه هستند که به منظور بهبود قابلیت کنترل در شبکه‌های انتقال برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. اصطلاح FACTS به معنای سیستم انتقال جریان متناوب با انعطاف‌پذیری بیشتر اشاره دارد. به عبارت دیگر، FACTS به عنوان یک سیستم مبتنی بر الکترونیک قدرت معرفی می‌شود و در شبکه‌های AC معمولی برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ساختار سیستم‌های قدرت، به‌دلیل نیاز به هماهنگی مداوم بین تولید و مصرف، تجهیزات FACTS به‌عنوان یک ضرورت حیاتی در نظر گرفته می‌شوند. این ابزارها علاوه بر افزایش کنترل‌پذیری شبکه، به بهبود کارایی انتقال انرژی نیز کمک می‌کنند.
آشنایی با انواع کنترل‌کننده‌های FACTS
همانطور که گفته شد، این ادوات جهت بهبود کنترل‌پذیری انتقال برق به‌کار می‌روند و در این زمینه انواع مختلفی دارند:
- کنترل‌کننده سری: این نوع ابزار برای ایجاد ولتاژ سری با ولتاژ خط استفاده می‌شود و حاوی یک خازن یا راکتور میباشد.
- کنترل‌کننده شنت: این تجهیزات جهت تزریق جریان به سیستم‌های قدرت به‌کار می‌روند و دارای امپدانس متغیر سلف یا خازن هستند.
- کنترل‌کننده سری-سری: این ابزارها در خصوص انتقال ترکیبی یا چندخطی به‌کار می‌روند و شامل چند کنترل‌کننده سری جداگانه می‌باشند.
- کنترل‌کننده سری-شنت: این تجهیزات جهت ایجاد ولتاژ موازی به‌کار می‌روند و با هماهنگی عمل می‌کنند.
در این مقاله، به توضیح سیستم جبرانساز SVC و انواع آن پرداخته‌ایم. این سیستم‌ها با استفاده از تکنولوژی نوین، نه تنها به بهبود عملکرد شبکه بلکه به کاهش مصرف انرژی نیز کمک می‌کنند. از مزایای بی‌شماری که این سیستم‌ها بهره‌مندند، می‌توان به سرعت بالا در انجام وظایف، قابلیت اطمینان‌پذیری در شرایط مختلف، توانایی تطبیق‌پذیری با نیازهای مختلف و… اشاره کرد.
سیستم جبرانساز SVC به خاطر عملکرد سریع و کارآمد در جبران توان راکتیو الکتریکی، به‌ویژه در شبکه‌های انتقال با ولتاژ بالا مورد توجه و استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم باعث بهسازی و پایداری ولتاژ در سیستم‌های انتقال می‌شود و در نهایت به بهینه‌سازی عملکرد شبکه کمک می‌کند.
