بررسي امكان كاهش تلفات انتقال با نصب ترانسفورماتور جابجا كننده فاز
 
چكيده
هدف اين مقاله نشان دادن توانايي ترانسفورماتور جابجا كننده فاز (Phase Shifting Transformer)PST در كاهش تلفات سيستم قدرت است. در اين راستا ابتدا تواناييهاي PST با ديگر ادواتي كه توانايي كنترل سيلان قدرت را دارند، مقايسه مي شود. سپس شبكه برق منطقه اي تهران و خطوط رابط آن با نواحي مجاور به عنوان شبكه نمونه مطالعه مي شود و محل نصب مناسب PST در جهت كاهش تلفات اين شبكه مشخص مي گردد. شبيه سازيها نشان مي دهد كه PST نه فقط تلفات برق منطقه اي تهران را كم مي كند بلكه توانايي كاهش تلفات كل شبكه سراسري را نيز دارد.
كلمات كليدي:
ترانسفورماتور جابجا كننده فاز، PST ، كاهش تلفات ، FACTS 
 
1- مقدمه
هدف بهره برداران از سيستم قدرت اين است كه در حالت دائم توان درخواستي مصرف كننده را تحت ولتاژ  ثابت و فركانس معين تأمين نمايند. از ديدگاه مسائل كنترلي، بر روي مصرف كننده نمي توان محدوديتهاي زيادي اعمال نمود. در نتيجهع كنترل اصلي در شبكه برق روي توليد و انتقال است. طراحان در طراحيهاي اوليه مربوط به سيستم توليد و انتقال،‌قابليت توليد و انتقال درخواستي را مدنظر قرار مي دهند. ولي با گذشت زمان تغييراتي از قبيل رشد مصرف، اتصال شبكه ها به يكديگر و تأسيس نيروگاهها و خطوط انتقال جديد اين توازن را برهم زده و محدوديتهايي را در بهره برداري از شبكه قدرت به وجود مي آورد.
در شبكه هاي غربالي اتصال شبكه ها در كنار مزاياي زيادي كه دارد، داراي مشكلات عديده اي نيز هست. از جمله اين مشكلات عبور توان در مسيرهاي ناخواسته در سيستم انتقال است. اين مسئله مي تواند موجب افزايش بار غيرمجاز و عدم بهره برداري بهينه از سيستم قدرت شود. لذا بايستي بطريقي توان عبوري از يك مسير را كنترل نمود.
در نواحي با خطوط طولاني، مسئله فوق مشكل ساز نيست، بلكه مشكل عمده مسئله حد پايداري گذرا و افت ولتاژ غيرمجاز است. به اين معني كه براي حفظ پايداري شبكه و تثبيت سطح ولتاژ مجاز، توان عبوري در سيستم انتقال بايد محدود شود. درنتيجه اين مشكل باعث مي گردد كه ظرفيت بارپذيري (Load ability) خطوط، همراه با افزايش طول خطوط، شديداً ‌كاهش يابد.
جهت رفع نواقص فوق الذكر و افزايش بهره وري از سيستم هاي انتقال قدرت، راه حلهاي موجود عبارتند از:
- اعمال تغييرات توپولوژيك مانند احداث خطوط جديد، تغيير قطر و تعداد هاديها در فاز و يا نصب خازن سري
- كاربرد خطوط انتقال (rect Current High Voltage Di-)HVDC 
- كاربرد تجهيزات (mission System Flexible AC Trans-)FACTS 
اين راه حلها را بايد از لحاظ:
- كنترل سيلان قدرت در حالت دائم، 
- كنترل سيلان قدرت در بين دو حالت كاري متفاوت ، مثلاً‌كنترل اضافه با محتمل تجهيزات به علت خروج يكي از تجهيزات 
- كنترل سيلان قدرت در حين شرايط ديناميك، گذار بررسي و مقايسه نمود[1].
موردي را كه اين مقاله دنبال مي كند،‌مورد اول يعني كنترل پخش بار در حالت دائم است و هدفي كه از كنترل سيلان قدرت دارد اين است كه وضعيت موجود سيلان قدرت را در خطوط انتقال،‌ به گونه اي تغيير دهد كه تلفات شبكه كاهش يابد. باتوجه به اين موضوع ، آلترناتيوهاي مطرح عبارتند از كاربرد خطوط انتقال HVDC يا كاربرد تجهيزات EACTS خطوط HVDC معمولاً‌ در فواصل انتقال بيش از km500 اقتصادي هستند. شبكه هدف در اين مقاله، شبكه برق منطقه اي تهران و خطوط رابط آن با نواحي مجاور است. بنابراين باتوجه به فواصل مطرح در اين شبكه، تنها مورد قابل قبول در جهت اهداف اين مقاله،‌ استفاده از تجهيزات FACTS است. 
2- مقايسه ادوات FACTS 
در ميان تجهيزات FACTS تجهيزاتي كه به صورت موازي در مدار قرار مي گيرند و جرياني را به يك PV باس كه به آن وصل هستند ، تزريق مي كنند تأثيري بر روي قدرت حقيقي انتقالي از خط نخواهند داشت. در صورت اتصال اين عناصر در وسط يا طرف گيرنده خط، ولتاژ باس مربوطه و در نتيجه قدرت انتقالي از خط تا حدودي قابل كنترل است. از جمله اين عناصر مي توان به SNC ها (Compensators Static Var) و  (Var Generator SVG Static) Statcom اشاره نمود [2].
در ميان ادوات FACTS تجهيزاتي هستند كه مي توانند قدرت انتقالي خط را توسط يك ولتاژ تزريقي (سري با خط) ، كنترل نمايند. اين ولتاژ در ترانسفورماتور جابجا كننده فاز (Phase Shifting Transformer)PST توسط يك ترانس مي تواند به خط تزريق (يا boost) شود [3] و يا ولتاژ سري با خط مي تواند به گونه اي باشد كه با جريان خط متناسب باشد كه در اين صورت آن را از نوع كنترل امپدانسي مي نامند. در كنترل امپدانسي با توجه به اختلاف پتانسيل دو سر خط جرياني از خط عبور مي كنند كه اگر خازن متغير سري در خط داشته باشيم، افت ولتاژ روي خازن به صورت عمودي با ولتاژ موجود جمع شده و باعث تغيير در قدرت انتقالي عبوري مي گردد. اين عمل توسط تجهيزاتي مانند (riec Compansation Controlled Se-) CSC كه توسط تايرستورها ظرفيت را تغيير مي دهند [4] يا توسط GTO-CSC (كه مجهز به يك مبدل منبع ولتاژ با كليدهاي (Off Gate Turn)GTO است و توسط ترانسي ولتاژي را به داخل خط تزريق مي كند [5] ميسر است.
در رابطه با يك شبكه غربالي مي توان گفت كه در اين نوع شبكه جهت و مقدار سيلان قدرت با تغييرات ميزان توليد و مصرف تغيير مي كند. اختلاف فاز بين دو باس در دو انتهاي يك خط مي تواند تغيير علامت دهد، صفر شود و يا بسيار كوچك گردد. بنابراين در اين حالت از كنترل امپدانسي نمي توان سود جست و منبع ولتاژ سري كنترل شده مناسب تر است چرا كه عملكرد آن مستقل از زواياي فاز بين باس هاست.
در GTO-CSC ولتاژ تزريقي مستقل از جريان خط است ولي اين طرح هنوز در مرحله تحقيقاتي است. كنترلرهاي تواناتر ديگري نيز در مرحله تحقيقاتي و آزمايش هستند كه انتظار مي رود بتوان در آينده نزديك از آنها استفاده نمود. (Inter-Phase Power Controller)IPC [6] وController)UPFC (Unified Power Flow [7] از اين جمله اند. هسته اصلي اين كنترلرها، ترانسفورماتور جابجا كننده فلز، PST است. با تركيب PST با قطعات ديگري مي توان UPFC,IPC را ايجاد نمود. بنابراين با توجه به مطالب مذكور مي توان نتيجه گرفت كه جهت كنترل سيلان قدرت بهتر است از تجهيزاتي مانند PST كه داراي مدلي به فرم منبع ولتاژ سري كنترل شده اند و كاربرد آنها هم اكونون نيز ميسر است، استفاده نمود [1].
3- تواناييهاي PST 
PST يكي از قديمي ترين ادوات FACTS است [8]. اين وسيله ترانسفوماتوري است كه نسبت تبديل آن مختلط مي باشد. بنابراين فازور ولتاژ، در گذر ار اوليه به ثانويه در ضمن تغيير دامنه، تغيير فاز نيز مي يابد. از PST جهت كنترل سيلان قدرت در حالت مانا [9] و از P