سمپوزیوم فولاد 1397
دسامبر 24, 2024
جبرانسازی توان راکتیو ازنظر کارشناسان مهندسی شرکت تکفا عبارت است از روش‌های برقراری تعادل بین توان راکتیو خازنی و سلفی که به روش‌های مختلفی همچون استفاده از خازن سری، خازن شانت، راکتور شانت، کندانسور سنکرون و ادوات FACTS (Flexible AC Transmission System) قابل دستیابی است. کنترل توان راکتیو برای بهبود کیفیت منبع تغذیه در سیستم‌های قدرت AC (Alternating Current) ضروری است.
اگر تولید توان راکتیو بیشتر از مصرف آن باشد، ولتاژ سیستم بالا می‌رود و بالعکس. به منظور حفظ پروفیل مناسب ولتاژ در سیستم لازم است که تولید توان راکتیو با مصرف آن مطابقت داشته باشد.
ادواتFACTS
FACTS به معنی سیستم انتقال جریان متناوب انعطاف‌پذیر است که در آن از تجهیزات مبتنی بر الکترونیک قدرت همچون تریستور و IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) به منظور کنترل و تنظیم سریع استفاده می‌شود.
دسته‌بندی ادوات FACTS
ادوات FACTS را می‌توان به دو صورت زیر دسته‌بندی کرد:
- بر اساس نوع اتصال:
- کنترل‌کننده‌های شانت مانند SVC (Static Var Compensatَor) و STATCOM (Static Synchronous Compensator): SVC از بانک‌های خازنی ثابت یا سوئیچ شده با تریستور و راکتورهای کنترل شده با تریستور تشکیل شده است. STATCOM
- از مبدل منبع ولتاژ VSC (Voltage Source Converter) و IGBT تشکیل شده است. مزیت آن نسبت به SVC، پایداری بیشتر سیستم و پاسخ زمانی کمتر است.
- کنترل‌کننده‌های سری مانند TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) و SSSC (Static Synchronous Series Compensator): TCSC از بانک خازنی ثابت و راکتورهای کنترل شده با تریستور تشکیل شده است که با کنترل زاویه آتش تریستور درصد جبرانسازی را تغییر میدهد. SSSC یک نوع پیشرفته از جبرانساز سری کنترل شده است.
-
- کنترل‌کننده‌های ترکیبی مانند UPFC (Unified Power Flow Controller): UPFC جامع‌ترین کنترل‌کننده FACTS است که از یک VSC سری و یک VSC شانت تشکیل شده است.
- بر اساس نوع کنترل‌کننده الکترونیکی استفاده شده در آن:
- امپدانس متغیر مانند SVC و TCSC
- مبتنی بر VSC مانند STATCOM و UPFC
- بر اساس نوع کنترل‌کننده الکترونیکی استفاده شده در آن:
- کنترل‌کننده‌های ترکیبی مانند UPFC (Unified Power Flow Controller): UPFC جامع‌ترین کنترل‌کننده FACTS است که از یک VSC سری و یک VSC شانت تشکیل شده است.
-
مزایای استفاده از ادوات FACTS:
-
- جبران توان راکتیو
- افزایش قابلیت انتقال توان اکتیو در خطوط انتقال (حذف هزینه‌های ناشی از ایجاد خط انتقال جدید)
- کنترل، کاهش نوسانات و بهبود پروفیل ولتاژ
- فیلتر کردن هارمونیک‌ها
- افزایش کیفیت توان و ضریب توان سیستم قدرت
- کاهش قطعی برق، کاهش ریسک قطعی آبشاری برق و افزایش پایداری
- کاهش تلفات توان و افزایش بازده
- حفظ محیط زیست (عدم تولید مواد زائد خطرناک)
- مقابله با مشکل رزونانس زیرسنکرون خازن‌های سری ثابت متصل به خطوط انتقال در برخی جبرانسازها
- امکان کنترل توان در مسیرهای موازی در برخی جبرانسازها
-
-
جبران توان راکتیو در خطوط انتقال:
تقاضای رو به رشد انرژی الکتریکی نیازمند استفاده از حداکثر ظرفیت شبکه انتقال و تولید است. در خطوط انتقال کاهش توان راکتیو تولیدی ژنراتور امری ضروری است، چرا که تولید توان راکتیو توسط ژنراتور سبب کاهش تولید و انتقال توان اکتیو به خط می‌شود.
ادوات FACTS به منظور افزایش عملکرد سیستم‌های تولید، انتقال و توزیع AC استفاده می‌شوند. در واقع FACTS نقش اساسی در افزایش انعطاف‌پذیری انتقال توان و امنیت پایداری دینامیک سیستم‌های قدرت دارد.
بنابراین به منظور مدیریت صحیح شبکه و استفاده از حداکثر ظرفیت تولید و خطوط انتقال استفاده از ادوات FACTS ضروری است.
-
جبران توان راکتیو در صنعت فولاد:
صنایع فولاد به دلیل استفاده از بارهای راکتیو غیرخطی همچون کوره EAF (Electric Arc Furnace)، کوره LF (Ladle Furnace) و خطوط نورد همواره نیازمند جبران توان راکتیو هستند.
تولید فلیکر و هارمونیک‌ها نیز ناشی از عملکرد تجهیزات فوق است که نیاز به استفاده از فیلتر هارمونیک را ایجاد می‌کند.
عدم استفاده از تجهیزات جبرانساز توان راکتیو و فیلترهای هارمونیک در واحدهای تولیدی، سبب آسیب دیدن دیگر تجهیزات موجود در شبکه داخلی و سایر مصرف‌کننده‌های مجاور خواهد شد.
بنابراین شرکت توزیع برق با اعمال جریمه‌های سنگین و یا حتی قطع اشتراک، صنایع پر مصرف از جمله صنعت فولاد را ملزم به استفاده از تجهیزات فیلتر هارمونیک و جبرانساز توان راکتیو می‌کند.
جبرانسازی توان راكتيو در صنعت فولاد يكی از ابزارهای بهينه‌سازی سیستم قدرت است که سبب کاهش هزينه انرژی و برگشت سريع سرمايه می‌شود.
در طول چند سال گذشته با بهره‌گيری از مواد جدید و روش‌های توليد پيشرفته، انواع جبران‌سازهای با تلفات بسيار اندك توسعه یافته است که علاوه بر قطع نیاز شرکت‌های فولادی به تأمین توان راکتیو از طریق خطوط انتقال، با متعادل کردن آنی نوسانات در سیستم برق داخل کارخانه سبب افزایش عمر تجهیزات، افزایش بازدهی تولید، جبران افت توان، کاهش اعوجاج هارمونیک و حذف فلیکر شده است.
امروزه استفاده از بانک خازنی جهت جبران توان راکتیو در صنایع فولادی با مقیاس کوچک مانند واحدهای ذوب القایی و برخی صنایع نورد رواج دارد.
لیکن در کارخانجات با مقیاس بزرگ به روش کوره EAF و حتی واحدهای نورد، از SVC و STATCOM با هدف تأمین توان راکتیو و فیلتر کردن هارمونیک‌ها و حذف فلیکرها استفاده می‌شود.
-
SVC
یک دستگاه کیفیت توان است که با استفاده از تریستور، توان راکتیو سیستم را کنترل می‌کند. بنابراین می‌تواند جبران توان راکتیو سیستم را با پاسخ سریع فراهم کند.
به عبارتی دیگر، خروجی SVC با تبادل جریان القایی یا خازنی برای کنترل متغیرهای سیستم قدرت همچون ولتاژ باس تنظیم می‌شود. از دهه 1970، از SVCها برای کاهش نوسانات ولتاژ و فلیکر ناشی استفاده شده است.
امروزه صنایع بزرگ، به‌ویژه کارخانه‌های فولاد، اغلب از SVC برای جبران توان راکتیو مصرفی کوره EAF استفاده می‌کنند.
جبرانساز SVC از نوع امپدانس متغیر می‌باشد که دارای دو بخش اصلی بانک‌های خازنی (فیلترهای هارمونیک) و راکتور کنترل شده با تریستور TCR (Thyristor-Controlled Reactor) است.
بانک‌های خازنی توان راکتیو ثابت را تولید و هارمونیک‌ها را فیلتر و TCR توان راکتیو مصرفی SVC را تنظیم می‌کند. بانک‌های خازنی می‌تواند ثابت FC (Fixed Capacitor) و یا سوئیچ شده با تریستور TSC (Thyristor-Switched Capacitor) باشد.
-
تریستورهای رایج در سیستم SVC (LTT یا ETT)
تریستور یک نیمه‌هادی چهار لایه است که از نیمه رساناهای نوع P و N به طور متناوب (PNPN) تشکیل شده است. تریستور معمولاً دارای سه الکترود آند، کاتد و گیت است که از طریق الکترود گیت کنترل می‌شود. با عبور جریان از گیت، جریان مدار از آند به کاتد جاری می‌گردد.
جبران‌کننده‌های تریستوری سرعت پاسخ بسیار بالاتری نسبت به جبران‌کننده‌های الکترومکانیکی دارند. عامل اصلی در کاربرد گسترده تریستور به منظور کنترل توان، توانایی آن در تغییر وضعیت از حالت نارسانا به حالت رسانا در پاسخ به سیگنال کنترل است.
این تغییر حالت ناشی از فرمان آتش یا تحریک (Trigger) سیگنال کنترل است. تریستورها در تجهیزات انتقال HVDC، جبران‌کننده‌های توان راکتیو، درایوهای ولتاژ متوسط و ژنراتورهای پالس با توان بالا استفاده می‌شوند.
تریستورهای رایج در سیستم‌های SVC به دو نوع اصلیLTT (Light Triggered Thyristor) وETT (Electrically Triggered Thyristor) تقسیم می‌شوند.
تفاوت اصلیLTT وETT در مکانیزم آتش آنهاست. LTT توسط نور و معمولاً با استفاده از یک منبع لیزر یا LED تحریک می‌شود که به صورت تابش نور بر روی گیت تریستور است، در حالی که ETT توسط یک سیگنال الکتریکی به صورت اعمال یک پالس ولتاژ یا جریان به طور مستقیم به گیت تحریک می‌شود.
مزیت اصلی تریستور نوع LTT، جداسازی الکتریکی بخش پاور از قسمت کنترل و نویزپذیری کمتر می‌باشد.
-
مزایای LTT نسبت به ETT به شرح زیر می‌باشد:
- تأخیر کمتر LTT
- LTT دارای توابع حفاظتی داخلی است.
- در کاربردهای ولتاژ بالا که نیاز به چندین تریستور سری است، LTT به دلیل تحریک آسان و توابع حفاظتی داخلی انتخاب بهتری است.
- در کاربردهایی که تریستورها به صورت Anti-Parallel (موازی و با پلاریته برعکس) متصل می‌شوند، مانند SVC، TCSC و درایوهای ولتاژ متوسط، امکان حفاظت از همه دستگاه‌ها در برابر ولتاژ بالا و تغییرات بالای ولتاژ توسط توابع حفاظتی داخلی فراهم می‌شود.
- کاهش تعداد واحدهای trigger در اتصالات Anti-Parallel
