خازن گذاری در شبکه های توزیع برای کاهش تلفات و بهبود ضریب توان

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:109
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

پیشگفتار:

خازن های اصلاح ضریب توان برای مهندسین برق اسم آشنایی است و اهمیت این عناصر در سیستمهای توزیع بر هیچ کس پوشیده نیست . این عناصر در سیستمهای توزیع نقش کلیدی دارند. در سیستمهای توزیع به خاطر ولتاژ پایین تر جریان O عبوری از خطوط بالا است و این امر باعث می شود که XI2  بالا باشد، که به همراه توان مصرفی حقیقی ، اندازه ی توان ظاهری را بالاتر برده ، لازم می دارد که از تجهیزاتی با قدرت بالاتر استفاده کنیم ،I توان راکتیو القایی که بیشتر از خاصیت سلفی عناصر می باشد به وفور در سیستمهایی توزیع و قدرت یافت می شود که از عوامل تولید کننده ی آنی می توان به موتورهایی القایی مورد استفاده در صنعت ، تراش ها ، خطوط انتقال ومیره اشاره کرد . برای کم کردن اثر توان القایی در نتیجه اندازه می توان ظاهری ، از وسایل گوناگون مانند موتورهای سنکرون و خازن های اصلاح ضریب توان  می توان استفاده نمود، که مورد اول بیشتر در صنایع بمنظور کم کردن هزینه توان راکتیو استفاده می شد ، که به خاطر هزینه تعمیر و نگهداری بالا ، در حال حاضر بیشتر از خازن های سوئیچینگ استفاده می شود . اما مورد دوم که بحث اصلی ما در این پایان نامه می باشد به خاطر هزینه تعمیر و نگهداری کم و عمر بالا بیشتر در سیستم های توزیع استفاده می شود. که می تواند به صورت واحد ، گروهی ، ثابت و یا قابل سوئیچ به کار گرفته شود. از دیگر پارامترهای مهم مربوط به این خازن می توان به مقدار بهینه این خازن ها و مکانی که بیشترین جبران سازی را ایجاد می کند اشاره کرد ، که در حد توان در این پایان نامه بررسی شده است .

فصل اول :

مفاهیم اساسی ……………………………………………………………………………………………….. ۷

-۱ ساختار مکانیکی و الکتریکی خازن

هرگاه اختلاف پتانسیلی بین دو صفحه ی هادی که در فاصله ی کمی از هم قرار گرفته اند، اعمال شود انرژی الکترواستاتیکی در سیستم موجود ذخیره می گردد که صفحات فلزی بعنوان الکترود و فضای بین آنها دی الکتریک نامیده می شود. اندازه ی توانایی عایق یا دی الکتریک در ذخیره سازی انرژی الکتروستاتیکی ثابت دی الکتریک یا پرمابیلیته نامیده می شود. ثابت دی الکتریک تمام عایق ها معمولاً نسبت به هوا سنجیده می شود که ضریبی از دی الکتریک هوا می باشد. ثابت دی الکتریک هوا برابر۸٫۸۵×۱۰-۱۲  است که آنرا با علامت  می شناسیم و واحد آن نیز فاراد برمتر است (F/m) و ثابت نسبی دی الکتریک تمام عایقها که ضریبی از ثابت هوا هستند را با εr نمایش می دهیم که این مقدار برای هوا یک است. در جدول ۱-۱ اندازه ای εr برای بعضی عایقها آورده شده است.

ماده εr
Air هوا ۱
Ceramic سرامیک ۳۰۰۰
Glass شیشه ۷
Castor oil روغن معدنی ۲٫۱۲
Mica میکا ۵٫۱۶
Polystyrene پلی استر ۲٫۹

جدول (۱-۱) ثابت دی الکتریک نسبی برخی مواد

-۱ خازن قدرت

در نگاه اول به نظر می رسد که خازن وسیله ی ساده ای است در حالی که در عمل خازن قدرت وسیله ای پیچیده و کاملاً فنی است که در آن از مواد دی الکتریک بسیار نازک که با فرآیندی کاملاً تخصصی ساخته می شود، استفاده شده است. به صورتی که فیلمهای فلزی مطابق شکل ۲-۱ روی هم قرار گرفته و تا رسیدن به ظرفیت مطلوب بدور محور پیچیده می شود.

مطابق شکل سه کویل خازن۲ روی هم قرار گرفته و توسط چند رشته سیم به صورت مثلث بهم متصل می شود.

پس از قرارگرفتن کاغذ کرافت دور این کویلها، کل مجموعه در داخل بدنه‌ی استوانه ای شکل آلومینیومی قرار گرفته و فضای خالی با گرانول پر می گردد و نهایتاً سه سرسیم خروجی برروی ترمینالها لحیم می شود. مجموعه ی حاصل شده یک عنصر خازنی نامیده می شود. از این عناصر خازنی در مراکز صنعتی برای اصلاح ضریب توان استفاده می شود. برای استفاده  خازن در سیستمهای قدرت و توزیع، عناصر خازنی برای رسیدن به سطح ولتاژ مطلوبی که بتوان در سیستم قدرت و توزیع استفاده کرد، سری می شوند و برای رسیدن به ظرفیت های بالاتر خازن ها را موازی می کنند.

مجموعه ای از خازن های قدرت را در داخل ظرفی فولادی که برای رسیدن به ولتاژ و ظرفیت موردنظر سری و موازی شده اند، قرار می دهند این مجموعه واحد خازنی نامیده می شود، شکل ۳-۱٫ در حال حاضر از نظر فنی امکان ساخت واحدهای خازنی برای شبکه ی kv20 بطوری که یک واحد خازن بتواند ولتاژ مربوطه را تحمل کند، است. فقط برای بدست آوردن راکتیو لازم در هر فاز بایستی موازی شوند. پس از قطع برق خازنها به دو روش تخلیه داخلی و خارجی تخلیه می شوند که بستگی به تکنولوژی ساخت آنها دارد و طبق استاندارد حداقل زمان لازم برای وصل مجدد ۵ دقیقه می باشد.

دلایل مهندسی ناشی از تلفات الکتریکی ، خازن در مقادیر کوچک ساخته می شود در حال حاضر واحدهای خازنی تا kvar900 ساخته می شوند که این واحدهای خازنی را برای بدست آوردن کیلووات بالاتر می توان به صورت گروهی به کار برد.

خازن ها دارای تلفات انرژی هستند محدودیت عمده برای ساخت واحدهای خازنی بزرگ همین تلفات است زیرا با بزرگ شدن مقدار واحد خازنی سطح خارجی آن متناسب با مقدار خازن افزایش نمی یابد و در نتیجه انتقال گرما به بیرون کاهش می یابد. تلفات در خازنها برحسب W/kvar سنجیده می شود و در ارزیابی خازن نقش مهمی دارد تلفات نمونه برای خازن ها از w/kvar5/0 – W/kvar 2/0 متغیر است

تلفات که بستگی به نوع عایق بکاررفته در ساختمان آن دارد با گذشت زمان و با تغییرات شیمیایی وفیزیکی عایق افزایش پیدا می کند استاندارد وزارت نیرو در ایران توصیه می کند برای تلفات کمتر از خازنهای بادی الکتریک فیلم پلاستیکی یا OPP1 و انبشاته با یکی از روغنهای MIPB استفاده گردد.

خازن های موازی در ولتاژهای ۳۳kv, 20kv, 11kv در ایران استفاده می شود و در سه اندازه ی ۲۰۰kvar, 150kvar, 100kvar می باشند که براساس استاندارد VDE0560, IEC-70A, IEC-70 و BS-1650 و شرایط آب و هوایی انتخاب گردیده اند.

فصل دوم :

منابع مصرف کننده توان راکتیو سلفی در شبکه ……………………………………………………………………….. ۲۱

فصل سوم :

اثرات خازن های موازی در سیستمهای قدرت …………………………………………………………………………… ۳۴

فصل چهارم :         

توابع هدف ……………………………………………………………………………………………………….. ۶۴

فصل پنجم :

بررسی چند مقاله از IEEE………………………………………………………………. 80

جاگذاری خازن در سیستمهای توزیع شعاعی برای کاهش تلفات

M.H.Haque 1

چکیده:

کاهش تلفات I2R در سیستمهای توزیع برای بهبود بازده انرژی تحویلی ضروری است. تلفات I2R برپایه ی مولفه های اکتیو و راکتیو جریان های شاخه به دو قسمت قابل تفکیک است. تلفات I2R می تواند به دو قسمت بر پایه ی جریان راکتیو و اکتیو تقسیم شود. این مقاله روشی را برای می نیمم کردن تلفات مربوط به مولفه ی راکتیو جریان های شاخه از طریق جاگذاری خازن موازی ارائه می دهد. این روش ابتدا توالی گره ها را برای جبران سازی توسط خازن تعیین می کند. سپس اندازه ی بهینه ی خازن در گره های جبران شده از طریق بهینه سازی معادله ی کاهش تلفات با توجه به جریان های خازن تعیین می شود. در مورد عملکرد روش پیشنهادی در دو سیستم توزیع که دارای ۱۵ و ۳۳ باس می باشند بررسی به عمل آمده و مشخص شد که کاهش تلفات معنی داری با جاگذاری بهینه ی خازن ها در سیستم قابل انجام است.

۱- مقدمه

یک سیستم توزیع مصرف کننده ها  را به یک سیستم انتقال ولتاژ بالا متصل می کند. بخاطر ولتاژ کمتر و بنابراین جریان بالاتر، تلفات I2R در یک سیستم توزیع در مقایسه با یک سیستم انتقال ولتاژ بالا به طور معنی داری زیادتر است.

فشار حاصل از بهبود بازده کل انرژی تحویلی تجهیزات قدرت را مجبور به کاهش تلفات، مخصوصاً در مرحله ی توزیع می کند تلفات I2R در سیستمهای توزیع با پیکربندی دوباره ی شبکه۴-۱ قابل کاهش است. این فرآیند مسیر جاری شدن انرژی را از منبع به بارها عوض می کند. همچنین تلفات توسط اضافه کردن خازن های شنت به بخش تغذیه ی تقاضای توان راکتیو کاهش می یابد ۸-۵ خازن های شنت نه تنها تلفات را کاهش می دهند، بلکه سبب بهبود منحنی ولتاژ و ضریب قدرت و پایداری سیستم می شود. عموماً یک سیستم توزیع تنها در یک نقطه تغذیه می شود و ساختمان شبکه اصولاً به صورت شعاعی است. برای چنین سیستمی همه ی تقاضاهای توان اکتیو و تلفات باید توسط منبع در باس اصلی تأمین گردد.

بنابراین اضافه کردن خازن های شنت می تواند توان راکتیو تولید کند، در این صورت تأمین همه ی توان راکتیو و تلفات توسط منبع لازم نیست. بنابراین شرایطی برای کاهش تلفات متناظر با قدرت راکتیو جاری در شاخه ها وجود دارد.

روش های مختلفی برای کاهش تلفات از طریق جاگذاری خازن ها در سیستم های توزیع در طول سالهای گذشته گزارش شده است. قدیمی ترین روش ها ۱۰ و ۹ از فرضیات غیرواقعی بار یکنواخت توزیع شده، فیدرهای بدون شاخه های جانبی، اندازه ی یکنواخت فیدر و غیره استفاده می کند. مرجع ۱۱ روندی را برای بهینه کردن صرفه جویی مالی خالص متناظر با کاهش تلفات و انرژی توسط جاگذاری خازن های ثابت و کلیدزنی توسعه داده است.

روش ابتکاری Heuristic 12 همچنین توسط بعضی محققین برای پیداکردن اندازه و محل بهینه‌ی خازن ها اعمال می شود.

مرجع ۱۳ از الگوریتم ژنتیک برای حل مسئله ی جاگذاری خازن استفاده کرده است. این مقاله روشی برای مینیمم کردن تلفات متناظر با مولفه ی راکتیو جریان های شاخه ها با جایگذاری خازن های بهینه در مکان مناسب پیشنهاد می کند. این روش ابتدا محل بهینه ی خازن ها را در یک روش ترتیبی پیدا می کند. به محض اینکه محل خازن ها تعیین گردید، اندازه ی بهینه ی خازن در هر محل انتخابی از طریق بهینه کردن معادله ی کاهش تلفات بدست می آید. روش ارائه شده برروی دو سیستم توزیع مختلف امتحان و نتایج بسیار دلگرم کننده ای بدست آمد.

۱٫The author is with the school of Electrical and Electronic Engineering Nanyang Technological University, Singapore

برنامه ریزی توان راکتیو بهینه برای سیستم های توزیع با بارهای غیرخطی

چکیده :

هدف این مقاله بدست آوردن یک الگوریتم منظم برای تصمیم گیری در مورد مکان و اندازه ی بهینه ی خازن های موازی و فیلترها برای سیستم های توزیع با پیچش هارمونیک می باشد. در این مقاله مسأله ی جبران سازی توان راکتیو، ابتدائاً بصورت برنامه ی غیرخطی می نیمم سازی تلفات توان حقیقی، تلفات انرژی و هزینه ی خازن تحت محدودیت ولتاژ فرموله می شود. مسأله ی برنامه ریزی غیرخطی با استفاده از نرم افزار MINOS برای تعیین مکان ها و اندازه های بهینه خازن های موازی حل می شود. سپس پخش بار هارمونیک برای حل ضریب واپیچش هارمونیک ولتاژ کل (HDF) اعمال می شود و طراحی فیلتر برای حل همزمان harmonic distortion و جبران سازی توان راکتیو انجام می شود. برای نمایش اجرا و تأثیر روش پیشنهادی، یک فیدر توزیع نمونه برای شبیه سازی کامپیوتری انتخاب شده است.

مقدمه:

بهینه سازی برنامه ریزی خازن های موازی برای سیستم های توزیع بطور مؤثری با روش های کاهش تلفات سیستم و بهبود کیفیت سرویس برق برای یک زمان طولانی انجام شده است. آن شامل تعیین محلها و اندازه های خازن های نصب شونده در سیسم های توزیعی می باشد بطوریکه اهداف کاهش تلفات سیستم، تثبیت ولتاژ و آزادسازی ظرفیت سیستم قابل اجرا باشد. تا حالا، بیشتر جاگذاری های خازن های شنت بهینه، تنها فرکانس اصلی را در نظر می گرفته اند  ۲-۱  با این وجود، با استفاده ی روز افزون از قطعات الکترونیک قدرت در صنعت، harmonic dstrotion ولتاژ به یک مسأله ی جدی از نقطه نظر تلفات توان تبدیل می شود و عملکرد نامناسب دستگاههای محافظ قابل تعریف است.

از آنجایی که خازن نصب شده ممکن است با اندکتانس سیستم تداخل نماید و رزنانس هارمونیک شدیدی ایجاد کرده و جریان هارمونیک را افزایش دهد. در نظر گرفتن harmonic distoration در طول برنامه ریزی توان راکتیو سیستم های توزیع ضروری است فیلتر های هارمونیک مناسب توان راکتیو را در فرکانس اصلی فراهم می کند و از واردشدن جریان هارمونیک به داخل سیستم قدرت با ایجاد کمترین مسیر امپدانس در فرکانس مشخص جلوگیری می کند. در حال حاضر، بیشتر روش های طراحی فیلتر تنها، باس منفرد را برای جبران سازی در نظر می گیرند و همینطور یک منبع هارمونیک، در سیستم  ۳

با وجود این، برای سیستم قدرت عملی با منابع مختلف هارمونیک، تحلیل پخش بار هارمونیکی با در نظر گرفتن کل شبکه برای پیداکردن رزنانس هارمونیک محتمل در سیستم انجام می شود.

ضمائم ……………………………………………………………………………………………………. ۱۰۴

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت