مهندسی برق

امروز پایان نامه ای با عنوان مطالعه بکارگیری خطوط ولتاژ بالا (HVDC) برای شما دوستان و همراهان آماده کرده ایم. خطوط ولتاربالا (HVDC) در صنعت کاربرد های فراوانی دارد.

این گزارش مربوط به فاز اول یا فاز مقدماتی پروژۀ “مطالعه بکارگیری خطوط HVDC  در شبکه انتقال ایران” است. در این گزارش معرفی مقدماتی سیستم‌های انتقال HVDC در قالب ۶ فصل بشرح زیر ارائه گردیده است.

فصل اول به معرفی HVDC و بیان تاریخچه پیدایش خطوط ولتاژ بالا اختصاص یافته است و همچنین دلایل نیاز به HVDC و روند توسعه آن مورد بحث قرار گرفته‌اند.

در فصل دوم مزایا و معایب سیستم های HVDC در مقایسه با سیستم های انتقال AC شرح داده شده اند. کاربردهای زیادی برای HVDC معرفی شده اند که در برخی از موارد، HVDC تنها راه حل ممکن می‌باشد.

در فصل سوم پیکربندی سیستم‌های HVDC  با معرفی اجزای سیستم و طرح‌ها و ترکیبات مختلف در اینگونه سیستم‌ها ارائه گردیده است.

در فصل چهارم به بیان اصول عملکرد انواع سیستم‌های HVDC پرداخته شده است. علاوه بر این در این فصل سیستم‌های کنترلی طرح‌های مختلف HVDC بطور مختصر و مفید معرفی شده و مشکلات و موانع موجود بررسی گردیده‌اند.

فصل پنجم به معرفی نمونه‌هایی از بکارگیری سیستم‌های مرسوم HVDC  که در فصل‌های قبلی معرفی گردیده است، در شبکه‌های برق‌رسانی نقاط مختلف جهان اختصاص یافته است.

در فصل ششم تکنولوژی نوین سیسنم‌های HVDC با عنوان HVDC LIGHT که مبتنی بر مبدل‌های منبع ولتاژی می‌باشند معرفی شده و قابلیت‌ها و مزایای آنها به همراه یک مثال واقعی ذکر گردیده است.

همانطور که میدانید از خطوط ولتاژ بالا (HVDC) به عنوان کامل کننده سیستم‌های جریان متناوب (ac) و گاهی اوقات جایگزین آنها استفاده میکنند امروزه از خطوط ولتاژ بالا (HVDC) در سراسر دنیا استفاده میکنند که بعضی از این خطوط ولتاژ بالا (HVDC) ساخته شده و بعضی از این خطوط در حال احداث میباشد

سه عامل عمده‌ی «نیاز، رجحان و پیشرفت» احیای مجدد صنعت DC و ظهور صنعت HVDC را باعث شدند. به طور دقیق‌تر، رشد روزافزون توده‌ی بشر در کرۀ‌ خاکی و متناظر با آن درخواست بیشتر انرژی الکتریکی که در نهایت نیاز به انتقال آن در مسافت‌های طولانی‌تر را سبب شده و بعضاً به واسطه‌ی محدودیت‌های جغرافیایی و زیست‌محیطی که انتقال الکتریسیته بصورت DC نسبت به نوع AC دارد و بالاخره پیشرفت‌های مؤثری که در حیطه الکترونیک قدرت در چند دهه‌ی اخیر به وقوع پیوست که پرثمرترین آن‌ها اختراع تریستور در اواخر دهه‌ی ۶۰ میلادی بود، همه دست به دست هم داده و ظهور صنعت HVDC و رشد و توسعه‌ به همراه بهبود و پیشرفت آن را سبب گردیده‌اند به طوری که می‌توان حدس زد، با توسعه و بسط این صنعت به سراسر دنیا و بطور ویژه افزایش تعداد سیستم‌های AC/DC بین شبکه‌های متفاوت کشورها‌، سیستم‌ها و شبکه‌های کمی یافت خواهند شد که از تأثیر این فناوری در برنامه‌ریزی و طراحی‌شان در امان بمانند.

اولین سیستم قدرت الکتریکی بصورت DC  و توسط ادیسون به بهره‌برداری رسید. اما احیای مجدد صنعت DC را باید از سال ۱۹۲۹ میلادی دانست، زیرا از این زمان بود که طرح‌ها و برنامه‌های آزمایشگاهی در دو کشور سوئد و آمریکا به جهت تحقیق در امر استفاده از والوهای قوس جیوه‌ای در فرآیندهای تبدیل برای انتقال انرژی الکتریکی و تغییر فرکانس به مرحله‌ی انجام رسیدند و در همین سال بود که مطالعات و تحقیقات در کشور سوئد منجر به بهبود والوهای قوس جیوه‌ای کنترل شده با شبکه‌ای از چند الکترود، برای استفاده در ولتاژ‌ها و توان‌های بالا شد.

افزایش درخواست و نیاز به الکتریسیته پس از جنگ جهانی دوم، محرک تحقیقات بیشتر به ویژه در روسیه و سوئد شده و موجبات برانگیختن مطالعات، تحقیقات و آزمایش‌های بیشتر در این حیطه را فراهم آورد تا اینکه در سال ۱۹۵۰ میلادی یک خط آزمایشی به طول ۱۱۶ کیلومتر و ولتاژ ۲۰۰ کیلوولت از مسکو به کاسیرا کشیده شد و تست گردید. تنها چهار سال بعد یعنی در ۱۹۵۴ میلادی اولین خط تجاری HVDC با طول ۹۸ کیلومتر کابل در زیر دریا و برگشت زمین میان جزیرۀ Gotland و سوئد نصب گردیده و به بهره‌برداری رسید. سطح ولتاژ در این شبکه‌ی AC/DC، ۱۰۰ کیلولت و ظرفیت توان انتقالی، ۲۰۰ مگاوات بود و از والوهای قوس جیوه‌ای در مبدل‌های یکسوساز و اینورتر استفاده شده بود. از این رو ظهور صنعت HVDC را می‌توان در این سال دانست که متقارن با اولین استفاده‌ی عملی و تجاری از آن بود. پس از مدت کوتاهی چندین پروژۀ‌ HVDC در جاهای دیگر به بهره‌برداری رسیدند که از آن جمله می‌توان به لینک Cross Channel بین انگلیس و فرانسه و لینک پشت به پشت Sakuma در ژاپن اشاره کرد.

عمده‌ترین مشکل در فن‌آوری مبدل‌های قوس جیوه‌ای خطای برگشت قوس بود که باعث از بین رفتن خاصیت یکسوکنندگی والو و در نتیجه سبب ایجاد مشکلات دیگری می‌شد. دراواخر دهۀ ۶۰ میلادی که تکنولوژی جدید ساخت مبدل‌ها با والوهای اکترونیکی پا به صحنه گذاشت، بر تمام مشکلات مربوط به فن‌آوری لامپ‌های قوس جیوه‌ای غلبه شد.

در ادامه‌ی پیشرفت تکنولوژی و در اواخر دهۀ ۶۰ میلادی و اوایل دهۀ ۷۰ میلادی، تریستورها به روی کار آمده و والوهای الکترونیکی به یک واقعیت مبدل شدند. اولین کاربرد این والوها در انتقال بصورت HVDC، در پروژه‌ رودخانه  Eel در کانادا بود. پس از آن، استفاده از این عناصر و بطور اخص تریستورها رو به افزایش گذاشته و در انتقال بصورت HVDC، در هر دو سمت یکسوساز و اینورتر از برج‌های تریستوری بهره می‌بردند.

در سال ۱۹۷۰ میلادی، اولین سیستم تجاری HVDC که در سال ۱۹۵۴ با تکنولوژی قوس جیوه‌ای به بهره‌برداری رسیده بود با تکنولوژی تریستورها بازسازی و ارتقاء یافت. لینک جدید دارای سطح ولتاژ ۱۵۰کیلولت و ظرفیت انتقالی ۳۰۰ مگاوات شد. از آن پس گام‌های بزرگی در پیشرفت تکنولوژی تریستورها برداشته شد تا اینکه در حال حاضر، تنها تکنولوژی غالب در ساخت مبدل‌ها همین تکنولوژی تریستوری است و به کلی جایگزین لامپ‌های قوس جیوه‌ای شده است.

رایج‌ترین فن ساخت تریستورهای مورد استفاده در مبدل‌های HVDC بر پایه‌ی ساخت یک واحد تریستوری با سیلیکونی به قطر ۱۰۰ میلی‌متر بود که تحمل ۸-۶ کیلوولت ولتاژ را در حالت بلوکه شدن داشت. با پیشرفت‌هایی که در فن ساخت تریستورها به وقوع پیوست، قطر سیلیکون به ۱۵۰-۱۲۰ میلی‌متر افزایش یافت و تریستور تحمل ۱۲-۱۰ کیلوولت ولتاژ را در حالت بلوکه شدن پیدا کرد. البته این آخرین پیشرفتی است که تا سال ۱۹۹۷ میلادی در تکنولوژی ساخت تریستورها حاصل شده است. پس از آن تاریخ تا به امروز، با پیشرفت‌های زیاد و سریعی که در تکنولوژی الکترونیک قدرت به دست آمده، این انتظار می‌رود که در عملکرد، قابلیت اطمینان و نرخ توان تریستورها ارتقای بیشتری عاید گردد و هزینه‌ی ساخت پست‌های اینورتری و یکسوکنندگی، پیوسته در حال کاهش باشد که البته چنین نیز هست.

با این همه باید پذیرفت که استفاده از سیستم‌های HVDC در کنار این مزیت‌ها دارای نقاط ضعفی نیز می‌باشد و این مختص همه‌ی شاخه‌های علم و فن است و وظیفه‌ی محققان است که در مرتفع‌ کردن ایرادها برآیند و بهره‌برداری از سیستم‌های قدرت AC/DC را با حداکثر بازده امکانپذیر سازند. در هر حال سیستم‌های HVDC  نیز در نوع خود از ساختار متفاوتی برخوردار بوده و مسایل و مشکلات خاص خود را دارند.

تقریباً در همه‌ی مراجع اصلی که به انتقال HVDC پرداخته‌اند، ابتدا مقایسه‌ای میان انتقال از نوع DC و انتقال AC انجام گردیده و برتری‌های هر یک نسبت به دیگری شمرده شده است؛ انواع لینک‌های DC، اجزای عمده‌ی یک پست HVDC  و آرایش‌های گوناگون سیستم‌های HVDC به تفصیل توصیف شده است. اما همواره یک سئوال مطرح است و آن اینکه «چــــرا HVDC؟»

در این پایان نامه به چرا به طور کامل پاسخ خواهد داد.

در ادامه فهرست مطالب  پایان نامه مطالعه بکارگیری خطوط ولتاژ بالا (HVDC)

 فصل ۱-   تاریخچه سیستم HVDC

۱-۱-   مقدمه

فصل ۲-   مزایا و معایب سیستم  HVDC

۲-۱-   مقدمه

۲-۲-   مزایای HVDC

۲-۲-۱-    اتصال دو شبکه قدرت متفاوت

۲-۲-۲-       تلفات توان کمتر

۲-۲-۳-       هزینه‌ی سرمایه‌گذاری کمتر

۲-۲-۴-       امکان انتقال زیر آب

۲-۲-۵-       افزایش کنترل‌پذیری

۲-۳-   معایب HVDC

۲-۳-۱-       پیچیدگی و پرهزینه بودن مبدل‌ها

۲-۳-۲-       کرونا و تداخل رادیویی

۲-۳-۳-       مصرف توان راکتیو توسط مبدل‌ها

۲-۳-۴-       تولید هارمونیک توسط مبدل‌ها

فصل ۳-   پیکربندی سیستم HVDC

۳-۱-     اجزای سیستم HVDC

۳-۱-۱-    ایستگاه‌های مبدلی

۳-۲-     خطوط جریان مستقیم

۳-۳-     انواع طرح‌های سیستم HVDC

۳-۳-۱-       طرح‌های عمومی سیستم HVDC

۳-۳-۲-    طرح‌های تزویج یا اتصال بین شبکه‌ای

۳-۳-۳-       طرح‌های چند ترمیناله سیستم HVDC

فصل ۴-   اصول عملکرد سیستم‌هایHVDC و کنترل آن

۴-۱-     عملکرد مبدل‌های HVDC

۴-۲-     مشخصه توان راکتیو مبدل‌های HVDC

۴-۳-     تاثیر قدرت سیستم AC بر سیستم HVDC

۴-۴-     کنترل سیستم‌های HVDC

۴-۴-۱-       اصول اساسی کنترل

۴-۴-۲-       پیاده‌سازی کنترل

۴-۴-۳-       سیستم‌های کنترل آتش مبدل

۴-۵-     کنترل سیستم‌های MTDC

۴-۵-۱-    سیستم‌های اتصال موازی

۴-۵-۲-       سیستم‌های اتصال سری

۴-۶-     هارمونیک‌ها و فیلترها در سیستم‌های HVDC

۴-۶-۱-       هارمونیک‌های طرف جریان متناوب

۴-۶-۲-       فیلترهای جریان متناوب

۴-۶-۳-       هارمونیک‌های طرف جریان مستقیم

۴-۷-     پاسخ HVDC به خطاها

۴-۷-۱-       خطاهای خط جریان مستقیم

۴-۷-۲-       پاسخ عادی عمل کنترلی

۴-۷-۳-       خطاهای مبدل

۴-۷-۴-       خطاهای سیستم جریان متناوب

فصل ۵-   معرفی  چند سیستم‌ HVDC در نقاط مختلف جهان

فصل ۶-   سیستم‌های VSC-HVDC یا HVDC LIGHT

۶-۱-     مزایای سیستم VSC-HVDC

۶-۲-   ساختار فیزیکی سیستم‌های VSC-HVDC

۶-۲-۱-    مبدل‌ها

۶-۲-۲-    ترانسفورماتور

۶-۲-۳-    راکتور فاز

۶-۲-۴-    فیلترهای AC

۶-۲-۵-    خازن DC

۶-۲-۶-    کابل‌های DC

۶-۳-   عملکرد VSC-HVDC

۶-۴-   مدولاسیون پهنای پالس

۶-۵-   سیستم کنترل

۶-۶-   معرفی یک سیستم  VSC-HVDC

فصل ۷-   نحوه کابل گذاری زیر دریا و تجهیزات مورد استفاده در آن

۷-۱-   مراحل نصب یا خوابانیدن کابل در بستر دریا

۷-۲-   تجهیزات مورد استفاده در عملیات کابل گذاری در بستر دریا

۷-۲-۱-    کشتی های کابل گذار

۷-۲-۲-    ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا

۷-۲-۳-    اتاقی برای اتصال و تست کابل های زیر دریایی

۷-۲-۴-    رباتی جهت گرفتن و بالا آوردن کابل

۷-۳-   دونمونه پروژه نصب کابل زیر دریایی انجام شده

۷-۳-۱-    آزمایش روی کابل HVDC

۷-۳-۲-    تجهیزات جانبی کابل

۷-۴-   پروژه های انجام شده در ایران

دانلود مستقیم :   مطالعه بکارگیری خطوط ولتاژ بالا (HVDC)

دانلود کمکی :     مطالعه بکارگیری خطوط ولتاژ بالا (HVDC)

رمز عبور فایل :   www.wikipower.ir

حجم :  ۳٫۸۷  MB