از ابتدای شروع کار در صنعت برق، تداوم برق رسانی و سرویس دهی به مصرف کنندگان از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تمامی دست اندرکاران این صنعت در تمام جهان پیوسته در جهت نیل به تأمین برق مطمئن و پایدارتر نمودن شبکه برق رسانی کوشیده و سرمایه گذاری نموده اند .همانطور که می دانیم اساساً دو نوع کلی اتصال کوتاه در خطوط وجود دارد :
برای ساخت اولین تأسیسات برق براساس سیستم ضدیخ در انتقال جریان مستقیم برق با ولتاژ بالا در کانادا را امضاء کند. این قرارداد که درقالب کلید دردست‌اجرا می‌شود باشرکت خدماتی دولتی هیدروکبک در استان کبک منعقد‌شده‌است. در سرمای شدید و یخبندان کبک زمستان 1998 صدها کیلومتر خطوط انتقال با ولتاژ بالا و هزاران برج انتقال برق در اثر انباشته‌شدن برف و یخ متلاشی شد و میلیون‌ها نفر از مردم در این منطقه از نعمت برق محروم شدند. به منظور بهینه‌کردن شبکه برق، شرکت هیدروکبک با شرکت آریوا تی اند دی قرارداد ساخت و نصب سیستم ضدیخ خطوط انتقال جریان مستقیم برق با ولتاژ بالا را منعقد کرد. سیستم ضدیخ خطوط انتقال جریان مستقیم برق با ولتاژ بالا(HVD ciceTM) می‌تواند تا 7200 آمپرجریان مستقیم در خطوط انتقال تولید کند و به منظور ذوب یخ و برف روی آنها درجه حرارت این خطوط را افزایش دهد. این سیستم ضد یخ خطوط انتقال در پست Levis که محل اصلی اتصال خطوط انتقال این منطقه است اجرا خواهد شد. این سیستم در زمانی که نیاز به ذوب یخ نباشد به صورت سیستم متعادل کننده استاتیکی Static Var Compensator (SVC) عمل خواهد کرد و کیفیت برق شبکه انتقال را در منطقه بزرگ کبک بهبود خواهد بخشید. سیستم متعادل کننده SVC ولتاژ شبکه برق 735 کیلوولتی را که در اثر مقدار مصرف برق دچار نوسان می‌شود پایدار و به تثبیت خواهد کرد. شرکت AREVA T&D با شرکت مهندسی و ساختمانی SNC- Lavalin که از نظر بین‌المللی مشهور است همکاری نزدیک دارد. شرکت SNC- Lavalin عملیات ساختمانی این سیستم را نظارت خواهد کرد و با پیمانکاران هماهنگی کرده و مطالعات مهندسی آن را اجرا خواهد کرد. سیستم مذکور که تقریباً 600 کیلومتر از خطوط انتقال را پوشش می‌دهد قرار شد پائیز سال 2006 به بهره‌برداری برسد. کرت هاکنسن Kurt Hakansson معاون بازرگانی سیستم‌های AREVA در این خصوص گفت: سیستم ضد یخ خطوط انتقال طبق اصول و استانداردهای توسعه پایدار شرکت هیدروکبک حداکثر کارآئی برق را تأمین و برق‌رسانی در این منطقه را تضمین خواهد کرد. در طول مدت 18 ماه اخیر این طرح دومین پروژه مهمی است که اجرای آن به شرکت AREVA T&D واگذار شده است. این امر نشاندهنده تعهد ما در این بازار است. موفقیت اخیر شرکت ما به دلیل توانائی ما در اجرای فن‌آوری های موجود به طریق نوین است. شبکه برق تحت نظارت شرکت هیدروکبک شامل 32000 مایل خطوط انتقال و بیش از 500 پست فشار قوی می‌باشد
یکی از مسائلی که امروزه در سیستم‌های قدرت به ویژه شبکه قدرت ایران – بسیار مورد توجه برنامه‌ریزان و بهره‌برداران سیستم قرار دارد، تغییرات زیاد و عدم یکنواخت بودن منحنی بار در ساعات مختلف شبانه‌روز است. این موضوع منجر شده است تا تنها در ساعات پیک بار از تمامی ظرفیت نصب شده تولید کشور استفاده شود و در ساعات کم باری و میان باری مقدار زیادی از ظرفیت نصب شده خارج از مدار باشد که این مطلب به معنای خواب سرمایه است. این مشکل کمابیش در شبکه‌های قدرت دنیا که دارای منحنی‌های بار با تغییرات زیاد هستند مشاهده می‌شود. این موضوع محققان را برآن داشته است تا با نگاهی به تجربیات بشر و پیش‌زمینه ذخیره‌سازی از دیرباز، در اندیشه ذخیره کردن انرژی الکتریکی باشند.
از آنجا که هزینه تولید برق و قیمت فروش آن در ساعات مختلف شبانه‌روز با توجه به راه‌افتادن بازار برق، تفاوتهای چشمگیری دارد، بنابراین ایده ذخیره‌سازی برق در ساعات غیر پیک (برق ارزان) و استفاده از آن در ساعات پیک (برق گران) مطرح شد. روشهای مورد مطالعه ذخیره‌سازی برق به شرح زیر هستند: ذخیره‌ساز هوای فشرده، ذخیره‌سازی چرخ طیار، ذخیره‌ساز حرارتی، ذخیره‌ساز مغناطیسی ابر رسانا و ذخیره‌ساز ابرخازن
در شبکه قدرت شهر نیویورک جهت کنترل توان عبوری از بخشی از شبکه، از یک سیستم الکترونیک قدرت با سرعت عملکرد زیاد استفاده شده است.سیستم مذکور که در آن از جدیدترین فن آوری موجود در زمینه ادوات FACTS ( سیستم های انتقال AC انعطاف پذیرFlexible AC Transmission Systems ) استفاده شده است در پست Power Authoritys Marcy واقع در نیویورک نصب گردیده است. این سیستم این توانائی را ایجاد می کند که توان بیشتری از خطوط انتقالی که بخشهای شمالی ایالت نیویورک را به شهر نیویورک متصل می کنند عبور کند. این امر سبب بالا رفتن قابلیت اطمینان و بهره وری شبکه برق رسانی نیویورک شده و نیاز به احداث خطوط انتقال جدید را کاهش می دهد.
Mary Donohue ، مدیر شرکت برق نیویورک در سخنرانی خود در بین جمعی از مدیران صنعت برق، از بهره برداری از جبرانساز استاتیک تبدیلی (CSC) شرکت NYPA ، که پیشرفته ترین سیستم کنترل توان انتقالی دنیا محسوب می شود، خبر داد. طبق اظهارات وی، این بهره برداری از 21 ژوئن 2001 شروع شده است. بنا به گفته Donohue ، تصمیم استفاده از این سیستم، در راستای پاسخگوئی به بار روبه رشد شهر نیویورک، اتخاذ شده است. او همچنین می گوید: "استفاده از این سیستم در پست Marcyباعث بالا رفتن قابلیت اطمینان سیستم انتقال ایالت و کاهش قیمت برق ارائه شده به مشترکین شده است
توان الکتریکی ترانسفورماتورهای واقع در پست Marcy از خطوط 765 KV که از کانادا می آیند تأمین شده و از این پست از طریق دو خط KV 345 به نیویورک منتقل می گردد. یکی از این خطوط از منطقه Albany می گذرد و بیشتر اوقات، بارگذاری آن به مقدار ماکزیمم مجاز نزدیک است در حالیکه خط دوم که از کوههای Catskill می گذرد، بار کمتری برمی دارد.
CSC مورد استفاده درپست Marcy باصرف هزینه ای معادل 48 میلیون دلار وبا تلاش مشترک شرکت های EPRI , Siemens , NYPA و 32 شرکت T&Dانتقال در ایالات متحده، کانادا و نیوزلند، و توسط شرکت Siemense Power T&D ساخته شده است.
سیستم CSC مزبور از دو اینورتر تریستوری با تریستورهای GTO تشکیل می شود. هر یک از این نوع اینورترهای STATCOM (static synchronous compensators) قابلیت اتصال سری یاموازی به یکی از خطوط KV 345را دارا میباشند.STATCOM های مذکور توانائی کنترل ±100-200 MVAR را دارا هستند.
Joseph L. Seymor ، سخنگو و مدیر اجرائی شرکت NYPA میگوید: " بهره گیری از الکترونیک سریع نیمه هادیها بجای کنترلهای الکترومکانیکی قدیمی در CSC و دیگر ادوات FACTS ، کارآئی این تجهیزات را به جائی رسانده است که انتظار می رود روزی ادوات FACTS چگونگی انتقال انرژی الکتریکی به محل مشترکین را با انقلابی مواجه کند". وی می افزاید: " این فن آوری توانائی ما را در دریافت انرژی در محل مورد نیازمان از محل تولید آن به شدت افزایش داده است".
اثبات کارآئی سیستم نصب شده
شرکت NYPA اعلام کرده است که نصب اولین فاز CSC ، پایداری ولتاژ را تا حد قابل ملاحظه ای افزایش داده و قابلیت انتقال توان خط پر بار بین Utica و Albany را 60 مگاوات و توان قابل استفاده در کل ایالت را 114 مگاوات افزایش داده است. مسلما" با بهره برداری کامل از سیستم مذکور، اثر آن افزایش نیز خواهد یافت. تا پایان تابستان آینده برخی استراتژی های کنترلی به CSC نصب شده، افزوده خواهد شد. طبق اظهارات Abdel- Aty Edris ، مدیر فن آوری FACTS مؤسسه EPRI ، سیستم CSC نصب شده می تواند روی دو یا چند خط همانند یک سیستم UPFC مشابه ترانس های Phase Shifling جهت تقسیم بازبین چند خط عمل کند. پس ازتکمیل طرح CSC مزبور، انتظار میرود توان قابل انتقال خط Utica– Albanyبه مقدار 120MW وکل توان قابل انتقال درسرتاسرایالت، 240 MW افزایش یابد.
Robert B. schainker مدیر بخش خطوط انتقال و پستهای EPRI در مراسم تقدیر از NYPA گفته است:
" NYPAهم اکنون بنیانگذار یکی از فن آوری های ادوات FACTS در دنیا شده است. با حصول توانائی جابجائی توان انتقالی از خطی به خط دیگر در مدت زمان چند میلی ثانیه به سادگی می توان بار خطوط دارای اضافه بار و بار خطوط پر بار گلوگاهی را با بار خطوط کم بارتر جابجا کرد".
حد اکثر سازی ظرفیت شبکه موجود
قاعده زدائی در بازار فروش انرژی الکتریکی سبب شده است که تمایل به سرمایه گذاری برای افزایش ظرفیت شبکه انتقال، از بین برود. طبق برآوردهای انجام شده، افزایش ظرفیت انتقال سیستم قدرت ایالات متحده در دهه آتی اندکی بیش از 4% خواهد بود در صورتیکه این افزایش در ظرفیت تولید نصب شده به 20% خواهد رسید. در بسیاری از مناطق، بعلت مخالفت عموم، احداث شبکه انتقال مشکل تر از نصب تجهیزات تولید است. در نتیجه استفاده از ادوات FACTS مانندCSC ها می توان ظرفیت مفید سیستم های انتقال موجود را افزایش داده و به این ترتیب بر قابلیت های شبکه افزود. این امر می تواند در برقراری تعادل میان رشد تقاضا و ظرفیت شبکه انتقال موجود بسیار تأثیرگذار باشد
مشکل دیگر به مدار آمدن سیستم روشنایی معابر در پیک بار بوده که این مشکل را دو چندان می کند که بطور کلی می توان درموارد زیر خلاصه کرد:
اول اینکه باعث افزایش مقدار پیک شبکه شده و دوم اینکه همه چراغ های یک منطقه تواماً و یکجا به مدار می آیند که باعث تزریق یک تنش به شبکه می شود.
بنا به مسائل ذکر شده وجود یک دستگاه مدیریت خودکار می تواند بسیاری از مشکلات را حل کند.
در سیستم روشنایی معابر هم اکنون از فتوسل استفاده می شود ولی سیستم فتوسل دارای مشکلاتی است که در حین کار عملاً ملاحظه می شود که مهمترین آنها به شرح زیر می باشد:[4]
1- قابل ذکر است برای پایدار کردن سیستم فتوسل ( روشن وخاموش کردن منطقی) طراحان مجبور هستند یک ناحیه هیسترزیس برای فتوسل تعریف کنند که نبود این عامل (هیستزیس) باعث می شود هنگام روشن شدن سیستم با کمترین تغییر مقدار شدت روشنایی محیط,(طبیعی و غیر طبیعی) دستور خاموشی چراغ ها صادر شودو این سیکل معیوب تکرارمی شود . با افزودن یک ناحیه هیسترزیس برای فتوسل مشکل مذکور حذف شده ولی باعث وسیع شدن گستره عملکرد فتوسل می شود و سالانه بنا به عدم کارکرد درست آنها شاهد روشن ماندن چراغ ها در روز و از آن خطرناک تر روشن نشدن چراغ ها در شب ها که اولا باعث افزایش تصادفات, سرقت ها و همچنین بالا رفتن میزان نارضایتی مردم از کارکرد شرکت های برق می شود.
2- در شهر هایی که مشکل آلودگی هوا دارند بخصوص شهری مانند تهران , فتوسل ها بطور مطلوب عمل نمی کنند برای اینکه فتوسل ها دارای یک قسمت شفاف یا شیشه ای هستند که سنسور اصلی( فتوسل) در زیر آن قرار دارد و آلودگی و دوده روی این قسمت نشسته و باعث تیره شدن رنگ قسمت شفاف می شود. این عامل بطور ممتد افزایش یافته و باعث اختلال در عملکرد فتوسل می شود.
3- همچنین سیستم فتوسل قابلیت انعطاف پذیری نداشته و یک سیستم تک کاره بوده و هیچ کار مدیریت مصرفی را نمی تواند انجام دهد.
با توجه به علل فوق لزوم ایجاد یک تحول اساسی در سیستم فرمان روشنایی معابر الزامی می باشد, سیستمی که دارای مشکلات سیستم قبلی نبوده و همچنین با در نظر گرفتن مزایای اقتصادی ( کوتاه مدت و سرمایه گذاری بلند مدت ) بتواند با سیستم های موجود رقابت کند .
سیستم طراحی شده بر پایه و اساس میکرو پروسسور بوده ویک سیستم هوشمند می باشدو به علت اینکه اکثر کارها بوسیله نرم افزار انجام می شود اولاً قابلیت انعطاف پذیری فراوانی داشته و ثانیاً از نظر هزینه مقرون بصرفه می باشد به تعبیر دیگر چون اکثر امکانات با استفاده از برنامه نویسی ایجاد شده است و هزینه برنامه نویسی ( در تولید صنعتی ) در مقایسه با سخت افزار خیلی ناچیز می باشد.
سیستم طراحی شده دارای دو قسمت است که قسمت اول یک pack می باشد که جایگزین سیستم فتوسل های موجود می شود و قسمت دوم یک کنسول می باشد که در اختیار شرکت توزیع می باشد و به وسیله آن تنظیمات اولیه و در صورت لزوم تنظیمات بعدی صورت می گیرد. بطور کلی کارکرد و وظایف سیستم طراحی شده بدین صورت می باشد:
1- روشن وخاموش کردن روشنایی معابر بر اساس محاسبه طلوع آفتاب , غروب آفتاب و به تعبیر دیگر یک زمان مشخص (10 دقیقه بنا به آزمایشات تجربی) بعد از طلوع آفتاب فرمان قطع را صادر کردهو یک زمان مشخص دیگر ( همان 10 دقیقه ) قبل از غروب آفتاب دستور وصل سیستم روشنایی را صادر می نماید. البته قابل ذکر می باشد که کلیه تنظیمات از جمله زمان روشن و خاموش کردن وتک تک پارامترها قابل تنظیم و تعریف می باشد.
حتی روز های ابری که اکثر فتوسل ها عمل می کنند دستگاه طراحی شده هیچ عکس العملی در هوا های ابری نشان نمی دهد چون اولاً بنا به دستورالعمل های شرکت های توزیع روشن شدن چراغ ها در هوای ابری مطلوب آن شرکت ها نمی باشد و دوماً روشن وخاموش شدن ممتد چراغ ها باعث استهلاک تجهیزات شبکه از جمله خود چراغ ها و کنتاکتورها می شود.[4]
2- سیستم مدیریت انرژی الکتریکی یکی دیگر از مزایای این طرح می باشد چون سیستم اساساً بر پاپه میکرو پروسسور بوده قابلیت تصمیم گیری وسیعی را داشته واین مدیریت به چندین صورت می تواند صورت گیرد که به دو تای آن اشاره می گردد:
الف- حالت اول بدین صورت است که هنگام روشن کردن چراغ ها همه آنها را یکجا به مدار نمی آورد بلکه در سه مرحله به مدار می آورد البته این امکان از نظر کابل کشی در اغلب آنها موجود می باشد چون کابل کشی اغلب بصورت سه فاز می باشد ودر این صورت می توان در سه مرحله با اختلاف زمان راه اندازی هر فاز ( 2 دقیقه) روشن کرده که این تدبیر باعث می شود استرس وتنشی که به شبکه در اثر روشن شدن یکجا کلیه لامپ ها به شبکه تزریق می شد به 33% تقلیل یابد .
ب- حالت دوم بدین صورت است که به اقتضای هر محل دستگاه طوری برنامه ریزی شود که در ساعتی از مدت کار, تعداد لامپ های سیستم روشنایی تقلیل دهد .که در ساده ترین صورت در یک تیر با لامپ چهار تایی دو از آنهارا خاموش کند و یا در معابری که که بعد از یک ساعت معین دیگر لزومی به شدت روشنایی بالا نیست چراغ را یک در میان خاموش کند.
نقطه مهم دیگر این است :
که با استفاده از این طرح می توان در مغازه ها یا تابلو های تبلیغاتی نیز باعث صرفه جویی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی شد.قابل توضیح است که اکثر چراغهای تابلو های تبلیغات شهرداری ولامپ های نئون که برای تبلیغات بکار می روند تا صبح روشن می مانند در صورتی که فقط تا ساعت 1بامداد مفید می باشند ولی به علت محدودیت مغازه داران وشهرداری این چراغ ها تا صبح روشن می مانند .
سیستم روشنایی هوشمندSLS (smart lighting system)
سیستمی طراحی وساخته شده "سیستم مدیریت هوشمندSLS "نام گرفته است .که در ذیل به نحوه کارکرد سخت افزاری آن اشاره می شود :[1,5,6,9]
کارکرد سخت افزاری سیستم در شکل) 1 (بصورت بلوک دیاگرام نشان داده شده است. سیستم از 6 قسمت اساسی تشکیل شده است یکی از قسمت ها ی آن واحد CLOCK و یا همان ساعت دستگاه است که این قسمت در وحله اول سیکل ماشین را تولید و سپس ثانیه را تولید وحفظ می کند و در مراحل بعدی دقیقه , ساعت , روز , ماه و سال راتولید و در مراحل بعدی در اختیار پردازنده قرار می دهد این قسمت قابلیت اعمال 30 و یا 31 روز وهمچنین سال کبیسه را دارد و دقت عمل کرد آن 1/8μs (میکرو ثانیه ) می باشد قسمت دوم قسمت حافظه سیستم که از نوع EEPROM می باشد .[2,3]
قسمت سوم واحد فرمان یا رله است که در این مدل دستگاه سه رله پیش بینی شده یعنی قابلیت انجام سه مرحله را دارد و قسمت بعدی قسمت تغذیه مدار می باشد این مدار از برق شهر V 220 ,HZ 50 تغذیه شده و برای مواردی که برق شهر قطع می شود , برای اینکه ساعت سیستم بتواند به کار خود ادامه دهد و از باطری پشتیبان تغذیه می شود .
همه این واحد ها که توضیح داده شد جمعا ً سیستم مدیریت هوشمندSLS راتشکیل میدهند که جایگزین فتوسل می شود و قسمتی که بصورت نقطه چین )شکل 1 ( مشخص شده است همان قسمت کنسول یا تنظیم کننده است که در کل برای برای همه سیستم های نصب شده یک عدد می باشد و به وسیله آن تنظیمات صورت می گیرد .