تحقیق مطالعه بکارگیری خطوط HVDC در شبکه انتقال



تقدیر و تشکر:

از شما استاد محترم صارمیان که بنده را در تهیه این پروژه ورفع اشکالات راهنمایی کرده اید کمال تقدیر و تشکر را دارم و از خدای منان برای شما آرزوی سربلندی و موفقیت را در تمام مراحل زندگی خواستارم.

مطالعه بکارگیری خطوط HVDC در شبکه انتقال

فهرست مطالب
عنوان
صفحه
مقدمه
7
فصل اول : تاریخچه
9
فصل دوم:مزایا و معایب سیستمHVDC
14
2-1- مزایای HVDC
15
2-2- معایب HVDC
21
فصل سوم: پیکربندی سیستم HVDC
23
3-1- اجزای سیستم HVDC
23
3-1-1- ایستگاه های مبدلی
23
3-1-2- خطوط جریان مستقیم
30
3-2- انواع طر ح های سیستم HVDC
30
فصل چهارم:اصول عملکردسیستم هایHVDCو کنترل آن
39
4-1- عملکرد مبدل هایHVDC
39
4-2- مشخصه توان راکتیو مبد هایHVDC
41
4-3- تاثیر قدرت سیستم AC بر سیستم HVDC
42
4-4- کنترل سیستم های HVDC
43
4-4-1- اصول اساسی کنترل
43
4-4-2- پیاده سازی کنترل
48
4-4-3- سیستم های کنترل آتش مبدل
50
4-5- کنترل سیستم های MTDC
51
4-6- هارمونیک ها و فیلترها در سیستم های HVDC
54
4-6-1- هارمونیک های طرف جریان متناوب
54
4-6-2- هارمونیک های طرف جریان مستقیم
57
4-7- پاسخ HVDC به خطاها
60
4-7-1- خطاهای خط جریان مستقیم
60
4-7-2- خطاهای مبدل
62
4-7-3- خطاهای سیستم جریان متناوب
62
فصل پنجم: معرفی چند سیستم HVDC در نقاط مختلف جهان
65
فصل ششم: سوابق سیستم هایVSC-HVDCیا HVDC LIGHT
72
6-1- مزایای سیستم VSC-HVDC
73
6-2- ساختار فیزیکی سیستم های VSC-HVDC
74
6-3- عملکرد VSC-HVDC
79
6-4- مدولاسیون پهنای پالس
80
6-5- سیستم کنترل VSC-HVDC
81
6-6- معرفی یک سیستم VSC-HVDC
82
فصل هفتم:نحوه کابل گذاری در زیر دریا و تجهیزا ت مو رد استفاده در آن مراجع106
84

برای انتقال انرژی الکتریکی از نیروگاه ها به مصرف کنندگان، یک سیستم بهم پیوسته مورد نیاز می باشد. این سیستم شامل مراکز تولید انرژی، ایستگاه ها، خطوط انتقال و یا کابلها و مصرف کنندگان می باشد.
بعلت سهولت تولید و تبدیل ولتاژ و جریان متناوب AC نسبت به جریان مستقیم DC ، جریان متناوب سه فاز به عنوان جریان عمومی و عمده سیستم های قدرت پذیرفته شده و کلیه تجهیزات و لوازم الکتریکی مصرف کنندگان با این سیستم سازگار می باشند. تولید جریان مستقیم و تبدیل آن خصوصا" در مقادیر بزرگ، بسیار مشکل بوده و نسبت به جریان متناوب بسیار گران می باشد. اما انتقال انرژی الکتریکی با استفاده از سیستم های جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) به عنوان مکمل سیستم های AC و حتی در مواردی جایگزین آنها مطرح می باشد.
امروزه سیستم های متعدد HVDC در سرتا سر دنیا در حال کار بوده و بسیاری دیگر نیز در حال ساخت و بهره برداری می باشد. این سیستم ها حجم وسیعی از توان الکتریکی را در مسافتهای طولانی با خطوط انتقال هوایی و یا از طریق کابل ها و انتقال زیردریایی با صرفه اقتصادی بهتر و بدون مشکلات فنی، جابجا می نمایند.
علاوه بر این سیستم های HVDC برای اتصال شبکه های ناهماهنگ و یا بهبود پایداری و حفظ سطح اتصال کوتاه شبکه های AC متصل به آنها با کنترل پذیری بالاییکه دارند، نیز استفاده می گردند. امروزه با توجه به پیشرفت های وسیعی که در ساخت ادوات نیمه هادی باتوان های بالاتر و قیمت های ارزانتر صورت گرفته است، انتقال به صورت HVDCبسیار مورد توجه قرار گرفته است.
کشور عزیزمان ایران به واسطه وسعت جغرافیایی و بویژه فاصله طولانی بین مراکز تولید بالقوه برق در جنوب و مراکز بزرگ مصرف در شمال، وجود جزایر متعدد که برخی از آنها در آینده بعنوان مراکز تجاری مهم با مصرف بالای انرژی در منطقه مطرح خواهند بود و اتصال شبکه سراسری به شبکه کشورهای همسایه برای مبادلات انرژی، بشدت نیازمند تکنولوژی های توانمند و بصرفه انتقال انرژی الکتریکی از جمله HVDC خواهد بود. در این راستا بایستی مطالعات جامعی برای بهره وری هرچه بهتر از گزینه های مختلف با توجه به معیارهای تعریف شده صورت گیرد.

این گزارش مربوط به فاز اول یا فاز مقدماتی پروژه "مطالعه بکارگیری خطوط HVDC در شبکه انتقال ایران" است. در این گزارش معرفی مقدماتی سیسنم های انتقال HVDC در قالب 6 فصل بشرح زیر ارائه گردیده است.
فصل اول به معرفی HVDC و بیان تاریخچه پیدایش آن اختصاص یافته است. دلایل نیاز به HVDC و روند توسعه آن مورد بحث قرار گرفته اند.
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 می باشد.
در فصل سوم پیکربندی سیستم های HVDC با معرفی اجزای سیستم و طرح ها و ترکیبات مختلف در اینگونه سیستم ها ارائه گردیده است.
در فصل چهارم به بیان اصول عملکرد انواع سیستم های HVDC پرداخته شده است. علاوه بر این در این فصل سیستم های کنترلی طرح های مختلفHVDCبطور مختصر و مفید معرفی شده و مشکلات و موانع موجود بررسی گردیده اند.
فصل پنجم به معرفی نمونه هایی از بکارگیری سیستم های مرسومHVDCکه در فصل های قبلی معرفی گردیده است، در شبکه های برق رسانی نقاط مختلف جهان اختصاص یافته است.
در فصل ششم تکنولوژی نوین سیسنم های HVDC با عنوان HVDC LIGHT که مبتنی بر مبدل های منبع ولتاژی می باشند معرفی شده و قابلیت ها و مزایای آنها به همراه یک مثال واقعی ذکر گردیده است.

فصل اول
تاریخچه سیستم HVDC

اولین اختراعات و اکتشافات به همراه اولین کاربرد های عملی در انتقال انرژی الکتریکی با نوع جریان مستقیم DC صورت گرفته است. با این حال، صنعت AC بسیار سریع توانست به تعالی برسد و در آغاز قرن بیستم با پیشرفت هایی که در زمینه ی موتورهای القایی، ژنراتورهای سنکرون و قابلیت استفاده از ترانسفورماتورها حاصل شد، به اوج رسید. احیای مجدد صنعت DCبه خاطر شماری از برتری های آن حادث شد که نیاز به انتقال انرژی در مسافت های طولانی و نیز انتقال به وسیله کابل، این مزیت ها را پررنگ تر کرد. توجه به این نکته ضروری است که در آن زمان نیز این برتری ها آشکار شده بود اما بنا به دلیل عدم دسترسی به قابلیت اطمینان کافی، نگهداری آسان، تولید ولتاژ در سطوح بالا و وسایل یکسوساز کنترل شده، بسط و توسعه ی این صنعت، عقیم مانده بود.
در واقع محدودیت های پایداری در انتقال برق بصورت DC و در مسافت های طولانی وجود ندارد و از طرفی، عدم وجود جریان شارژکنندگی مداوم برای خازن ها در انتقال انرژی از نوع DCباعث می گردد که در مسافت های بسیار طولانی تر، انتقال انرژی از زیر زمین ممکن شود. با وجود همه این مزایا، ادعای غالب در انتقال انرژی الکتریکی بصورت جریان مستقیم ولتاژ بالا1 یا HVDC، هزینه ی کمتر آن برای مسافت های طولانی بوده است که البته در حال حاضر شاخص قابلیت کنترل، نقش اساسی تری را نسبت به فاکتور هزینه بازی می کند. شاهد این ادعا، افزایش تعداد لینک های پشت به پشت2 در سراسر جهان می باشد. با تمام این احوال، انتخاب از میان آلترناتیوهای انتقال بر اساس دو معیار "هزینه" و "قابلیت کنترل" به انجام می رسد.
در مجموع می توان گفت، سه عامل عمده ی "نیاز، رجحان و پیشرفت" احیای مجدد صنعت DC و ظهور صنعت HVDC را باعث شدند. به طور دقیق تر، رشد روزافزون توده ی بشر در کره خاکی و متناظر با آن درخواست بیشتر انرژی الکتریکی که در نهایت نیاز به انتقال آن در مسافت های طولانی تر را سبب شده و بعضاً به واسطه ی محدودیت های جغرافیایی و زیست محیطی که انتقال الکتریسیته بصورت DC نسبت به نوع AC دارد و بالاخره پیشرفت های موثری که در حیطه الکترونیک قدرت در چند دهه ی اخیر به وقوع پیوست که پرثمرترین آن ها اختراع تریستور در اواخر دهه ی 60 میلادی بود، همه دست به دست هم داده و ظهور صنعت HVDC و رشد و توسعه به همراه بهبود و پیشرفت آن را سبب گردیده اند به طوری که می توان حدس زد، با توسعه و بسط این صنعت به سراسر دنیا و بطور ویژه افزایش تعداد سیستم های AC/DC بین شبکه های متفاوت کشورها ، سیستم ها و شبکه های کمی یافت خواهند شد که از تاثیر این فناوری در برنامه ریزی و طراحی شان در امان بمانند.
اولین سیستم قدرت الکتریکی بصورت DCو توسط ادیسون به بهره برداری رسید. اما احیای مجدد صنعت DC را باید از سال 1929 میلادی دانست، زیرا از این زمان بود که طرح ها و برنامه های آزمایشگاهی در دو کشور سوئد و آمریکا به جهت تحقیق در امر استفاده از والوهای قوس جیوه ای در فرآیندهای تبدیل برای انتقال انرژی الکتریکی و تغییر فرکانس به مرحله ی انجام رسیدند و در همین سال بود که مطالعات و تحقیقات در کشور سوئد منجر به بهبود والوهای قوس جیوه ای کنترل شده با شبکه ای از چند الکترود3، برای استفاده در ولتاژ ها و توان های 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 آزمایش های بیشتر در این حیطه را فراهم آورد تا اینکه در سال 1950 میلادی یک خط آزمایشی به طول 116 کیلومتر و ولتاژ 200 کیلوولت از مسکو به کاسیرا کشیده شد و تست گردید. تنها چهار سال بعد یعنی در 1954 میلادی اولین خط تجاری HVDC با طول 98 کیلومتر کابل در زیر دریا و برگشت زمین4 میان جزیره Gotland و سوئد نصب گردیده و به بهره برداری رسید. سطح ولتاژ در این شبکه ی AC/DC، 100 کیلولت و ظرفیت توان انتقالی، 200 مگاوات بود و از والوهای قوس جیوه ای در مبدل های یکسوساز و اینورتر استفاده شده بود. از این رو ظهور صنعت HVDC را می توان در این سال دانست که متقارن با اولین استفاده ی عملی و تجاری از آن بود. پس از مدت کوتاهی چندین پروژه HVDC در جاهای دیگر به بهره برداری رسیدند که از آن جمله می توان به لینک Cross Channel بین انگلیس و فرانسه و لینک پشت به پشت Sakuma در ژاپن اشاره کرد.
عمده ترین مشکل در فن آوری مبدل های قوس جیوه ای خطای برگشت قوس5 بود که باعث از بین رفتن خاصیت یکسوکنندگی والو و در نتیجه سبب ایجاد مشکلات دیگری می شد. دراواخر دهه 60 میلادی که تکنولوژی جدید ساخت مبدل ها با والوهای اکترونیکی6 پا به صحنه گذاشت، بر تمام مشکلات مربوط به فن آوری لامپ های قوس جیوه ای غلبه شد.
در ادامه ی پیشرفت تکنولوژی و در اواخر دهه 60 میلادی و اوایل دهه 70 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 برج های تریستوری بهره می بردند.
در سال 1970 میلادی، اولین سیستم تجاری HVDC که در سال 1954 با تکنولوژی قوس جیوه ای به بهره برداری رسیده بود با تکنولوژی تریستورها بازسازی و ارتقاء یافت. لینک جدید دارای سطح ولتاژ 150کیلولت و ظرفیت انتقالی 300 مگاوات شد. از آن پس گام های بزرگی در پیشرفت تکنولوژی تریستورها برداشته شد تا اینکه در حال حاضر، تنها تکنولوژی غالب در ساخت مبدل ها همین تکنولوژی تریستوری است و به کلی جایگزین لامپ های قوس جیوه ای شده است.
رایج ترین فن ساخت تریستورهای مورد استفاده در مبدل های HVDC بر پایه ی ساخت یک واحد تریستوری با سیلیکونی به قطر 100 میلی متر بود که تحمل 8-6 کیلوولت ولتاژ را در حالت بلوکه شدن داشت. با پیشرفت هایی که در فن ساخت تریستورها به وقوع پیوست، قطر سیلیکون به 150-120 میلی متر افزایش یافت و تریستور تحمل 12-10 کیلوولت ولتاژ را در حالت بلوکه شدن پیدا کرد. البته این آخرین پیشرفتی است که تا سال 1997 میلادی در تکنولوژی ساخت تریستورها حاصل شده است. پس از آن تاریخ تا به امروز، با پیشرفت های زیاد و سریعی که در تکنولوژی الکترونیک قدرت به دست آمده، این انتظار می رود که در عملکرد، قابلیت اطمینان و نرخ توان تریستورها ارتقای بیشتری عاید گردد و هزینه ی ساخت پست های اینورتری و یکسوکنندگی، پیوسته در حال کاهش باشد که البته چنین نیز هست.
با این همه باید پذیرفت که استفاده از سیستم های HVDC در کنار این مزیت ها دارای نقاط ضعفی نیز می باشد و این مختص همه ی شاخه های علم و فن است و وظیفه ی محققان است که در مرتفع کردن ایرادها برآیند و بهره برداری از سیستم های قدرت AC/DC را با حداکثر بازده امکانپذیر سازند. در هر حال سیستم های HVDCنیز در نوع خود از ساختار متفاوتی برخوردار بوده و مسایل و مشکلات خاص خود را دارند.
تقریباً در همه ی مراجع اصلی که به انتقال HVDC پرداخته اند، ابتدا مقایسه ای میان انتقال از نوع DC و انتقال AC انجام گردیده و برتری های هر یک نسبت به دیگری شمرده شده است؛ انواع لینک های DC، اجزای عمده ی یک پست HVDCو آرایش های گوناگون سیستم های HVDC به تفصیل توصیف شده است. اما همواره یک سئوال مطرح است و آن اینکه "چــــرا HVDC؟".
یک پاسخ برای این پرسش این است که از انتقال بصورت HVDC برای کاهش تلفات استفاده می شود. اما این جواب صحیح نیست چرا که سطح یا میزان تلفات در زمان طراحی سیستم های انتقال منظور شده و توسط اندازه ی هادی انتخابی تنظیم می گردد. چه هادی های DC و چه هادی های AC، چه در خطوط هوایی و چه در کابل های زیر دریا و زیرزمینی، قادر به داشتن تلفات کمتر هستند اما با صرف هزینه های بالاتر. علت آن هم این است که باید برای کاهش تلفات، مسافت انتخابی برای عبور خط بزرگتر باشد و این سبب افزایش هزینه ها می شود. در هر صورت، پاسخ صحیح سئوال یاد شده این است که عموماً انتخاب اقتصادی به علت یکی از دلایل زیر می تواند گزینه ی HVDC باشد:
1- خط انتقال هوایی DC و دکل های آن این قابلیت را دارد که با هزینه های کمتری در واحد طول نسبت به خط AC معادلی که برای انتقال همان میزان توان الکتریکی طراحی شده است، طراحی گردد. با این همه پست های مبدل DC در هر پایانه، هزینه ی بیشتری نسبت به پست های پایانی7 خط AC صرف می کنند. از طرفی خط انتقال DC اثرات زیانبار زیست محیطی خط AC را نداشته و در مورد میدان های مغناطیسی و الکتریکی برتری های زیست محیطی بیشتری نیز دارد.
2- لحاظ سیستم های کابلی AC در طول بیش از 50 کیلومتر به هیچ وجه عملی نیست. اما سیستم های انتقال با کابل DC در طول های چندصد کیلومتر و حتی مسافت های 600 کیلومتر و بالاتر نیز، شدنی هستند. بنابراین یکی از کاربردهای عمده ی انتقال HVDC، انتقال انرژی از طریق دریا و زیر زمین است.
3- برخی از سیستم های قدرت الکتریکی با شبکه های همسایه ی خود سنکرونیزه نیستند که در این گونه موارد حتی اگر مسافت فیزیکی میان آن ها کم باشد، برای ارتباط آن ها ناچار به استفاده از سیستم انتقال HVDC خواهیم بود. نمونه ی بارز این مساله کشور ژاپن است که در آن نیمی از کشور با شبکه ی 60 هرتز و نیم دیگر با سیستم 50 هرتز تغذیه می گردد. از لحاظ فیزیکی، ارتباط میان این سیستم ها با روش های مستقیم AC غیر ممکن است و این به خاطر مبادله ی توان الکتریکی میان آن هاست. اما با قرار دادن یک پست مبدل DC در هر سیستم و با نصب یک خط DC میان آن ها، با اینکه سیستم های AC کماکان آسنکرون باقی می مانند، انتقال توان درخواستی میسر می گردد.
همین عوامل باعث شده است که انتقال انرژی الکتریکی بصورت HVDC بصورت یک رقیب جدی برای انتقال بصورت جریان متناوب فشارقوی HVDC و نیز دیگر روش های انتقال منابع انرژی تبدیل گردد.
مخصوصاً در انتقال سطوح بسیار بالای توان در مسافت های طولانی ، انتقال HVDC، تنها گزینه ی مناسب می باشد و هیچ رقیبی را نمی توان بر آن متصور بود. از دیگر خصوصیات برتر HVDC، قابلیت کنترل پذیری بالا و سریع آن هاست که بدین وسیله تدارک پایدارسازهای مکمل برای سیستم کلی AC/DC دیده می شود. درنتیجه سودمندی ها و برتری های فنی و اقتصادی سیستم های HVDC باید به عنوان معیاری مهم در برنامه ریزی و طراحی سیستم های انتقال الکتریکی در سراسر جهان در نظر گرفته شود. همچنین با رشد بهره برداری از سیستم های HVDC در میان کشورهای مستقر در یک ناحیه، بالاخص در اروپای شمالی و منطقه ی اسکاندیناوی و قاره ی آفریقا یک وفاق عمومی نیز ایجاد شده است تا برای دستیابی به کارآیی بالاتر و سودمندی بیشتر این سیستم ها، منابع انرژی کشورهای شریک با وجود تنوع در موارد جغرافیایی، آب و هوایی و مسایل اقتصادی با هم مرتبط گردد و موجب گره خوردن منافع کشورها و ایجاد روابط مناسب سیاسی، اقتصادی و اجتماعی شوند.

فصل دوم
مزایا و معایب سیستمHVDC

قبل از پرداختن به مزایا و معایب سیستم های HVDC لازم است تا عملکرد کلی این سیستم معرفی گردد. برای این منظور بلوک دیاگرام ساده و کلی یک سیستم دو قطبیHVDC در شکل (2-1) نشان داده شده است.
همانطور که در این شکل نشان داده شده است دو مبدل الکترونیک قدرت در دو انتها وظیفه تبدیل انرژی را به عهده دارند که یکی به صورت یکسوکننده8 و دیگری به صورت اینورتر9 عمل می نماید. توان از طریق خط DC ، از طرف یکسوکننده به طرف اینورتر جریان می یابد. جریان عبوری از خط و ولتاژ آن یکسوشده و بصورت مستقیم می باشد. با توجه به خصوصیات مبدل های بکارگرفته شده می توان جهت و اندازه انتقال توان بین دو شبکه متناوب مبدا و مقصد که ممکن است ناهماهنگ10(با فرکانس های متفاوت) نیز باشند را کنترل نمود. ایستگاه های مبدلی یکسوساز و اینورتر بدلیل عملیات کلیدزنی باعث تولید هارمونیک در شبکه می گردند و توان راکتیو نسبتا" بالایی را مصرف می نمایند. در نتیجه در شین AC متصل به مبدلهای HVDC احتیاج به تجهیزات فیلتر و جبرانسازی توان راکتیو خواهد بود. در سمت DC نیز برای صاف شدن جریان از راکتورهای نسبتا بزرگی بنام راکتور هموارساز11 و همچنین برای حذف هارمونیک های فرکانس بالای ولتاژ DCاز فیلترهای DC استفاده می گردد.

شکل (2-1): بلوک دیاگرام سیستم HVDC
سیستم های HVDC در مقایسه با سیستم های AC دارای مزایا و معایبی می باشند که در ادامهاین فصل به آنها اشاره می گردد.

2-1- مزایای HVDC
استفاده از HVDC، مزایای بسیاری دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف) اتصال دو شبکه قدرت متفاوت
در دو حالت، دو سیستم بصورت عادی نمی توانند به یکدیگر متصل شوند:
– سیستم های بسیار بزرگ که از هم جدا می باشند،
– سیستم های با فرکانس های بهره برداری متفاوت.
الف-1) سیستم های بزرگ از هم جدا
HVDC برای اتصال دو سیستم که به لحاظ نوع بار از هم جدا می باشند، به کار برده می شود. دو سیستم بزرگ و از هم جدا به راحتی نمی توانند به یکدیگر متصل شوند، چرا که هنگام کلیدزنی، وجود بارهای سلفی و خازنی موجب اختلاف فاز بین فازها گردیده و شکل موج ولتاژ را از حالت متناوب خارج می کنند و موجب توقف انتقال توان می گردند. با استفاده از HVDC، این مشکل مرتفع می گردد و می توان دو سیستم بزرگاز هم جدا را به هم متصل نمود.
الف-2) سیستم های با فرکانس های بهره برداری متفاوت
در برخی کشورها، فرکانس سیستم قدرت، با فرکانس استاندارد مطابقت ندارد. برای مثال همانگونه که قبلاً نیز اشاره شد در ژاپن، نیمی از سیستم قدرت تحت فرکانس 50 هرتز بهره برداری می شود و نیمی دیگر در فرکانس 60 هرتز مورد بهره برداری قرار می گیرد. تا زمانی که این سیستم ها در فرکانس های متفاوت کار می کنند، نمی توان آن ها را به هم متصل نمود. در این صورت HVDC تنها به منظور تبدیل فرکانس مورد استفاده قرار می گیرد و نیازی به خطوط انتقال DC نیست. به این گونه سیستم ها، سیستم "پشت به پشت"12 گفته می شود. در جدول (2-1) مزایا و معایب اتصال شبکه های الکتریکی از طریق پیوند HVDC با پیوند های EHV-AC مقایسه گردیده است.
جدول(2-1): مقایسه پیوند های HVDC با پیوند EHV-AC برای اتصال شبکه های بزرگ به یکدیگر]12[
برتری
اتصال EHV-AC
پیوندHVDC
ویژگی مورد مقایسه
ردیف
پیوند HVDC برای توان های بالا
پایینتر محدود به زاویه و امپدانس

بالا

توانایی انتقال توان
1
HVDC
کند و مشکل
سریع، دقیق و دوجهته
کنترل سیلان توان
2

HVDC
از یک سیستم AC به سیستم دیگر منتقل می گردد

کاهش می یابد

اختلال فرکانس
3

HVDC

ضعیف، نوسانات برای مدت طولانی باقی می مانند
مناسب، عبور توان از خط بسرعت برای میرایی نوسانات مدوله می شود

پشتیبانی سیستم
4
HVDC
ضعیف
مناسب
عملکرد گذرا
5
HVDC
بعد از اتصال اضافه می گردد
بعد از اتصال بدون تغییر می ماند
سطح اتصال کوتاه
6
HVDC
برای مدت طولانی باقی می مانند

سریعا میرا می گردد

نوسان توان
7

HVDC
محدودیت نشا از جریان های شارژینگ
بدون جریان شارژینگ و مقدار نامی بالا

انتقال زیردریایی
8
EHV-AC
بسیار اقتصادی
بسیار گران
چند ترمینالی
9

HVDC

رخ می دهد

روی نمی دهد
عبور توان راکتیو از خط
10

HVDC

محتمل است

جلوگیری می شود
خطاهای متوالی در سیستم
11
HVDC
امکان ندارد
امکان دارد
تبدیل فرکانس
12
HVDC
امکان ندارد
امکان دارد
تزویج پشت به پشت
13

HVDC
کاهش محسوسی نمی یابد
کاهش می یابد
رزرو چرخشی شبکه AC
14

HVDC
کمتر از نصف حد حرارتی تجهیزات
خیلی بالا تا حد پایداری حرارتی وسایل
حد پایداری گذرا
15

ب) تلفات توان کمتر
HVDC تلفات توان کمتری دارد. از آن جا که در این سیستم ها جریان، DC است، تلفات توان راکتیو اتفاق نمی افتد. خطوط جریان DCجریان مداوم سلفی یا خازنی با خود یا با زمین ایجاد نمی کنند در حالی که این جریان ها در سیستم AC، وجود دارد. از این رو در خطوط DC تلفات راکتیو وجود ندارد. تلفات اهمی در خطوط HVDC با تلفات اهمی در خطوط مشابه AC قابل مقایسه و تقریباً برابر است.

ج) هزینه ی سرمایه گذاری کمتر
قطعاً یکی از خواسته های هر کاری، کاهش هزینه ها می باشد. یکی از راه های کاهش هزینه ی سرمایه گذاری، کاهش و به حداقل رساندن تعداد تجهیزات اصلی است. عمده ی هزینه های شرکت برق، شامل هزینه های سرمایه گذاری های عمده، نظیر زمین، ترانسفورماتور و طرح های جدید می باشد. HVDC در بسیاری از امور صرفه جویی می کند.
بر خلاف سیستم AC، که برای انتقال توان، حداقل سه سیم لازم دارد، HVDC تنها به دو سیم نیازمند است. از طریق تکنیک برگشت زمین، می توان تعداد هادی ها را به یک هادی نیزکاهش داد.
علاوه بر این، در HVDC هادی های ارزانتر نیز می توانند به کار روند. از آن جا که ولتاژ، DC است و نوسان ندارد، اثر پوستی که در سیستم AC مشاهده می شود، در این سیستم مفهومی نداشته و جریان از سطح موثر بزرگتری عبور می کند.
ولتاژی که در HVDC به کار می رود، 4/1 برابر ولتاژ به کار رفته در سیستم AC، با به کارگیری سیم یکسان، می باشد. همچنین ولتاژ موثر سیستم AC، 707/0 مقدار پیک آن است. بنابراین HVDC در سطح ولتاژ یکسان، عایقبندی کمتری نسبت به AC نیاز دارد.
مزیت عمده ی HVDC در بحث هزینه ها چنین بیان می شود:
"فایده ی مالی انتقال بصورت DC، برای فواصل طولانی آن است که در ولتاژ یکسان، سیستم DC می تواند دو برابر سیستم AC توان را منتقل کند".
در مورد هزینه های دکل و حریم نیز چنین می توان گفت:
از آن جا که دکل ها فقط دو سیم را باید حمل کنند، صرفه جویی مالی قابل ملاحظه ای در این زمینه صورت می پذیرد. ساختار دکل ها، ساده تر، کوتاه تر و ارزانتر می باشد. علاوه بر آن از آن جایی که از دو سیم استفاده می شود، حریم کمتری نیاز است و در نتیجه، صرفه جویی عمده ای در مسئله ی زمین مورد نیاز صورت می گیرد. این موضوع در شکل (2-2) با مقایسه دکل های HVDC و HVAC در یک انتقال 1000 مگاواتی نشان داده شده است.

شکل (2-2): مقایسه برج های HVDC و HVAC]8[

د) امکان انتقال زیر آب
HVDC، تنها راه ممکن و به صرفه برای انتقال نیرو در زیر آب، برای مسافت های زیاد می باشد. انتقال بصورت AC، در مسافت های بالای 50 کیلومتر در زیر آب، به خاطر نیاز به جبران سازهای توان راکتیو سری و موازی، غیرموثر و غیراقتصادی می باشد. در حقیقت امکان جبران سازی خط زیرآبی وجود ندارد در حالی که خطوط HVDC، نیـــاز به هیچ گونه جبران سازی در هر مسافت از انتقال، ندارند. برای مثال، بلندترین خط انتقال زیرآبی، بین دو شبکه ی سوئدی و آلمانی، توانی معادل 600 مگاوات را تحت ولتاژ 450 کیلوولت، به صورت DC انتقال می دهد (شکل(2-3)). نصب این کابل، این امکان را برای شرکت های برق سوئدی و آلمانی فراهم آورده است که اجرای طرح های جدید را به تاخیر اندازند و از امکانات موجود استفاده ی بهتری نمایند.

شکل (2-3): انتقال زیردریایی کابلی با سیستم HVDC]8[
ه‍) افزایش کنترل پذیری
به منظور حفظ ضریب قدرت سیستم حوالی مقدار 1، در سیستم AC، از بانک های خازنی استفاده می شود. این خازن ها اثر سلفی جریان راکتیو تولید شده توسط موتورها و دیگر تجهیزات را که به خط نیرو متصل هستند، کاهش می دهد. سیستم HVDC، امکان کنترل مرکزی را فراهم می نماید. این نوع کنترل شامل مواردی نظیر کنترل فرکانس ثابت، توزیع مجدد توان در سیستم AC، میراسازی نوسانات شبکه ی ACو کنترل جریان خطا در خط DC و … می شود. برخی از این موارد در شکل های (2-4) تا (2-6) نشان داده شده است.

شکل(2-4): کنترل فرکانس سیستم قدرت با پیوند HVDC]8[

شکل(2-5): کنترل میرایی نوسانات سیستم قدرت با پیوند HVDC]8[

شکل(2-6): کنترل جریان خطا درخط با پیوند HVDC]8[
2-2- معایب HVDC

الف) پیچیدگی و پرهزینه بودن مبدل ها
عیب بزرگ سیستم HVDC، پیچیدگی زیاد سیستم انتقال می باشد. ترانسفورماتورهایی که در سیستم AC، به کار می روند، اجزایی بسیار ساده می باشند که به راحتی مورد تست و آزمایش قرار می گیرند. مبدل های مدرن که در HVDC به کار می روند از تعداد زیادی نیمه هادی تشکیل شده اند. این مبدل ها به سادگی در برابر حوادثی نظیر موج های ضربه و یا حوادث فیزیکی نظیر زلزله خراب می شوند. لذا باید در برابر حوادث الکتریکی و فیزیکی، به جهت استفاده در یک سیستم مطمئن حفاظت شوند. هزینه ی چنین مبدل هایی در برابر مبدل های سیستم AC بسیار بیشتر می باشد. این هزینه ی بالا، موجب پیدایش یک نقطه ی شکست مطابق شکل(2-7) می شود. تا زمانی که ترانسفورماتورها در سیستم AC، ارزان تر از سیم های خطوط باشند، سیستم AC اقتصادی تر می باشد. اما اگر طول خط انتقال از مقداری فراتر رود (تقریباً 600 کیلومتر) هزینه ی سیم های خط انتقال در HVDC کمتر خواهد شد، لذا انتقال به صورت HVDC به صرفه تر می باشد.

شکل (2-7): هزینه ی سیستم HVDC و سیستم AC با طول خط انتقال ]9[

ب) کرونا و تداخل رادیویی
اثر پدیده ی کرونا در تداخل رادیویی در HVDC، بیشتر از سیستم AC می باشد. پدیده ی کرونا در HVDC بیشتر حول هادی مثبت (قطب +) می باشد و با آلوده شدن هوا کاهش می یابد و این بر خلاف سیستم AC است.

ج)مصرف توان راکتیو توسط مبدل ها
مبدلهای سیستم HVDC ، جاذب توان راکتیو زیادی از شبکه می باشند بنابراین در ترمینالهای HVDC نیاز به تجهیزات جبرانسازی می باشد.

د) تولید هارمونیک توسط مبدل ها
مبدلهای سیستم HVDC در طرف AC تولید هارمونیک می نمایند، از اینرو این سیستم به فیلترهای گرانقیمت نیاز دارد.

فصل سوم
پیکربندی سیستم HVDC

یک سیستم انتقال HVDC همانند سیستم های مرسوم AC از بخش های مختلفی تشکیل یافته است. تنوع تجهیزات و وسایل بکار رفته در یک سیستم HVDC به مراتب بیشتر از سیستم های AC بوده و از سوی دیگر توپولوژی، ترکیبات و نحوه اتصالات بکار گرفته در آنها تا حدود زیادی با سیستم های شناخته شده AC متفاوت است. در این فصل ضمن معرفی ساختار و اجزای سیستم HVDC با طرح های مختلف آنها نیز آشنا می شویم.

3-1- اجزای سیستم HVDC
بطور کلی یک سیستم HVDC را در دو بخش عمده شامل ایستگاه ها یا پست های مبدلی و خط انتقال DC می توان تقسیم بندی نمود.
3-1-1- ایستگاه های مبدلی
در شکل (3-1) بعنوان نمونه اجزای مختلف یک ایستگاه HVDC نشان داده شده است. بخش های اصلی این ایستگاه شامل مبدل های الکترونیک قدرت، ترانسفورماتورهای مبدل، راکتورهای هموارساز، فیلترهای هارمونیکی، جبرانسازهای توان راکتیو، الکترودهای زمین و کلیدهای AC می گردد.

شکل (3-1): اجزای ایستگاه مبدلی HVDC]14[
در ادامه هر یک از این اجزا معرفی می گردند.
الف- مبدل های الکترونیک قدرت
مهمترین بخش ایستگاه DCرا مبدل های الکترونیک قدرت مبتنی بر والوهای تریستوری تشکیل می دهند. مبدل ها تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم (عملکرد یکسوکنندگی) و تبدیل جریان مستقیم به متناوب (عملکرد اینورتری) را انجام می دهند. یک مبدل HVDC بطور عمومی از اتصال سری و یا موازی چندین پل سهفازه نوع گرتز تشکیل یافته است. هر پل گرتز سه فازه مانند آنچه که در شکل (3-2) نشان داده شده است در خروجی یک ولتاژ DC، 6 پالسه ایجاد می نماید.

شکل (3-2 ): پل شش فازه سه فازه]14[
اما معمولاً در یک سیستم واقعی HVDC با اتصال سری دو یا چند پل سه فازه مبدل هایی با تعداد پالس بیشتر ایجاد می نمایند. در شکل (3-3) یک مبدل 12 پالسه با ترکیب دو پل شش پالسه نشان داده شده است.

شکل (3-3): مبدل 12 پالسه]14[
برای دستیابی به پالس های بیشتر از شیفت فازی سیستم های سه فازه سمت AC با بکارگیری اتصال های -و -ترانسفورماتورهای سه فاز استفاده می گردد. هر چه تعداد پالس ها در خروجی DC بیشتر باشد ریپل و هارمونیک های ولتاژ سمت DC کاهش می یابد. از طرف دیگر در سمت AC هارمونیک های پایین جریان حذف می گردند و نیاز به فیلتر هارمونیکی در سمت AC کاهش می یابد.
هر پل گرتز در واقع از 6 گروه تریستوری یا اصطلاحاً والو تریستوری13 تشکیل یافته است. هر والو تریستوری متشکل از تعداد زیادی تریستورهای سری شده با مدارات جانبی آن از جمله مدارات میراساز، سلف های اشباع شونده، مقاومت های توزیع یکنواخت ولتاژ و مدارات کنترل آن می باشد که در شکل (3-4) نشان داده شده است.

شکل (3-4): اجزای یک والو تریستوری]14[
در مبدلهای HVDC، والویک کلید الکترونیکی قابل کنترل است. معمولاً، والودر یک جهت و از آند به کاتد هدایت می کند که در هنگام هدایت، فقط افت ولتاژ کمی در سر آن وجود دارد. در جهت معکوس، زمانی که ولتاژ اعمالی چنان باشد که کاتد نسبت به آند مثبت باشد، والوجلوی عبور جریان را می گیرد.
سیستم های اولیه ی HVDCاز والوهای قوس جیوه ای استفاده می کردند. والوهایی از این نوع با جریان نامی حدود 1000 تا 2000 آمپر و حداکثر ولتاژ معکوس نامی14 50 تا 150 کیلوولت ساخته و استفاده شده اند. از میان عیوب والوهای قوس جیوه ای می توان به اندازه ی بزرگ آن ها و تمایل آن ها به هدایت در جهت عکس اشاره نمود.
تمام سیستم های ساخته شده ی HVDC، از اواسط دهه ی 90 میلادی، از والوهای تریستوری استفاده کرده اند. والوهای تریستوری با جریان 2500 تا 3000 آمپر و ولتاژ نامی 3 تا 5 کیلوولت ساخته شده اند. به منظور دست یابی به سطح ولتاژ، تریستورها به طور سری متصل می شوند. والوها در انواع مختلفی از جمله؛ خنک شونده و عایق شونده با هوا، خنک شونده و عایق شونده با روغن ، خنک شونده با آب و عایق شونده با هوا، خنک شونده با گاز فرئون15 و عایق شونده با گاز SF6، وجود دارند. والوها را می توان در مصارف سرپوشیده و سرباز طراحی نمود.
اگر والوبخواهد هدایت کند، باید آند آن نسبت به کاتد، مثبت باشد. در یک والوقوس جیوه ای یک دریچه ی کنترل16 وجود دارد که ولتاژ آن به اندازه ی کافی از ولتاژ کاتد منفی تر است و از این طریق والواز هدایت منع می شود، هرچند آند، مثبت باشد. لحظه ی آتش17 می تواند به وسیله ی دریچه، کنترل شود.
به طور مشابه یک والوتریستوری فقط زمانی هدایت می کند که اولاً آند نسبت به کاتد، مثبت باشد و ثانیاً ولتاژی مثبت به دریچه اعمال گردد. هدایت می تواند به وسیله ی اعمال یک پالس موقتی یا دائم با پلاریته ی صحیح به دریچه شروع شود.
زمانی که هدایت آغاز شود جریان از طریق والوتا زمانی ادامه می یابد که جریان به صفر برسد و بایاس ولتاژ معکوس در سر والوپدیدار گردد. در این حالت تا زمانی که یک پالس کنترلی به دریچه اعمال شود، جریان متوقف می شود. والودر زمانی که هدایت نمی کند باید توانایی تحمل ولتاژهای بایاس معکوس یا در جهت پیش رو را که بین کاتد و آند پدیدار می شود را دارا باشد.
با توجه به مفاهیم ذکر شده معمولاً از سمبل های گرافیکی استانداردی برای نمایش والوها و پل های تریستوری استفاده می گردد که در شکل (3-5) نشان داده شده است.

شکل(3-5): سمبل های گرافیکی استاندارد برای والوها و پل ها]14[

ب- ترانسفورماتورهای مبدل
ترانسفورماتورهای مبدل در واقع منیع ولتاژ سه فاز با سطح مناسب را برای مبدل ها فراهم می سازند. بعلاوه با استفاده از اتصالات مختلف ترانسفورماتورهای مبدل تعداد پالس های دلخواه در سمت DC ایجاد می گردد. ترانسفورماتورهای مبدل بدلیل شرایط ویژه از جمله حضور جریانات هارمونیکی و اضافه ولتاژهای ناشی از عملیات کلیدزنی در مبدل های الکترونیک قدرت بایستی طراحی متفاوتی نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی داشته باشند. به همین علت در صنعت ساخت ترانسفورماتور به ترانسفورماتورهای مبدل معروف می باشند. این ترانسفورماتورها به منظور کنترل ولتاژ معمولاً دارای تپ های زیر بار بوده و طرف اولیه به صورت ستاره زمین شده استفاده می گردد.

ج- راکتورهای هموارساز18
این راکتورها به بزرگی تا H0/1 هستند که به صورت سری با هر قطبهر پست مبدل متصل می شوند. اهداف این راکتورها به صورت زیر است:
1) کاهش ولتاژها و جریان های هارمونیک در خط جریان مستقیم؛
2) جلوگیری از کموتاسیون ناموفق19 در اینورتورها؛
3) جلوگیری از گسستگی جریان در بار کم؛
4) محدود کردن مقدار اوج جریان در یکسوساز طی اتصال در خط جریان مستقیم؛

د- فیلترهای هارمونیکی
مبدلها در طرف جریان متناوب و جریان مستقیم، ولتاژها و جریان های هارمونیکی تولید می کنند. این هارمونیک ها ممکن است موجب اضافه حرارت خازن های نزدیک و نیز تداخل با سیستم های مخابرات راه دور شوند. از این رو در هر دو طرف جریان متناوب و جریان مستقیم از فیلتر استفاده می شود.

ه- منابع توان راکتیو
مبدلهای جریان مستقیم به طور ذاتی توان راکتیو را جذب می نمایند. در حالت ماندگار، توان راکتیو مصرفی حدود 50 درصد توان حقیقی انتقالی است. در حالت گذرا این مقدار ممکن است بسیار بیشتر باشد. لذا منابع توان راکتیو، نزدیک مبدل ها مورد استفاده قرار می گیرند. در سیستم های جریان متناوب معمولاً این منابع به صورت خازن های موازی هستند. بسته به توان مورد تقاضای وارد بر خط انتقال جریان مستقیم و بر سیستم جریان متناوب، بخشی از منبع توان راکتیو ممکن است بصورت کندانسور سنکرون20 یا جبرانگر استاتیکی توان راکتیو، SVC، باشد. همچنین خازن های مربوط به فیلترهای جریان متناوب، بخشی از توان راکتیو مورد نیاز را فراهم می آورند.

و- الکترودها
اغلب خطوط انتقال جریان مستقیم به نحوی طراحی می شوند که حداقل برای دوره های کوتاهی از زمان، از زمین به عنوان هادی خنثی استفاده نمایند. به منظور کاهش چگالی های جریان و گرادیان های ولتاژ سطحی، اتصال به زمین نیازمند یک هادی با سطح بزرگ است. این هادی به "الکترود" موسوم است. اگر لازم باشد که عبور جریان از طریق زمین محدود شود، ممکن است از یک هادی فلزی برگشتی به عنوان بخشی از خط جریان مستقیم استفاده شود.

ز-کلیدهای جریان متناوب
برای رفع خطا در ترانسفورمر و نیز خارج کردن خط جریان مستقیم از مدار، از کلید در طرف جریان متناوب استفاده می شود. از این وسایل برای رفع خطاهای جریان مستقیم استفاده نمی شود، زیرا این نوع خطاها را می توان بسیار سریع تر با کنترل مبدل قطع نمود.

3-1-2- خطوط جریان مستقیم
خطوط انتقال در سیستم های HVDC مانند سیستم های جریان متناوب به دو صورت هوایی و کابلی می باشند. اگرچه نوع هادی ها، دکل ها و کابل های زیرزمینی مورد استفاده در HVDC تا حدود زیادی مشابه سیستم های مرسوم ACاست، اما بدلیل متفاوت بودن معیارهای طراحی از جمله نوع اضافه ولتاژها و دامنه آنها، ولتاژ دائم و تلفات، طراحی عایقی و فواصل مورد نیاز و همچنین تعداد هادی ها در آنها تا حدود زیادی با سیستم های متناوب فرق دارد.

3-2- انواع طرح های سیستم HVDC
انواع سیستم های انتقال HVDC بر پایه ترکیبات مختلف قطب های آن و سیستم برگشت زمین ایجاد می گردد. عبارت قطب به مسیرهای جریان مستقیم اطلاق می گردد که دارای پلاریته یکسان نسبت به زمین هستند. بعنوان مثال قطب مثبت شامل قطب های ایستگاه های مبدل و قطب های خطوط انتقال قدرت که دارای پلاریته مثبت نسبت به زمین هستند، می گردد. در هر صورت یک سیستم HVDC دارای طرح های مختلف زیر است.

الف- طرح های عمومی سیستم HVDC
این طرح ها بطور کلی شامل سه نوع اتصال بصورت های زیر می باشد.

1- خطوط HVDC تک قطبی21
ساختار اصلی یک خط تک قطبی در شکل (3-6) نشان داده شده است. این خط از یک هادی که معمولاً دارای پلاریته ی منفی است، استفاده می کند و مسیر برگشت از طریق آب یا زمین تامین می شود. ملاحظات هزینه اغلب منجر به استفاده از چنین سیستم هایی، به خصوص برای انتقال کابلی می شود. همچنین این نوع ساختار ممکن است اولین مرحله در یک سیستم دوقطبی باشد.

شکل (3-6): ساختار اصلی یک سیستم تک قطبی]14[
در حالتی که مقاومت زمین بسیار زیاد است، یا تداخل احتمالی با سازه های فلزی زیر زمینی یا زیرآبی محتمل است، به جای برگشت از طریق زمین، ممکن است از یک مسیر برگشت فلزی استفاده شود. در این صورت هادی ای که مسیر فلزی برگشت را تشکیل می دهد، در ولتاژ پایین قرار دارد. در جدول (3-1) مشخصات دو سیستم تک قطبی HVDC نشان داده شده است.

جدول (3-1): نمونه های سیستم های واقعی تک قطبی HVDC]12[
نام طرح
مشخصات
Konti-Skan
Sardinia

سوئد-دانمارک 1965
ایتالیا 1966
مکان و زمان ساخت
تک قطبی با برگشت زمین
تک قطبی با برگشت زمین
ترکیب
250
200
توان (MW)
250
200
ولتاژ مستقیم (kV)
2
2
تعداد مبدل در هر ایستگاه
6
6
تعداد پالس
یک خط کابلی با برگشت زمین
بطول 87 کیلومتر
دو خط موازی کابلی و برگشت زمین بطول 116 کیلومتر
سیستم انتقال
ارتباط دریایی با برگشت از طریق زیر دریا
ارتباط دریایی و کنترل فرکانس
علت ساخت

2- خطوط HVDCدو قطبی22
ساختار خط دوقطبی در شکل(3-7) نشان داده شده است. این خطوط دارای دو هادی، یکی مثبت و دیگری منفی است. هر پایانه دارای دو مبدل با ولتاژ نامی مساوی است که در طرف جریان مستقیم بصورت سری به هم متصل شده اند. محل اتصال دو مبدل، زمین شده است. معمولاً، جریان دو قطب مساوی است و هیچ زمینی وجود ندارد. دو قطب می توانند بطور مستقل کار کنند. اگر به علت بروز خطایی بر هادی، یک قطب جدا شود، قطب دیگر می تواند با زمین کار کند و بدین ترتیب نیمی یا بیشتر، از بار نامی را با استفاده از قابلیت های اضافه بار مبدل ها و خط خود حمل نماید.

شکل (3-7): ساختار اصلی یک خط دوقطبی]14[

از نظر عملکرد در برابر صاعقه، یک خط دوقطبی HVDC، عملاً معادل با یک خط انتقال جریان متناوب و دومداره است. در حالت کارکرد معمولی، این خط به طور چشمگیری نسبت به سیستم تک قطبی، تداخل هارمونیکی کمتری بر امکانات و تاسیسات جانبی ایجاد می کند. تغییر جهت انتقال توان، فقط با پلاریته دوقطب از طریق کنترل ها (و بدون هیچ کلیدزنی مکانیکی) عملی می شود.
در حالتی که جریان های زمین قابل تحمل نیست، یا زمانی که به علت دلایل مختلفی از قبیل مقاومت بالای زمین، استفاده از الکترود زمین عملی نیست، یک هادی سوم به عنوان سیم خنثای فلزی استفاده می شود. زمانی که یک قطب از سرویس خارج می شود یا زمانی که عدم تعادلی وجود دارد، این هادی به صورت مسیر برگشت عمل می کند. هادی سوم، نیازمند عایق کاری کمتری است و نیز می تواند به عنوان سیم محافظ برای خطوط هوایی عمل نماید. در صورتی که این هادی کاملاًَ عایق کاری شود، می تواند به عنوان یدکی استفاده شود. در جدول (3-2) نیز مشخصات دو خط HVDC دو قطبی ارائه گردیده است.

جدول (3-2): نمونه های سیستم های واقعی دو قطبی HVDC
نام طرح
مشخصات
Rihand-Delhi
Itaipu

هندوستان-1990
برزیل-1987
مکان و زمان ساخت
دو قطبی و تک مداره
دو قطبی و دومداره
ترکیب
1500
6000*2
توان (MW)
500
600
ولتاژ مستقیم (kV)
2
2*2
تعداد مبدل در هر ایستگاه
12
12
تعداد پالس
هوایی و بطول 820 کیلومتر
هوایی و بطول1590 کیلومتر
سیستم انتقال
فاصله طولانی، توان بالا و صرفه اقتصادی
فاصله طولانی و تبدیل فرکانس 60 به 50
علت ساخت

3- خطوط HVDC هم قطبی23
خط هم قطب که ساختار آن در شکل(3-8) نشان داده شده است، دارای دو یا تعداد بیشتری هادی است که همگی دارای پلاریته ی یکسان هستند. معمولاً پلاریته ی منفی ترجیح داده می شود چرا که باعث تداخل کمتری ناشی از پدیده ی کرونا می شود. مسیر برگشت برای چنین سیستمی از طریق زمین است.

شکل (3-8): ساختار اصلی یک خط هم قطب]13[
زمانی که خطایی بر روی یک هادی وجود داشته باشد، تمام مبدلها برای تغذیه ی هادی(های) دیگر در دسترس است که با تحمل مقداری اضافه بار می تواند بیشتر از توان نامی، توان حمل نماید. در مقابل، در یک طرح دوقطبی، اتصال مجدد تمام مبدل به یک قطب خط، پیچیده تر است و معمولاً عملی نیست. از این رو در حالتی که جریان پیوسته ی زمین قابل قبول است، ساختار تک قطبی بر سایر آرایش ها رجحان دارد.
جریان زمین می تواند تاثیری جنبی بر خطوط لوله ی گاز یا نفتی که در محدوده ی حدود چند مایل از الکترودهای سیستم واقع اند، داشته باشند. خطوط لوله ی گاز یا نفت به عنوان هادی برای جریان زمین، که می تواند باعث خوردگی فلز شود، عمل می کنند. بنابراین ممکن است، ساختارهایی که از مسیر برگشت زمین استفاده می کنند، همیشه قابل قبول نباشند.
هر یک از ساختارهای فوق در مورد سیستم های HVDC، معمولاً دارای گروه های متوالی از چندین مبدل است که هر یک دارای یک مجموعه ی ترانسفورمری و گروهی والواست. مبدلها بطور موازی در طرف جریان متناوب (ترانسفورمر) و بطور سری در طرف جریان مستقیم (والو) متصل می شوند تا سطح مطلوب ولتاژ از قطب به زمین تامین شود.

ب- طرح های تزویج یا اتصال بین شبکه ای
به این طرح ها که اصطلاحاً پیوندهای DC پشت به پشت24 گفته می شود برای اتصال بین دو بخش سیستم قدرت با فرکانس های مختلف یا اتصال دو شبکه همسایه ناهماهنگ استفاده می گردند. در این طرح خط یا کابل DC جود ندارد و مبدل ها بگونه ای که در شکل (6-9) نشان داده شده بصورت پشت به پشت به یکدیگر وصل می گردند.

شکل (3-9): ساختار اصلی یک طرحتزویج پشت به پشت ]14[

کاربرد طرح های پشت به پشت در سطح دنیا بواسطه مزایای زیادی که دارند (جدول (2-1)) بسیار گسترده است. مشخصات یکی از این طرح ها در جدول (3-3) آورده شده است.

جدول (3-3): نمونه سیستم واقعی پشت به پشت HVDC]12[
نام طرح
مشخصات
Vindhachal Back-to-Back HVDC Station

هندوستان-1987 (اولین سیستم HVDC در هند)
زمان و مکان ساخت
MTDC با 5 ترمینال
ترکیب
70
ولتاژ مستقیم (kV)
3600
جریان مستقیم (A)
250*2
توان نامی (MW)
400
ولتاژ سیستم AC (kV)
50
فرکانس سیستم AC (Hz)
کنترل بهتر در مبادله توان، پایداری، ایمنی، اجتناب از خاموشی گسترده، مبادله توان اقتصادی و کاهش تلفات انتقال
علت ساخت

ج- طرح های چند ترمیناله سیستم HVDC
تا به حال عملکرد و کاربرد خطوط جریان مستقیم نقطه به نقطه25، یعنی سیستم های دوپایانه ای مورد بررسی قرار گرفت. کاربرد موفق چنین سیستم هایی در سطح جهان، طراحان سیستم قدرت را بر آن داشته تا استفاده از سیستم های جریان مستقیمی با بیش از دو پایانه را مد نظر قرار دهند.
طرح های چند پایانه ای زمانی بکار گرفته می شوند که سه یا بیشتر ایستگاه HVDC در یک محدوده جغرافیایی وسیع قرارگرفته و به وسیله خطوط هوایی یا کابلی به یکدیگر متصلند.
اولین سیستم چندپایانه ای جریان مستقیم موسوم به MTDC26 که برای کار پیوسته طراحی شد، طرح کاردینا-کورسیای ایتالیا بود. این طرح، بسط طرح دو پایانه ای ساردینای ایتالیا می باشد که در سال 1967 میلادی اجرا شده بود و یک پایانه ی سوم در سال 1991 میلادی در کورسیکا به آن اضافه گردید. دس کانتن27 در کبک و کامرفورد28 در نیوهام شایر که در سال 1986 ساخته شده اند در حال بسط به یک سیستم سه پایانه ای و احتمالاً به یک طرح پنج پایانه ای هستند. در این قسمت، ترکیبات متنوع سیستم MTDC و اصول اساسی چنین سیستم هایی بیان خواهند شد.
دو طرح ممکن اتصال برای سیستم های MTDC وجود دارد:
* طرح موازی ولتاژ ثابت؛
* طرح سری جریان ثابت؛
در طرح موازی، مبدلها به صورت موازی وصل می شوند و در یک ولتاژ ثابت کار می کنند. اتصال ها می تواند شعاعی29 یا غربالی30 باشد. شکل های (3-10) و (3-11) دو نمونه اتصال را به تصویر می کشند.

شکل (3-10): طرح دوقطبی MTDC موازی با شبکه ی شعاعی]13[

شکل (3-11): طرح دوقطبی MTDC موازی، با اتصال غربالی]13[

در طرح سری، مبدلها به صورت سری متصل می شوند و یک جریان مستقیم مشترک از تمام پایانه ها عبور می کند. خط جریان مستقیم در یک محل، زمین می شود. شکل (3-12)، اتصال سری را نشان می دهد.

شکل (3-12): طرح MTDC سری]13[
البته می توان یک سیستم ترکیبی MTDC داشت که شامل پست های مبدلهای اتصال سری و موازی باشد. وجود کلیدهای جریان مستقیم به قابلیت انعطاف سیستم های MTDC می افزاید و بر انتخاب آن ها تاثیر می گذارد. اغلب مطالعات و کاربردهای پیشنهادی MTDC، ترکیب موازی با اتصال نوع شعاعی را در نظر گرفته اند. هرچند که اتصال حلقوی، افزونگی بیشتری را در اختیار قرار می دهد اما نیازمند طول بیشتری از خطوط جریان مستقیم است.
استفاده از طرح های اتصال سری عموماً محدود به کاربردهایی با تپ های کوچک توان (کمتر از 20 درصد) است که ممکن است در عمل در جریان بالاتر و ولتاژ کمتر نسبت به تپ کامل ولتاژ در ولتاژ کامل و جریان کاهش یافته، اقتصادی تر باشد. در یک تپ سری، ظرفیت ولتاژ، متناسب با ظرفیت توان تپ است اما باید ترانسفورمرمبدل دارای عایق ولتاژ کامل شبکه ی جریان مستقیم باشد. قابلیت انعطاف انتقال توان، نیازمند محدوده ی وسیعی برای تپ ترانسفورمر پست های سری خواهد بود.
در هر کاربرد مشخص سیستم MTDC، نیازهای خاص آن، ساختار ارجح شبکه را تعیین می کند. به طور کلی، طرح موازی به عنوان عملی ترین طرح با کمترین مشکلات کاری، مورد قبول قرار گرفته است. در مقایسه با طرح اتصال سری، طرح موازی منجر به تلفات کمتر خط می شود، آسانتر کنترل می گردد و قابلیت انعطاف بیشتری را در بسط و توسعه ی آینده عرضه می دارد. در جدول (3-4) مشخصات یکی از مهمترین طرح های MTDC دنیا با 5 ترمینال آورده شده است.

جدول (3-4): نمونه سیستم واقعی چند ترمیناله HVDC]12[
نام طرح
مشخصات
Hidro-Quebec (Canada) -New England (USA)

1996-1988
زمان ساخت
MTDC با 5 ترمینال
ترکیب
450
ولتاژ مستقیم (kV)
2250 MW, 315 kV AC
پایانه Radisson
2100 MW, 230 kV AC
پایانه Nicolet
690 MW, 230 kV AC
پایانه Discantons
690 MW, 230 kV AC
پایانه Comerford
1800 MW, 245 kV AC
پایانه Sandypond
کنترل بهتر در مبادله توان، پایداری، ایمنی، اجتناب از خاموشی گسترده، مبادله توان اقتصادی و کاهش تلفات انتقال
علت ساخت
فصل چهارم
اصول عملکرد سیستم هایHVDC و کنترل آن

در این فصل اصول عملکرد و کنترل سیستم های HVDC با نگاهی دقیقتر به کار مبدل های پل گرتز، در مود یکسوکنندگی و اینورتری و همچنین پیوند آنها از طریق خط DC معرفی می گردد. در این راستا سعی گردیده تا به کلیه عوامل موثر در کنترل سیستم های HVDC پرداخته شود.

4-1- عملکرد مبدل های HVDC
بعنوان قلب یک سیستم HVDC عملکرد و کنترل مبدل های آن از اهمیت اساسی برخوردار است. همانطور که قبلاً نیز اشاره گردید، عنصر پایه مبدل های HVDC یک پل گرتس 6 پالسه می باشد. این پل ها اصولاً بر مبنای کموتاسیون خط کار نموده و بواسطه وجود سلف های بزرگ و جریان صاف در سمتDC به آنها مبدل های مبتنی بر منبع جریان31 یا CSCاطلاق می شود. در شکل (4-1) عملکرد این مبدل ها در یک سیستم ساده HVDC شش پالسه و همچنین در یک مبدل 12 پالسه نشان داده شده است.

شکل (4-1): عملکرد مبدل های سیستم HVDC]15[
تبدیل جریان بین سمت AC و DC با هدایت متوالی والوهای تریستوری و انتقال جریان یکسوشده صورت می گیرد. در کموتاسیون خط بایستی ولتاژ AC در دو سمت AC مبدل های یکسوکننده و اینورتر وجود داشته باشد. در بالای شکل (4-1) شکل موج خروجی نشان می دهد که مبدل ابتدا در مود یکسوکنندگی (90<<0) و سپس در مود اینورتری (180<< 90) کار نموده است. تشریح دقیق عملکرد مبدل های تریستوری در مدل های یکسوکنندگی و اینورتری را به گزارش های بعدی موکول نموده و در ادامه فقط به روابط ولتاژ DC در حالت یکسو کنندگی و اینورتری اکتفا می گردد.
برای یکسوکننده،

(4-1)

و برای اینورترداریم،

(4-2)

در این روابط RC موسوم به مقاومت کموتاسیون در واقع مدل کننده افت ولتاژ ناشی از همپوشانی والوهای تریستور در زمان کموتاسیون و بواسطه سلف های مسیر کموتاسیون میباشد. زاویه آتش و زاویه خاموشی می باشند که در شکل (4-1) بوضوح نشان داده شده اند. حداکثر دامنه منابع AC در سمت اینورتر و یکسوکننده می باشد.
یکی از ویژگی های منفی مبدل های CSC مبتنی بر کموتاسیون خط احتمال بروز نقص کموتاسیون در مبدل های اینورتری در شرایط نامطلوب سیستم AC از جمله بروز خطا و افت ولتاژ در آن می باشد. در واقع بروز افت ولتاژ در سیستم AC و کافی نبودن زمان مورد نیاز برای خاموش شدن والوتریستوری بدلیل زاویه آتش بالا سبب می گردد که بویژه در مبدل های اینورتری عملیات کموتاسیون با موفقیت صورت نپذیرد. نقص کموتاسیون در شبکه های AC ضعیف محتملتر بوده و سبب می گردد تا ولتاژ سمت AC مستقیماً به خط DC منتقل شده و مشکلاتی را بروز نماید.

4-2- مشخصه توان راکتیو مبدل های HVDC
مبدل های HVDC چه در عملکرد یکسوکنندگی و چه اینورتری بواسطه عملیات تبدیل توان راکتیو مصرف می نمایند. در نتیجه احتیاج به جبرانسازی شنت از طریق خازن یا فیلترها دارند. مقدار توان راکتیو جذب شده بستگی به استراتژی کنترلی دارد که برای سیستم انتخاب می گردد.
بعنوان نمونه در شکل (4-2) مشخصه توان راکتیو ترمینال های مبدل HVDC با چهار استراتژی کنترلی زیر نمایش داده شده است.
1- کنترل ولتاژ ثابت DC
2- کنترل زاویه آتش یا خاموشی ثابت
3- کنترل جریان ثابت DC
4- کنترل توان راکتیو ثابت

شکل (4-2): مشخصه های توان راکتیو مبدل های HVDC]15[

4-3- تاثیر قدرت سیستم AC بر سیستم HVDC
همانطور که ذکر گردید مبدل ها معمولاً توان راکتیو مصرف می نمایند که بایستی از طریق شبکه و تجهیزات جبرانسازی تامین گردد. اگر شبکه AC متصل به مبدل ها به اندازه کافی قوی نباشد تعامل بین شبکه و سیستم HVDC دچار مشکل می گردد. در واقع طبیعت عملکرد سیستم های HVDC وابستگی زیادی به نسبت قدرت سیستم AC به ظرفیت پیوند DC ایجاد می نماید. در نتیجه نسبت اتصال کوتاه در چنین مواردی بصورت زیر تعریف می گردد.
(4-3)
که نسبت ظرفیت اتصال کوتاه سیستم AC به مقدار نامی مبدل های HVDC به مگاوات است. سیستم های با نسبت اتصال کوتاه کمتر از 2 را اصطلاحاً سیستم های ضعیف می گویند و دارای مشکلاتی از قبیل اضافه ولتاژ های زیاد دینامیکیف ناپایداری ولتاژ، رزنانس هارمونیکی و فلیکر ولتاژ می باشند. این عوامل همواره انجام تدابیر مختلفی را در ارتباط با شبکه های AC متصل به سیستم و حتی سیستم کنترلی HVDC ایجاد می نماید.
4-4- کنترل سیستم های HVDC
یک سیستم انتقال HVDC تا حد زیادی کنترل پذیر است. استفاده ی موثر از آن به بهره وری مناسب از این کنترل پذیری (به منظور اطمینان از عملکرد مطلوب سیستم قدرت) بستگی دارد. با هدف تامین بهره برداری موثر و پایدار و حداکثرسازی قابلیت انعطاف کنترل توان و بدون به مخاطره انداختن ایمنی تجهیزات، از سطوح مختلف کنترلی بصورت سلسله مراتبی استفاده می شود. در این قسمت، مفاهیم و اصول عملکرد این کنترل ها، پیاده سازی و عملکرد آن ها طی حالات مختلف سیستم مورد بحث قرار می گیرد.

4-4-1- اصول اساسی کنترل
خط ارتباطی HVDC را مطابق شکل (4-3) در نظر بگیرید که نمایشگر یک خط ارتباطی تک قطبی یا یک قطب از یک خط ارتباطی دوقطب است. مدار معادل مربوطه و دیاگرام برداری ولتاژ به ترتیب در در این شکل نشان داده شده اند. جریان مستقیم از یکسوساز به اینورتر به صورت زیر است:
(4-3)
توان در پایانه های یکسوساز به صورت زیر؛
(4-4)
و در پایانه ی اینورتر به شکل زیر بیان می شود:
(4-5)

شکل(4-3): دیاگرام تک خطی، مدار معادل و پروفیل ولتاژ در یک سیستم تک قطبی HVDC]13[

ابزار اساسی کنترل
ولتاژ مستقیم در هر نقطه ی روی خط می تواند به کمک کنترل ولتاژهای داخلی () و () کنترل شود. این کار به وسیله ی کنترل دریچه ی زاویه ی روشن شدن والو یا کنترل ولتاژ جریان متناوب از طریق تغییر تپ ترانسفورمر مبدل عملی می شود. کنترل دریچه که سریع است (1 تا 10 میلی ثانیه) و تغییر تپ که کند است (5 تا 6 ثانیه به ازای هر گام)، بصورت مکمل استفاده می شوند. در ابتدا از کنترل دریچه برای عملکرد سریع استفاده می شود و پس از آن به منظور باز گردان کمیت های مبدل ( برای یکسوساز و برای اینورتر) به محدوده ی معمول خود، از تغییر تپ استفاده می شود. معکوس کردن جهت انتقال توان با معکوس کردن پلاریته ولتاژهای مستقیم، در هر دو انتها صورت می پذیرد.

مبانی کنترل ها
ملاحظات زیر بر انتخاب مشخصه های کنترلی تاثیر می گذارد:
1. جلوگیری از تغیرات شدید در جریان مستقیم ناشی از تغییرات ولتاژ جریان متناوب سیستم؛
2. حفظ ولتاژ مستقیم در نزدیکی مقدار نامی؛
3. حفظ ضرایب توان در انتهای خطوط فرستنده و گیرنده تا حد ممکن در مقادیر بالا؛
4. جلوگیری از کموتاسیون ناموفق در اینورترها و حالت معکوس هدایتی در یکسوسازهایی که از والوهای قوس جیوه ای استفاده می کنند.
یکی از شروط مهم عملکرد رضایت بخش خط ارتباطی HVDC، کنترل سریع مبدلها به منظور جلوگیری از تغییرات شدید در جریان مستقیم است. با مراجعه به معادله ی (1) دیده می شود که، مقاومت های خط و مبدل کوچک است، بنابراین، تغییر کوچکی در یا باعث تغییر بزرگی در می شود. این موضوع به طور ضمنی دلالت بر این دارد که اگر و ثابت نگه داشته شوند، جریان مستقیم می تواند در مقابل تغییرات کوچکی در دامنه ی ولتاژ متناوب هر طرف، در محدوده ی وسیعی تغییر نماید. برای عملکرد رضایت بخش سیستم قدرت، چنین تغییراتی عموماً غیر قابل قبول است.
به علاوه، جریان حاصل ممکن است به اندازه ای زیاد باشد که باعث آسیب رسیدن به والوها و سایر تجهیزات شود. بنابراین برای عمل کرد صحیح سیستم، کنترل سریع مبدل به منظور جلوگیری از نوسان های جریان مستقیم، اساسی است. بدون چنین کنترلی، سیستم HVDC غیر عملی است.
برای یک توان انتقالی مشخص، باید دیاگرام برداری ولتاژ مستقیم در طول خط، نزدیک به مقدار نامی باشد. این موضوع منجر به حداقل سازی جریان مستقیم و در نتیجه تلفات می شود. دلایل مختلفی برای حفظ مقادیر بالای ضریب توان وجود دارد که از جمله ی آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
الف) حفظ توان نامی مبدل تا حد ممکن در مقادیر بالا، برای ظرفیت های مشخص ولتاژ و جریان ترانسفورمر و والو؛
ب) کاهش تنش در والوها؛
ج) حداقل سازی تلفات و ظرفیت جریان تجهیزات در سیستم جریان متناوبی که مبدل به آن متصل شده است؛
د) حداقل سازی افت ولتاژ در پایانه های جریان متناوب در مقابل افزایش بار؛
هـ) حداقل سازی هزینه ی تامین توان راکتیو به مبدلها؛
بنابراین بر کسب رضایت کامل از سیستم HVDC لازم است ضریب توان سیستم را با کاهش برای یکسوساز و برای اینورتر، افزایش داد.

خلاصه ای از اصول اساسی کنترل
به دو دلیل مهم زیر، سیستم HVDC عملاً به صورت جریان ثابت، کنترل می شود:
1) محدود کردن اضافه جریان و حداقل سازی آسیب ناشی از خطاها؛
2) جلوگیری از توقف سیستم به دلیل نوسان های ولتاژ متناوب؛
به علت مشخصه ی سرعت بالای کنترل جریان ثابت است که عملکرد سیستم HVDC بسیار پایدار است.
ویژگی های عمده ی سیستم اساسی کنترل بصورت ذیل است:
الف) یکسوساز مجهز به کنترل جریان و کنترل حد است. مرجع حداقل ، حدود 5 درجه تنظیم می شود به گونه ای که به منظور اطمینان از کموتاسیون موفق، در زمان آتش، ولتاژ مثبت کافی دو سر والو وجود داشته باشد. در مد کنترل جریان، یک تنظیم کننده ی حلقه بسته، زاویه ی آتش و بنابراین ولتاژ جریان مستقیم را به منظور مساوی حفظ کردن جریان با فرمان جریان، کنترل می نماید. کنترل تغییر دهنده ی تپ ترانسفورمر کنوتور، را به بازه ی 10 درجه تا 20 درجه می آورد. به منظور جلوگیری از حرکت غیر ضروری تپ در دوره ی نوسان های گذرای ، از یک تاخیر زمانی استفاده می گردد.
ب) اینورتر مجهز به کنترل زاویه ی خاموش شدن ثابت (CEA) و کنترل جریان است. در مد کنترلی CEA، حدود 15 درجه تنظیم می شود. این مقدار، نمایشگر سازشی بین مصرف قابل قبول توان راکتیو و خطر کم کموتاسیون ناموفق است. اگرچه کنترل CEA، روش معمول است، اما انواع دیگری شامل کنترل ولتاژ و کنترل نیز وجود دارد. از کنترل تپ چنجر به منظور نزدیک کردن مقدار به بازه ی مطلوب ˚15 تا ˚20، استفاده می گردد.
ج) در حالت عادی، یکسوساز در حالت مد کنترلی جریان و اینورتر در مد کنترلی CEA است، اگر در انتهای یکسوسازی، افت ولتاژ جریان متناوبی ایجاد شود، زاویه ی آتش یکسوساز کاهش می یابد تا به حد برسد. در این نقطه، یکسوساز به کنترل تغییر وضعیت می دهد و اینورتر، وضعیت کنترل جریانی به خود می گیرد.
د) به منظور اطمینان از عملکرد رضایت بخش و ایمنی تجهیزات، در تعیین فرمان جریان، حدود چندی رعایت می شود: حد بالای جریان، حد پایین جریان و حدود وابسته به و ولتاژ و جریان.
هـ) علاوه بر کنترل های اساسی فوق، به منظور بهبود تاثیر متقابل سیستم جریان متناوب و جریان مستقیم و تقویت عملکرد سیستم جریان متناوب، از کنترل های سطح بالاتر استفاده می شود.
مشخصه های مختلف کنترلی در شکل (4-4) نشان داده شده است.

شکل(4-4): مشخصه های واقعی حالت ماندگار کنترل مبدل ها ]14[
تمام طرح هایی که تاکنون استفاده شده، از مدهای کنترلی کاری فوق برای یکسوساز و اینورتر استفاده کرده اند. اما وضعیت هایی نیز وجود دارد که ممکن است نیازمند به بررسی جدی یک طرح کنترلی باشد تا در آن اینورتر بطور پیوسته در مد کنترل جریان و یکسوساز در مد کنترلی حداقل ، کار کند. یکی از حالات ممکن، عملکرد تقویت شده به سیستم های ضعیف است. بطور کلی می توان عملکرد کنترلی یک مبدل سیستم HVDC بصورت انچه که در شکل (4-5) نشان داده شده است خلاصه نمود.

شکل (4-5): مبانی انتخاب کنترل ها در مبدل های HVDC]14[

4-4-2- پیاده سازی کنترل
در بخش قبل، اصول اساسی کنترل یک قطبی را مورد توجه قرار دادیم. شکل (4-6) نمودار کلی پیاده سازی کنترل ها را نشان می دهد. در بسیاری حالات، به ازای هر قطب دو تا چهار پل مبدل وجود دارد که بطور سری به هم متصل شده اند. معمولاً، دو پل با ترانسفورمرهای و بصورت یک واحد دوازده پالسی در نظر گرفته می شوند. بنابراین کوچکترین واحدی که باید کنترل شود، یک واحد پل شش پالسی یا دوازده پالسی است.

شکل (4-6): طرح اصلی کنترلی]13[
سلسله مراتب کنترلی از یک سیستم جریان مستقیم به سیستمی دیگر متفاوت، اما مفاهیم کلی، مشترک است. شکل (4-7) سلسله مراتبی که در کنترل سیستم دوقطبی HVDC وجود دارد را نشان می دهد.

شکل (4-7): سلسه مراتب سطوح کنترلی مختلف سیستم های HVDC]13[
طرح کنترلی به چهار سطح؛ کنترل پل یا واحد مبدل، کنترل قطب، کنترل مرکزی و کنترل کلی تقسیم می گردد. کنترل پل یا واحد مبدل، لحظات آتش والوهای واقع در یک پل را تعیین و حدود و را تعریف می کند. این کنترل، در سلسله مراتب کنترلی، سریعترین پاسخ را به همراه دارد.
کنترل قطب، کنترل پل های یک قطب را هماهنگ می کند. تبدیل فرمان جریان به فرمان زاویه ی آتش، تپ چنجر و مراتبی از حفاظت های خاص به کمک کنترل قطب صورت می پذیرد. این موضوع شامل هماهنگی، راه اندزی، باز کردن مسیر و تعادل کنترل های پل است.
کنترل مرکزی، فرمان جریان را تعیین می کند و سیگنال های هماهنگ شده ی فرمان جریان به همه ی قطب ها را تامین می کند. این کنترل با تامین یک واسط بین کنترل های قطب و کنترل کلی سیستم، تقاضای وسیع تری را برای کنترل سیستم HVDC تفسیر می کند. این موضوع شامل برنامه ریزی انتقال توان است که توسط مرکز کنترل و با توجه به پایداری سیستم جریان متناوب، تعیین می شود.
در بیشتر کاربردها، توابع اساسی کنترل مشابه است. اما توابع کنترلی سطح بالاتر با توجه به اهداف خاص عملکرد هر سیستم تعیین می شود. برای عملکرد قابل اعتماد سیستم HVDC، باید هر قطب تا حد ممکن بطور مستقل به وظیفه ی خود عمل نماید. همچنین باید توابع کنترلی و حفاظتی، تفکیک شده و در پایین ترین سطح ممکن سلسله مراتبی، پیاده سازی گردد.
واضح است که برای عملکرد صحیح، کنترل سیستم های HVDC نیازمند ارتباط مخابراتی بین پایانه ها است. در حالت تغییرات سریع در سطح توان، برای حفظ درجات تنظیم منطقی و سازگار جریان در دو پایانه، به ارتباط مخابراتی سرعت بالا نیاز است. تغییر جهت توان، نیازمند ارتباط مخابراتی است تا نقطه ی تنظیم جریان حدی از یک پایانه به پایانه ی دیگر منتقل شود.
راه اندازی و متوقف کردن پایانه ها، نیازمند هماهنگی عملکرد در دو پایانه است. همچنین ارتباط برای انتقال اطلاعات عمومی وضعیت مورد نیاز اپراتورها، ضروری است. ممکن است حفاظت برای آشکارسازی بعضی خطاها نیز نیازمند ارتباط بین پایانه ها باشد.
چند واسطه ی انتقالی جایگزین برای مخابرات راه دور وجود دارد که از آن جمله می توان به خطوط سیمی مستقیم از طریق خطوط شخصی یا شبکه های تلفن، PLC32 سیستم های میکروویو و فیبر نوری اشاره نمود. انتخاب واسطه ی مخابرات راه دور به مقدار اطلاعاتی که قرار است منتقل شود، سرعت پاسخ، درجه ی قابلیت اطمینان و مصونیت در مقابل نویز بستگی دارد.

4-4-3- سیستم های کنترل آتش مبدل
سیستم کنترل آتش مبدل، لحظات آتش والوهای مبدل را تعیین می کند، به گونه ای که مبدل در مد مورد نیاز کنترلی؛ جریان ثابت، زاویه ی روشن شدن ثابت یا زاویه ی خاموش شدن ثابت کار کند.
به منظور تولید پالس های آتش مبدل، از دو متد اساسی کنترل استفاده می شود:
1- کنترل منفرد فاز33: در سیستم های اولیه ی HVDC، از این نوع به طور وسیع استفاده می شد. ویژگی بارز این نوع این است که پالس های آتش برای هر والو به طور منفرد و در هر لحظه ی عبور از صفر ولتاژ کموتاسیون آن، تولید می شوند.
2- کنترل هم فاصله ی پالس34: در این سیستم، والوها در مراحلی با زمان مساوی، روشن می شوند و زوایای روشن شدن تمام والوها به طور مساوی عقب یا جلو انداخته می شود به نحوی که مد مطلوب کنترلی به دست آید. در این حالت فقط هماهنگ سازی غیرمستقیم ولتاژ سیستم جریان متناوب مطرح است. از اواخر دهه ی 1960 میلادی، تمام سازندگان تجهیزات HVDC، این سیستم را برای کنترل آتش مبدل استفاده کرده اند.
پیاده سازی صورت های اساسی فوق برای کنترل آتش مبدل در طول سالیان اخیر تکامل یافته است و بسته به سازنده و سال ساخت تجهیزات، انواع متفاوتی از آن وجود دارد.

4-5- کنترل سیستم های MTDC
اصول اساسی کنترل سیستم های MTDC، تعمیمی است از آنچه برای سیستم های دوپایانه ای مطرح شد. مشخصه ی کنترلی هر مبدل از پاره خط هایی تشکیل شده که نمایش گر کنترل جریان ثابت و کنترل زاویه ی ثابت آتش است. (CEA برای اینورتر و CIA برای یکسوساز). به علاوه، ممکن است به طور اختیاری یک پاره خط ولتاژ ثابت لحاظ شود.
مشخصه های مبدل همراه با وضعیت شبکه ی جریان مستقیم، نقطه ی کار سیستم را تعیین می کند. در صورت وجود نقطه ی مشترک، مشخصه های کنترل مبدل یکدیگر را قطع می کنند.
در سیستم های HVDC به منظور فراهم آوردن قابلیت انعطاف گزینه ها برای تامین ملاحظات و نیازمندی های مطرح، فضای قابل توجهی وجود دارد.

سیستم های اتصال موازی
در سیستم اتصال موازی یکی از پایانه ها، ولتاژ کار سیستم جریان مستقیم را فراهم نموده، تمام پایانه های دیگر به صورت کنترل جریان ثابت کار می کنند. پایانه ی تنظیم ولتاژ، پایانه ای است که دارای کمترین ولتاژ سقف است و ممکن است یکسوسازی با کنترل CIA یا اینورتری با کنترل CEA باشد. مشخصه های V-I، برای یک سیستم چهارپایانه ای جریان مستقیم در شکل(4 -8) نشان داده شده است. مشخصه های منفرد مبدل در شکل 3-13-الف و مشخصه های ترکیبی در شکل (4-8-ب) نشان داده شده اند. فرض شده است که دو پایانه به صورت یکسوساز و دو پایانه ی دیگر به صورت اینورتر عمل می کنند. مشخصه های نشان داده شده، مربوط به یک قطب هستند. برای سهولت، VDCOLها نشان داده نشده اند و فرض شده که هر پایانه، تنها دارای دو مود کنترلی (CC و CEA یا CIA) است و گزینه ی کنترل ولتاژ در نظر گرفته نشده است.

شکل (4-8): مشخصه های کنترلی سیستم های اتصال موازی MTDC]13[

در شکل فوق، فرض شده است که یکسوساز (1)، پایانه ی تنظیم ولتاژ (مد CIA) باشد. تغییردهنده های تپ، زوایا را در محدوده ی مطلوب حفظ می کنند. برای تامین عملکرد پایدار کنترلی، باید جریان حدی مثبت حفظ شود.
اگر اینورتری مرکز کنترل ولتاژ باشد، این اینورتر مستعد اضافه باری غیر عمدی است و در صورت بروز اغتشاش در سیستم یا تغییر بار، نمی تواند جریان را در پایانه هایش کنترل نماید. قطع یک اینورتر با جریان قابل کنترل، به منظور جلوگیری از اضافه بار اینورتر ولتاژ قابل کنترل، نیازمند جایابی مجدد نقاط تنظیم جریان یکسوساز است.
از طرفی اگر یکسوسازی ولتاژ سیستم را تعریف کند، عملکرد پایدارتر است. تمام اینورترها جریان را کنترل می کنند. از این رو از عمل در مد کنترلی CEA با پایداری کمتر، جلوگیری می شود. یکسوساز کنترل ولتاژ قادر است بدون افزایش بار سایر پست ها، خودش را حفاظت نماید. سیستم کمتر به مخابرات سرعت بالا وابسته است و از این رو مطمئن تر است. به طور کلی کنترل ولتاژ در یک پایانه ی بزرگ یکسوساز باید عملکرد بهتری را ارائه دهد. در زیر اشکال های اساسی سیستم های اتصال موازی MTDC بیان می شود:
* هر خطایی بر روی سیستم جریان مستقیم (خطای خط یا کموتاسیون ناموفق) بر تمامی سیستم جریان مستقیم تاثیر می گذارد.
* لازمه ی معکوس کردن توان در هر پایانه، استفاده از عمل کلیدزنی مکانیکی است.
* بستن (متوقف کردن) یک پل تنها در پست مبدلی، که شامل دو یا تعداد بیشتری پل اتصال سری است، نیازمند آن است که کل سیستم در ولتاژ کاهش یافته کار کند یا پست تحت تاثیر، جدا گردد.
* کموتاسیون ناموفق در یک اینورتر می تواند جریان از سایر پایانه های بکشد که خود ممکن است بر اصلاح وضعیت تاثیر گذارد.

سیستم های اتصال سری
در سیستم های اتصال سری، جریان توسط یک پایانه کنترل می شود و تمام پایانه های دیگر یا در زاویه ی ثابت ( یا ) کار می کنند یا ولتاژ را تنظیم می نمایند. شکل (4-9) روش کنترلی یی که معمولاً برای سیستم های سری در نظر گرفته می شود را نشان می دهد.

شکل (4-9): مشخصه های کنترلی سیستم های سری]13[
اگر مجموع ولتاژهای یکسوساز در جریان تحت فرمان، بزرگتر از مجموع ولتاژهای اینورتر باشد، به وسیله ی یکسوساز، کنترل جریان پذیرفته می شود که این پذیرش، به وسیله ی یکسوسازی انجام می شود که دارای کمترین فرمان جریان است. از طرف دیگر اگر مجموع ولتاژ های اینورتر بزرگتر باشد، اینورتر با فرمان بالاتر جریان، حالت کنترل جریان به خود می گیرد.
برای سیستم های سری باید مراجع ولتاژ متعادل باشند حال آن که برای سیستم های موازی، باید مراجع جریان هماهنگ باشند. اما برای سیستم های سری، مساله ی هماهنگی ، به اهمیت سیستم های موازی نیست.
بدون نیاز به کلیدزنی، سیستم های سری اجازه می دهند تا در هر پایانه ، توان به سرعت معکوس شود و می توان بدون تاثیر بر بقیه ی سیستم، پل ها و پایانه ها را از مدار خارج کرد. برای کنترل بارگذاری های خط به منظور حداقل سازی تلفات، به مخابرات بین پایانه ها نیاز است که این کار را می توان از طریق مخابرات نسبتاً کندی فراهم کرد.
کار اینورترها به طور سری نیازمند آن است که مبدل در زوایای بالای آتش کار کند که می توان این کار را به کمک کنترل تغییر تپ و بیرون کشیدن یک پل در مقابل دیگری، به حداقل رساند.
اساسی ترین اشکالات سیستم های اتصال سری عبارتند از:
* از آنجا که ولتاژ به زمین در بخش های گوناگون سیستم، متفاوت است، هماهنگ سازی عایقی، پیچیده و گران است. در بخش های با ولتاژ کمتر، تلفات بیشتر است.
* خطای دائم خط باعث قطع کل سیستم می شود. همچنین قابلیت انعطاف، به منظور توسعه ی آینده، محدود است.

4-6- هارمونیک ها و فیلترها در سیستم های HVDC
مبدلها در هر دو طرف جریان متناوب و جریان مستقیم، ولتاژها و جریان های هارمونیکی تولید می کنند. در این قسمت به طور مختصر، انواع هارمونیک های تولید شده توسط مبدلها و مشخصه های فیلترهای مورد استفاده برای حداقل سازی تاثیر سوء آن ها مورد بررسی قرار خواهیم داد.

4-6-1- هارمونیک های طرف جریان متناوب
در شکل (4-10) شکل موج جریان متناوب در حالت ایده آل بدون هم پوشانی کموتاسیون، جریان مستقیم بدون نوسان های کوچک، ولتاژهای کموتاسیون سینوسی متعادل و پالس های آتش هم فاصله ی مبدل، نشان داده شده است. جریان را می توان به صورت بسط فوریه نمایش داد.

شکل (4-10): شکل موج جریان خط]13[
بدین منظور، در یک پل شش پالسی با اتصال ترانسفورمری ، بسط سری فوریه ی جریان متناوب به صورت زیر است:
(4-6)
و برای اتصال ترانسفورمری ، جریان به صورت زیر است:
(4-7)
در روابط فوق، هارمونیک دوم و تمام هارمونیک های زوج غایب هستند زیرا به ازای هر سیکل، دو پالس جریان با اندازه ی مساوی و پالاریته ی مخالف وجود دارد. از آنجا که عرض پالس جریان، یک سوم طول یک سیکل است، هارمونیک سوم و تمام مضارب آن نیز در روابط وجود ندارد. هارمونیک های باقی مانده، همگی از درجه ی هستند که n می تواند هر عدد صحیح مثبت باشد.
در یک پل دوازده پالسی، پل شش پالسی با دو ترانسفورمر، یکی با اتصال و دیگری با اتصال وجود دارد. هارمونیک های با مقادیر فرد n حذف می شوند. بنابراین:
(4-8)
هارمونیک های باقی مانده، از درجه ی هستند. این هارمونیک ها به سیستم جریان متناوب راه می یابند. واضح است که هارمونیک های تولید شده در طرف سیستم جریان متناوب، تابعی از حالت کاری هستند.
توضیحات فوق فقط در حالت متعادل صادق است. هارمونیک های تولید شده تحت چنین حالت ایده آلی به "هارمونیک های مشخصه" موسومند.
عدم تعادل های گوناگون از قبیل پالس های غیرهم فاصله ی آتش، عدم تعادل های ولتاژ شین و عدم تعادل در راکتانس کموتاسیون بین فازها، هارمونیک های اضافی تولید خواهد کرد که موسوم به "هارمونیک های غیرمشخصه" هستند. جریان تحریک ترانسفورمر نیز به این هارمونیک ها کمک می کند.
در طراحی پایانه ها، سازندگان مبدلها سعی در حداقل سازی این هارمونیک ها می کنند. با روش های مدرن آتش هم فاصله ی امروزی، عمده ترین منابع هارمونیک های غیر مشخصه ، عدم تعادل ولتاژ شین، عدم تعادل امپدانس ترانسفورمر و جریان تحریک ترانسفورمر است. عدم تعادل ها در ولتاژهای سیستم جریان متناوب به نقطه ی کار بستگی دارد و با توجه به طراحی و تجربیات کاری از سیستم تعیین می شود، عدم تعادل در راکتانس های بین فازی ترانسفورمر، معمولاً کمتر از 1% مقادیر فاز است. با عدم تعادل کمتر از 1% در ولتاژ شین و سطوح عادی جریان تحریک، هارمونیک های غیرمشخصه چندان مهم نیستند مگر اینکه حالت تشدیدی در یک فرکانس هارمونیکی مشخص وجود داشته باشد.

فیلترهای جریان متناوب
باید هارمونیک ها را در پایانه، به اندازه ی کافی فیلتر کرد به گونه ای که هارمونیک های ورودی به سیستم جریان متناوب، کوچک و اعوجاج ولتاژ جریان متناوب حاصل از جریان های هارمونیکی در محدوده ی مجاز باشد. اگر هارمونیک ها به وسیله ی فیلتر تضعیف نشوند، می توانند تاثیر غیرمطلوبی از قبیل تداخل تلفنی، تلفات و گرمای بیشتر در تجهیزات جریان متناوب (ماشین ها، خازن ها و …) داشته باشند یا مساله ی تشدید را، که می تواند اضافه ولتاژ و یا اضافه جریان ایجاد کند، در پی داشته باشند.
نفوذ هارمونیک ها به درون سیستم جریان متناوب و بروز تشدید به امپدانس هارمونیکی شبکه ی جریان متناوب بستگی دارد که تعیین آن مشکل است. همچنان که مدارهایی اضافه یا خارج می شوند و نقطه ی کار سیستم تغییر می کند، این امپدانس مرتباً تغییر می نماید. در طراحی فیلتر، مطالعات کاملاً پیچیده ای انجام می پذیرد که عوامل مختلفی از جمله شروط احتمالی تشدید سیستم را در نظر می گیرد.
در شکل (4-11)، نمونه ای از فیلتر برای یک پایانه ی مبدل دوازده پالسی نشان داده شده است. امپدانس فیلتر در هارمونیک های یازدهم و سیزدهم، حاصل از دو شاخه ی تنظیمی تشدید سری، حداقل است. فیلتر بالاگذر، امپدانس کوچکی را برای فرکانس هارمونیکی بالاتر تامین می کند.

شکل (4-11): ترکیب نوعی سیستم فیلتر]13[
بخشی از خازن های مورد نیاز جبرانسازی توان راکتیو از طریق فیلترها تامین می شود. از 5% جبران سازی مورد نیاز توان راکتیو، حدود 30% به شکل فیلتر است که بین فیلترهای 11ام، 13ام و بالاگذر تقسیم می شود.

4-6-2- هارمونیک های طرف جریان مستقیم
یک مبدل شش پالسی ایده آل، با کلیدزنی تکراری هر 60 درجه، موج ولتاژ مستقیمی مطابق (4-12) تولید می کند. تحلیل فوریه ی موج ولتاژ، نشان می دهد که این ولتاژ دارای هارمونیک های درجه ی است. دامنه ی ولتاژ موثر هارمونیکی با توجه به بازه ی کاری نزدیک به 90 درجه، سطوح هارمونیکی نسبت به حالتی که مقادیر کمتر اس مشهودتر است. همچنین زاویه ی هم پوشانی، تاثیر زیادی بر دامنه ی هارمونیک ها دارد.
در یک سیستم دوقطبی که از دو پل شش پالسی تشکیل شده است، ترانسفورماتورها به شکل و متصل می شوند زیرا اختلاف فاز 30 درجه، هارمونیک درجه پایین را در شین جریان متناوب حذف می کند. این موضوع همچنین تاثیر مثبتی بر طرف جریان مستقیم دارد. هارمونیک های ششم، هیجدهم، سی ام و … در دو پل هم فاز نیستند، حال آنکه هارمونیک های دوازدهم، بیست و چهارم، سی و ششم و … هم فازند. ولتاژهای هارمونیکی غیرهم فاز، جریان های مد برگشت زمین را در خط جریان مستقیم ایجاد می کنند در حالی که مولفه های هم فاز، ولتاژ هارمونیکی جریان های مد خط به خط به وجود می آورد.

شکل (4-12): شکل موج ولتاژ دوره های هدایت والو]13[

در حالت دوازده پالسی، مولفه های غیرهم فاز ولتاژهای هارمونیکی در داخل پل دوازده پالسی حذف می شوند و فقط مولفه های هم فاز جریان های هارمونیکی در خط ایجاد می کنند. بنابراین در حالت متعادل، هارمونیک های مهم در ولتاژ تولید شده ناشی از پایانه ی جریان مستقیم، از درجه ی دوازده و ضرایب آن است.
در سیستمی که خوب طراحی شده باشد، هارمونیک های غیرمشخصه ی حاصل از عدم تعادل، کوچک است. هارمونیک های طرف جریان مستقیم به کمک راکتور هموارساز35 و فیلتر، کاهش داده می شوند و بیشتر ولتاژهای هارمونیکی در دو سر راکتور هموارساز حذف می گردند. فیلترهای جریان مستقیم به منظور کاهش و حذف بخش عمده ای از جریان های هارمونیکی مستقیم به کار برده می شوند به گونه ای که جریان هارمونیکی ورودی به خط جریان مستقیم، در محدوده ی مجاز باشد.
راکتور هموارساز و بقیه ی سیستم جریان متناوب بالاتر از راکتور (فیلترهای جریان مستقیم، خط جریان مستقیم و پایانه های دوردست) برای ولتاژهای هارمونیکی به عنوان مقسم ولتاژ عمل می کنند. به طور کلی، مقدار بزرگ تر راکتور هموارساز، نیازمند به فیلتر جریان مستقیم کمتری است، اما اندازه ی راکتور هموارساز تحت تاثیر ملاحظات دیگر مربوط به طراحی پایانه ی مبدل است.
اکنون برخی از ملاحظات موثر انتخاب اندازه راکتور هموارساز بیان می شود:
1. اندازه ی راکتور هموارساز، نقش مهمی بر نوسان های کوچک جریان پل دارد بدین صورت که جریان نوسان کوچک36 برای مقادیر بزرگ تر راکتور، کمتر است.
2. راکتور هموارساز، فیلترها و خطوط جریان مستقیم، امپدانسی را در مقابل پل جریان مستقیم تولید می کنند که می تواند در بعضی هارمونیک های ولتاژ تولید شده، موجب بروز تشدید شود. به طور کلی، این موضوع مشکلی برای هارمونیک های بالاتر (دوازدهم، بیست و چهارم و …) ایجاد نمی کند اما اگر امپدانس موثر در این فرکانس ها کم باشد می تواند در هارمونیک های غیرمشخصه ی تولیدی در فرکانس کم (دوم، چهارم، ششم و …) تولید جریان های هارمونیک بالا نماید و ممکن است جریان های هارمونیک بالادر فرکانس های کم سبب بروز مشکلاتی با مدار کنترل و تداخل با مدارهای مخابراتی شود. بنابراین، راکتور هموارساز به نحوی انتخاب می شود که از امپدانس کم در فرکانس هارمونیکی دوم یا چهارم اجتناب شود. به علاوه باید از تشدید هارمونیکی فرکانس کم، به دلایل دیگر اجتناب شود. ممکن است نقص های مکرر کموتاسیون بر اینورتر موجب پیدایش پالس های فرکانس اصلی بر خط جریان مستقیم شود. اگر در فرکانس اصلی، امپدانس ورودی که بر پل تاثیر می گذارد، نزدیک به تشدید باشد، ولتاژهای گذرای شدیدی رخ می دهد.
3. اندازه ی راکتور هموارساز بر احتمال بروز کموتاسیون های ناموفق طی افت در ولتاژهای جریان متناوب و نیز بر احتمال بروز نقص متعاقب کموتاسیون تاثیر می گذارد.
4. تعداد بزرگ تر راکتور هموارساز، جریان خطای نزدیک یکسوساز را محدود می کند.

4-7- پاسخ HVDC به خطاها
عملکرد انتقال HVDC از خطاهای روی خط جریان مستقیم، مبدل یا سیستم جریان متناوب تاثیر می پذیرد. تاثیر خطا از طریق عمل کنترل های مبدل معکوس می شود. در سیستم های جریان متناوب، از رله ها و کلیدها برای آشکار سازی و رفع خطاها استفاده می شود. در مقابل، اغلب خطاهای مربوط به سیستم های جریان مستقیم خود به خود و از طریق عمل کنترل های مبدل رفع می شوند و فقط در برخی حالات لازم است که یک پل یا تمام یک قطب را از سرویس خارج کرد. از این رو در مقابل خطاهای سیستم جریان مستقیم و نیز سیستم جریان متناوب، کنترل های مبدل، نقشی حیاتی را در پاسخ قابل قبول سیستم های HVDC بازی می کنند.

4-7-1- خطاهای خط جریان مستقیم
تقریباً همیشه خطاهای خطوط جریان مستقیم از نوع خطای قطب به زمین است. خطای قطب به قطب غیر معمول است زیرا برای به هم رسیدن هادی های دو قطب، باید آسیب فیزیکی مهمی وارد شده باشد. صاعقه هرگز باعث یک خطای دوقطبی نمی شود.
خطای قطب به زمین، از انتقال توان بر آن قطب جلوگیری می کند و بر قطب باقی مانده، عملاً بی تاثیر است. تاثیر خطاهای خط جریان مستقیم بر سیستم های جریان متناوب متصل، به اندازه ی خطاهای جریان متناوب، مخرب نیست.

پاسخ عادی عمل کنترلی
بروز اتصال کوتاه، به طور موقت، باعث افزایش جریان یکسوساز می شود زیرا یکسوساز به جای ولتاژ برگشتی بالای اینورتر، یک خطای امپدانس کم را تغذیه می کند. این پدیده، جریان اینورتر را نیز کاهش می دهد.
هدف از کنترل جریان یکسوساز، کاهش ولتاژ مستقیم و بازگرداندن جریان به مقدار عادی تنظیم شده است. در اینورتر، جریان از مقدار مبنای تنظیمی کنترل کننده ی جریان کمتر می شود. لذا مد کاری اینورتر از کنترل CEA به کنترل CC تغییر می کند. این موضوع باعث کاهش ولتاژ اینورتر به صفر شده و در نتیجه، پلاریته را مطابق با منحنی (2) شکل (4-13) معکوس می گرداند. ولتاژها مساوی افت RI در خط از هر مبدل تا محل خطاست. جریان یکسوساز ، و جریان اینورتر در جهت معکوس است. لذا جریان حالت ماندگار خطا، مساوی با جریان حدی، ، است که فقط در حدود 15% جریان نامی است.

شکل (4-13): ولتاژ یک خط DC:
1- تحت شرایط عادی کار 2- با خطای خط DCو کنترل عادی 3- با حفاظت عمل سریع خطا]13[

عمل عادی کنترلی مبدلها هرچند که جریان خطا را به محدود می کند، ولی قوس خطا را خاموش نمی کند. لذا به منظور کاهش جریان خطا و اصلاح ولتاژ دو سر مسیر خط به صفر، از کنترل های اضافی استفاده می شود.
معمولاً خطا با فروپاشی ولتاژ جریان مستقیم، در یکسوساز و نیز با کاهشی در جریان اینورتر آشکار می شود. البته ممکن است دو عامل دامنه ی افت ولتاژ و آهنگ تغییر ولتاژ نیز به منظور آشکارسازی خطا استفاده گردد. خطاهای سیستم جریان متناوب بالاتر از خط جریان مستقیم، چنین تغییرات سریع ولتاژی ایجاد نمی کند.
برای رفع خطا، اینورتر در همان حالت کار، حفظ شده و یکسوساز نیز به حالت اینورتری کشیده می شود. برای تامین ولتاژهای پایانه با پلاریته ی صحیح برای رفع خطا، به زاویه ی اینورتر، حد بالایی در حدود º80 داده می شود (که اجازه می دهد ولتاژ اینورتر به مقدار کوچکی برسد اما معکوس نشود) و زاویه ی تاخیر روشن شدن یکسوساز () به مقدار چشمگیری بالاتر از º90 (حدود º140) انتقال می یابد. وضعیت ولتاژ حاصل با منحنی 3 در شکل 3-18 نشان داده شده است. در این صورت جریان قطب سعی می کند جهت را معکوس کند. اما جریان در یکسوساز نمی تواند معکوس شود زیرا مشخصه ی جریان والوها یک طرفه است. بنابراین، جریان به سرعت (در حدود 10 میلی ثانیه) به صفر می رسد. این فرآیند رفع خطا به Forced Retard موسوم است.
بعد از دی یونیزه شدن هوای اطراف قوس (60 تا 200 میلی ثانیه) خطوط هوایی جریان مستقیم مجدداً کار خود را آغاز می کنند. اگر خطا، موقتی و عمل شروع مجدد، موفق باشد، ولتاژ و جریان افزایش می یابند. به طور نوعی، کل زمان مورد نیاز برای رفع خطا و بازگشت به توان انتقالی نامی، حدود 200 تا 300 میلی ثانیه است. این زمان برای حفظ جریان مستقیمی که به سیستم های ضعیف جریان متناوب متصل است، بیشتر می باشد.
شروع مجدد در مورد سیستم های تماماً کابلی انجام نمی شود، زیرا تقریباً تمام خطاهای کابل، از نوع دائمی است.

4-7-2- خطاهای مبدل
اغلب خطاهای مدار قدرت جریان مستقیم، در پست مبدل، نیازمند آن است که گروه والو یا قطب متوقف گردد. یک خطای گروه والو، به جز در مواردی که جزئی باشد، نیازمند آن است که کل قطب توان را انتقال ندهد. در این موارد، معمولاً دستور کاهش بسیار سریع جریان به صفر داده می شود.
هم زمان زاویه ی آتش در یکسوساز به حداقل º90، و احتمالاً به خوبی در محدوده ی اینورتری انتقال پیدا می کند. جریان در قطب می تواند در کمتر از 30 میلی ثانیه به صفر رسانده شود. پس از این مرحله، یک سیکل جداسازی37 اجرا می شود که ممکن است بسته به نوع جداسازی گروه والو مورد استفاده، اجرای آن چندین ثانیه به طول انجامد. سپس باقی مانده ی گروه های والو در قطب می توانند به شکل عادی، دوباره شروع شوند.

4-7-3- خطاهای سیستم جریان متناوب
برای اغتشاش های گذرای سیستم جریان متناوب، پاسخ سیستم جریان مستقیم معمولاً بسیار سریعتر از پاسخ سیستم جریان متناوب است. سیستم جریان مستقیم یا با کاهش موقتی توان از اغتشاش عبور می کند یا متوقف می شود و این حالت تا زمانی طول می کشد که وضعیت سیستم جریان متناوب، به منظور اجازه به شروع مجدد و بازیابی توان، به اندازه ی کافی بهبود یابد. نقص های کموتاسیون و اصلاح مجدد وضعیت بعد از خطاهای سیستم جریان متناوب، نمایش گر جنبه های مهمی از کار سیستم جریان مستقیم است.

خطاهای طرف یکسوساز جریان متناوب
برای خطاهای دو رله ی فاز، ولتاژ کموتاسیون یکسوساز کمی افت می کند. این موضوع منجر به کاهشی در ولتاژ مستقیم یکسوساز و بنابراین جریان می شود. تنظیم کننده ی جریان به منظور بازیابی جریان با افزایش ولتاژ، را کاهش می دهد. اگر به برسد، یکسوساز به مد CIA کنترلی تغییر وضعیت می دهد. در نتیجه، کنترل جریان به اینورتر منتقل می شود که فرمان جریان آن به اندازه ی جریان حدی ، کمتر از فرمان یکسوساز است. اگر ولتاژ کم ادامه یابد، تپ برای بازیابی ولتاژ و جریان مستقیم به مقدار عادی، عمل می کند. بسته به این که ولتاژ کم، چگونه افت کند، VDCOL می تواند جریان و انتقال توان ها را کنترل کند.
برای خطاهای نزدیک سه فاز، ولتاژ کموتاسیون یکسوساز به مقدار زیادی افت پیدا می کند. تحت کنترل VDCOL، تا زمانی که خطا رفع شود، سیستم جریان مستقیم متوقف می شود.
از دید نظری، ممکن است توان جریان مستقیم در مقادیر بسیار کم ولتاژ یکسوساز، منتقل شود. این موضوع نیازمند آن است که اینورتر با کاهش ولتاژ خود و افزایش زیاد ، به صورت کنترل جریان درآید. ممکن است مصرف افزایش یافته ی حاصل در توان راکتیو، بیش از توقف کوتاه مدت سیستم جریان مستقیم، برای عملکرد سیستم جریان متناوب، زیان آور باشد.
خطاهای تک فاز و فاز به فاز دور معمولاً منجر به متوقف شدن خط جریان مستقیم نمی شود. در این حالت نسبت به خطاهای سه فاز، متوسط ولتاژهای متناوب بیشتر است. اگر ولتاژ حاصل مستقیم به اندازه ی کافی بالا باشد، محتمل است که سیستم جریان مستقیم بدون تاثیر چندانی اغتشاش را پشت سر گذارد. از طرفی، اگر کاهش در ولتاژ مستقیم زیاد باشد، پاسخ، شبیه حالتی است که خطای دور سه فاز اتفاق افتاده باشد.
برای خطاهای نزدیک نامتعادل، ممکن است نوسان های کوچک هارمونیکی در ولتاژ مستقیم نسبت به حالت عادی بزرگتر باشد. این موضوع منجر به نوسان هایی در جریان مستقیم همراه با یک مولفه ی بزرگ هارمونیک دوم می شود. راکتورها و فیلترهای خط، که برای هموارسازی هارمونیک های عادی مشخصه طراحی شده اند در کاهش هارمونیک های دوم موثر نیستند. جریان قوی با نوسان کم می تواند منجر به خاموش شدن جریان شد. بسته به نوع سیستم مورد استفاده برای آتش والو، ممکن است نیاز به متوقف کردن خطوط جریان مستقیم باشد.

خطاهای طرف اینورتر سیستم جریان متناوب
برای خطاهای دور سه فازی که منجر به افت ولتاژ کمی در اینورتر می شوند، افزایشی در جریان مستقیم رخ می دهد. کنترل های CC یکسوساز و CEA اینورتر (یا ولتاژ-ثابت) به این تغییرات پاسخ می دهند. اگر افت ولتاژ، چشمگیر باشد، ممکن است کاهش در ولتاژهای کموتاسیون، قبل از هر عمل کنترل اصلاحی، منجر به نقص موقتی کموتاسیون در اینورتر گردد. با عمل اینورتر در برابر º18، این احتمال وجود دارد که کاهش ولتاژی معادل 10 تا 15 درصد، کموتاسیون ناموفق را باعث می شود. رفع نقص کموتاسیون، 1 تا 2 ثانیه طول می کشد. پس از آن باکاهش ولتاژ مستقیم یکسوساز، به اندازه ای که با کاهش در ولتاژ مستقیم اینورتر مطابقت نماید، ممکن است مقداری از توان انتقال یابد. افزایش حاصل در توان راکتیو ممکن است باعث کاهش جریان مستقیم شود. تابع VDCOL که توسط سیستم کنترل جریان مستقیم تامین می شود، این کاهش جریان را باعث خواهد شد. در حالت ولتاژ بسیار کم نمی توان از نقص های مکرر کموتاسیون اجتناب کرد. بنابراین ممکن است لازم باشد تا زمانی که ولتاژهای جریان متناوب اصلاح شوند، والوها را ببندیم و کنارگذر38 کنیم. ممکن است خطاهای نامتعادل (هم نزدیک و هم دور)، منجر به کموتاسیون ناموفق شود که بخشی، ناشی از انتقال فاز در تعیین زمان مربوط به نقاط عبور ولتاژ فاز است و ممکن است لازم باشد در یک پیشامد سخت، اینورتر را متوقف و مجدداً شروع کرد.
زمانی که خطا رفع شده باشد، میزان مجاز بازیابی، به قدرت سیستم جریان متناوب بستگی دارد. کنترل ها به منظور تامین میزان مطلوب افزایش توان، تنظیم می شوند. در مجموع، عملکرد کلی سیستم قدرت، به دنبال هر اغتشاش، به تاثیر متقابل سیستم جریان متناوبو مستقیم بستگی دارد. این عملکرد همچنین از ویژگی های ظریف طراحی و درجات تنظیم پاسخ مربوط به کنترل های مبدل، تاثیر می پذیرد. این موارد با توجه به شرکت سازنده تغییر می کند. در حالت های خاص، ممکن است روش های خاص کنترلی، مفید باشد.

فصل پنجم

معرفی چند سیستم HVDCدر نقاط مختلف جهان

در ادامه ی گزارش، سوابق واطلاعات نمونه مربوط به چندین سیستمHVDCواقعی در دنیا ارائه می گردد. برای هر مورد، مشخصات مختلف سیستمHVDC از قبیل؛
– سال راه اندازی؛
– توان انتقالی تحت ولتاژ DC؛
– ولتاژ DC خط؛
– منابع تولید توان راکتیو؛
– آرایش کابل و طول آن؛
– فلسفه ی انتخاب سیستم HVDC در آن منطقه؛
– شرکت مربوطه و شرکت تامین کننده ی تجهیزات
– و ….
آمده است.

منطقه
GOTLAND
SKAGERRAK 1 & 2
CAHORA BASSA
INGA-SHABA
سال راه اندازی
1970
1977-1976
1979/1977
1982
توان انتقالی (MW)
10+(20)
500
1930
560
ولتاژ مستقیم (kV)
50+(100)
250
533
500
تعداد مبدل ها در هر ایستگاه
1+(2)
2
8
2
ولتاژ مستقیم هر مبدل
(kV)
50
250
133
500
جریان مستقیم (A)
200
1000
1800
560
منبع توان راکتیو
خازن- کندانسور سنکرون
خازن- کندانسور سنکرون
خازن
خازن- کندانسور سنکرون
مکان ایستگاه مبدل و ولتاژ شبکه ی متناوب
kV130، Vastervik
kV70، Visby
KV275، Kristiansand
KV150، Tjele
kV220، Songo
kV275، Apollo
KV220، Inga
KV220، Kolwezi
طول خط مستقیم هوایی
–
km113
km1420
km1700
آرایش کابل
یک کابل با برگشت زمین
یک کابل برای هر قطب
–
–
طول کابل
km96
km127
–
–
زمین کردن مدار DC
دو الکترود زمین در دریا
دو الکترود زمین
دو الکترود زمین
دو الکترود زمین
شبکه های AC در هر دو سمت
آسنکرون
آسنکرون
آسنکرون
آسنکرون
کنترل
فرکانس ثابت
توان ثابت در هر مسیر
توان ثابت
توان یا فرکانس ثابت در SHABA
تغییر اصطراری شارش توان
–
تنظیم اتوماتیک یا دستی بر روی مقدار از پیش تعیین شده
–
–
دلیل اصلی انتخاب سیستم HVDC
کنترل فرکانس
مسافت زیاد دریایی
مسیر دریایی
مسیر طولانی
مسیر طولانی
شرکت مربوطه
Statens Vattenfallsverk, Vallingby, Stokholm, Sweden
Statkraft, Dslo, Norway
Elsam, Fredericla, Denmark
Hidroelectrica, de Cahoro Bassa, Mocambiqe, South Africa
SNEL, Kinshaza, Zaire
تامین کننده ی اصلی تجهیزات مبدل
ABB
ABB
ABB, Siemens, AEG
ABB, GE

فصل ششم
سیستم هایVSC-HVDC یا HVDC LIGHT

تکنولوژی جدید سیستم های HVDC مبتنی بر مبدل های منبع ولتاژ39 (VSC) با کموتاسیون اجباری در اوایل دهه 1990 میلادی مطرح گردیدند. فرق اساسی بین سیستم های HVDC رایج با مبدل های منبع جریانی (CSC) و مبتنی برکموتاسیون خط با تکنولوژیجدید در این است که در VSCها معمولاً کلیدهای استاتیکیی بکار می روند که علاوه بر قابلیت روشن شدن می توانند جریان را در موقع لازم قطع نمایند. در نتیجه برای کموتاسیون وابسته به ولتاژ شبکه AC نیستند.
در سیستم های HVDC کلاسیک که قبلاً معرفی شدند بعنوان کلید از والوهای تریستوری استفاده می گردد. روشن شدن تریستور با اعمال سیگنال گیت قابل کنترل است اما خاموش شدن آن در زمان عبور از صفر جریان که توسط ولتاژ شبکه ACتعیین می گردد رخ می دهدو اصطلاحاً دارای کموتاسیون خط می باشند. در تکنولوژی جدید HVDCبجای تریستورها از المان های کلیدزنی قابل قطع نظیرIGBTها استفاده می گردد. اگرچه این المانها در ابتدا دارای مقادیر نامی پایینی بودند اما امروزه با توسعهIGBTهای فشار قوی و امکان اتصال آنها بصورت سری با یکدیگر، ساخت مبدل های VSC با توان های نامی بالا برای کاربردهای وسیع در سیستم های قدرت کاملاً میسر گردیده است. سیستم های HVDC مبتنی بر مبدل های VSC را اصطلاحاً VSC-HVDC و یا HVDC LIGHT می نامند.

6-1- مزایای سیستم VSC-HVDC

سیستم های VSC-HVDC دارای مزایای زیر نسبت به سیستم هایHVDC معمولی می باشند:
1- امکان کنترل مستقل دو جهته توان اکتیو و راکتیو بدون نیاز به تجهیزات جبرانسازی خارجی.
در حالیکه توان اکتیو انتقالی ثابت نگه داشته شده است کنترل کننده توان راکتیو بطور اتوماتیک می توانند ولتاژ شبکه AC را تنظیم نماید. این موضوع در شکل (4-1) نشان داده شده است.

شکل (6-1): کنترل توان اکتیو و راکتیو در سیستم VSC-HVDC در مقایسه با سیستم های HVDC کلاسیک]15[

همانطور که در شکل نشان داده شده است پایانه های سیستم های HVDC کلاسیک توان راکتیو را با کلید زنی بانک های خازنی و شاخه های فیلتری و تنظیم محدود زاویه آتش مبدل ایجاد می نمایند. اما در سیستم های VSC-HVDC امکان کنترل توان اکتیو و راکتیو بدون حضور تجهیزات اضافی خارجی بطور مستقل امکان پذیر است.
2- حذف اغتشاشات کیفیت توان
قابلیت کنترل توان راکتیو در در سیستم های VSC-HVDC و کنترل ولتاژهای شبکه AC امکان بهبود کیفیت توان را فراهم می سازد. از سوی دیگر با افزایش فرکانس کلیدزنی و افزایش سرعت پاسخ سیستم می توان فلیکرهای ولتاژ، دیپ ولتاژ و حتی هارمونیک ها را نیز کنترل نمود.
3- عدم حساسیت به اتصال کوتاه
مبدل های VSC با کار مستقل نسبت به منابع AC، حساسیت کمی نسبت به اغتشاشات سیستم AC و خطاهای آن دارند. اگر در سمت AC یک خطای اتصال کوتاه رخ دهد و بدنبال آن ولتاژ AC افت نماید توان DC انتقالی بطور اتوماتیک کاهش می یابد و در یک مقدار از قبل تعیین شده تنظیم می گردد.
4- کاهش خطر نقص کموتاسیون
خطا در سمت AC همانطور که قبلاً اشاره گردید ممکن است باعث بروز نقص کموتاسیون در سیستم های HVDC کلاسیک گردد. اما از آنجا که در سیستم های VSC-HVDC از قطعات نیمه هادی با کموتاسیون اجباری استفاده گردیده است، حضور ولتاژ AC کافی برای عملکرد مبدل دیگر ضروری نیست. این امر بطور موثری خطر نقص کموتاسیون را کاهش داده و استفاده از این سیستم ها را برای کنترل پایداری شبکه مناسبتر می سازد.
5- عدم نیاز به مخابرات داده
سیستم های کنترلی در سمت یکسوکننده و اینورتر کاملاً مستقل از یکدیگرند و نیازی به ارتباط مخابراتی ندارند. این امر سرعت و قابلیت اطمینان کنترل کننده را نیز افزایش می دهد.
6- تغذیه برق جزایر و شبکه های AC پسیو یا مرده
یک مبدل VSC قادر است تا ولتاژ AC را در هر فرکانس تعیین شده بدون نیاز به شبکه زنده یا اکتیو (دارای ژنراتور) در سمت AC ایجاد نماید. در نتیجه از VSC-HVDC ها می توان برای برق رسانی به جزایر و شبکه های AC ضعیف استفاده نمود.
7- امکان ایجاد طرح های چند ترمیناله
مبدل های VSC برای ایجاد شبکه های DC با تعداد زیادی مبدل کاربرد آسانتری دارند. زیرا هماهنگی کمی بین مبدل های متصل به هم لازم است.
عیب اصلی مبدل های VSC در مقایسه با مبدل های CSC در این است که خطاهای اتصال کوتاه در خط DC بسیار مشکلزا هستند. در چنین شرایطی خازن DC اتصال کوتاه گردیده و در همین زمان پل مبدلی مانند یک پل دیودی عمل نموده و در ایجاد جریان اتصال کوتاه در سمت DC مشارکت می نماید. بنابراین کاربرد HVDC-VSC در سیستم های پشت به پشت که خط DC ندارند و یا سیستم های HVDC با خطوط DC کابلی بجای خطوط هوایی که در آنها احتمال خطا در سمت DC کمتر است مناسبتر می باشد.
6-2- ساختار فیزیکی سیستم های VSC-HVDC
در شکل (6-2) ترکیب این سیستم ها که شامل فیلترهای AC، ترانسفورماتورها، مبدل ها، راکتورهای فاز خازن های DC و کابل DC می گردد، نشان داده شده است.

شکل (6-2): توپولوژی سیستم VSC-HVDC]16[

در ادامه هر یک از این اجزا به اختصار معرفی می گردند.

الف- مبدل ها
مبدل ها از نوع VSC بوده و از نیمه هادی هایی نظیر IGBT استفاده می نمایند. یکی از این مبدل ها به صورت اینورتر و مبدل دیگر بصورت یکسوکنندگی عمل می نمایند. مبدل های ممکن است بصورت پشت به پشت و یا از طریق کابل DC به هم وصل شوند.
مبدل هایی که تاکنون در کاربردهای انتقال واقعی مورد استفاده قرار گرفته اند از تعداد زیادی مبدل های پایه یعنی سه فازه، دو سطحی با پل شش پالسه یا سه سطحی با پل دوازه پالسه مانند آنچه که در شکل های (6-3) و (6-4) نشان داده شده است تشکیل یافته اند.

شکل (6-3): مبدل VSC دو سطحی سه فاز]15[

شکل (6-4): مبدل VSC سه سطحی سه فاز]15[
یک مبدل دو سطحی از شش والو که هر کدام از یک IGBT و یک دیود معکوس موازی ساخته شده اند تشکیل یافته است. برای کاربرد یک پل دو سطحی در کاربردهای قدرت بالا بایستی از اتصال سری والوها استفاده نمود. در حال حاضر IGBTها یی با ولتاژ نامی 5/2 کیلوولت در بازار موجود بوده و به سرعت در حال رشد می باشند. فرکانس کلیدزنی در IGBTها در حدود kHz2 می باشد. با اتصال سری چنین واحدهایی می توان به یک والو با ولتاژ نامی kV 150 دست پیدا نمود که توان عبور 800 آمپر را خواهد داشت. در نتیجه یک سیستم VSC-HVDC دو قطبی kV150 قابلیت انتقال توان بالای MW200 را خواهد داشت.

ب- ترانسفورماتور
عموماً مبدل ها از طریق ترانسفورماتور به سیستم AC متصل می گردند. عملکرد اصلی ترانسفورماتور انتقال ولتاژ سیستم AC در یک مقدار مناسب به مبدل می باشد. برای این کاربرد می توان از یک ساختار ساده دو سیم پیچه نیز استفاده نمود.

ج- راکتور فاز
راکتورهای فاز برای کنترل توان اکتیو و راکتیو با تنظیم جریان عبوری از آنها بکار می روند. همچنین راکتورها مانند فیلترهای AC هارمونیک های فرکانس بالای جریان AC که ناشی از کلیدزنی در VSCها است را کاهش می دهند.

د- فیلترهای AC
ولتاژ AC خروجی بواسطه کلید زنی IGBTها دارای اجزای هارمونیکی می باشند.در مبدل های VSC مرتبه هارمونیک های سمت AC مستقیماً با فرکانس PWM رابطه دارد. در نتیجه مقدار هارمونیک ها با مرتبه پایین بسیار اندک است. در نتیجه اندازه فیلتر مورد نیاز در این نوع مبدل ها تا حدود زیادی نسبت به مبدل های CSC کاهش می یابد. در هر صورت هارمونیک های مرتبه بالا نیز بایستی برای جلوگیری از نفوذ به شبکه AC و تاثیر بر عملکرد اجزای آن و اغتشاشات رادیویی و مخابراتی کنترل شوند.از فیلترها برای جبرانسازی توان راکتیو نیز می توان استفاده نمود. در حالت عادی فیلترهای مرتبه دوم و مرتبه سوم پسیو بالاگذر که در شکل (6-5) نشان داده شده بکار گرفته می شود.

(الف) (ب)
شکل (6-5) فیلترهای بالاگذر پسیو الف- فیلتر مرتبهسوم ب- فیلتر مرتبه دوم ]15[

این فیلترها به گونه ای طراحی می گردند که از تزریق هارمونیک های بالاتر از مرتبه 17 به شبکه AC جلوگیری نمایند.

هـ- خازن DC
در سمت DC دو بانک خازنی با اندازه مساوی نصب می گردد. اندازه این خازن ها بستگی به میزان ولتاژ DC مورد نیاز خواهد داشت. هدف از نصب خازن ها در مرحله اول ایجاد یک مسیر القایی کم برای جریان خاموش شونده و از طرف دیگر ایجاد منبع ذخیره انرژی جهت کنترل سیلان توان می باشد. خازن همچنین ریپل های ولتاژ در سمت DC را کاهش می دهد. در طراحی خازن سمت DC بایستی به، فرکانسکلیدزنی، هارمونیک های موجود، ریپل ولتاژ، انرژی ذخیره مورد نیاز و تغییرات ولتاژ در حالت های گذرا توجه نمود.

و- کابل های DC
کابل های مورد استفاده در VSC-HVDCها از انواع کابل های جدید که عایق آنها از پلیمرهای تزریقی ساخته شده و در برابر ولتاژ DC مقاوم است می باشند. بعلاوه این کابل ها از مقاومت مکانیکی و انعطاف پذیری بالایی برخوردار بوده و وزن کمی هم دارند.

6-3- عملکرد VSC-HVDC
یک مدار معادل مبدل VSC متصل به شبکه سه فاز AC در شکل (6-6) نشان داده شده است. پل مبدل را می توان همانند یک منبع ولتاژ متغیر در نظر گرفت که اندازه، فاز و فرکانس آن را می توان مستقلاً کنترل نمود. در حالت پایدار بردارهای مولفه اصلی فازور جریان و فازور ولتاژ در شکل نشان داده شده است.

شکل (6-6): اتصال VSC به شبکه AC و دیاگرام فازوری مولفه اصلی آن]15[
توان ظاهری مولفه اصلی در نقطه اتصال مبدل از رابطه زیر بدست می آید:
(6-1)
با صرف نظر نمودن از تلفات ترانسفورماتور و راکتور فاز روابط توان اکتیو و راکتیو بصورت زیر خواهد بود.
(6-2)
(6-3)
دیاگرام فاز وری بخوبی نشان می دهد که چگونه جهت توان اکتیو و راکتیو بستگی به فاز و اندازه ولتاژ پل مبدل خواهد داشت (با فرض ثابت بودن فازور ولتاژ خط).توان اکتیو تولیدی و مصرفی مبدلVSC رابطه مستقیم با شیفت فازی بین ولتاژ مبدل و ولتاژ خط دارد و توان راکتیو وابسته به اختلاف اندازه ولتاژ بین آندو خواهد بود. جهت توان بستگی به جهت جریان DC دارد زیرا در مبدل های VSC پلاریته ولتاژ DC بدون تغییر می باشد.

6-4- مدولاسیون پهنای پالس
برای کنترل سریع توان اکتیو و راکتیو در مبدل های VSC یک راه استفاده از مدولاسیون پهنای پالس40 یاPWM می باشد. در مبدل های VSC که با فرکانس نامی کلیدزنی می گردند کنترل ولتاژ AC خروجی با کنترل ولتاژ DC خازن صورت می گیرد که این امر پاسخ سیستم را کند و وابسته به مقدار خازن می نماید. در روش PWM فرکانس کلیدزنی افزایش می یابد و می توان با ثابت نگاه داشته ولتاژ سمت DC، ولتاژ AC پل را به سرعت کنترل نمود. در واقع باPWMمی توان یک منبع ولتاژ با دامنه و فاز دلخواه در یک محدوده مشخص ایجاد نمود.
برای توصیف ساده روش PWM در شکل (6-7) ولتاژ منتجه مبدل در یک فاز نسبت به نقطه وسط خازن های DC نشان داده شده است. فرکانس کلید زنی 9 برابر فرکانس نامی شبکه است. در نتیجه بجای دو پالس مربعی در هر سیکل 9 پالس مربعی با پهنای متغیر وجود دارد.

شکل (6-7) عملکرد یک مبدل VSC با PWM]16[

6-5- سیستم کنترل VSC-HVDC
سیستم کنترل یک VSC-HVDC مبتنی بر یک حلقه کنترل جریان سریع داخلی می باشد که جریان AC را کنترل می نماید. جریان AC مرجع توسط کنترلرهای بیرونی مشخص می گردد. کنترلر بیرونی شامل کنترل کننده ولتاژ DC، کنترل کننده ولتاژ AC، کنترل کننده توان اکتیو، کنترل کننده توان راکتیو و یا کنترل کننده فرکانس می باشد. این موضوع در شکل (6-8) نشان داده شده است.

شکل (6-7): ساختار عمومی کنترل VSC-HVDC]16[

از همه کنترل کننده های بیرونی در یک زمان می توان استفاده نمود. اما انتخاب انواع مختلف کنتر ل ها بستگی به نوع کاربرد سیستم داشته و ممکن است به مطالعات پیشرفته سیستم قدرت نیاز داشته باشد. بعنوان مثال کنترل کننده توان اکتیو می تواند برای کنترل توان اکتیو از/ به مبدل، کنترل کننده توان راکتیو برای کنترل توان راکتیو و کنترل کننده ولتاژ AC برای تثبیت ولتاژ AC بکار رود. اگر بار سیستم پسیو باشد، VSC-HVDC فرکانس و اندازه ولتاژ را با هم بایستی کنترل کند اما اگر اتصال به یک شبکه AC زنده مطرح است کنترل ولتاژ AC و توان مطرح می گردد. کنترل کننده ولتاژ DC همواره وظیفه متعادل نمودن توان اکتیو بین پیوند DC و شبکه را بر عهده دارد و از افت ولتاژ خازن در اثر تلفات در قسمت های مختلف مبدل جلوگیری می نماید.

6-7- معرفی یک سیستم VSC-HVDC
پروژه انتقال MURRAYLINK در استرالیا در واقع بزرگترین کابل HVDC زیرزمینی در دنیا را دارا می باشد. MURRAYLINK یک اتصال مستقیم موثر بین نواحی فروش انرژی برق در ویکتوریا و جنوب استرالیا بطور 177 کیلومتر و با توان 220 مگاوات میسر ساخته که در سال 2003 به بهره برداری رسیده است.
دلایل اصلی انتخاب VSC-HVDC برای این انتقال موارد زیر عنوان گردیده است.
1- استفاده از کابل های سبک HVDC که قابلیت دفن مستقیم در حریم مورد نظر را دارا بودند.
2- کنترل توان راکتیو برای پشتیبانی از شبکه های AC نسبتاً ضعیف موجود
3- استفاده از پست های کمپکت مبدلی دارای ساختار مدولار و تست شده در کارخانه که دوره تست های میدانی و بهره برداری از آن را کاهش می دهد.
در شکل (6-8) مسیر و موقعیت این پروژه نشان داده شده است.

شکل (6-8): نقشه مسیر و موقعیت اتصال Murraylink]17[

مبدل های موجود با استفاده از IGBTهای 1350 هرتزی می توانند در هر نقطهاز دیاگرام P-Q ترسیمی در شکل(6-9) کار کنند.

شکل (6-9): رنج کنترل توان راکتیو و اکتیو]17[
و در نهایت در شکل (6-10) که دیاگرام تک خطی این پروژه در آن رسم گردیده مقادیر نامی فیلترهای AC و DC، ترانسفورماتورها و سطوح ولتاژ مشخص گردیده است.

شکل (6-10): دیاگرام تک خطی Murrylink]17[

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

7-1- مراحل نصب یا خوابانیدن کابل در بستر دریا:
1) شناخت دقیق محیط کابل گذاری
2) تعیین نوع کابل مورد استفاده
3) تهیه نقشه جغرافیایی( ناهمواری) از بستر دریا( برای اینکار از نرم افزارهای مخصوص مجهز به سیستم GIS استفاده می شود)
4) نقشه برداری بستر دریا( برای اینکار از نرم افزار های موجود استفاده می شود)
5) تعیین بهترین مسیر کابل گذاری( همواری مسیر ، کوتاهی مسیر و …)
6) استفاده از ادوات مورد نیاز از جمله کشتی کابل گذار- رباتهای خواباننده کابل در بستر دریا – نرم افزارهای شبیه سازی و…
7) ایجادحوضچه های در ساحل جهت اتصال کابل به شبکه
ابتدا کابل های زیر دریایی را به کشتی کابل گذار انتقال داده و پس از طی مراحل ذکر شده کشتی تا حد ممکن به ساحل نزدیک شده سپس کابل را توسط کیسه های هوا در سطح آب نگه داشته و به سمت ساحل و حوضچه های اتصال منتقل می کنند. پس از اتصال کابل کیسه های هوا یک به یک از زیر کابل برداشته شده و به کابل اجازه فرو رفتن در آب و قرار گرفتن در بستر دریا داده می شود. پس از این مرحل توسط ربات های زیر دریایی کابل فرود آمده از کشتی در بستر دریا در عمق های متفاوت بستر دفن می شود. در صورتی که کابلدر بستر دریا دفن نشود، برای جلوگیری از بالا آمدن کابل به آن وزنه هایی متصل می شود و روی کابل را با کیسه های شنی می پوشانند.( لازم به ذکر است که در این روش کابل از امنیت کمی برخوردار است و احتمال برخورد لنگر کشتی ها به آن و بالا آمدن کابل و حوادث ناشی از آن مثل غرق کردن کشتی های دیگر وجود دارد. ولی هزینه این روش نسبت به روش دفن کابل در بستر دریا کمتر خواهد بود. )
استفاده از تجهیزات مناسب با توجه به روش کابل کشی انتخاب شده.
*مدت زمان مورد نیاز از چند هفته تا چند سال با توجه به حجم کاری متفاوت است.

7-2- تجهیزات مورد استفاده در عملیات کابل گذاری در بستر دریا :
معمولاً هر شرکتی تجهیزات مخصوص به خود جهت نصب ، تعمیر و تست را دارد نمونه هایی از تجهیزات عبارتند از :
1) کشتی های کابل گذار
همه این کشتی ها قابلیت حمل قرقره های بزرگ کابل و ربات های خواباننده کابل در بستر دریا را دارند.این کشتی ها توسط سکانداران آموزش دیده در زمینه کابل گذاری با تجارب فراوان هدایت می شود.
تصویر چندین نمونه ازکشتی های کابل گذار

شکل1: تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا

شکل2: تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا

شکل3 : تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا

شکل4: تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا

شکل5 : تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا

شکل6 : تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریا
http://www.atlantic-cable.com/Cableships/Innovator/CS-Cable-Innovator-02.jpg
شکل7 : تصویری از چند کشتی کابل گذار در زیر دریادرابتدای ساحل

2) ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا
این ربات قادر به نصب کابل در عمق 1500 متری می باشد و قادر به دفن کابل تا عمق 3 متری کف دریا می باشد . این ربات یکی از جدید ترین تجهیزات نصب و حفاظتی می باشد.کنترل این ربات به وسیله سیتم هایی چون SCADA و PLC صورت می گیرد.

شکل 8 : ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا
چند نمونه دیگر ازربات های مورداستفاده در عملیات کابل گذاری در بستر دریا در شکل زیرنشان داده شده است:
:

شکل 9 : ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا

شکل 10 : ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا

شکل 11 :ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا

شکل 12: ربات هایی مخصوص برای خوابانیدن کابل در بستر دریا

ربات زیر توسط شرکت دانا نیرو در پروژه اتصال جزایر کیش و قشم به شبکه گسترده فیبر نوری زیر دریایی برای بهبود کیفیت خطوط ارتباطی در این دو جزیره مورد استفاده قرار گرفته است.

شکل 13:ربات استفاده شده توسط شرکت دانا نیرو در پروژه اتصال جزایر کیش و قشم

توانایی های این ربات عبارتند از:
* نصب کابل در بستر دریا
* برقراری اتصال ساحلی
* اتصال کابل زیردریایی به شبکه خشکی از طریق حوضچه های ساحلی
* تست کابل
* دفن کابل
* تعمیر و نگهداری کابل
3)اتاقی برای اتصال و تست کابل های زیر دریایی:
اولین اتاق اتصال کابل برای اتصال کابل های مخابراتی دریایی ساخته شد.این اتاق روی کشتی های خواباننده کابل در بستر دریا نصب می شوند و معمولاً پس از اتمام یک حلقه کابل ، حلقه کابل جدید را به حلقه کابل قدیم متصل می کند.پس از آن اتاق هایی برای اتصال کابل های انتقال برق نیز ساخته شد.این اتاقها مجهز به تجهیزات گوناگونی برای اتصال صحیح کابل ، تست عایقی کابل ، بالانس کردن اتصالات با دقت بسیار بالا و رعایت مسائل حفاظتی و … روی کشتی می باشند.
عکس زیر یک نوع از این اتاق ها را نشان می دهد:

شکل 14: اتاق هایی برای مفصل زنی کابل هاو اتصال صحیح کابل ، تست عایقی کابل

4)رباتی جهت گرفتن و بالا آوردن کابل:

شکل15 : رباتی جهت گرفتن و بالا آوردن کابل

این ربات به کمک آرواره و بازوی قوی خود قادر به گرفتن و نگه داشتن اجسام در اشکال گوناگون و به خصوص استوانه ای است. این ربات در تجهیزات تعمیر کابل های زیر دریایی استفاده می شود و اغلب برای بلند کردن کابل از بستر دریا و تسهیل در عملیات قطع کابل قبل از تعمیر کابل مورد استفاده قرار می گیرد. کار با این ربات نیاز به مهارت داشته و هرچه مهارت کاربر بیشتر باشد ربات توانایی این را دارد که کار در دشوارترین موقعیت ها را با سرعت بالایی به پایان برساند. عدم مهارت در کار با این ربات ممکن است باعث آسیب رساندن به کابل و بازوی ربات و بقیه قطعات ربات شود. برخی از این ربات ها دارای دو بازو می باشند. در ضمن از این ربات ها در صنعت نفت و گاز و … نیز استفاده می شود.
7-3- دونمونه پروژه نصب کابل زیر دریایی انجام شده :
به عنوان مثال می توان به خطHVDC زیر دریایی بین فنلاند (Mussalo ) و روسیه (Kernovo ) اشاره کرد.

شکل16:کشتی کابل گذار در پرژه فوق
امضاء قرارداد ها و اسناد و طی مراحل اداری برای اجرای پروژه.
تاثیرات بر روی بازار:
1) رشد سریع توان تحویلی به مشتری ( افزایش 2/1 درصدی از سال 2003 ).
2) MW 1000 افزایش ظرفیت که باعث کاهش هشت تا ده درصدی بهای برق در فنلاند و کاهش 3 تا 4 درصدی در منطقه نوردپول شده است.
3) تاثیر 10 تا 20 درصدی بر بازار صادرات و واردات برق در سرتاسر منطقه نوردپول
4) صرفه جویی در هزینه پرداختی توسط مشتری در حدود 200 میلیون یورو در سال.
اتصال استونیا(Estonia ) به فنلاند(Finland ) شبکه شمالی اروپا

شکل 17: اتصال استونیا(Estonia ) به فنلاند(Finland ) شبکه شمالی اروپا
شرکت ABB عملیات طراحی و ساخت و نصب خط HVDC(High-Voltage Direct Current )با کابل زیر دریایی را انجام داده است. این خط طولانی ترین خط HVDC Light در جهان در سال 2004 بوده است. این شبکه دو کشور استونیا و فنلاند را به هم متصل کرده و درنتیجه قابلیت اطمینان شبکه قدرت دو کشور در عرضه برق را افزایش داده است.
* تکنولوژی Light منحصر به شرکت ABB است که کمک آن فرآیند عرضه برق ، با بالاترین امنیت و کمترین اثرات محیطی صورت می گیرد. در این سیستم از یکسو کننده ها و اینورترها در دو طرف خط و همچنین کابل های پلیمری(Oil-Free ) در طول خط استفاده شده است.
* از مزیت های این سیستم قابلیت کنترل سریع توان اکتیو و راکتیو، کمک به پایداری شبکه و اطمینان عملکرد شبکه و کمک به عملیات رینگ کردن شبکه قدرت در منطقه بالتیک می باشد.
* برای انتقال انرژی در فواصل زیاد از خطوط HVDC استفاده می شود. در این خطوط از کابل هایی دارای عایق پلیمری استفاده شده است این کابل ها به طور اختصاصی برای انتقال برق DC تقویت شده اند.
* ساختار این کابل ها به صورت زیر است:
1- هادی چند جزئی 2- یک پوشش عایق نازک حول هادی 3- عایق سازی به وسیله پلی اتیلن کراس لینک شده یا اتیلن پروپیلن کراس لینک شده( در عملیات کراس لینک یا اتصال عرضی ابتدا ماده مورد نظررا برای ساخت تیوب در دمای بالا عمل آوری می کنند تا واکنش شیمیایی کراس لینک صورت پذیرد و سپس تیوب را در ناحیه ای با دمای پایین سرد می کنند تا از به وجود آمدن خلل و فرج در آن جلوگیری شود.) 4- یک پوشش عایق نازک حول ناحیه سوم 5- شیلد(زره) از نوع نوارفولادی6- لایه آخر یک لایه قیر است برای جلوگیری از نفوذ آب 7- پوشش پلی پرو پیلن
استحکام و قابلیت انعطاف بالی این کابل ها را برای نصب در دریا و زمین مناسب ساخته است.
قطر این کابل cm 10 و وزن نوع زمینی آن kg 11 در هر متر و وزن نوع زیر دریایی آن
Kg 26 در هر متر می باشد.
مزیت کابل های پلیمری در مقایسه با کابل های قدیمی مجهز به عایق کاغذی و خطوط انتقال هوایی ، به قابلیت انعطاف مکانیکی و استحکام این نوع از کابل ها بر می گردد.
کاربرد این نوع کابل ها در موارد زیر می باشد :
1) استفاده از این نوع کابل ها در زمین های با شیب زیاد
2) استفاده از این نوع کابل ها در دریاهای عمیق
3) استفاده از این نوع کابل ها به عنوان کابل های هوایی
4) کاربرد در مناطقی سردسیر و طوفان خیز( مقاومت در برابر افتادن درختها و وزن برف و طوفان های سهمگین و دمای بسیار کم هوا)
5) استفاده از این نوع کابل ها در زمین هایی که برای اهداف دیگر نیزمورد استفاده قرار می گیرند ( کشاورزی و … )
این خط از دو کابل موازی تشکیل شده است.طول کلی این خط 210 کیلومتر می باشد. در این پروژه از کابل های (Oil – Free ) ساخت کارخانه کابل سازی شرکت سوئدی ABB ( تولید کننده کابل های زیر دریایی و زیر زمینی فشار قوی ) استفاده شده است. این شرکت(ABB) در شهر کارل اسکرونا (Karlskrona ) کشور سوئد واقع شده است. تقریباً km 31*2 از طول خط را کابل های زیر زمینی و km 74*2 از طول خط را کابل های زیر دریایی تشکیل می دهند.
عملیات نصب کابل : برای قسمت زمینی این پروژه از 84 حلقه کابل به وزن تقریبی 700 تن استفاده شده است.( وزن هر حلق کابل 33/8 تن می باشد ).این مقدار کابل توسط 22 محموله دریایی از طریق دریای بالتیک به محل نصب ارسال شد.
حلقه های کابل زیر دریایی را طولانی می سازن تا کمترین نیاز به عملیات اتصال داشته باشیم.کابل های زیر دریایی از کارخانه به تجهیزات نصب کابل در بستر دریا منتقل می شوند . وزن کلی این کابل ها 3850 تن بوده و همه کابل در یک مرحله نصب شد. برای کاهش میدان مغناطیسی و همچنین کابل گذاری راحت تر( بالا نیامدن کابل) هر دو خط کابل با هم باندل شده اند. همچنین برای محافظت از کابل در برابر دندان تیز کوسه ماهی ها و لنگر اندازی کشتی ها، کابل را در عمق یک متری بستر دریا نصب می کنند.
آزمایش روی کابل HVDC :
کابل های پلیمری قابلیت تحمل ولتاژ تا kv 300 را دارند. بعد از انتقال کابل به محل وسایل نصب نیاز به تست های استرس و همچنین نوع کابل می باشد تا در صورت بروز اشکال ناشی از حمل و نقل، اشکالات به وجود آمده مرتفع گردند.

تجهیزات جانبی کابل:
1) ترمینال های پایانی کابل (ترمینال های پایانی کابل حتماً باید با ترمینال های مبدل های موجود سازگار باشند)
2) مفصل های ساخت کارخانه سازنده کابل ( این مفصل ها باید قابل انعطاف بوده و دارای مشخصاتی کاملاً شبیه به کابل مورد استفاده باشند)
3) مفصل های از پیش ساخته برای کابل های زیرزمینی
4) مفصل های تعمیر کابل زیر دریایی ( در مواقع بروز عیوب احتمالی از جمله قطعی یا تغییر شکل کابل در صورتیکه باعث شود عملکرد کابل دچار اشکال شود)
5) مفصل های دو حالته برای برقراری اتصال بین کابل زیر دریایی و زمینی
7-4- پروژه های انجام شده در ایران:
1-پروژه کابل گذاری دریایی بین جزیره سیری و سکوی تولید نفت نصر با پیشرفتی ۹۰ درصدی در مراحل پایانی عملیات ساخت قرار دارد.
به گزارش گروه اقتصادی مرکز خبری امید عملیات مهندسی، مطالعات، خـرید، سـاخت ، نصب ، تست، پیش راه اندازی و راه اندازی این پروژه کابل گذاری از اولین و طولانـی تـریـن پروژه های کابل گذاری کامپوزیتی دریایی در سطح منطقه خلیج فارس به شمار می آید.
براسـاس ایـن گـزارش کابل گذاری بین سیری و سکوی نصر به طول تقریبی ۷۴ کیلومتر، قطر ۱۲ سانتـی متر و وزنـی حـدود ۲۵۰۰ تـن بـه صورت یکپارچه تـوسط شرکت صدف (صنایع دریافن) تولید، حمل و نصب شده است.
باتـوجه بـه ایـنکه در حـال حـاضر تـنها سـه کـارخانه در دنیا قادر به تولید کابل قدرت و فیبرنوری (کامپوزیتی) است امـا متـخصصان ایـرانی مـوفق به حـمل و نصب این کابلها شده اند که عـملیات کابل گذاری آن توسط سه فروند کشتی انجام شده است.
در حال حاضر عـملیات نـصب کـابل در جـزیره سیـری و سـکوی نـصر ادامـه دارد کـه پیش بینی می شود به زودی به پایان برسد.
بر پایه این گزارش عـلی رغم کارشکنی های بعضی از شرکـتهای تولید کننده خارجی، این پروژه با حمایت شرکت نفت فلات قاره در زمان مقرر به بهره برداری خواهد رسید.
به گزارش امید به نقل از مانا، سکوی تولید نفت نصر در فاصله ۳۳ کیلومتری جزیره سیری (مرز آبی مشترک با امارات متحده عربی) واقع شده است.
4- پروژه اتصال جزیره کیش و قشم به شبکه گسترده فیبر نوری از طریق کابل زیـر دریـایی فیبر
نوری برای بهبود کیفیت خطوط ارتباطی در این دو جزیره ؛ که در این پروژه جزیره کیش به بندر چارک و جزیره قشم به بندر عباس متصل شده است.این پروژه توسط شرکت دانا نیرو انـجام شده است.کابل این پروژه از نـوع Double Armored 12 Core انتخاب گردیده تا صـدا و دیتای انتقالی کیفیت مطلوب خود را حفظ نموده و در عین حال، وزن کابل از حد معینـی افزایـش نـیابد. شرکت دانا نیرو کیـش با انـجام فـرآیندهای مـهندسی خـرید شـرکت نروژی Nexans را جهت خرید کابل مورد نظر انتخاب کرد.

منابع:

1- پایداری و کنترل سیستم های قدرت ، تالیف پروفسور پرابها شاندار کندور ، ترجمه دکتر حسین سیفی و دکتر علی خاکی صدیق ، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس ، 1376.
2- کتاب مرجع کاربردی کابل ها و سیم ها تالیف مهندس محمد باقری
3- کتاب راهنمای تاسیسات الکتریکی تالیف دکتر حمید لسانی و مهندس نعمت طالبی

1 – High VoltageDC Current
2- Back to Back
3- Multi-Electrode Grid Controlled Mercury-Arc Valves
4- Ground Return
5- Arc-Back Fault
6- Solid-State Valves
7- Terminating Stations
1- Rectifier
2- Inverter
3- Asynchronous
1-Smoothing Reactor
12- Back to back
1- Thyristor Valve
14- Rated Peak Inverse Voltage
15- Freon
16- Control Gate
17- Firing
18- Smoothing Reactors
19- Commutation Failure
20- Synchronous Condenser
21- Mono-Polar
1-Bipolar
231-Homopolar
1-Back-to-Back
25 – Point to point
26 – Multi-terminal DC
27- DesContons
28- Comerford
29- Radial
30- Mesh
1-Current Source Converter
32 – Power Line Carrier
33 – Individual Phase Control
34 – Equidistance Pulse Control
35- Smoothing Reactor
36- Ripple
37- Isolating
38- By-pass
1-Voltage Source Converters
1-Pulse Wide Modulation
—————

————————————————————

—————

————————————————————