شکل (۲-۱۹) طرح UPFC 36
شکل (۲-۲۰) مشخصه های مختلف جبران سری ۳۶
شکل (۲-۲۱) خطوط ارتباطی نیروگاه آبی دز ۳۹
شکل (۳-۱) ساختمان داخلی خازن ۴۴
شکل (۳-۲) قسمتهای مختلف یک بانک خازنی ۴۵
شکل (۳-۳) اصلاح ضریب توان ۴۶
شکل (۳-۴) مدار معادل بار دو شبکه تغذیه (شامل دیاگرام فازور شکل جبران نشده و شکل جبران شده) ۵۰
شکل (۳-۵) شبکه توزیع ساده شده ۵۷
شکل (۳-۶) نمودار فازور برای شبکه شکل ۱-۲ ۵۷

شکل (۳-۷) شبکه توزیع به همراه خازن جبرانساز موازی ۵۸
شکل (۳-۸) کلید با مقاومت ۶۵
شکل (۳-۹) کلید با سلف ۶۵
شکل (۵-۱) فلوچارت الگوریتم مورچگان در تجدید آرایش بهینه ۸۳
شکل (۵-۲) ولتاژ باس ها قبل و بعد از جایگذاری ۸۷
شکل (۵-۳) ولتاژ باس ها قبل و بعد از جایگذاری ۹۰
شکل (۵-۴) نمودار تک‌خطی فیدر دامغان ۹۱
شکل (۵-۵) نمودار ولتاژ باس های شبکه ۹۴
شکل (۵-۶) نمودار توان اکتیو شبکه ۹۵
شکل (۵-۷) نمودار توان راکتیو شبکه ۹۵
فهرست جداول
جدول (۳-۱) توان راکتیو لازم جهت جبران کامل در ضریب توانهای مختلف ۴۹
جدول (۵-۱) اطلاعات باس های مربوط به سیستم ۱۴ باسه ۸۵
جدول (۵-۲) اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه در سیستم ۱۴ باسه ۸۶
جدول (۵-۳) اطلاعات مربوط به باس ها برای سیستم ۳۰ باسه ۸۸
جدول (۵-۴) اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه در سیستم ۳۰ باسه ۸۹
مقدمه
مقدمه
انرژی الکتریکی از تأثیر گذار ترین و انعطاف پذیر ترین گونه های انرژی است این انرژی می تواند با روش های گوناگونی تولید به آسانی منتقل گردد و در نهایت به شکل های مفیدی از انرژی های سودمند مانند نور، گرما و برق تبدیل گردد. درصورت نبود این انرژی،تجهیزات صنعتی بزرگ یا وسایل الکترونیکی بسیار کوچک نیز وجود نخواهد داشت. هدف نهایی از طراحی و کارکرد سیستم الکتریکی رساندن انرژی الکتریکی با اقتصادی ترین بها و بهترین کیفیت در شرایط ایمن به مصرف کنندگان است در صنعت برق به برقراری و تداوم تغذیه ی مصرف کننده اهمیت زیادی داده شده است زیرا امروزه با پیشرفت تکنولوژی و مدرنتر شدن زندگی اجتماعی لزوم پیوستگی جریان الکتریکی مورد نیاز مصرف کنندگان در تمام طول شبانه روز و سال امری است حیاتی و روز به روز بیشتر احساس می شود. با توجه به رشد افزاینده تقاضای برق و گسترش بیشتر استفاده از وسایل برقی در جوامع امروزی نیاز به افزایش تولید انرژی الکتریکی بیش از پیش احساس می گردد. بر اساس گزارش EAI مقدار مصرف برق در سال ۲۰۳۰ با ۴۵ درصد رشد مواجهه خواهد شد.رشد مصرف انرژی الکتریکی در کشور سالانه۱۰ درصد می باشد[۱]
به طور معمول برای تأمین این مقدار افزایش در تقاضا باید هم به ظرفیت تولید افزوده و هم به ظرفیت خط انتقال بیافزاییم . با این وجود نبود اطمینان کافی از برگشت سرمایه گذاری باعث کاهش نسبت سطح ظرفیت تولیدی و تقاضای بار شده است این امر موجب کاهش سطح ذخیره تولید شبکه گشته است که این خود سبب آسیب پذیری بیشتر سیستم قدرت در برابر شرایط اضطراری می گردد.علاوه برآن، فرسودگی شبکه نیز آسیب پذیری آنرا در برابر فرو پاشی ولتاژ به شدت افزایش می دهد. خاموشی ۲۴ ساعته ۲۴ آگوست سال ۲۰۰۳ در آمریکا نیز خود شاهدی بر این ماجرا است. این حادثه و حوادث مشابه دیگر علاقمندی به ثبات در پروفیل ولتاژ و تأثیر هزینه های سرمایه گذاری را افزایش می دهد. [۲] در کشور ما ایران نیز دو نوع خاموشی وجود دارد که یکی در ۳۰ اردیبهشت سال ۸۰ و دیگری در ۱۲ فروردین ۸۲ رخ دادند که آسیب پذیری سیستم های قدرت را در مقابل بروز خطاها نشان دادند . مطالعات نشان می دهد که بیشترقطعی ها و خاموشی های مصرف کننده گان (حدود ۸۰ درصد) ناشی از ناپایداری می باشد. بنابراین ثبات در پایداری ولتاژ در دهه های اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. [۳]
با پیشرفت تکنولوژی و مطالعات روی قطعات نیمه هادی، نیمه هادی ها کاربرد وسیعی در صنعت برق پیدا کرده اند و پایدار شدن توانایی نیمه هادی ها و ساخت رابط ها و مبدل های الکترونیک قدرت و همچنین بوجود آمدن تمایلات اقتصادی و زیست محیطی گزینه ای دیگر جهت افزایش ظرفیت انتقال فرا روی مهندسین شبکه و سیستم های قدرت قرار گرفته است که این همان ادواتFacts می باشد استفاده از ادوات Facts و خازن گذاری در سال های اخیر رونق یافته و پیش بینی ها نشان می دهد ادوات Facts در آینده ای بسیار نز دیک نقش بسیار مهمی را در سیستم های قدرت ایفا می کند. [۲و۳]
وظیفه و هدف اصلی یک سیستم قدرت پیشرفته، تولید برق به اقتصادی ترین شکل ممکن و انتقال آن از طریق خطوط انتقال با کمترین هزینه و توزیع با بازده بالا به منظور تحویل به مصرف کنندگان در سطح قابل قبولی از ولتاژ و فرکانس می باشد. یک سیستم قدرت شامل سه بخش تولید، انتقال و توزیع می باشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و مدرنتر شدن زندگی، لزوم پیوستگی سرویس دهی به مشترکین ومصرف کنندگان انرژی الکتریکی هر چه بیشتر احساس می گردد اما برآوردن چنین درخواستی با وجود مصرف کنندگان متفاوت (صنعت، تجاری، خانگی) در نظر گرفتن بُعد مسافت که اغلب طولانی می باشد و از کنترل مهندسین نیز خارج می باشد امکان پذیر نمی باشد جهت بررسی این مسأله و سنجش عملکرد این سیستم از نظر پیوستگی در سرویس دهی به مصرف کنندگان معیاری مورد استفاده قرار می گیرد که از آن به پروفیل ولتاژ یاد می شود. [۴]

اهمیت مساله
در سیستم های قدرت، به دلایل مختلف از جمله محدودیت های ولتاژ و انواع پایداری ها، بهره برداری از ظرفیت کامل خطوط امکان پذیر نیست ایجاد بازار آزاد رقابتی در سیستم های تجدید ساختار یافته ایجاب می کند که از حداکثر ظرفیت خطوط استفاده شود.استفاده حداکثر از ظرفیت خطوط ممکن است باعث ایجاد اضافه بار در برخی خطوط، خارج از ظرفیت مجاز آنها شود. این پدیده به عنوان فرو پاشی ولتاژ در خطوط انتقال مطرح می شود. یکی از راه های پیشنهادی برای بهبود فرو پاشی ولتاژ استفاده از خازن در شبکه قدرت است. استفاده حداکثر ظرفیت سیستم های قدرت به همراه حفظ قابلیت اعتماد و امنیت آن یکی از مهمترین اهداف طراحان و بهره برداران این سیستم می باشد و از طرفی پیشرفت سریع فن آوری الکترونیک قدرت، امکانات زیادی را برای توسعه تجهیزات جدید به منظور بهره برداری بهتر از سیستم های موجود فراهم آورده است. به این منظور در دهه های گذشته تجهیزات کنترلی متعددی تحت عنوان سیستم های انتقال انعطاف پذیر (Facts) ساخته شده و در بسیاری از شبکه های قدرت کشورهای جهان نصب و مورد بهره برداری قرار گرفته است با توجه به اهمیت و شناخت این ادوات در جامعه علمی و صنعتی برق ایران و از طرفی نبود منابع فارسی در این زمینه تحقیقات این پایان نامه تحت عنوان بهبود پروفیل ولتاژ با در نظر گرفتن هزینه ثابت جمع آوری و به ثبت رسیده است. می دانیم که امروزه با توجه به محدودیت عبور توان در خطوط که از دو محدودیت عمده حرارتی و پایداری ناشی می شود ( شبکه از نظر اقتصادی و امنیتی) استفاده کامل ازشبکه های به هم پیوسته امکان پذیر نیست. [۵]

نتایج پیش بینی شده و اهداف پایان نامه
یکی از ویژگی های اساسی این پایان نامه معرفی و شناساندن دیدگاه سیستمی آن نسبت به جبران ساز خازنی است و در واقع سعی شده که محدوده ای از مفاهیم کنترل افت ولتاژ خازن و مدل سازی آنها مورد توجه قرار گیرد.در این پایان نامه تلاش برای آن است که با بهره گرفتن از تحقیقات گذشته برای بهبود فروپاشی ولتاژ راه حلی برای فروپاشی ولتاژ پیدا کنیم که همزمان با بهبود افت ولتاژ هزینه نیز ثابت بماند و از مقدار مشخصی تجاوز ننماید. [۵]
این پایان نامه با بهره گرفتن از الگوریتم بهینه سازی مورچگان و زبان برنامه نوسی مطلب تهیه شده است.
با توجه به اینکه یکی از مهمترین مزایای خازن در سیستم انتقال افزایش حاشیه پایداری سیستم قدرت است، پس با کنترل توان اکتیو وراکتیو خط در طی بروز خطا در سیستم این فرایند صورت می پذیرد.
با این تفکر در این پایان نامه جایابی بهینه خازن با بهره گرفتن از الگوریتم مورچگان و با هدف حداقل رساندن خسارات مالی ناشی از افت ولتاژ بررسی شده است. مکانو ظرفیت نامی خازن به عنوان پارامترهای بهینه سازی در نظر گرفته شده اند.جایابی برای کنترلرهای بانک خازنی انجام شده است و شبیه سازی روی شبکه فیدر دامغان انجام شده است. در این پایان نامه و در فرایند شبیه سازی سعی برآن است که فروپاشی ولتاژ را قبل از نصب و بعد از نصب خازن با در نظر گرفتن هزینه ثابت و محدود نشان دهیم و می بینیم که برای شبکه استفاده از خازن چه تأثیری بر روی ولتاژ داشته و چه هزینه ای باید بابت این فروپاشی ولتاژ پرداخت گردد افت ولتاژ به معنای کاهش مقدار مؤثر ولتاژ از مقدار نامی است که می تواند ناشی از بروز خطا با عوامل دیگر باشد این پدیده باعث از کار افتادن وسایل مصرف کنندگان شده و خسارات مالی زیادی را به مصرف کنندگان تحمیل می کند. در این مطالعه به منظور ارزیابی تأثیر خازن در کاهش هزینه های ناشی از افت ولتاژ در شبکه از الگوریتم مورچگان استفاده شده است.برای در نظر گرفتن هزینه های ثابت سعی برآن است که در فصل های بعدی با تشریح کامل به روشن شدن بهتر موضوع می پردازیم.
مقدمه ای بر بانک های خازنی و جبران سازهای ادوات FACTS
دلایل استفاده از خازن و ادوات FACTS در سیستم انتقال
سیستمهای انتقال AC انعطاف پذیر به سیستمهای انتقالی اطلاق می شود که در آنها از فناوری نیمه هادیها به منظور افزایش بهره وری سیستم استفاده شده است. گرچه به کارگیری ادوات نیمه هادی در سیستمهای قدرت دهه ۷۰ میلادی یعنی زمانی که از SVCها برای تثبیت ولتاژ و افزایش ظرفیت انتقالی استفاده می شد. برمی گردد اما مفهوم سیستمهای انتقال AC انعطاف پذیر نتیجه تحقیقات یک گروه کاری EPRI می باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی تشکیل شد و هینگورانی در سخنرانی افتتاحیه کنفرانس قدرت آمریکا آن را مطرح کرد[۹] بعدها این سخنرانی در مرجع [۱۰] به صورت مستند درآمد.عوامل متعددی در گرایش از مفهوم سنتی سیستمهای انتقال به سوی مفهوم سیستمهای انتقال انرژی انعطاف پذیر دخالت دارند که از آن میان می توان به دو عامل عمده زیر اشاره کرد:
*مشکل عبور توان در مسیرهای ناخواسته(مشکل درحلقه)
*عدم بهره برداری از ظرفیت سیستم انتقال درحد ظرفیت حرارتی.
مشکلات یاد شده از انجا به وجود آمدند که با گذشت زمان با تغییراتی از قبیل رشد بیش از حد مصرف ، اتصال شبکه های کوچک به یکدیگر ، تأسیس نیروگاهها وخطوط انتقال جدید ونیز موارد متعدد دیگر باعث تغییراتی دراهداف اولیه طراحی سیستم که صرفأ تغذیه یک ناحیه محدود بود گردید به دلیل اختلاف موقعیت جغرافیایی گسترش متفاوتی در دو ناحیه صورت گرفت که هر ناحیه ویژگیها و مشکلات خاص خود را داشت. ناحیه ای با درصد جمعیت زیاد و وجود نیروگاههای نزدیک به مصرف مانند شبکه های قدرت اروپا وشرق آمریکا که با توسعه سیستم تبدیل به یک شبکه به هم پیوسته غبالی شده است و ناحیه ای که درآن توان قابل توجهی از نیروگاههای آبی به مراکز مصرف در فواصل دور مانند سیستمهای موجود در کانادا و برزیل تحویل می گردد. اتصال شبکه ها به یکدیگر علاوه بر مزیتهای فراوانی که در بر داشت، مشکلات عدیده ای را نیز به همراه آورد سیستمهای انتقال در ناحیه اول عمدتا با مشکل توان در حلقه و سیستمهای انتقال موجود در ناحیه دوم با عدم بهره برداری کامل از ظرفیت سیستم مواجه شدند. ابتدایی ترین راه حل برای حل مشکلات ذکر شده نصب خطوط جدید بود که به دلیل مسائل انرژی ومحیط زیست (آلودگی الکترومغناطیسی) حق عبور از ملک دیگران به منظور نصب دکل و نیز هزینه بالای ساخت خطوط جدید استفاده از این راه حل را با مشکلاتی مواجه ساخت. بهره برداران سیستمهای قدرت در این فکر بودند که با راهکارهایی بتوانند بدون ایجاد تغییراتی اساسی از ظرفیت سیستم انتقال موجود به نحو بهینه ای استفاده کنند. پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده از آن در سیستمهای قدرت حتی اگر انقلابی در بهره برداری از سیستم های قدرت تلقی نشود ، اما باعث پیشرفت چشمگیری در انعطاف پذیر کردن سیستم انتقال و بهره گیری بهینه از آن شد و بدین ترتیب مفهوم سیستمهای انتقال انرژی انعطاف پذیر پایه گذاری شد. نسل اول ادوات FACTS از عناصری با کلیدهای تریستوری تشکیل شدند که وظیفه تثبیت ولتاژ ، کنترل افزایش توان ظرفیت انتقال در بهره برداری شرایط ماندگار و بهبود رفتار دینامیکی سیستم را در حالت بروز اغتشاشات به عهده داشتند. پیشرفت روزافزون صنعت نیمه هادیها منجر به پیدایش کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن(GTO) گردید و استفاده از آنها در مبدلهای منبع ولتاژ(VSC) در سطح ولتاژ و توان سیستم قدرت، معرف نسل جدیدی از ادوات FACTS شد و تحول دیگری در مفهوم FACTS بوجودآورد[۱۰]مفهوم خدمات دستیابی آزاد انتقال انرژی برای خصوصی سازی انتقال انرژی الکتریکی که از سال۱۹۹۵میلادی ارائه شد بر اهمیت ادوات FACTS به عنوان ابزار قدرتمندی در به اجرا درآوردن این ایده افزود . مورد یاد شده سومین عامل مهم به کارگیری ادوات FACTS محسوب شده و در حال حاضر به عنوان بحث جدیدی در تعیین سیاستهای کنترلی این ادوات ، تحت بررسی ، مطالعه و تحقیق می باشد. هر چند که مطالعه سیستمهای به هم پیوسته از پیچیدگی های خاصی برخوردار است ولی برای بررسی مشکلات و راه حلهای آن می توان از مدل تونن ساده شده دو سیستم قدرت و خط انتقال ارتباطی استفاده کرد[۱۱].شکل(۱) این مدل و نیز چگونگی تأثیر ادوات FACTSرا بر روی توان انتقالی به نمایش می گذارد توان اکتیو منتقل شده بین دو سیستم تابعی از ولتاژ پایانه(  ) امپدانس معادل خط (X) و اختلاف زاویه ولتاژها (  ) می باشد. ادوات FACTS قادرند یک یا تعدادی از این پارامترها را تحت تأثیر قرار داده و در نتیجه توان انتقالی را کنترل نمایند .

انواع جبران سازها
جبران ساز خازنی
استفاده از خازنها به عنوان تولیدکننده بار راکتیو به منظور تنظیم و کنترل ولتاژ و جلوگیری از نواسانات قدرت در شبکه ها و تصحیح ضریب قدرت در مصرف کننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن، بسیار متداول است. در یک مصرف کننده الکتریکی غیراهمی بین ولتاژ و جریان، اختلاف فازی وجود دارد. جریانی که مصرف کننده از شبکه می کشد دو جزو اکتیو Ip و راکتیو Iq دارد. حال اگر خازنی را به دو سر بار، متصل کنیم جریانی از شبکه می کشد که در خلاف جهت جریان راکتیو بار است. لذا جریان راکتیوی که از شبکه کشیده میشود کاهش می یابد . در این شرایط زاویه جدید بین جریان و ولتاژ تقلیل مییابد. به عبارت دیگر در شرایط جدید، ضریب توان cos φبزرگتر شده است. هر اندازه زاویه (φ) کوچکتر باشد متناسب با آن، قدرت اکتیو بیشتر و قدرت راکتیو کمتر خواهد شد.