عنوان

فصل اول : پیشگفتار

1-1 مقدمه

1-2 محدودیت های انتقال توان در سیستم های قدرت

1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته

1-2-2 ضرفیت توان خطوط انتقال

1-3 مشخصه باپذیری خطوط انتقال

1-3-1 محدودیت حرارتی

1-3-2 محدودیت افت ولتاژ

1-3-3 محدودیت پایداری

1-4 راه حل‌ها

1-4-1 کاهش امپدانس خط با نصب خازن سری

1-4-2 بهبود پرفیل ولتاژ در وسط خط

1-4-3 کنترل توان با تغییر زاویه قدرت

1-5 راه حل‌های‌ کلاسیک

1-5-1 بانک‌های خازنی سری با کلیدهای مکانیکی

1-5-2 بانک‌های خازنی وراکتوری موازی قابل کنترل با کلیدهای مکانیکی

1-5-3 جابجاگر فاز

فصل دوم : آشنایی اجمالی با ادوات FACTS

2-1 مقدمه

2-2 انواع اصلی کنترل کننده های FACTS

2-2-1 کنترل کننده‌های سری

2-2-1-1 جبران ساز سنکرون استاتیکی به صورت سری(SSSC)

2-2-1-2 کنترل کننده‌های انتقال توان میان خط(IPFC)

2-2-1-3 خازن سری با کنترل تریستوری (TCSC)

2-2-1-4 خازن سری قابل کلیدزنی با تریستور (TSSSC)

2-2-1-5 خازن سری قابل کلید زنی با تریستور (TSSC)

2-2-1-6 راکتور سری قابل کلید زنی با تریستور (TSSR)

2-2-1-7 راکتور با کنترل تریستوری (TCSR)

2-2-2 کنترل کننده‌های موازی

2-2-2-1 جبران کننده سنکرون استاتیکی(STATCOM)

2-2-2-2 مولد سنکرون استاتیکی (SSG)

2-2-2-3 جبران ساز توان راکتیو استاتیکی(SVC)

2-2-2-4 راکتور قابل کنترل با تریستور (TCR)

2-2-2-5 راکتور قابل کلیدزنی با تریستور(TSR)

2-2-2-6 خازن قابل کلیدزنی با تریستور (TSC)

2-2-2-7 مولد یا جذب کننده توان راکتیو (SVG)

2-2-2-8 سیستم توان راکتیو استاتیکی (SVS)

2-2-2-9 ترمز مقاومتی با کنترل تریستوری (TCBR)

2-2-3 کنترل کننده ترکیبی سری – موازی

2-2-3-1 کنترل کننده یکپارچه انتقال توان (UPFC)

2-2-3-2 محدود کننده ولتاژ با کنترل تریستوری(TCVL)

2-2-3-3 تنظیم کننده ولتاژ با کنترل تریتسوری (TCVR)

2-2-3-4 جبران‌سازهای استاتیکی توان راکتیو SVC و STATCOM

2-3 مقایسه میان SVC و STATCOM

2-4 خازن سری کنترل شده با تریستور GTO (GCSC)

2-5 خازن سری سوئیچ شده با تریستور (TSSC)

2-6 خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC)

فصل سوم : بررسی انواع کاربردی ادوات FACTS

3-1 مقدمه

3-2 منبع ولتاژ سنکرون بر پایه سوئیچینگ مبدل

3-3 کنترل کننده توان عبوری بین خطی (IPFC)

3-4 جبرانگر سنکرون استاتیکی سری (SSSC)

3-5 جبرانگر سنکرون استاتیکی (STATCOM)

3-6 آشنایی با UPFC

3-6-1 تاثیر UPFC بر منحنی بارپذیری

3-6-2 معرفی UPFC

3-7 آشنایی با SMES

3-7-1 نحوه کار سیستم SMES

3-7-2 مقایسه SMES با دیگر ذخیره کننده های انرژی

3-8 آشنایی با UPQC

3-8-1 ساختار و وظایف UPQC

3-9 آشنایی با HVDCLIGHT

3-9-1 مزایای سیستم HVDCLIGHT

3-9-2 کاربرد سیستم HVDCLIGHT

3-9-3 عیب سیستم HVDCLIGHT

3-9-4 بررسی اضافه ولتاژهای داخلی در خطوط انتقال قدرت HVDC

3-10 مقایسه SCC و TCR از دیدگاه هارمونیک های تزریقی به شبکه توزیع

3-11 SVC

3-12 مبدل های منبع ولتاژ VSC

فصل چهارم : نتیجه گیری

منابع

فصل اول پیشگفتار1-1 مقدمه این نوشتار عهده دار معرفی ادوات جدید سیستم های مدرن انتقال انرژی می‌باشد که تحول زیادی را در بهره‌برداری و کنترل سیستمهای قدرت ایجاد خواهد کرد. با رشد روز افزون مصرف،سیستمهای انتقال انرژی با بحران محدودیت انتقال توان مواجه هستند.این محدودیتها عملاً بخاطر حفظ پایداری و تامین سطح مجاز ولتاژ بوجود می‌آیند.بنابراین ظرفیت بهره‌برداری عملی خطوط انتقال بسیار کمتر از ظرفیت واقعی خطوط که همان حد حرارتی آنهاست ، می‌باشد.این امر موجب عدم بهره برداری بهینه از سیستم‌های انتقال انرژی خواهد شد.یکی از راههای افزایش ظرفیت انتقال توان‌،‌احداث خطوط جدید است که این امر هم چندان ساده نیست ومشکلات فراوانی را به همراه دارد.با پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده آنها در سیستم قدرت،مفهوم سیستم های انتقال انرژی انعطاف‌پذیر(FACTS) مطرح شد که بدون احداث خطوط جدید بتوان از ظرفیت واقعی سیستم انتقال استفاده کرد.پیشرفت اخیر صنعت الکترونیک در طراحی کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن و استفاده از آن در مبدل های منبع ولتاژ در سطح توان و ولتاژ سیستم قدرت علاوه بر معرفی ادوات جدیدتر،تحولی در مفهوم FACTS بوجود آورد و سیستمهای انتقال انرژی را بسیار کارآمدتر و موثرتر خواهد کرد . برای درک بهتر و شناساندن مشخصات برجسته این ادوات درقدم اول لازم است مشکلات موجود سیستم های انتقال انرژی شناسائی شوند.آنگاه راه حل های کلاسیک برای رفع آنها بیان می شوند.مبدل‌های منبع ولتاژ،که ساختار کلیه ادوات جدید FACTS بر آن استوار است در بخش بعدی مورد بحث قرار می گردد و در خاتمه نسل جدید ادوات FACTS معرفی می شوند . 1-2 محدودیتهای انتقال توان در سیستمهای قدرت یک سیستم قدرت از سه قسمت عمده تولید،انتقال و مصرف تشکیل شده است. هدف یک مهندس بهره‌بردار قدرت این است که توان خواسته شده مصرف‌کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس معین تامین نماید.از لحاظ کنترل روی مصرف کننده نمی توان محدودیت زیادی اعمال کرد زیرا او خریدار است و خواسته هایش باید تامین شود.در نتیجه ، کنترل اصلی در شبکه برق روی بخش تولید و انتقال است.حالت مطلوب در سیستم تولید و انتقال این است که این سیستم بایستی قابلیت تولید و انتقال توان خواسته شده را دارا باشد.معمولاً در طراحی اولیه،این خواسته در نظر گرفته می شود.ولی با گذشت زمان تغییراتی از قبیل رشد مصرف،اتصال شبکه‌های دیگر به شبکه قبلی و تاسیس نیروگاهها و خطوط انتقال جدید و ... این تعادل را بر هم زده و محدودیت هایی را در بهره ‌برداری از شبکه قدرت بوجود می آورند. گسترش سیستم های قدرت و به هم پیوستن آنها در دو ناحیه متمایز صورت گرفت. ناحیه ای با درصد جمعیت زیاد و وجود نیروگاه های نزدیک به مصرف که توسعه سیستم قدرت را تبدیل به یک شبکه به هم‌پیوسته غربالی تبدیل کرده است ، مثل شبکه های قدرت در اروپا و شرق ایالات متحده آمریکا و ناحیه‌ای که مقدار توان عظیمی را از نیروگاههای آبی به مراکز مصرف در فواصل دور تحویل می دهد.از قبیل سیستمهای موجود در کانادا و برزیل . الحاق شبکه‌ها به هم علاوه بر مزیت فراوانی که در برداشت،مشکلات عدیده‌ای را هم به همراه آورد. مشکلی که در انتقال توان سیستم‌های به هم پیوسته غربالی وجود دارد، عبور توان در مسیرهای ناخواسته است که به عنوان مشکل توان در حلقه شناخته می شود.عبور این توان در مسیرهای ناخواسته موجب افزایش بار غیر مجاز و عدم بهره‌برداری بهینه از سیستم خواهد شد.لذا بایستی به طریقی توان عبوری از یک مسیر را کنترل نموده و از طرفی برای سیستم های انتقال انرژی طولانی مسئله توان در حلقه مشکل ساز نیست بلکه مشکل عمده در این سیستم ها ، مسئله پایداری گذرا و افت ولتاژ غیر مجاز است.به این معنی که برای حفظ پایداری شبکه و تثبیت سطح ولتاژ مجاز،توان عبوری در سیستم انتقال باید محدود شود.بر این اساس،حالت ایده‌آل یک سیستم انتقال انرژی موقعی است که : 1. کنترل توان در مسیرهای خواسته شده انجام پذیرد. 2. ظرفیت بهره برداری کلیه خطوط در حد ظرفیت حرارتی قرار داشته باشد.در نتیجه مشکلات عمده در بهره‌برداری از سیستم‌های انتقال انرژی عبارتند از عبور توان در مسیرهای ناخواسته و عدم بهره‌برداری از ظرفیت سیستم‌های انتقال در حد ظرفیت حرارتی. 1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته برای بررسی مسئله عبور توان در مسیرهای ناخواسته ، سیستم شکل (1-1) زیر را در نظر بگیرید. شکل (1-1) سیستم مورد مطالعه برای مساله توان در حلقهدر این سیستم دو ژنراتور A وB به ترتیب با تولید MW2000 وMW 1000،توان درخواستیMW3000 را از طریق خطوط AC با قدرت انتقالیMW 2000،(MW1000)AB،(MW1250) BC به بار نقطه C تحویل می دهند.قابل ذکر است که عبور توان در یک شبکه بعلت پارامترهای خطوط انتقالی به آسانی قابل کنترل نیست و در نتیجه،همانطور که در شکل نشان داده شده است ، خط BC بیش از قدرت نامی خویش توان انتقال می دهد.در حالیکه خطوط AC و AB هنوز توانائی انتقال توان بیشتر را دارند.اگر مصرف کننده C بخواهد توان بیشتری را تقاضا کند با وجود ظرفیت خالی خطوط مذکور انتقال توان به این مصرف کننده بخاطر افزایش بار خط BC امکان پذیر نخواهد بود. 1-2-2 ظرفیت توان خطوط انتقال برای بررسی مشکل دیگر سیستم های انتقال انرژی(عدم بهره برداری از ظرفیت کامل خطوط)لازم است مشخصه بار پذیری خطوط انتقال و مسایل وابسته به آن شناسائی شوند . 1-3 مشخصه بار پذیری خطوط انتقال سیستم های خطوط انتقال انرژی که توان نیروگاه های دور دست را به مصرف کننده می رسانند،به خاطر مسایل پایداری و افت ولتاژ،ظرفیت بارپذیری خطوط با مقدار واقعی آن تفاوت زیادی خواهد داشت. بارپذیری یک خط طبق تعریف برابر با حد بارگذاری خط (برحسب درصدی از بار امپدانس ضربه)در محدوده های مشخص حرارتی،افت ولتاژ و پایداری است. برای نخستین بار آقای Clair.St درسال 1953میلادی این مفهوم را مطرح کرد و بر اساس ملاحظات علمی و تجربی،منحنی‌های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ 330 کیلووات و تا طول 400‌مایل را بدست آورد .این منحنی‌ها(که به نام خودش مشهور است)ابزار ارزشمندی برای مهندسان طراحی سیستم‌های انتقال برای تخمین سریع حدود حداکثر بارگذاری خطوط است بعدها کار او بصورت محاسباتی تعمیم داده شده است بر اساس این مطالعات مشخصه بارپذیری خطوط انتقال توسعه سه عامل محدود می‌شود: محدودیت حرارتی،محدودیت افت ولتاژ و محدودیت پایداری. برای بررسی این محدودیت ها سیستم شکل (2-1) را در نظر می گیریم که دو انتهای سیستم انتقال(پایانه ارسالی و پایانه دریافتی)توسط مدل تونن آن نشان داده شده است. شکل(2-1). مدل ساده شده شبکه برای مطالعه مشخصه بارپذیری1-3-1 محدودیت حرارتی (Thermal Limits)حرارت حاصل از عبور جریان خطوط انتقال دوتاثیر نامطلوب دارد: - ذوب شدن و از دست دادن تدریجی قدرت مکانیکی هادی آلومینیومی بعلت قرار گرفتن در معرض دماهای بالا بطور مداوم. - افزایش انحنای خط و کاهش فاصله آن با زمین به دلیل انبساط خط در دماهای بالا (شکل 3-1) معمولاً دومین عامل از عوامل فوق،حداکثر دمای کاری مجاز را تعیین می کند. در این حد،انحنانی خط به حداکثر مجاز خود نسبت به زمین می رسد. بر اساس ملاحظات مربوط به ذوب،حداکثر دمای مجاز برای خطوط با مقدار آلومینیوم بالا مساوی 127 و برای سایر هادیها 150 است.حداکثر جریان مجاز، بستگی به دمای محیط و سرعت بالا دارد . ثابت زمانی حرارتی در حدود 10 تا 20 دقیقه است از این رو بین ظرفیت‌نامی پیوسته و ظرفیت نامی زمان محدود می توان تفاوت قایل شد.بر این اساس در وضعیت‌های اضطراری با در نظر گرفتن جریان قبل از اغتشاش،دمای محیط و سرعت باد،از ظرفیت نامی زمان محدود استفاده کرد. شکل (3-1). فاصله مجاز خط انتقال از زمین و تاثیر دمای هادی در انبساط طول1-3-2 محدودیت افت ولتاژ با در نظر گرفتن مدل خط انتقال و پارامترهای تشکیل دهنده آن،پروفیل ولتاژ برای سیستم شکل (2-1) به ازای فاصله خط و توان انتقالی نامی و بی‌باری در شکل(4-1)نشان داده شده است.همانطور که ملاحظه می شود،ولتاژ خط در طول خط ثابت نبوده و شدیداً تابعی از توان انتقالی خط خواهد بود.این تغییرات ولتاژ بایستی درمحدوده مجاز باشد لذا انتقال توان در این خطوط محدود به تغییرات دامنه ولتاژ خواهد بود.به بیان دیگراگر طول خط را به عنوان یک پارامتر در نظر بگیریم مشخصه بارپذیری خط را تابعی از طول خط بر‌اساس محدودیت افت ولتاژ را می توان بصورت زیر محاسبه کرد. مقادیر ولتاژ پایانه های ارسالی و دریافت و بر اساس محاسبه پخش بار بدست می آید و برای این سیستم محدودیت افت ولتاژ 5% در نظر گرفته شده است.آنگاه طول خط به عنوان یک پارامتر در نظر گرفته و با مقدار اولیه آن شروع می کنیم و دامنه ولتاژ را حساب می کنیم. مقدار بر اساس افت ولتاژ مجاز 5% چک می شود.اگر به حد مجاز رسید آنگاه انتقال توان به محدودیت افت ولتاژ رسیده و را از رابطه زیر محاسبه می کنیم . (5-1) سپس با جایگزینی آن در رابطه زیر مقدار توان پایانه ارسالی محاسبه می شود. (6-1) که A و B پارامترهای مشخصه خطوط انتقال و و زوایای آنها هستند و زاویه بین و می باشد.نسبت مقدار Ps/Psil بارپذیری را بر حسب پریونیت بیان می کند. اگر افت ولتاژ مرحله قبلی در محدوده مجاز خود قرار داشت.آنگاه افزایش داده می شود و از معادله (1-1) بدست می آید . سپس مقدار جدید طول خط این حلقه محاسباتی تکرار می شود تا مشخصه بارپذیری خط انتقال بر حسب تابعی از طول خط متناظر با محدودیت افت ولتاژ بدست می آید . شکل (4-1) . تغییرات ولتاژ وسط خط انتقال سیستم شکل (2-1) برای توان های انتقالی متفاوت1-3-3 محدودیت پایداری با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم شکل (2-1) که در شکل (5-1) نشان داده شده است،ملاحظه می شود که در حالت ایده‌آل ژنراتور می تواند ماکزیمم توان انتقالی خود را در زاویه 90 درجه انتقال دهد که عملاً به خاطر ملاحظات پایداری با ضریب اطمینان 30% از ژنراتور بهره‌برداری می کنند.یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نبایستی از 70% ظرفیت ماکزیم توان انتقالی خط افزایش یابد.زاویه ژنراتور متناظر با این محدودیت با استفاده از رابطه توان حدوداً بدست می آید. شکل (5-1) این محدودیت را برای خطوط انتقال با طول‌های متفاوت(یعنی امپدانس‌های متفاوت)نشان می دهد.همانطور که ملاحظه می شود با افزایش امپدانس خط(یا طول خط) برای تامین ضریب اطمینان 30% پایداری( متناظر با )، مقدار توان انتقالی مجاز متفاوت خواهد بود .


58

فصل اول پیشگفتار1-1 مقدمه این نوشتار عهده دار معرفی ادوات جدید سیستم های مدرن انتقال انرژی می‌باشد که تحول زیادی را در بهره‌برداری و کنترل سیستمهای قدرت ایجاد خواهد کرد. با رشد روز افزون مصرف،سیستمهای انتقال انرژی با بحران محدودیت انتقال توان مواجه هستند.این محدودیتها عملاً بخاطر حفظ پایداری و تامین سطح مجاز ولتاژ بوجود می‌آیند.بنابراین ظرفیت بهره‌برداری عملی خطوط انتقال بسیار کمتر از ظرفیت واقعی خطوط که همان حد حرارتی آنهاست ، می‌باشد.این امر موجب عدم بهره برداری بهینه از سیستم‌های انتقال انرژی خواهد شد.یکی از راههای افزایش ظرفیت انتقال توان‌،‌احداث خطوط جدید است که این امر هم چندان ساده نیست ومشکلات فراوانی را به همراه دارد.با پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده آنها در سیستم قدرت،مفهوم سیستم های انتقال انرژی انعطاف‌پذیر(FACTS) مطرح شد که بدون احداث خطوط جدید بتوان از ظرفیت واقعی سیستم انتقال استفاده کرد.پیشرفت اخیر صنعت الکترونیک در طراحی کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن و استفاده از آن در مبدل های منبع ولتاژ در سطح توان و ولتاژ سیستم قدرت علاوه بر معرفی ادوات جدیدتر،تحولی در مفهوم FACTS بوجود آورد و سیستمهای انتقال انرژی را بسیار کارآمدتر و موثرتر خواهد کرد . برای درک بهتر و شناساندن مشخصات برجسته این ادوات درقدم اول لازم است مشکلات موجود سیستم های انتقال انرژی شناسائی شوند.آنگاه راه حل های کلاسیک برای رفع آنها بیان می شوند.مبدل‌های منبع ولتاژ،که ساختار کلیه ادوات جدید FACTS بر آن استوار است در بخش بعدی مورد بحث قرار می گردد و در خاتمه نسل جدید ادوات FACTS معرفی می شوند . 1-2 محدودیتهای انتقال توان در سیستمهای قدرت یک سیستم قدرت از سه قسمت عمده تولید،انتقال و مصرف تشکیل شده است. هدف یک مهندس بهره‌بردار قدرت این است که توان خواسته شده مصرف‌کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس معین تامین نماید.از لحاظ کنترل روی مصرف کننده نمی توان محدودیت زیادی اعمال کرد زیرا او خریدار است و خواسته هایش باید تامین شود.در نتیجه ، کنترل اصلی در شبکه برق روی بخش تولید و انتقال است.حالت مطلوب در سیستم تولید و انتقال این است که این سیستم بایستی قابلیت تولید و انتقال توان خواسته شده را دارا باشد.معمولاً در طراحی اولیه،این خواسته در نظر گرفته می شود.ولی با گذشت زمان تغییراتی از قبیل رشد مصرف،اتصال شبکه‌های دیگر به شبکه قبلی و تاسیس نیروگاهها و خطوط انتقال جدید و ... این تعادل را بر هم زده و محدودیت هایی را در بهره ‌برداری از شبکه قدرت بوجود می آورند. گسترش سیستم های قدرت و به هم پیوستن آنها در دو ناحیه متمایز صورت گرفت. ناحیه ای با درصد جمعیت زیاد و وجود نیروگاه های نزدیک به مصرف که توسعه سیستم قدرت را تبدیل به یک شبکه به هم‌پیوسته غربالی تبدیل کرده است ، مثل شبکه های قدرت در اروپا و شرق ایالات متحده آمریکا و ناحیه‌ای که مقدار توان عظیمی را از نیروگاههای آبی به مراکز مصرف در فواصل دور تحویل می دهد.از قبیل سیستمهای موجود در کانادا و برزیل . الحاق شبکه‌ها به هم علاوه بر مزیت فراوانی که در برداشت،مشکلات عدیده‌ای را هم به همراه آورد. مشکلی که در انتقال توان سیستم‌های به هم پیوسته غربالی وجود دارد، عبور توان در مسیرهای ناخواسته است که به عنوان مشکل توان در حلقه شناخته می شود.عبور این توان در مسیرهای ناخواسته موجب افزایش بار غیر مجاز و عدم بهره‌برداری بهینه از سیستم خواهد شد.لذا بایستی به طریقی توان عبوری از یک مسیر را کنترل نموده و از طرفی برای سیستم های انتقال انرژی طولانی مسئله توان در حلقه مشکل ساز نیست بلکه مشکل عمده در این سیستم ها ، مسئله پایداری گذرا و افت ولتاژ غیر مجاز است.به این معنی که برای حفظ پایداری شبکه و تثبیت سطح ولتاژ مجاز،توان عبوری در سیستم انتقال باید محدود شود.بر این اساس،حالت ایده‌آل یک سیستم انتقال انرژی موقعی است که : 1. کنترل توان در مسیرهای خواسته شده انجام پذیرد. 2. ظرفیت بهره برداری کلیه خطوط در حد ظرفیت حرارتی قرار داشته باشد.در نتیجه مشکلات عمده در بهره‌برداری از سیستم‌های انتقال انرژی عبارتند از عبور توان در مسیرهای ناخواسته و عدم بهره‌برداری از ظرفیت سیستم‌های انتقال در حد ظرفیت حرارتی. 1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته برای بررسی مسئله عبور توان در مسیرهای ناخواسته ، سیستم شکل (1-1) زیر را در نظر بگیرید. شکل (1-1) سیستم مورد مطالعه برای مساله توان در حلقهدر این سیستم دو ژنراتور A وB به ترتیب با تولید MW2000 وMW 1000،توان درخواستیMW3000 را از طریق خطوط AC با قدرت انتقالیMW 2000،(MW1000)AB،(MW1250) BC به بار نقطه C تحویل می دهند.قابل ذکر است که عبور توان در یک شبکه بعلت پارامترهای خطوط انتقالی به آسانی قابل کنترل نیست و در نتیجه،همانطور که در شکل نشان داده شده است ، خط BC بیش از قدرت نامی خویش توان انتقال می دهد.در حالیکه خطوط AC و AB هنوز توانائی انتقال توان بیشتر را دارند.اگر مصرف کننده C بخواهد توان بیشتری را تقاضا کند با وجود ظرفیت خالی خطوط مذکور انتقال توان به این مصرف کننده بخاطر افزایش بار خط BC امکان پذیر نخواهد بود. 1-2-2 ظرفیت توان خطوط انتقال برای بررسی مشکل دیگر سیستم های انتقال انرژی(عدم بهره برداری از ظرفیت کامل خطوط)لازم است مشخصه بار پذیری خطوط انتقال و مسایل وابسته به آن شناسائی شوند . 1-3 مشخصه بار پذیری خطوط انتقال سیستم های خطوط انتقال انرژی که توان نیروگاه های دور دست را به مصرف کننده می رسانند،به خاطر مسایل پایداری و افت ولتاژ،ظرفیت بارپذیری خطوط با مقدار واقعی آن تفاوت زیادی خواهد داشت. بارپذیری یک خط طبق تعریف برابر با حد بارگذاری خط (برحسب درصدی از بار امپدانس ضربه)در محدوده های مشخص حرارتی،افت ولتاژ و پایداری است. برای نخستین بار آقای Clair.St درسال 1953میلادی این مفهوم را مطرح کرد و بر اساس ملاحظات علمی و تجربی،منحنی‌های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ 330 کیلووات و تا طول 400‌مایل را بدست آورد .این منحنی‌ها(که به نام خودش مشهور است)ابزار ارزشمندی برای مهندسان طراحی سیستم‌های انتقال برای تخمین سریع حدود حداکثر بارگذاری خطوط است بعدها کار او بصورت محاسباتی تعمیم داده شده است بر اساس این مطالعات مشخصه بارپذیری خطوط انتقال توسعه سه عامل محدود می‌شود: محدودیت حرارتی،محدودیت افت ولتاژ و محدودیت پایداری. برای بررسی این محدودیت ها سیستم شکل (2-1) را در نظر می گیریم که دو انتهای سیستم انتقال(پایانه ارسالی و پایانه دریافتی)توسط مدل تونن آن نشان داده شده است. شکل(2-1). مدل ساده شده شبکه برای مطالعه مشخصه بارپذیری1-3-1 محدودیت حرارتی (Thermal Limits)حرارت حاصل از عبور جریان خطوط انتقال دوتاثیر نامطلوب دارد: - ذوب شدن و از دست دادن تدریجی قدرت مکانیکی هادی آلومینیومی بعلت قرار گرفتن در معرض دماهای بالا بطور مداوم. - افزایش انحنای خط و کاهش فاصله آن با زمین به دلیل انبساط خط در دماهای بالا (شکل 3-1) معمولاً دومین عامل از عوامل فوق،حداکثر دمای کاری مجاز را تعیین می کند. در این حد،انحنانی خط به حداکثر مجاز خود نسبت به زمین می رسد. بر اساس ملاحظات مربوط به ذوب،حداکثر دمای مجاز برای خطوط با مقدار آلومینیوم بالا مساوی 127 و برای سایر هادیها 150 است.حداکثر جریان مجاز، بستگی به دمای محیط و سرعت بالا دارد . ثابت زمانی حرارتی در حدود 10 تا 20 دقیقه است از این رو بین ظرفیت‌نامی پیوسته و ظرفیت نامی زمان محدود می توان تفاوت قایل شد.بر این اساس در وضعیت‌های اضطراری با در نظر گرفتن جریان قبل از اغتشاش،دمای محیط و سرعت باد،از ظرفیت نامی زمان محدود استفاده کرد. شکل (3-1). فاصله مجاز خط انتقال از زمین و تاثیر دمای هادی در انبساط طول1-3-2 محدودیت افت ولتاژ با در نظر گرفتن مدل خط انتقال و پارامترهای تشکیل دهنده آن،پروفیل ولتاژ برای سیستم شکل (2-1) به ازای فاصله خط و توان انتقالی نامی و بی‌باری در شکل(4-1)نشان داده شده است.همانطور که ملاحظه می شود،ولتاژ خط در طول خط ثابت نبوده و شدیداً تابعی از توان انتقالی خط خواهد بود.این تغییرات ولتاژ بایستی درمحدوده مجاز باشد لذا انتقال توان در این خطوط محدود به تغییرات دامنه ولتاژ خواهد بود.به بیان دیگراگر طول خط را به عنوان یک پارامتر در نظر بگیریم مشخصه بارپذیری خط را تابعی از طول خط بر‌اساس محدودیت افت ولتاژ را می توان بصورت زیر محاسبه کرد. مقادیر ولتاژ پایانه های ارسالی و دریافت و بر اساس محاسبه پخش بار بدست می آید و برای این سیستم محدودیت افت ولتاژ 5% در نظر گرفته شده است.آنگاه طول خط به عنوان یک پارامتر در نظر گرفته و با مقدار اولیه آن شروع می کنیم و دامنه ولتاژ را حساب می کنیم. مقدار بر اساس افت ولتاژ مجاز 5% چک می شود.اگر به حد مجاز رسید آنگاه انتقال توان به محدودیت افت ولتاژ رسیده و را از رابطه زیر محاسبه می کنیم . (5-1) سپس با جایگزینی آن در رابطه زیر مقدار توان پایانه ارسالی محاسبه می شود. (6-1) که A و B پارامترهای مشخصه خطوط انتقال و و زوایای آنها هستند و زاویه بین و می باشد.نسبت مقدار Ps/Psil بارپذیری را بر حسب پریونیت بیان می کند. اگر افت ولتاژ مرحله قبلی در محدوده مجاز خود قرار داشت.آنگاه افزایش داده می شود و از معادله (1-1) بدست می آید . سپس مقدار جدید طول خط این حلقه محاسباتی تکرار می شود تا مشخصه بارپذیری خط انتقال بر حسب تابعی از طول خط متناظر با محدودیت افت ولتاژ بدست می آید . شکل (4-1) . تغییرات ولتاژ وسط خط انتقال سیستم شکل (2-1) برای توان های انتقالی متفاوت1-3-3 محدودیت پایداری با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم شکل (2-1) که در شکل (5-1) نشان داده شده است،ملاحظه می شود که در حالت ایده‌آل ژنراتور می تواند ماکزیمم توان انتقالی خود را در زاویه 90 درجه انتقال دهد که عملاً به خاطر ملاحظات پایداری با ضریب اطمینان 30% از ژنراتور بهره‌برداری می کنند.یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نبایستی از 70% ظرفیت ماکزیم توان انتقالی خط افزایش یابد.زاویه ژنراتور متناظر با این محدودیت با استفاده از رابطه توان حدوداً بدست می آید. شکل (5-1) این محدودیت را برای خطوط انتقال با طول‌های متفاوت(یعنی امپدانس‌های متفاوت)نشان می دهد.همانطور که ملاحظه می شود با افزایش امپدانس خط(یا طول خط) برای تامین ضریب اطمینان 30% پایداری( متناظر با )، مقدار توان انتقالی مجاز متفاوت خواهد بود .