در سالهای اخیر توجه به اداوت و تجهیزات الکترونیک قدرت به دلیل توانایی کار در ولتاژ و توان بالا افزایش یافته است. همچنین مشکلات زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی و مواجهه با پدیده گرم شدن زمین، ضرورت توجه به انرژیهای تجدیدپذیر را افزایش داده است. از آنجایی که این منابع تولید انرژی قابلیت تولید ولتاژ dc با سطوح بالا را ندارند ضرورت استفاده از مبدلهای الکترونیک قدرت را به عنوان یکی از انواع تجهیزات الکترونیک قدرت جهت افزایش سطوح ولتاژ تولیدی و قابلیت تزریق به شبکه بیش از پیش افزایش داده است. از طرفی دیگر، تجدید ساختار در شبکه برق و وجود سیستم قدرت به هم پیوسته میان کشورهای مختلف و حتی در سطح بین قارهای سبب شده است تا توجه به کیفیت توان تحویلی به مصرف کننده و مباحث مربوط به قابلیت اطمینان بیش از پیش مورد توجه متولیان تولید و توزیع برق قرار گیرد. توجه به این نکته نیز حائز اهمیت است که با پیشرفت تکنولوژی، ایجاد شهرهای هوشمند و توسعه شبکه هوشمند بدون توجه به تجهیزات و ادوات الکترونیک قدرت امکانپذیر نخواهد بود. اهمیت این تجهیزات در بخش توزیع که به مصرف کننده نهایی نزدیک است و میبایست کلیه پارامترهای ممکن جهت تحویل برق با قابلیت کنترلپذیری بالا تحویل دهد بیش از پیش به چشم میخورد. تجهیزات الكترونیك قدرت بهطورکلی دارای نقشهایی از قبیل، افزایش و کاهش سطوح ولتاژ تولیدی، تبدیل انرژی الكتریكی از شكل AC به DC و برعکس، تغییر شكل موج ولتاژ یا جریان، تغییر آرایش شبكه برق، فراهم نمودن امپدانس مجازی قابلکنترل و ... در شبكه هستند.
مزایای استراتژیک فناوری الکترونیک قدرت
مسائل زیستمحیطی: با توجه به مشکلات ناشی از استفاده از سوختهای فسیلی در تولید برق، آلایندگی حاصل از خودروهای معمولی، فرآیند گرم شدن زمین و مخاطرات حاصل از ان برای انسان و نسلهای اینده تلاش بر استفاده هر چه کمتر از این منابع و تغییر فرایندهای تولید برق و سایر تجهیزات از انرژی های پاک است. در همین راستا و با عنایت به ویژگیهای خاص منابع انرژی پاک و تغییرات حاصل از آن در تجهیزات مورد استفاده لزوم بهرهمندی از تجهیزات الکترنیک قدرت که وظیفه تبدیل انرژی الكتریكی به فرم مطلوب را دارند به منظور افزایش بازده و راندمان این فرآیندها را بیش از پیش مشخص میسازد. این تجهیزات در یستمهای انرژی تجدیدپذیر، ذخیره انرژی با حجم بالا، خودروهای هیبریدی، انتقال توان در حجم زیاد و اتصال شبكههای مختلف نقش مؤثری بر عهده دارند و كمك شایانی به كاهش مصرف و هدر رفت انرژی و تولید انرژی از منابع پاكتر میكنند. استفاده از خودروهای هیبریدی و الكتریكی نیز بهعنوان راهحلی جهت كاهش آلودگی شهرهای بزرگ و صنعتی مطرح هستند که ادوات الكترونیك قدرت جهت شارژ و تغذیه این تجهیزات نقش اساسی دارند.
مسائل اجتماعی: فناوری ادوات الكترونیك قدرت میتواند بر عوامل اجتماعی ازجمله رفاه انسانها از طریق فراهم آوردن شكل مطلوب و مورد نیاز انرژی الكتریكی، کاهش هزینه انرژی تولیدی و لذا کاهش هزینه تام شده برای مصرف کننده، افزایش کیفیت انرژی الکتریکی تولیدی که منجر به کاهش آسیب به دستگاهها و تجهیزات برقی مینماید، تأثیرگذار باشد. اثرات اجتماعی ادوات الكترونیك قدرت را میتوان به كیفیت توان و رضایتمندی اجتماع، اشتغالزائی، ایجاد تسهیلات در استفاده از تکنولوژیهای جدید و پیشرفته، نقشآفرینی در تولید برق، درآمدزایی و فرهنگ استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر تقسیمبندی نمود.
مسائل سیاسی: استفاده از فناوری الكترونیك قدرت و دستیابی به دانش آنکه كاربردهای وسیعی از تجهیزات مربوط به مشتركین تا مباحث انرژی، نظامی و انتقال انرژی بین كشورها دارد، میتواند نقش مهمی در تعاملات بینالمللی، حفظ سیادت جهانی و منطقهای و به چالش كشیدن رقبا در عرصهی بینالمللی ایفاء نماید. استفاده از این ادوات میتواند باعث تولید انرژی از سبد انرژی متنوعی شود كه سبب افزایش قدرت سیاسی كشور و عدم وابستگی به یك یا چند منبع محدود میشود.
مسائل اقتصادی: استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت به خصوص در بخش توزیع، سبب کاهش تجهیزات حفاظتی، کاهش هزینه انتقال برق و لذا کاهش فشار اقتادی وارد بر مصرف کننده خواهد شد. هم چنین با بهکارگیری انرژیهای تجدیدپذیر هزینههای اقتصادی مرتبط با اثر سوء سوختهای فسیلی بر سلامت کاهش مییابد. مولدهای انرژی تجدیدپذیر اغلب از طریق مبدلهای الكترونیك قدرت به شبکه متصل شده و آلودگی هوای كم یا ناچیزی دارند كه استفاده از آنها، سبب افزایش سلامتی جامعه و كاهش هزینههای درمان میشود. توجه به این نکته نیز مهم است که منابع آبی کره زمین رو به کاهش است و لذا استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر علاوه بر کاهش اثرات سوختهای فسیلی، منجر به کاهش استفاده از این منبع مهم خواهد شد زیرا منابع انرژی پاک هم چون همچنین انرژیهای بادی و خورشیدی جهت بهرهبرداری نیاز به آب ندارند که استفاده از آنها باعث آزادسازی بخشی از منابع آب میشود. استفاده از خودروهای هیبریدی و الكتریكی نیز با توجه به عدم نیاز به سوختهای فسیلی سبب کاهش هزینه ناشی از آن شده و لذا بر اقتصاد جوامع به خصوص کشورهای فاقد این منابع میتواند مفید و موثر باشد. این نکته نیز مهم است که بخش اصلی در خودروهای برقی تجهیزات الکترونیک قدرت به کاررفته است که میبایست علاوه بر تامین انرژی، ضروریات مرتبط به شبکه از جمله هارمونیکهای تزریق واحتمالی واثرات متحمل بر قابلیت اطمینان و کیفیت توان را در نظر داشته باشند.
ازنظر اشتغالزایی نیز بهطور متوسط ظرفیتهای شغلی بیشتری برای هر واحد انرژی الكتریكی تولیدشده توسط انرژیهای تجدیدپذیر نسبت به سوختهای فسیلی تولید میشود. این امر در کشورهایی چون آلمان و آمریکا باعث ایجاد مشاغل جدید فراوانی شده است.
از دیگر مزایای اقتصادی ادوات الكترونیك قدرت، استفاده از آنها در ذخیرهسازهای انرژی است. ذخیرهسازهای الكتریكی میتوانند در بهرهبرداری اقتصادی سیستم كمك نمایند. همچنین اینورترهای چند سطحی به عنوان یکی از مهمترین اداوت الکترونیک قدرت در انتقال انرژی الکتریکی تولیدی منابع انرژی تجدید پذیر، در انتقال توان در خودورهای برقی و با ترکیب ذخیرهسازهای انرژی در سیستم بازتولیدگر اسانسور نقش مهمی را ایفا میکنند. اینورترها بخش اصلی در منابع تولید پراکنده به خصوص در بخش خانگی بوده که میتواند ضمن درآمدزایی برای مصرف کننده زمینه لازم جهت افزایش قابلیت تولید و توانمندی شرکت برق را نیز فراهم آورد که این مهم منجر به کاهش هزینههای تولید، انتقال و توزیع خواهد شد.
جریان اضافی باعث اشغال ظرفیت خطوط توزیع و تجهیزات میگردد كه در نتیجه امكان عبور توان از این خطوط و استفاده مؤثر از حداكثر ظرفیت آنها را كاهش میدهد. از سوی دیگر عبور جریانهای هارمونیكی از خطوط توزیع و تجهیزات موازی باعث ایجاد اضافه حرارت میشود كه در دراز مدت باعث كاهش عمر خطوط و تجهیزات میشود و حتی ممكن است باعث خرابی آنها شود. ولتاژهای هارمونیكی باعث ایجاد تلفات عایق بیشتر در تجهیزات خواهد شد. كیفیت توان پایین میتواند منجر به ایجاد اختلال در تجهیزات حفاظتی شده و احتمال خرابی تجهیزات در اثر خطا را بالا ببرد. این اختلال نقش مهمی در كاهش امنیت شبكه بازی میكند. كیفیت توان پایین در صنایع نیز ضررهای اقتصادی فراوانی تحمیل میكند. از راهکارهای بهبود کیفیت توان با استفاده از تکنولوژی الکترونیک قدرت میتوان به موارد زیر اشاره کرد. برای بهبود افت ولتاژ در شبکه از استابلایزر، DVRو منابع تغذیه بدون وقفه، همچنین از فیلتر اکتیو برای کاهش هارمونیک میتوان استفاده کرد. ترانسفورماتورهای الکترونیک قدرت، بهبود دهنده ضریب توان، جبرانساز استاتیکی، کلید انتقالی استاتیکی،SVC و SSSC، تجهیزات الکترونیک قدرت هستند که به منظور بهبود کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرند. لذا ضرورت به کارگیری تجهیزات الکترونیک قدرت در مباحث مربوط به کیفیت توان ضروری است.