سیستم قدرت (به انگلیسی: Electric power system)، شبکه‌ای از اجزای الکتریکی است که برای تأمین، انتقال و استفاده از توان الکتریکی بکار می‌رود. نمونه‌ای از سیستم‌های قدرت، شبکه‌ای است که برای تأمین نیروی الکتریکی خانه‌ها و صنایع به کار گرفته می‌شود. سامانهٔ قدرت در مناطق بزرگ با نام شبکه (به انگلیسی: grid) شناخته می‌شود که به طور کلی می‌توان آن را به سه بخش تقسیم کرد: تولید انرژی الکتریکی که توان را تأمین می‌کند، انتقال انرژی الکتریکی که توان را از مراکز تولید به مراکز بار انتقال می‌دهد، و توزیع انرژی الکتریکی که خانه‌ها و صنایع اطرافش را تغذیه می‌کند. سامانه‌های قدرت کوچکتری هم در صنایع، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های تجاری و خانه‌ها وجود دارند. غالب این سامانه‌های قدرت بر توان متناوب سه‌فاز متکی هستند. سامانه‌های قدرت بخصوصی که بر توان سه‌فاز متکی نیستند را می‌توان در هواپیماها، سامانه‌های ریلی الکتریکی، اقیانوس‌پیماها و خودروها مشاهده نمود.

مبانی توان الکتریکی

توان الکتریکی حاصلضرب دو کمیت است، جریان الکتریکی در پتانسیل الکتریکی. این دو کمیت ممکن نسبت به زمان (در توان ای‌سی) تغییر کنند یا در سطح مشخصی بمانند (جریان مستقیم).

بیشتر یخچال‌ها، تهویه‌های مطبوع، پمپ‌ها، و ماشین‌های صنعتی از توان ای‌سی استفاده می‌کنند. در مقابل بیشتر رایانه‌ها و وسایل دیجیتال از توان دی‌سی استفاده می‌نمایند (معمولاً وسایل دیجیتالی که به پریزها متصل می‌کند، یک آداپتور داخلی یا بیرونی دارند که توان ای‌سی را به دی‌سی تبدیل می‌کند). توان ای‌سی این مزیت را داراست که می‌توان آن را به آسانی به ولتاژهای مختلف تبدیل کرد و می‌توان آن را به وسیلهٔ ماشین‌های الکتریکی بدون جاروبک مورد استفاده قرار داد یا تولید کرد. توان دی‌سی همچنان تنها انتخاب عملی در سامانه‌های دیجیتال است و ممکن است در فواصل بسیار طولانی و ولتاژهای بسیار بالا برای انتقال، اقتصادی باشد (فشار-قوی جریان مستقیم را ببینید).

قابلیت تبدیل سادهٔ سطح ولتاژ در توان ای‌سی به علت مهم است: نخست اینکه توان در ولتاژهای بالتر را می‌توان در فواصل طولانی و با تلفات کمتر انتقال داد؛ بنابراین در سامانه‌های قدرت که تولید از بار فاصله دارد، خوب است ولتاژ توان را در نقطهٔ تولید بالا ببریم و سپس در نزدیکی‌های بار پایین بیاوریم. دوم اینکه معمولاً نصب توربین‌هایی که ولتاژهای بالاتری تولید می‌کنند (بالاتر نسبت به ولتاژ بیشتر مصرف‌کننده‌های الکتریکی) اقتصادی‌تر است، بنابراین قابلیت تبدیل آسان به سطح ولتاژهای گوناگون به معنای این است که این ناهمخوانی را می‌توان به سادگی مدیریت کرد.

وسایل الکتریکی حالت جامد که محصول انقلاب نیمه‌هادی‌ها هستند، تبدیل سطح ولتاژهای توان دی‌سی را با استفاده از مبدل دی‌سی به دی‌سی ممکن می‌سازند. همچنین با استفاده از آن‌ها می‌توان ماشین‌های دی‌سی بدون جاروبک و منبع تغذیه سوئیچینگ ساخت. با این وجود ابزارهایی که از فناوری حالت جامد استفاده می‌کنند معمولاً گران‌تر از معادل‌های سنتی‌شان هستند، بنابراین توان ای‌سی همچنان پرکاربرد می‌ماند.

اجزای سامانهٔ قدرت

هر سامانهٔ قدرتی دارای یک یا چند منبع انرژی است. در برخی از سامانه‌ها منبع بیرون از سامانه و در برخی دیگر این منبع جزئی از سامانه است.

بارها

سامانهٔ قدرت انرژی را به بارهایی که کار مشخصی را انجام می‌دهند منتقل می‌کند.

هادی‌ها

هادی‌ها توان را از ژنراتور به بار منتقل می‌کنند.

خازن‌ها و رآکتورها

بیشتر بارهای سامانهٔ قدرت را بارهای سلفی تشکیل می‌دهند که بر اثر آنها فاز ولتاژ نسبت به فاز جریان عقب می‌افتد. نتیجهٔ این ناهمزمانی در فاز ولتاژ و جریان، ایجاد توانی به نام توان راکتیو است. توان راکتیو کار مفیدی انجام نمی‌دهد اما در هر سیکل، میان منبع نیرو و بار رد و بدل می‌شود که این امر موجب اشغال ظرفیت جریان سامانهٔ قدرت می‌گردد. از خارن‌ها و رآکتورها برای اصلاح ضریب توان سامانه استفاده می‌کنند. از آنجایی که قرار دادن خازن‌ها و رآکتورها در سامانه نیازمند مدارشکن است، توان راکتیو را نمی‌توان به صورت پیوسته کم یا زیاد کرد. راه حل این مشکل نیز استفاده ازاس‌وی‌سی و اس‌اس‌سی خواهد بود.

وسایل محافظتی

سامانه‌های قدرت برای جلوگیری از صدمات و خسارات ناشی از خطاها، از وسایل حفاظتی استفاده می‌کنند. از جملهٔ این وسایل می‌توان به مدارشکن قدرت و رله‌های حفاظتی اشاره کرد.

سامانه‌های اسکادا

در سامانه‌های قدرت بزرگ، سامانه‌های کنترل و سرپرستی و گردآوری اطلاعات (اسکادا) برای کارهایی مانند کلیدزنیِ ژنراتورها، کنترل خروجی ژنراتورها و خارج‌کردن یا واردکردن عناصرِ سامانه، استفاده می‌شوند.

مبحث کنترل بار فرکانس یکی از مباحث مهمی است که همواره با رشد و توسعه سیستمهای قدرت از اهمیت خاصی برخوردار بوده، چرا که لزوم حفظ فرکانس در مقدار نامی و نیز ردیابی به موقع تغییرات بار، بخصوص در هنگام تغییرات دینامیکی در تولید و مصرف برکسی پوشیده نیست. با بروز تجدیدساختار در فضای سنتی صنعت برق، بسیاری از مباحث مهم در صنعت برق دچار تحول گردید؛ یکی از این مباحث، مساله کنترل بار فرکانس در سیستمهای قدرت میباشد.

فهرست مطالب:

مقدمه

کنترل بار-فرکانس

مدل گاورنر

کدل ریاضی گاورنر

مدل توربین

مدل سیستم الکتریکی

مدل کامل سیستم LFC

تحليل و بررسي LFC در حالت مانا

پاسخ دینامیکی LFC

منطقه تحت کنترل

سیستم LFC به همرا انتگرالگیر

کنترل فرکانس و کنترل پخش بار اقتصادی

کنترل فرکانس در سیستم های دو منطقه ای