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 سه فاز متکی هستند. سامانه‌های قدرت بخصوصی که بر توان سه فاز متکی نیستند را می‌توان در هواپیماها، سامانه‌های ریلی الکتریکی، اقیانوس‌پیماها و خودروها مشاهده نمود.

تاریخچه

در ۱۸۸۱ دو برقکار نخستین شبکهٔ قدرت را در گودالمینگ انگلستان (به انگلیسی: Godalming) بنا کردند. این شبکه از یک نیروگاه که از دو چرخ آبی تشکیل شده بود و جریان متناوب تولید می‌کرد، بهره می‌برد. هر کدام از این نیروگاه‌ها به نوبت لامپ‌های قوسی ۷ زیمنسی را با ولتاژ ۲۵۰ ولت، و لامپ‌های رشته‌ای را با ولتاژ ۴۰ ولت تأمین می‌کردند. با این وجود تأمین لامپ‌ها با قطع و وصل همراه بود و در ۱۸۸۲ توماس ادیسون و شرکتش، شرکت لامپ الکتریکی ادیسون، نخستین نیروگاه بخار الکتریکی را در خیابان پرل شهر نیویورک برپا کردند. نیروگاه خیابان پرل (به انگلیسی: Pearl Street Station) در ابتدا ۳۰۰۰ لامپ را برای ۵۹ مشتری نیرو می‌بخشید. این نیروگاه از جریان مستقیم استفاده می‌کرد و تکفاز بود. توان با جریان مستقیم را نمی‌شد به سادگی مستقیماً به ولتاژهای بالاتر تبدیل کرد تا تلفات الکتریکی در مسیرهای طولانی انتقال کاهش یابد، بنابراین بیشینهٔ فاصلهٔ اقتصادی بین ژنراتورها و بار به چیزی نزدیک به ۸۰۰ متر محدود می‌شد.

در همان سال در لوسین گالارد (به انگلیسی: Lucien Gaulard) و جان دیکسون گیبز (به انگلیسی: John Dixon Gibbs) در لندن، نخستین ترانسفورماتور مناسب برای سامانه‌های قدرت واقعی را به نمایش گذاشتند. ارزش کاربردی ترانسفورماتور گالارد و گیبس در سال ۱۸۸۴ در تورین به نمایش گذاشته شد، جایی که ترانسفورماتور آن‌ها برای روشن کردن ۴۰ کیلومتر (۲۵ مایل) از راه‌آهن، تنها از یک مولد جریان متناوب استفاده کرد. جدای از موفقیت سامانه، ایندو چند اشتباه اساسی داشتند. احتمالاً بدترین آن‌ها این بود که آن‌ها اولیهٔ ترانسفورماتورها را به صورت سری متصل کردند، بنابراین لامپ‌های فعال، روشنایی دیگر لامپ‌های دوردست خط را تحت تأثیر می‌گذاشتند. پس از این نمایش، جورج وستینگهاوس (به انگلیسی: George Westinghouse)، یک کارآفرین آمریکایی، چند ترانسفورماتور را همراه با چند ژنراتور زیمنس وارد کشورش کرد، و از مهندسان خود خواست تا با آزمایش روی آن‌ها، آن‌ها را برای استفاده در سامانه‌های قدرت تجاری بهبود بخشند.

یکی از مهندسان وستینگهاوس به نام ویلیام استنلی، مشکل اتصال سری ترانسفورماتورها در برابر اتصال موازی آن‌ها را دریافت و همچنین فهمید که با تبدیل هستهٔ آهنی ترانسفورماتور به یک حلقهٔ کامل، می‌توان تنظیم ولتاژ را در سیم‌پیچ ثانویه بهبود بخشید. با استفاده از این دانش او توانست یک سامانهٔ قدرت متناوب بسیار بهتر را در ۱۸۸۶ میلادی در گریت بارینگتون ماساچوست بسازد.

تا سال ۱۸۹۰ میلادی، صنعت برق در آمریکا و اروپا در حال رشد بود، و شرکت‌های نیرو هزاران سامانهٔ قدرت ساخته بودند (هم جریان مستقیم و هم جریان متناوب). این شبکه‌ها به گونهٔ مؤثری به روشنایی الکتریکی اختصاص یافته بودند. در این زمان، یک رقابت خصومت‌آمیز به نام «جنگ جریان‌ها» بین ادیسون و نیکولا تسلا که توسط وستینگهاوس استخدام شده بود درگرفت. جنگ بر سر روش انتقال و اینکه کدامیک از دو روش جریان مستقیم یا جریان متناوب بهتر هستند، بود. در ۱۸۹۱، وستینگهاوس، نخستین سامانهٔ قدرت بزرگ را که بدست تسلا طراحی شده و هدفش به غیر از روشنایی، راندن یک موتور الکتریکی بود، برپا کرد. این تاسیسات یک موتور سنکرون ۱۰۰ اسب بخاری (۷۵ کیلوواتی) را در تلوراید (به انگلیسی: Telluride) در کلرادو نیرو می‌بخشید. در آن سویاقیانوس اطلس، اسکار ون میلر (به انگلیسی: Oskar von Miller) یک خط انتقال ۲۰ کیلوولت ۱۷۶ کیلومتری سه فاز را برای نمایشگاه مهندسی برق فرانکفورت، بین لاوفن آم نکا و فرانکفورت آم مایناحداث کرد. در ۱۸۹۵، در پی یک فرایند تصمیم‌گیری دنباله‌دار، نیروگاه آدامز شماره ۱ (به انگلیسی: Adams No. 1 generating station) در آبشار نیاگارا شروع به انتقال جریان سه فاز ۱۱ کیلوولت متناوب به بوفالو کرد. پس از پروژهٔ آبشار نیاگارا، سامانه‌های قدرت تازه، برای انتقال انرژی به جریان متناوب به جای جریان مستقیم روی آوردند.

گسترش‌دهندگان سامانه‌های قدرت، در قرن ۱۹ هم به کار خود ادامه دادند. نخستین خط اچ‌وی‌دی‌سی که از شیر قوس جیوه (به انگلیسی: mercury arc valves) استفاده می‌کرد، بین شنکتادی (بهانگلیسی: Schenectady) و مکانیویله (به انگلیسی: Mechanicville) در نیویورک احداث شد. پیش‌تر برای دستیابی به اچ‌وی‌دی‌سی از ژنراتورهای متصل شده به صورت سری استفاده می‌شد که به آن سیستم تری می‌گفتند (به یاد رنه تری (به انگلیسی: René Thury)) که دارای مشکلات اطمینان‌پذیری جدی‌ای بود. در ۱۹۵۷ زیمنس نخستین یکسوکنندهٔ حالت جامد را به نمایش گذاشت، اما وسایل حالت جامد تا اوایل دههٔ ۱۹۷۰ به عنوان استانداردی در اچ‌وی‌دی‌سی مطرح نشدند. در دوره‌های اخیر، ابداعات بسیار مهمی در ارتباط با گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات در زمینهٔمهندسی قدرت به میان آمده. برای نمونه گسترش رایانه‌هایی که به منظور مطالعهٔ پخش بار در نظر گرفته شده‌اند اجازهٔ برنامه‌ریزی بهتر برای سیستم‌های قدرت را می‌دهد. پیشرفت‌ها در فناوری اطلاعات و ارتباطات همچنین اجازهٔ کنترل ژنراتورها و کلیدهای سیستم‌های قدرت از راه دور را فراهم ساخته است.

فهرست مطالب:

مقدمه

حلقه هاي کنترلي AVR و ALFC

تنظيم کننده خودکار ولتاژ یا AVR

سيستم تحريک قديمي

سیستم تحریک استاتیک

سیستم تحریک بدون جاروبک

دلسازي سيستم تحريک

قسمتهای مختلف حلقه AVR

تقویت کننده

میدان تحریک

مدل ژنراتور

کارکرد ایستای حلقه AVR

خطاي حالت دائم

کارکرد دینامیک حلقه AVR

ترميم پايداري

حلقه کنترل خودکار بار-فرکانس AFLC در يک سيستم تک ناحيه اي

مدلسازي حلقه ALFC اوليه

سیستم فرمانه سرعت

راه انداز شیر هیدرولیکی

پاسخ توربین

کارکرد ايستاي فرمانه سرعت

بستن حلقه AFLC اولیه

مفهوم ناحيه کنترل

کارکرد استاتيک حلقه ALFC اوليه

کارکرد ديناميک حلقه AFLC اوليه

تعبير فيزيکي نتايج

حلقه ALFC ثانويه (حذف خطاي حالت دائم)

حلقه کنترل خودکار بار-فرکانس (ALFC) در حالت چند ناحيه کنترلي (همياري)

و...

به همراه 8 مثال حل شده.