طراحی ترانس‌های بهینه بر اساس یک پایان‌نامه‌؛ از افزایش عملکرد تا کاهش هزینه

گروه استان‌‌های خبرگزاری آنا؛ حسین بوذری؛ نخستین دانشجوی دکتری دانشکده برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد اوایل آبان 98 با دفاع از پایان‌نامه خود فارغ‌التحصیل شد.

علی سلدوزی با دفاع از پایان‌نامه دکتری خود با عنوان «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» موفق شد با استفاده از یک الگوریتم ابتکاری جدید با راهنمایی استاد حميدرضا اكبری و عبدالرضا اسماعيلی به‌عنوان نخستین فارغ‌التحصیل دکتری در رشته برق قدرت این دانشکده معرفی شود.

او کارمند بانک مرکزی است و عاشق کار بر روی برق و ولتاژ. سلدوزی می‌گوید که به‌طور اتفاقی رشته برق را انتخاب کرده و احساس نیاز بانک مرکزی به افزایش قدرت ترانسفورماتورهای فوق توزیع پست ظفر از 30 به 40 مگاولت‌آمپر جرقه‌ای به ذهنش زده و این مقدمه‌ای شده تا رشته تحصیلی‌ خود را نیز به تحقیق و پژوهش در این موضوع اختصاص بدهد.»

وقتی از سلدوزی در مورد عنوان پایان‌نامه دکتری می‌پرسیم، اینگونه پاسخ می‌دهد که عنوان پایان‌نامه دکتری خود را «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» انتخاب کردم.

فارغ‌التحصیل دکتری دانشکده برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد درباره این‌که آیا پایان‌نامه شما می‌تواند منجر به تولید محصول شود، اضافه می‌کند: «برای این کار باید یک آزمایشگاه فشار قوی داشته باشم که این آزمایشگاه فقط در هلند است.»

ترانسفورماتور قدرت چیست؟

ترانسفورماتور یکی از پرکاربردترین تجهیزات در سیستم قدرت و از گران‌قیمت‌ترین تجهیزات در پست‌های فشار قوی است؛ بنابراین طراحی بهینه آن علاوه بر کاهش قیمت اولیه سبب افزایش بازده و افزایش طول عمر مفید این تجهیز خواهد شد.

ترانسفورماتورها یا اصطلاحاً ترانسفورمرز نقشی اساسی در کاهش تلفات شبکه قدرت بازی می‌کنند. تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه‌ها با ولتاژ نسبتاً پایینی صورت می‌گیرد؛ بنابراین برای رساندن به مصرف‌کننده با استفاده از یک ترانسفورماتور افزاینده مقدار ولتاژ را افزایش می‌دهند.

افزایش ولتاژ منجر به کاهش جریان خواهد شد و نتیجه کاهش جریان نیز کاهش تلفات شبکه می‌شود. در قسمت توزیع شبکه الکتریکی به‌دلیل این‌که اکثر بارها خانگی هستند، به ولتاژ پایین‌تری مانند 400 ولت نیاز دارند و در نتیجه هنگام رسیدن به سیستم توزیع به ترانسفورماتور کاهنده احساس نیاز می‌شود.

ترانسفورماتور یکی از پرکاربردترین تجهیزات در سیستم قدرت و از گران‌قیمت‌ترین تجهیزات در پست‌های فشارقوی است؛ بنابراین طراحی بهینه آن علاوه بر کاهش قیمت اولیه سبب افزایش بازده و افزایش طول عمر مفید این تجهیز خواهد شد.

توسط ترانسفورماتور کاهنده، ولتاژ را تا حد مورد نیاز کاهش می‌دهند و در نتیجه جریان بیشتر خواهد شد. همان‌طور که می‌بینیم کاهش، افزایش جریان و ولتاژ موجب کاهش بی‌نظیر تلفات می‌شود، از سوی دیگر ترانسفورمرز مزایای اقتصادی زیادی نیز دارند. در بین ترانسفورمرز، ترانسفورماتورهای سه فاز آن‌چنان اهمیت دارند که سیستم قدرت را بدون آن‌ها نمی‌توان تصور کرد.

طراحی بهینه ترانسفورماتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این محصول نیز طراحی بهینه ترانسفورمرز با استفاده از الگوریتم ژنتیک گنجانده شده که مقادیر بهینه مربوط به سیم‌پیچی و هسته ترانسفورماتور را به طراح ارائه می‌کند.

در حالت کلی این محصول شبیه‌سازی طراحی بهینه ترانسفورماتور با الگوریتم ژنتیک است که مقادیر بهینه مربوط به سیم‌پیچی و هسته ترانس را ارائه می‌کند.

سلدوزی که کارمند بانک مرکزی است و «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» را به عنوان پایان‌نامه دکتری خود انتخاب کرده در گفتگو با آنا سیر تا پیاز علاقه‌اش به رشته برق، چگونگی انتخاب این رشته دانشگاهی، تجاری‌سازی و اینکه آیا این پایان‌نامه می‌تواند منجر به تولید محصول شود را تشریح کرد.

وی در گفتگو با خبرنگار گروه استان‌های خبرگزاری آنا درباره طرح تحقیقاتی و پایان‌نامه دکتری خود اظهار می‌کند: «ابتدا از دکتر اکبری و دکتر اسماعیلی که به‌عنوان استادان راهنما به من در نگارش این پایان‌نامه کمک کردند، قدردانی می‌کنم.»

فارغ‌التحصیل دوره دکتری دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد در پاسخ به این سؤال که شما کارمند بانک مرکزی هستید و چه شد برای تز دکتری  خود عنوان «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» را انتخاب کردید؟ می‌گوید: «به خاطر افزایش نیازهای بانک مرکزی در حوزه برق (محدوده میرداماد) درباره افزایش و توسعه پُست‌های فوق توزیع در این محدوده با  شرکت توزیع نیروی برق تهران بزرگ مشارکت داشتم که شامل افزایش قدرت ترانسفورماتورهای فوق توزیع پست ظفر از 30 مگاولت‌آمپر به 40 مگاولت‌آمپر بود.»

سلدوزی اضافه می‌کند: «همین امر جرقه‌ای به ذهنم زد که به‌صورت جدی در این حوزه کار کنم و حتی رشته دانشگاهی‌ام را به این موضوع اختصاص دادم و پیشنهادی که دادم با استقبال دکتر اکبری استاد راهنمایم مواجه شد.»

وی با تشریح عنوان پایان‌نامه دکتری با موضوع «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» تصریح می‌کند: «هدف ما درباره بهینه‌سازی ترانسفورماتورهای قدرت با یک الگوریتم اقتصادی جدید است. ترانسفورماتور قدرت شامل چند دَه پارامتر متفاوت و روی ابعاد، اندازه و قیمت تأثیرگذار است.»

این محقق با بیان این‌که روی یک پارامتر با دخالت تمام پارامترها کار کردم، مطرح می‌کند: «عمدتاً مطالعاتی که در دنیا انجام شده بود، روی ابعاد ترانسفورماتور بوده و سایر پارامترها را کنار گذاشته‌اند. عمده بحثی که در اکثریت مقالات بوده، ترانسفورماتورهای توزیع است.»

سلدوزی عنوان می‌کند: «در مورد ترانسفورماتور قدرت بنا به شرایطی از جمله نبود آزمایشگاه‌، دیتاها و انحصاری بودن دیتاها مطالعات کمتری صورت گرفته و با مشارکتی که با ایران‌ترانسفورماتور و انرژی اتمی انجام دادیم با درنظرگرفتن همه پارامترها از روغن، ابعاد، هسته، سیم‌پیچ، آهن، تانک ترانسفورماتور و مس به‌کار رفته و الگوریم ابتکاری هرس درختان توانستیم به کاهش قیمت تمام شده ترانسفورماتور قدرت برسیم.»

هدف ما درباره بهینه‌سازی ترانسفورماتورهای قدرت با یک الگوریتم اقتصادی جدید بود. ترانسفورماتور قدرت شامل چند دَه پارامتر متفاوت و روی ابعاد، اندازه و قیمت تأثیرگذار است.

وی تأکید می‌کند: «از سوی دیگر ترانسفورماتور قدرت را به‌صورت پایلوت و آزمایشی در ترانسفورماتورهای توزیع ایران ترانسفورماتور اجرایی کردیم؛ تنها آزمایشگاه موجود در ترانسفورماتور قدرت چمای هلند (تولیدکننده ترانسفورماتور قدرت) است. به عبارتی شما هر ایده و نظریه‌ای داشته باشید، باید اسم‌تان در آن آزمایشگاه ثبت شود. بنده که ادعا می‌کنم سطح اتصال کوتاه را بالا برده‌ام باید در آن آزمایشگاه‌ها عملیاتی شود.»

فارغ‌التحصیل دوره دکتری دانشگاه آزاد اسلامی یزد یادآور می‌شود: «نتیجه داده‌ها و مشخصات فنی ترانسفورماتورهای قدرت در آزمایشگاه چمای هلند مشخص می‌شود. برای مثال بنده به‌عنوان تولیدکننده ایرانی مشخصات فنی را از چمای هلند می‌گیرم و با توجه به آن مشخصات آماده ساخت ترانسفورماتور شده و تبدیل به ایران ترانسفورماتور می‌شوم.»

این محقق با تشریح خروجی ترانسفورماتور قدرت در پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» و احتمال تبدیل آن به محصول تولیدی می‌افزاید: «حاصل خروجی‌ها در ترانسفورماتورهای توزیع از 10 کاوا تا 2 هزار و 250 و 2 هزار و 300 کاوا بود و در نهایت موفق شدم به پشتیبان مناسبی با توجه به خروجی‌های گسترده‌ای که در پایان‌نامه ادعا کرده بودم، برسم.»

سلدوزی متذکر می‌شود: «این ادعا وقتی در آزمایشگاه‌ها مطرح شود و مورد تأیید قرار بگیرد، می‌تواند روی قیمت تمام شده ترانسفورماتورها تأثیرگذار باشد.»

بهینه‌سازی؛ مهم‌ترین نکته پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت»

وی بار دیگر بهینه‌سازی را مهم‌ترین نکته پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» می‌داند و ادامه می‌دهد: «کاهش هزینه و بهینه‌سازی مهم‌ترین هدفی بود که در پایان‌نامه به دنبال آن بودم و در صورت تولید محصول می‌توان آن را به صورت عملی نشان داد.»

حاصل خروجی‌ها در ترانسفورماتورهای توزیع از 10 کاوا تا 2 هزار و 250 و 2 هزار و 300 کاوا بود و در نهایت موفق شدم به پشتیبان مناسبی با توجه به خروجی‌های گسترده‌ای که در پایان‌نامه ادعا کرده بودم، برسم.

فارغ‌التحصیل دوره دکتری دانشگاه آزاد اسلامی یزد در مورد چگونگی کاهش هزینه ترانسفورماتورهای قدرت نیز متذکر می‌شود: «مس به کار رفته در ترانسفورماتورهای قدرت، فاصله ورق‌ها و اندازه آن، مقدار آهن به‌کار رفته شده و روغن روی قیمت تمام‌شده تأثیرگذار هستند.»

این محقق تأکید می‌کند: «با توجه به نیروهای مغناطیسی وارد شده در زمان اتصال کوتاه، درمان قطعی، راه‌اندازی مجدد و نیروهای وارده به ترانس (مس، ورق‌های هسته‌ داخل ترانسفورماتورهای قدرت در حال کار هستند و ابعاد و نور آن) نمی‌توان این قطعات را به‌راحتی کاهش یا افزایش داد.»

سلدوزی تبیین می‌کند: «با توجه به این پارامترها به ترانسفورماتورهای قدرت(به صورت تئوری) دست پیدا کردیم. از سوی دیگر از نرم‌افزار نیز در پایلوت براساس کاهش قیمت استفاده کردیم که مجله «وایلی» نیز با همین عنوان «بهینه‌سازی ترانسفورماتورهای قدرت» فعال است.»

وی اضافه می‌کند: «مقرر بود پایان‌نامه را به کنفرانسی در دانشگاه خواجه نصیر ارسال کنیم که دکتر اکبری صلاح ندانست؛ اما در نهایت پایان‌نامه را به جشنواره‌ هوک محاسباتی در مهندسی برق دانشگاه اصفهان و نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر جهاد دانشگاهی ارسال کردم.»

فارغ‌التحصیل دوره دکتری دانشگاه آزاد اسلامی یزد در پاسخ به این سؤال که آیا این پایان‌نامه می‌تواند منجر به تولید محصول شود و برای کشور اشتغالزایی کند؟ عنوان می‌کند: «پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» در صورتی به تولید محصول منجر می‌شود که یک آزمایشگاه فشار قوی داشته باشم تا بتوانم ترانس را مثلاً زیر بار سطح اتصال کوتاه قرار دهم یا دو فاز آن را به هم وصل کنم تا یک قدرت اتصال کوتاه از آن بگیرم. همانطور که گفتم تنها یک آزمایشگاه فشار قوی در دنیا وجود دارد که آن هم در هلند است.»

این محقق توضیح می‌دهد: «این آزمایشگاه در ایران تنها در سطح توزیع است، توزیع با قدرت تفاوت دارد. قدرت از 10 مگاولت آمپر تا 400 مگاولت آمپر است که این 400 مگاولت آمپر به‌صورت روتین بوده و بالاتر از این عدد خاص کشور چین است و بالاتر از یک‌هزار ترانس برق را راه‌اندازی می‌کند.»

پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» در صورتی به تولید محصول منجر می‌شود که یک آزمایشگاه فشار قوی داشته باشم تا بتوانم ترانس را مثلاً زیر بار سطح اتصال کوتاه قرار دهم یا دو فاز آن را به هم وصل کنم تا یک قدرت اتصال کوتاه از آن بگیرم.

سلدوزی با اشاره به فرضیه پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» می‌گوید: «فرضیه ما بهینه‌سازی ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده از الگوریتم ابتکاری جدید برای کاهش قیمت تمام‌شده ترانس بود. در مقایسه با سایر الگوریتم‌ها، الگوریتم هرس درختان پاسخ بهینه‌ای داشته است.»

این پژوهشگر ادامه می‌دهد: «اگر از یک محیط آکادمیک بگویند آیا طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت پاسخگو است؟ باید گفت که به آزمایشگاه‌های فشار قوی نیاز داریم تا این پایان‌نامه را به محصول تبدیل کنیم. در بحث توزیع نیز جواب مثبت گرفته‌ایم، یعنی طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت را با عنوان توزیع در پایان‌نامه‌ام ارائه کرده‌ام.»

طرح تبدیل «بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» از مرحله تئوری تا تجاری‌سازی

وی درباره تأثیرگذاری پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» و تبدیل آن از تئوری به تجاری‌سازی و تولید محصول اضافه می‌کند: «قطعاً در تولید محصول تأثیرگذار خواهد بود. می‌شود همراه با آریا ترانسفورماتور روی دو دستگاه ترانسفورماتور کار کرد و با صلاحدید دکتر اکبری و دکتر اسماعیلی قطعاً این موضوع مطرح خواهد شد. اگر بشود با این آزمایشگاه‌ها که خود در حال تولید تحت لیسانس هستند، همکاری کرد، خروجی آن تولید محصول خواهد بود.»

فارغ‌التحصیل دوره دکتری دانشگاه آزاد اسلامی یزد درباره انگیزه کار در موضوع پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» تبیین می‌کند: «به‌صورت مستقیم دو دستگاه ترانسفورماتور 30 مگاولت آمپر برق تهران را از پُست در زمان غیرپیک (در نیمه دوم سال) و دو دستگاه ترانسفورماتور 30 مگاولت آمپر را خارج کرده و دو دستگاه 40 مگاولت آمپر را جایگزین می‌کنیم. همین دو دستگاه 40 مگاولت آمپر یک سری آیتم‌هایی دارد که باید به آریا ترانسفورماتور ارائه کنید.»

سلدوزی ادامه می‌دهد: «باید همراه با ارائه دستگاه ترانسفورماتور مشخصات خود را اعلام کنید. (به عنوان مثال دستگاه من با توجه به فونداسیون پُست این است، کنسرواتور هم با توجه به قرارگیری فازها در غرب است یا در شرق؟ یا با توجه به دیواره‌های آتش چه ابعادی دارد) با توجه به پروژه، پایان‌نامه بنده هم در این زمینه انتخاب شد و تقویت پُست 63 در محدوده میرداماد نیز در این راستاست.»

حمیدرضا اکبری استاد راهنمای علی سلدوزی است و در نگارش پایان‌نامه «طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» او را راهنمایی کرده است. 

وی با تشریح ارزیابی خود از پایان‌نامه علی سلدوزی و این‌که آیا امیدوار است در آینده این پایان‌نامه کم‌نظیر تبدیل به تولید محصول شود؟ اظهار می‌کند: «این پایان‌نامه فعلاً به مرحله محصول نرسیده و در مرحله طراحی بهینه ترانس است و امکان توسعه دارد که بعداً از آن در طراحی ترانس استفاده کنند؛ اما فعلاً کاری انجام نشده و در مرحله تحقیقاتی است.»

استاد راهنمای علی سلدوزی به آنا می‌گوید: «اگر این طرح توسعه داده شده و ایرادهای جزئی برطرف شود، می‌تواند در مرحله طراحی ترانس، مثلاً در ایران ترانسفورماتور از این مقاله استفاده شده و ترانس‌های بهینه را طراحی کند. از نظر علمی تأیید شده و برای پیاده‌سازی تجاری هنوز جای کار وجود دارد.»

اکبری درباره جزئیات موضوع پایان‌نامه طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت تبیین می‌کند: «ترانسفورماتورهای قدرت گران‌ترین و توسعه‌یافته‌ترین تجهیزات سیستم قدرت هستند و قیمت آنها نیز بسیار بالاست، به همین دلیل طراحی‌ آن باید به‌گونه‌ای باشد که هم هزینه تمام‌شده ساخت پایین بیاید (از جمله مس‌، آهن، آی‌.اس‌) هم این‌که عملکرد و راندمان خوبی داشته باشد. یعنی تا جایی که ممکن است هزینه پایین باشد و راندمان و عملکرد بالا برود. هدف ما راندمان بهینه با حداقل هزینه ممکن بود، چراکه قیمت بالاست؛ حتی یک درصد هم راندمان بهینه شود به‌صرفه‌تر است.»

پایان‌نامه «طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» در مرحله طراحی بهینه ترانس است و امکان توسعه دارد که بعداً از آن در طراحی ترانس استفاده کنند، اما فعلاً در مرحله تحقیقاتی است.

وی در پاسخ به این پرسش که آیا طرح یا پایان‌نامه‌ای مشابه در جای دیگر هم انجام شده است؟ می‌گوید: «البته کارهای مشابه وجود دارد؛ اما روش‌ها متفاوت است. هزینه این روش جدید در مقایسه با به روش‌های دیگر پایین‌تر است با راندمان و عملکرد بیشتر. مزیت اصلی این طرح در مقایسه با روش‌های دیگر هزینه کم آن است.»

این کارشناس حوزه برق قدرت متذکر می‌شود: «طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت در صنعت برق، نیروگاه، انتقال و توزیع قابلیت استفاده داشته و کاربردهای زیادی دارد.»

«طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» چندساله به محصول تبدیل می‌شود؟

اکبری یادآور می‌شود: «کاربرد اصلی این طرح پایین‌آوردن هزینه تمام شده است، چراکه ترانسفورماتور قیمت تمام شده خیلی بالایی دارد. از سوی دیگر حتی اگر راندمان آن حتی یک درصد هم بالا برود، صرفه‌جویی زیادی دارد.»

وی در تعریف ترانسفورماتورهای قدرت به آنا می‌گوید: «ترانسفورماتور قدرت وسیله‌ای است که سطح ولتاژ را تغییر داده و به سطح ولتاژ اقتصادی می‌رساند (چه برای انتقال، چه برای توزیع، چه برای مصرف و چه برای تولید) و سطح ولتاژ را تقلیل می‌دهد تا به سطح ولتاژ اقتصادی برسد، در حالی که فرکانس ثابت است.»

استاد راهنمای سلدوزی در پاسخ به سؤال دیگری مبنی بر این‌که آیا این صرفه‌‌جویی می‌تواند مردم را از نگرانی در مورد کاهش انرژی برق رها کند یا خیر؟ بیان می‌کند: «مزیتش همان دو موضوعی است که گفتم. هم در مرحله ساخت هزینه کمتری دارد و هم در مرحله عملکرد که راندمان بهتر و تلفات کمتری دارد.»

اکبری درباره هزینه‌ای که باید صرف شود تا «طرح بهینه ترانسفورماتورهای قدرت» تبدیل به محصول شود، می‌افزاید: «ابتدا نرم‌افزار آن باید توسعه داده شده و تجاری شود، سپس شرکت‌های ترانسفورماتورسازی می‌توانند از نرم‌افزار آن استفاده کنند که ترانس را به‌صورت بهینه تبلیغ کنند. آنها می‌توانند این طرح را از دانشگاه خریداری کنند،؛ اما باید یک تیم نرم‌افزاری باشد که روی آن کار کرده، توسعه داده و آن را کاربردی کند، الان از نظر علمی و تئوری تأیید و کار شده است.»

وی مطرح می‌کند: «اگر روی این طرح کار شود و پشتکار همراه آن باشد، فکر می‌کنم طی دو سال این طرح به محصول تبدیل می‌شود.»

انتهای پیام/4078/4062/پ