Was sind Flexible AC-Übertragungssysteme?

Was sind Flexible AC-Übertragungssysteme?

FACTS-Definition

Flexible AC-Übertragungssysteme (FACTS) sind Systeme, die Leistungselektronik verwenden, um die Steuerung und den Energieübertrag in AC-Übertragungsnetzen zu verbessern.

• Merkmale von FACTS

• Schnelle Spannungsregelung

• Erhöhte Energieübertragung über lange AC-Leitungen

• Dämpfung von Wirkleistungsschwingungen

• Stromflusssteuerung in verzweigten Systemen

Dadurch wird die Stabilität und Leistungsfähigkeit bestehender und zukünftiger Übertragungssysteme erheblich verbessert. Mit Flexible AC-Übertragungssystemen (FACTS) können Energieversorgungsunternehmen ihre bestehenden Netze besser nutzen, die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ihrer Leitungen erhöhen und die dynamische und transiente Netzstabilität verbessern, wodurch eine bessere Versorgungsqualität gewährleistet wird.

Einfluss des Blindleistungflusses auf das Netzspannungssystem

Blindleistungskompensation

Verbraucherlasten benötigen kontinuierlich variierende Blindleistung, was die Übertragungsverluste erhöht und die Spannung im Netz beeinflusst. Um hohe Spannungsschwankungen oder Stromausfälle zu vermeiden, muss diese Blindleistung ausgeglichen werden. Passive Komponenten wie Drosseln oder Kondensatoren können induktive oder kapazitive Blindleistung liefern. Schnelle und präzise Blindleistungskompensation mit thyristor-gesteuerten und -geschalteten Komponenten kann die Übertragungseffizienz und -steuerung verbessern und langsamere mechanische Schalter ersetzen.

Auswirkungen des Blindleistungflusses

Der Blindleistungfluss hat folgende Auswirkungen:

• Zunahme der Verluste im Übertragungssystem

• Zusätzliche Anlagen in Kraftwerken

• Zusätzliche Betriebskosten

• Signifikanter Einfluss auf die Spannungsabweichung im System

• Verschlechterung der Lastleistung bei Unterpannung

• Risiko eines Isolierungsbruchs bei Überpannung

• Einschränkung des Energieübertrags

• Grenzwerte für stationäre und dynamische Stabilität

Parallelschaltung und Reihenschaltung

Die Abbildung zeigt die heute am häufigsten verwendeten Shunt-Kompensationseinrichtungen, ihren Einfluss auf die wichtigsten Übertragungsparameter und typische Anwendungen.

Abbildung: Die Gleichung für aktive Leistung / Übertragungswinkel illustriert, welche FACTS-Komponenten selektiv welche Übertragungsparameter beeinflussen.

Schutz- und Steuersysteme

Um die Redundanzverwaltung zu verbessern, wurden spezielle Module entwickelt, um das SIMATIC TDC-Automatisierungssystem zu ergänzen. Diese Module geben Auslösesignale an Thyristorventile ab und nehmen weniger Platz ein als frühere Technologien. 

Das flexible Schnittstellendesign des SIMATIC TDC ermöglicht es, bestehende Systeme leicht zu ersetzen. Diese Integration kann mit minimaler Verzögerung durchgeführt werden, wodurch sichergestellt ist, dass Messwerte aus alten Systemen vom neuen Steuersystem verarbeitet werden. Die Raumeffizienz des SIMATIC TDC ermöglicht auch eine parallele Konfiguration mit bestehenden Systemen.

Mensch-Maschine-Schnittstelle.Die Schnittstelle zwischen dem Bediener und der Anlage.(HMI = Human Machine Interface) ist standardisiert.Das SIMATIC Win CC-Visualisierungssystem vereinfacht die Bedienung weiter und erleichtert die Anpassung grafischer Benutzeroberflächen an die Anforderungen des Bedieners.

Hardware für Steuerung und Schutz

Siemens bietet die neueste Steuerungs- und Schutztechnologie für FACTS – das bewährte SIMATIC TDC (Technology and Drive Control)-Automatisierungssystem. SIMATIC TDC wird weltweit in fast jeder Branche eingesetzt und hat sich sowohl in der Fertigung als auch in der Prozessautomatisierung sowie in vielen HVDC- und FACTS-Anwendungen bewährt. 

Bediener und Projektplaner arbeiten ausschließlich mit einer standardisierten, universellen Hard- und Softwareplattform, die es ihnen ermöglicht, anspruchsvolle Aufgaben schneller zu erledigen. Eine der Hauptüberlegungen bei der Entwicklung dieses Automatisierungssystems war, die höchstmögliche Verfügbarkeit der FACTS sicherzustellen – daher sind alle Steuerungs- und Schutzsysteme sowie die Kommunikationsverbindungen redundant konfiguriert (falls vom Kunden gewünscht).

Die neue Messtechnik und Steuerungstechnik ermöglicht auch die Verwendung eines leistungsstarken Fehlerrekorders, der mit einer Abtastrate von 25 kHz arbeitet. Die neue Messtechnik und Steuerungstechnik reduziert die Zeit zwischen der Fehleraufzeichnung und der Ausgabe des Fehlerberichts von mehreren Minuten (früher) auf 10 Sekunden (jetzt).

Umformer für FACTS

LTT – Lichtgesteuerte Thyristoren

Thyristoren steuern passive Komponenten in Blindleistungskompensationssystemen. Das direkte Lichtauslösesystem von Siemens aktiviert Thyristoren mit einem 10-Mikrosekunden-Lichtimpuls bei 40 Milliwatt. Dieses Gerät enthält einen Überspannungsschutz, sodass es selbstschützend wirkt, wenn die Vorwärtsspannung die Grenzwerte überschreitet.

 Der Lichtimpuls reist durch Glasfasern vom Ventilsteuergerät zum Thyristor-Gate. Konventionelle Systeme verwenden elektrisch ausgelöste Thyristoren, die Pulsen von mehreren Watt bedürfen, die von nahegelegenen elektronischen Geräten erzeugt werden. Das direkte Lichtauslösen reduziert die elektrischen Komponenten im Thyristorventil um 80%, verbessert die Zuverlässigkeit und die elektromagnetische Verträglichkeit. Darüber hinaus stellt die neue Thyristortechnologie die langfristige Verfügbarkeit von Elektronikkomponenten für mindestens 30 Jahre sicher.

Thyristorventile von Siemens werden aus 4-Zoll- oder 5-Zoll-Thyristoren zusammengesetzt, je nach erforderlicher Stromtragfähigkeit/Nennstrom. Die Thyristortechnologie wird seit den frühen 1960er Jahren ständig weiterentwickelt. Derzeit können Thyristoren sicher und wirtschaftlich Sperrspannungen von bis zu 8 Kilovolt und Nennströme von bis zu 4.200 Ampere handhaben.