Cosa sono i sistemi di trasmissione AC flessibili?

Cos'è un Sistema di Trasmissione AC Flessibile?

Definizione dei Sistemi FACTS

I Sistemi di Trasmissione AC Flessibili (FACTS) sono definiti come sistemi che utilizzano l'elettronica di potenza per migliorare il controllo e il trasferimento di energia nelle reti di trasmissione AC.

• Caratteristiche dei Sistemi FACTS

• Regolazione rapida della tensione

• Aumento del trasferimento di potenza su linee AC lunghe

• Smorzamento delle oscillazioni di potenza attiva

• Controllo del flusso di carico in sistemi intrecciati

Ciò migliora significativamente la stabilità e le prestazioni dei sistemi di trasmissione esistenti e futuri. Con i Sistemi di Trasmissione AC Flessibili (FACTS), le compagnie elettriche possono sfruttare meglio le reti esistenti, aumentare la disponibilità e affidabilità delle loro linee, migliorare la stabilità dinamica e transitoria della rete, garantendo una qualità di fornitura superiore.

Influenza del Flusso di Potenza Reattiva sulla Tensione del Sistema Elettrico

Compensazione della Potenza Reattiva

I carichi dei consumatori richiedono una potenza reattiva che varia continuamente, aumentando le perdite di trasmissione e influenzando la tensione nella rete. Per prevenire fluttuazioni di tensione elevate o interruzioni di energia, questa potenza reattiva deve essere bilanciata. Componenti passivi come reattori o condensatori possono fornire potenza reattiva induttiva o capacitiva. La compensazione rapida e precisa della potenza reattiva, utilizzando componenti comandati e controllati da tiristori, può migliorare l'efficienza e il controllo della trasmissione, sostituendo interruttori meccanici più lenti.

Effetti del Flusso di Potenza Reattiva

Il flusso di potenza reattiva ha gli effetti seguenti:

• Aumento delle perdite nel sistema di trasmissione

• Aggiunta alle installazioni delle centrali elettriche

• Aumento dei costi operativi

• Influenza significativa sulle deviazioni di tensione del sistema

• Degrado delle prestazioni del carico in caso di tensione bassa

• Rischio di rottura dell'isolamento in caso di sovratensione

• Limitazione del trasferimento di potenza

• Limiti di stabilità statica e dinamica

Parallelo e Serie

La figura mostra i dispositivi di compensazione shunt più comuni oggi, la loro influenza sui parametri di trasmissione più importanti e le applicazioni tipiche.

Fig.: L'equazione del potenza attiva/angolo di trasmissione illustra quali componenti FACTS influenzano selettivamente i parametri di trasmissione.

Sistemi di Protezione e Controllo

Per migliorare la gestione della ridondanza, sono stati sviluppati moduli speciali per integrare il sistema di automazione SIMATIC TDC. Questi moduli emettono segnali di accensione ai valvole di tiristori e occupano meno spazio rispetto alla tecnologia precedente. 

La flessibile progettazione delle interfacce del SIMATIC TDC consente di sostituire facilmente i sistemi esistenti. Questa integrazione può essere realizzata con un ritardo minimo, assicurando che i valori misurati dai vecchi sistemi vengano elaborati dal nuovo sistema di controllo. L'efficienza spaziale del SIMATIC TDC permette anche una configurazione parallela con i sistemi esistenti.

Interfaccia Uomo-Macchina. L'interfaccia tra l'operatore e l'impianto (HMI = Human Machine Interface) è standardizzata. Il sistema di visualizzazione SIMATIC Win CC semplifica ulteriormente l'operazione e facilita l'adattamento delle interfacce grafiche alle esigenze dell'operatore.

Hardware per Controllo e Protezione

Siemens offre il più recente controllo e protezione per i Sistemi FACTS - il sistema di automazione SIMATIC TDC (Technology and Drive Control) ampiamente testato. Il SIMATIC TDC è utilizzato in tutto il mondo in quasi ogni settore e si è dimostrato in produzione e ingegneria dei processi, nonché in molte applicazioni HVDC e FACTS. 

Il personale operativo e gli ingegneri di progettazione lavorano esclusivamente con una piattaforma hardware e software standardizzata e universale, consentendo loro di svolgere compiti impegnativi più rapidamente. Uno degli aspetti principali nello sviluppo di questo sistema di automazione è stato assicurare la massima disponibilità dei Sistemi FACTS - per questo motivo, tutti i sistemi di controllo e protezione, così come i collegamenti di comunicazione, sono configurati in modo ridondante (se richiesto dal cliente).

La nuova tecnologia di strumentazione e controllo consente anche l'utilizzo di un registratore di guasti ad alta prestazione con un tasso di campionamento di 25 kHz. La nuova tecnologia di strumentazione e controllo riduce il tempo tra la registrazione del guasto e la stampa del rapporto di guasto da diversi minuti (precedentemente) a 10 secondi (attualmente).

Convertitore per i Sistemi FACTS

LTT – Tiristori Attivati a Luce

I tiristori controllano i componenti passivi nei sistemi di compensazione della potenza reattiva. Il sistema di attivazione diretta a luce di Siemens attiva i tiristori con un impulso luminoso di 10 microsecondi a 40 milliwatt. Questo dispositivo include protezione contro sovratensione, rendendolo autosufficiente se la tensione in avanti supera i limiti.

L'impulso luminoso viaggia attraverso fibre ottiche dal controllo della valvola al gate del tiristoro. I sistemi convenzionali utilizzano tiristori attivati elettricamente, richiedendo impulsi di diversi watt generati da apparecchiature elettroniche vicine. L'attivazione diretta a luce riduce i componenti elettrici nella valvola del tiristoro del 80%, migliorando l'affidabilità e la compatibilità elettromagnetica. Inoltre, la nuova tecnologia dei tiristori garantisce la disponibilità a lungo termine dei componenti elettronici per almeno 30 anni.

Le valvole di tiristoro di Siemens sono assemblate da tiristori da 4 pollici o 5 pollici, a seconda della capacità di corrente/rating richiesta. La tecnologia dei tiristori è in continua evoluzione dagli inizi degli anni '60. Attualmente, i tiristori possono gestire in modo sicuro ed economico tensioni di blocco fino a 8 kV e correnti nominali fino a 4.200 ampere.