Czym są elastyczne systemy przesyłania prądu przemiennego?

Czym są elastyczne systemy przesyłowe prądu przemiennego?

Definicja FACTS

Elastyczne systemy przesyłowe prądu przemiennego (FACTS) to systemy wykorzystujące elektronikę mocy do poprawy kontroli i przesyłu energii w sieciach przesyłowych prądu przemiennego.

• Cechy FACTS

• Szybka regulacja napięcia

• Zwiększenie przesyłu mocy na długich liniach prądu przemiennego

• Kontrola przepływu ładunku w zespolonych systemach

Dzięki temu znacznie poprawia się stabilność i wydajność istniejących i przyszłych systemów przesyłowych. Dzięki elastycznym systemom przesyłowym prądu przemiennego (FACTS), firmy energetyczne mogą lepiej wykorzystać istniejące sieci, zwiększyć dostępność i niezawodność swoich linii, oraz poprawić dynamiczną i przejściową stabilność sieci, zapewniając lepszą jakość dostawy.

Wpływ przepływu mocy biernej na napięcie systemu energetycznego

Kompensacja mocy biernej

Obciążenia konsumentów wymagają ciągle zmieniającej się mocy biernej, co zwiększa straty przesyłowe i wpływa na napięcie w sieci. Aby zapobiec dużym wahaniom napięcia lub awariom, ta moc bierna musi być zbilansowana. Pasywne komponenty, takie jak reaktory lub kondensatory, mogą dostarczać indukcyjną lub pojemnościową moc biernej. Szybka i precyzyjna kompensacja mocy biernej, wykorzystująca komponenty sterowane tystronami, może poprawić efektywność i kontrolę przesyłu, zastępując wolniejsze przełączniki mechaniczne.

Efekty przepływu mocy biernej

Przepływ mocy biernej ma następujące efekty:

• Zwiększenie strat w systemach przesyłowych

• Dodatkowe obciążenie instalacji elektrowni

• Zwiększenie kosztów eksploatacji

• Duży wpływ na odchylenia napięcia w systemie

• Zmniejszenie wydajności obciążeń przy niskim napięciu

• Ryzyko przepalenia izolacji przy wysokim napięciu

• Ograniczenie przesyłu mocy

• Granice stabilności stacjonarnej i dynamicznej

Równolegle i szeregowo

Rys. pokazuje najpopularniejsze dzisiaj urządzenia kompensacji równoległej, ich wpływ na najważniejsze parametry przesyłowe oraz typowe zastosowania.

Rys.: Równanie mocy czynnej/kąta przesyłu ilustruje, które komponenty FACTS selektywnie wpływają na jakie parametry przesyłowe.

Systemy ochrony i sterowania

Aby poprawić zarządzanie redundancją, opracowano specjalne moduły uzupełniające system automatyzacji SIMATIC TDC. Te moduły emitują sygnały wyzwalające do tystronowych zaworów i zajmują mniej miejsca niż poprzednia technologia. 

Elastyczny design interfejsu SIMATIC TDC umożliwia łatwe zastąpienie istniejących systemów. Ta integracja może być wykonana z minimalnym opóźnieniem, zapewniając, że wartości pomiarowe ze starych systemów są przetwarzane przez nowy system sterujący. Efektywność przestrzenna SIMATIC TDC umożliwia również konfigurację równoległą z istniejącymi systemami.

Interfejs człowiek-maszyna. Interfejs między operatorem a zakładem. (HMI = Human Machine Interface) jest standaryzowany.System wizualizacji SIMATIC Win CC, który dalej upraszcza operacje i ułatwia adaptację interfejsów graficznych do wymagań operatora.

Aparatura sterowania i ochrony

Siemens oferuje najnowocześniejsze rozwiązania sterowania i ochrony dla FACTS – sprawdzony system automatyzacji SIMATIC TDC (Technology and Drive Control). SIMATIC TDC jest używany na całym świecie prawie we wszystkich gałęziach przemysłu i udowodnił swoją skuteczność zarówno w produkcji, jak i inżynierii procesowej, a także w wielu aplikacjach HVDC i FACTS. 

Personel operacyjny i inżynierowie planistyczni pracują wyłącznie na standardowej, uniwersalnej platformie sprzętowej i programowej, co umożliwia im szybsze wykonywanie wymagających zadań. Jednym z głównych aspektów w rozwoju tego systemu automatyzacji było zapewnienie najwyższej dostępności systemów FACTS – dlatego wszystkie systemy sterowania i ochrony, a także linki komunikacyjne, są konfigurowane redundantnie (jeśli klient tego zażąda).

Nowa technologia instrumentacji i sterowania pozwala również na użycie wysokiej wydajności rejestratora awarii działającego z częstotliwością próbkowania 25 kHz. Nowa technologia instrumentacji i sterowania zmniejsza okres między rejestracją awarii a wydrukowaniem raportu awarii z kilku minut (wcześniej) do 10 sekund (teraz).

Konwertery dla FACTS

LTT – Tystrytory wyzwalane światłem

Tystrytory kontrolują pasywne komponenty w systemach kompensacji mocy biernej. System bezpośredniego wyzwalania światłem firmy Siemens aktywuje tystrytory impulsami światła o długości 10 mikrosekund i mocy 40 miliwatów. To urządzenie obejmuje ochronę przed nadmiernym napięciem, co czyni je samochroniącym, jeśli napięcie przódowe przekroczy granice.

 Impuls światła podróżuje przez światłowody od sterownika zaworu do bramki tystrytoru. Konwencjonalne systemy wykorzystują tystrytory elektrycznie wyzwalane, co wymaga impulsów o mocy kilku watów generowanych przez pobliskie urządzenia elektroniczne. Bezpośrednie wyzwalanie światłem redukuje elementy elektryczne w zaworze tystrytorowym o 80%, poprawiając niezawodność i zgodność elektromagnetyczną. Ponadto nowa technologia tystrytorowa zapewnia długoterminową dostępność komponentów elektronicznych przez co najmniej 30 lat.

Zawory tystrytorowe firmy Siemens są montowane z 4-calowych lub 5-calowych tystrytorów, w zależności od wymaganej zdolności nośnej/prądów nominalnych. Technologia tystrytorów jest pod stałą rozwijana od początku lat 60. Obecnie tystrytory mogą bezpiecznie i ekonomicznie obsługiwać napięcia blokady do 8-kilowolt i prądy nominalne do 4200 amperów.