Wat is FAKTAS en waarom word hulle in kragstelsels benodig?

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) verwys na 'n krag-elektronika-gebaseerde stelsel wat statiese toestelle gebruik om die kragoordra-vermoë en beheerbaarheid van AC-oordra-stelsels te verbeter.

Hierdie krag-elektronika-toestelle word geïntegreer in konvensionele AC-netwerke om sleutelvermoeëns te verhoog, insluitend:

• Kragoordra-vermoë van oordra-lyne

• Spanningsstabiliteit en tussentydse stabiliteit

• Nauwkeurigheid van spanningsbeheer

• Stelselbetroubaarheid

• Termiese grense van oordra-infrastruktuur

Vóór die komst van krag-elektronika-skakelaars, is probleme soos reaktiewe kragonevenwichtigheid en stabiliteit aangepak deur middel van meganiese skakelaars om kondensators, reactors of synchrone generaators aan te sluit. Meganiese skakelaars het egter kritiese nadele gehad: lang antwoordtye, meganiese sloop en swak betroubaarheid – wat hul effektiwiteit in die optimalisering van oordra-lynbeheer en stabiliteit beperk het.

Die ontwikkeling van hoogspanning krag-elektronika-skakelaars (bv. thyristors) het die skepping van FACTS-beheerders moontlik gemaak, wat AC-netwerkbestuur omwentel het.

Waarom is FACTS-toestelle nodig in kragstelsels?

'n Stabile kragstelsel vereis presiese koördinering tussen opwekking en vraag. Met die groeiende elektrisiteitsvraag, word dit noodsaaklik om die doeltreffendheid van alle netwerkkomponente te maksimeer – en hier speel FACTS-toestelle 'n kardinale rol in hierdie optimalisering.

Elektriese krag word in drie tipes geklassifiseer: aktiewe krag (bruikbare/ware krag vir eindgebruik), reaktiewe krag (veroorzaak deur energie-opslag-elemente in lasse) en kenmerkende krag (vektor som van aktiewe en reaktiewe krag). Reaktiewe krag, wat indiktief of kapasitief kan wees, moet gebalanseer word om te voorkom dat dit ongekontroleerd deur oordra-lyne vloei – ongekontroleerde reaktiewe krag verminder die netwerk se vermoë om aktiewe krag te oordra.

Kompleteringstegnieke (om inductiewe en kapasiewe reaktiewe krag te balanseer deur dit te verskaf of te absorbeer) is dus krities belangrik. Hierdie tegnieke verbeter kragkwaliteit en verhoog oordra-effektiwiteit.

Tipes Kompleteringstegnieke

Kompleteringstegnieke word geklassifiseer op grond van hoe toestelle met die kragstelsel verbonden word:

1. Reeks-kompletering

By reeks-kompletering word FACTS-toestelle in reeks met die oordra-netwerk verbonden. Hierdie toestelle handel tipies as veranderlike impedansies (bv. kondensators of inductors), met reeks-kondensators as die mees algemene.

Hierdie metode word wyd gebruik in EHV (Ekstra Hoogs Spanning) en UHV (Ultra Hoogs Spanning) oordra-lyne om hul kragoordra-vermoë aansienlik te verbeter.

Die kragoordra-vermoë van 'n oordra-lyn sonder die gebruik van 'n kompleteringstoestel;

Waar,

• V₁ = Sending-einde-spanning

• V₂ = Ontvangs-einde-spanning

• X_L = Induktiewe reaksie van die oordra-lyn

• δ = Fasehoek tussen V₁ en V₂

• P = Oorgedrae krag per fase

Ons sluit nou 'n kondensator in reeks met die oordra-lyn. Die kapasiewe reaksie van hierdie kondensator is XC. Dus, die totale reaksie is XL-XC. Met 'n kompleteringstoestel word die kragoordra-vermoë gegee deur;

Die faktor k staan bekend as die kompleteringfaktor of graad van kompletering. Gewoonlik lê die waarde van k tussen 0.4 en 0.7. Laat ons aanneme die waarde van k is 0.5.

Dit is dus duidelik dat die gebruik van reeks-kompleteringstoestelle die kragoordra-vermoë met ongeveer 50% kan verhoog. Wanneer reeks-kondensators gebruik word, is die fasehoek (δ) tussen spanning en stroom kleiner in vergelyking met 'n ongekompleteerde lyn. 'n Kleiner δ-waarde verhoog stelselstabiliteit – dit beteken, vir dieselfde kragoordra-volume en identiese sending- en ontvangs-einde parameters, bied 'n gekompleteerde lyn aansienlik beter stabiliteit as 'n ongekompleteerde een.

Shunt-kompletering

In 'n hoogs spannings oordra-lyn, hang die grootte van die ontvangs-einde-spanning af van die belastingstoestand. Kapasiteit speel 'n belangrike rol in hoogs spannings oordra-lyne.

Wanneer 'n oordra-lyn belaai word, vereis die belasting reaktiewe krag, wat aanvanklik deur die lyn se inhere kapasiteit verskaf word. Wanneer die belasting egter die SIL (Surge Impedance Loading) oorskry, lei die verhoogde reaktiewe kragvraag tot 'n beduidende spanning-val by die ontvangs-einde.

Om hierdie te aanspreek, word kondensatorbankke parallel met die oordra-lyn by die ontvangs-einde aangesluit. Hierdie bankke verskaf die addisionele reaktiewe krag wat benodig word, wat effektief die spanning-val by die ontvangs-einde verlig.

'n Toename in lynkapasiteit lei tot 'n styging in die ontvangs-einde-spanning.

Wanneer 'n oordra-lyn lig belaai is (d.w.s. die belasting is onder SIL), is die reaktiewe kragvraag minder as die reaktiewe krag wat deur die lyn se kapasiteit gegenereer word. In hierdie scenario word die ontvangs-einde-spanning hoër as die sending-einde-spanning – 'n fenomeen bekend as die Ferranti-effek.

Om dit te voorkom, word shunt-reactors parallel met die oordra-lyn by die ontvangs-einde aangesluit. Hierdie reactors absorbeer die oormaat aan reaktiewe krag van die lyn, wat verseker dat die ontvangs-einde-spanning by sy gestelde waarde bly.