Какви са FACTS и защо са необходими в електроенергийните системи
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) се отнася до система, основана на електрониката за високи напрежения, която използва статични устройства за подобряване на способността за пренос на мощност и контролируемостта на мрежите за пренос на алтернативен ток.
Тези електронни устройства са интегрирани в конвенционалните мрежи за алтернативен ток, за да бъдат подобрени ключови показатели за производителност, включително:
Преди появата на ключови компоненти за високи напрежения, проблеми като дисбаланс на реактивната мощност и стабилност се решаваха чрез използване на механични ключове за свързване на кондензатори, реактори или синхронни генератори. Обачно, механичните ключове имаха критични недостатъци: бавно реагиране, механичен износ и ниска надеждност - което ограничаваше техния ефект при оптимизирането на контролируемостта и стабилността на линиите за пренос.
Развитието на ключови компоненти за високи напрежения (например, тиритори) позволи създаването на контролери FACTS, революционизирайки управлението на мрежите за алтернативен ток.
Защо са необходими устройствата FACTS в електроенергийните системи?
Стабилна електроенергийна система изисква точна координация между производството и потреблението. С нарастването на потреблението на електроенергия, максимизирането на ефективността на всички компоненти на мрежата става съществено - и устройствата FACTS играят ключова роля в тази оптимизация.
Електрическата мощност се класифицира на три типа: активна мощност (полезна/истинска мощност за крайна употреба), реактивна мощност (възникваща от елементи, които съхраняват енергия в потребителите) и явна мощност (векторна сума на активната и реактивната мощност). Реактивната мощност, която може да бъде индуктивна или капацитивна, трябва да бъде балансирана, за да се предотврати нейният неуправляем пренос през линиите за пренос - непод контрол реактивна мощност намалява способността на мрежата да пренася активна мощност.
Техники за компенсация (за балансиране на индуктивната и капацитивната реактивна мощност чрез доставяне или абсорбиране) са следователно критически. Тези техники подобряват качеството на електроенергията и увеличават ефективността на преноса.
Видове техники за компенсация
Техниките за компенсация се класифицират в зависимост от начина, по който устройствата са свързани с електроенергийната система:
1. Серийна компенсация
При серийната компенсация, устройствата FACTS са свързани в серия с мрежата за пренос. Тези устройства обикновено функционират като променливи импеданси (например, кондензатори или индуктори), с серийните кондензатори като най-общи.
Този метод е широко използван в линии за пренос на много високо и изключително високо напрежение (EHV и UHV) за значително подобряване на способността за пренос на мощност.
Способността за пренос на мощност на линия за пренос без използване на компенсационно устройство;
Където,
V1 = Напрежение на изхода
V2 = Напрежение на входа
XL = Индуктивна реактивност на линията за пренос
δ = Фазов ъгъл между V1 и V2
P = Пренасяна мощност по фаза
Сега, свързваме кондензатор в серия с линията за пренос. Капацитивната реактивност на този кондензатор е XC. Така, общата реактивност е XL-XC. Следователно, с компенсационно устройство, способността за пренос на мощност е дадена от;
Факторът k е известен като фактор на компенсация или степен на компенсация. Обикновено, стойността на k е между 0.4 и 0.7. Да приемем, че стойността на k е 0.5.
Така, е очевидно, че използването на серийни компенсационни устройства може да увеличи способността за пренос на мощност с около 50%. При използване на серийни кондензатори, фазовият ъгъл (δ) между напрежението и тока е по-малък в сравнение с некомпенсирана линия. По-малка стойност на δ подобрява стабилността на системата - т.е., при същия обем на пренасяната мощност и идентични параметри на изхода и входа, компенсираната линия предлага значително по-добра стабилност от некомпенсираната.
Паралелна компенсация
В линия за пренос на високо напрежение, големината на напрежението на входа зависи от условията на натоварване. Капацитетът играе важна роля в линията за пренос на високо напрежение.
Когато линията за пренос е натоварена, потребителят изисква реактивна мощност, която първоначално се доставя от вградения капацитет на линията. Но, когато натоварването надхвърли SIL (Surge Impedance Loading), повишението на изискването за реактивна мощност води до значително спадане на напрежението на входа.
За справяне с това, банки от кондензатори се свързват паралелно с линията за пренос на входа. Тези банки доставят допълнителната реактивна мощност, необходима за ефективно противодействие на спадането на напрежението на входа.
Увеличаването на капацитета на линията води до повишаване на напрежението на входа.
Когато линията за пренос е слабо натоварена (т.е., натоварването е под SIL), изискването за реактивна мощност е по-малко от реактивната мощност, генерирана от капацитета на линията. В този случай, напрежението на входа става по-високо от напрежението на изхода - феномен, известен като ефект на Феранти.
За предотвратяване на това, реактори се свързват паралелно с линията за пренос на входа. Тези реактори абсорбират излишната реактивна мощност от линията, осигурявайки, че напрежението на входа остава на неговата номинална стойност.
