Què són els FACTS i per què són necessaris en els sistemes elèctrics
El sistema FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) es un sistema basado en electrónica de potencia que utilitza dispositius estàtics per millorar la capacitat de transferència i la controlabilitat de les xarxes de transmissió d'AC.
Aquests dispositius electrònics de potència s'integren en les xarxes convencionals d'AC per augmentar els principals indicadors de rendiment, incloent:
Abans de l'aparició dels commutadors electrònics de potència, problemes com el desequilibri de potència reactiva i la estabilitat es resolien utilitzant commutadors mecànics per connectar condensadors, reactòrs o generadors síncrons. No obstant això, els commutadors mecànics tenien greus inconvenients: temps de resposta lents, desgast mecànic i baixa fiabilitat, limitant la seva eficàcia en l'optimització de la controlabilitat i la estabilitat de les línies de transmissió.
El desenvolupament de commutadors electrònics de potència de alta tensió (per exemple, tiristors) va permetre la creació de controladors FACTS, revolucionant la gestió de les xarxes d'AC.
Per què són necessaris els dispositius FACTS en els sistemes elèctrics?
Un sistema elèctric estable requereix una coordinació precisa entre la generació i la demanda. A mesura que la demanda d'electricitat creix, maximitzar l'eficiència de tots els components de la xarxa es converteix en essencial, i els dispositius FACTS juguen un paper clau en aquesta optimització.
La potència elèctrica es categoritza en tres tipus: potència activa (potència útil/veritable per a l'ús final), potència reactiva (causada pels elements de càrrega que emmagatzemen energia) i potència aparent (suma vectorial de la potència activa i reactiva). La potència reactiva, que pot ser inductiva o capacitiva, ha de estar equilibrada per evitar que flueixi a través de les línies de transmissió; la potència reactiva no controlada redueix la capacitat de la xarxa per transmetre potència activa.
Les tècniques de compensació (per equilibrar la potència reactiva inductiva i capacitiva proporcionant-la o absorbint-la) són, per tant, crítiques. Aquestes tècniques milloren la qualitat de la potència i incrementen l'eficiència de la transmissió.
Tipus de Tècniques de Compensació
Les tècniques de compensació es classifiquen segons com estiguin connectats els dispositius al sistema elèctric:
1. Compensació en Sèrie
En la compensació en sèrie, els dispositius FACTS estan connectats en sèrie amb la xarxa de transmissió. Aquests dispositius actuen típicament com impedàncies variables (per exemple, condensadors o reactòrs), amb els condensadors en sèrie sent els més comuns.
Aquest mètode és ampliament utilitzat en línies de transmissió EHV (Extra High Voltage) i UHV (Ultra High Voltage) per millorar significativament la seva capacitat de transferència de potència.
La capacitat de transferència de potència d'una línia de transmissió sense utilitzar un dispositiu de compensació;
On,
V1 = Tensió a l'extrem d'enviament
V2 = Tensió a l'extrem de recepció
XL = Reactància inductiva de la línia de transmissió
δ = Angle de fase entre V1 i V2
P = Potència transferida per fase
Ara, connectem un condensador en sèrie amb la línia de transmissió. La reactància capacitiva d'aquest condensador és XC. Així, la reactància total és XL-XC. Per tant, amb un dispositiu de compensació, la capacitat de transferència de potència és donada per;
El factor k és conegut com a factor de compensació o grau de compensació. Generalment, el valor de k es troba entre 0,4 i 0,7. Suposem que el valor de k és 0,5.
Així, és evident que l'ús de dispositius de compensació en sèrie pot augmentar la capacitat de transferència de potència en aproximadament un 50%. Quan s'utilitzen condensadors en sèrie, l'angle de fase (δ) entre tensió i corrent és menor comparat amb una línia sense compensar. Un valor menor de δ millora la estabilitat del sistema, és a dir, per a la mateixa quantitat de potència transferida i els mateixos paràmetres d'extrem d'enviament i de recepció, una línia compensada ofereix una estabilitat significativament millor que una línia sense compensar.
Compensació en Paral·lel
En una línia de transmissió de alta tensió, la magnitud de la tensió a l'extrem de recepció depèn de la condició de càrrega. La capacitance joca un paper important en la línia de transmissió de alta tensió.
Quan una línia de transmissió està carregada, la càrrega requereix potència reactiva, que inicialment es proporciona per la capacitance inherent de la línia. No obstant això, quan la càrrega excedeix la SIL (Surge Impedance Loading), la major demanda de potència reactiva provoca una caiguda significativa de tensió a l'extrem de recepció.
Per abordar això, es connecten bancs de condensadors en paral·lel amb la línia de transmissió a l'extrem de recepció. Aquests bancs proporcionen la potència reactiva addicional necessària, mitigan eficientment la caiguda de tensió a l'extrem de recepció.
Un augment de la capacitance de la línia porta a un increment de la tensió a l'extrem de recepció.
Quan una línia de transmissió està lleugerament carregada (és a dir, la càrrega és inferior a la SIL), la demanda de potència reactiva és menor que la potència reactiva generada per la capacitance de la línia. En aquest escenari, la tensió a l'extrem de recepció es torna més alta que la tensió a l'extrem d'enviament, un fenomen conegut com a efecte Ferranti.
Per prevenir això, es connecten reactòrs en paral·lel amb la línia de transmissió a l'extrem de recepció. Aquests reactòrs absorben la potència reactiva excèssiva de la línia, assegurant que la tensió a l'extrem de recepció romangui al seu valor nominal.
