Mida on FACTS ja miks neid vajatakse elektrienergia süsteemides

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) viitab elektronikapõhisele süsteemile, mis kasutab staatilisi seadmeid, et parandada võrgukontrolli ja vooluülekande võimet mitmekesiste AC edastussüsteemides.

Need elektronikaseadmed integreeritakse tavalistesse AC võrkudesse, et suurendada olulist performantsiparaameetrit, sealhulgas:

• Edastusvoolude võimkusekapasiteeti

• Pingevõimu ja lühiajalise stabiilsuse

• Pinge reguleerimise täpsust

• Süsteemi usaldusväärsust

• Edastusinfrastruktuuri soojenduspiirideid

Enne energiaelektronika lüliti arendamist lahendati reaktivse võimu ebavõrdsuse ja stabiilsuse probleeme mehaaniliste lülititega, mis ühendasid kondensaatoreid, reaktoreid või sinkroonsete geneeratorite. Kuid mehaanilised lülitid omasesid kriitilisi puudusi: aeglane vastus, mehaaniline nöörmisega ja madal usaldusväärsus – piirates nende tõhusust edastusvoolu kontrolli ja stabiilsuse optimeerimisel.

Kõrgepingeliste energiaelektronika lülitite (nt taisristrite) arendamine võimaldas FACTS kontrollerite loomist, revolutsioneerides AC võrgu haldust.

Miks on FACTS seadmete vaja võrkudes?

Stabiilne energiasüsteem nõuab täpset koordineerimist tootmise ja nõudluse vahel. Kui elektriviie nõudlus kasvab, muutub kogu võrgu komponentide tõhususe maksimeerimine oluliseks – ja FACTS seadmed mängivad selles optimeerimises olulist rolli.

Elektriline võim kategoriseeritakse kolmeks tüübiks: aktiivvõim (kasutatav/tõeline võim lõppkasutajatele), reaktivvõim (põhjustatud varustuses olevate energiakogumispõhimõttega elementide poolt) ja nähtav võim (aktiiv- ja reaktivvõimu vektorlik summa). Reactiivvõim, mis võib olla induktiivne või kapatsiitivne, peab olema tasakaalustatud, et seda ei tekiks voolu edastusvooludel – juhuslik reaktivvõim vähendab võrgu võimet edastada aktiivvõimu.

Seega on kriitilised kompenseerimismeetodid (reaktiivvõimu tasakaalustamiseks induktiivse ja kapatsiitivse reaktivvõimu pakkumise või absorbeerimise kaudu). Need meetodid parandavad võimu kvaliteeti ja tõhustavad edastuse efektiivsust.

Kompensoorite tüübid

Kompensoorid klassifitseeritakse selle järgi, kuidas need seadmed ühendatakse energiasüsteemiga:

1. Sarikompensatsioon

Sarikompensatsioonis ühendatakse FACTS seadmed sarirežiimis edastusvooluga. Need seadmed toimivad tavaliselt muutuvana impedansina (nt kondensaatorid või induktorid), kusjuures sarikondensaatorid on kõige levinumad.

See meetod on laialdaselt kasutusel EHV (Erakorvaliselt Kõrge Pingeline) ja UHV (Ülimalt Kõrge Pingeline) edastusvooludel, et oluliselt parandada nende võimkuseülekannet.

Edastusvoolu võimkusekapasiteet ilma kompenseerimisseadmega;

Kus,

• V₁ = Saatja pingeline

• V₂ = Vastuvõtja pingeline

• X_L = Induktiiivne reaktants edastusvoolul

• δ = Fase nurk V₁ ja V₂ vahel

• P = Võim, mis edastatakse fasi kohta

Nüüd ühendame kondensaatori sarirežiimis edastusvooluga. Selle kondensaatori kapatsiitiline reaktants on XC. Seega, kogu reaktants on XL-XC. Nii, et kompenseerimisseadmega võimkusekapasiteet on antud valemiga;

Faktor k on teada kui kompenseerimisfaktor või kompenseerimise astme. Tavaliselt on k väärtus 0,4 kuni 0,7. Oletame, et k väärtus on 0,5.

Seega on selge, et sarikompenseerimisseadmete kasutamine suurendab võimkusekapasiteeti umbes 50%. Kui kasutatakse sarikondensaatoreid, on pingeline ja ströömi vaheline fase nurk (δ) väiksem, kui pole kompenseeritud joonel. Väiksem δ väärtus tugevdab süsteemi stabiilsust – see tähendab, et sama võimkusevoolu ja sama saatja- ja vastuvõtja parameetrite korral pakub kompenseeritud joon paremat stabiilsust, kui mitte-kompenseeritud joon.

Rööbkompensatsioon

Kõrgepingelises edastusvoolus sõltub vastuvõtja pingeline koormuse tingimustest. Kapatsiitidel on oluline roll kõrgepingelises edastusvoolus.

Kui edastusvool on koormatud, siis koormus nõuab reaktiivvõimu, mis algul pärineb voolu enda kapatsiitivsest reaktantsist. Kuid kui koormus ületab SIL (Surge Impedance Loading), siis suurenenud reaktiivvõimu nõue põhjustab olulise pingeline languse vastuvõtja poolel.

Selle lahendamiseks ühendatakse kondensaatoripangad paralleelselt edastusvooluga vastuvõtja poolel. Need pangad pakkuvad lisareaktiivvõimu, mis efektiivselt vähendab pingeline langust vastuvõtja poolel.

Voolu kapatsiitilise reaktantsi suurenemine viib vastuvõtja pingeline tõusu.

Kui edastusvool on kehvasti koormatud (st koormus on allpool SIL), on reaktiivvõimu nõue väiksem, kui voolu kapatsiitivne reaktants. Sellisel juhul on vastuvõtja pingeline kõrgem, kui saatja pingeline – see fenomen on teada Ferranti efektina.

Selle ennetamiseks ühendatakse rööbreaktorid paralleelselt edastusvooluga vastuvõtja poolel. Need reaktorid absorbeerivad voolu üleliigse reaktiivvõimu, tagades, et vastuvõtja pingeline jääks oma normaalväärtusele.