Que son os FACTS e por que son necesarios nos sistemas eléctricos

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) refírese a un sistema baseado en electrónica de potencia que emprega dispositivos estáticos para mellorar a capacidade de transmisión e o control das redes de transmisión de corrente alternativa.

Estes dispositivos electrónicos de potencia están integrados nas redes convencionais de CA para aumentar métricas clave de rendemento, incluíndo:

• A capacidade de transmisión de liñas

• A estabilidade de tensión e a estabilidade transitória

• A precisión do rexulador de tensión

• A fiabilidade do sistema

• Os límites térmicos da infraestrutura de transmisión

Antes da aparición dos interruptores electrónicos de potencia, problemas como o desequilibrio de potencia reactiva e a estabilidade eran tratados mediante interruptores mecánicos para conectar capacitores, reactores ou xeradores síncronos. No entanto, os interruptores mecánicos tiñan desvantaxes críticas: tempos de resposta lentos, desgaste mecánico e baixa fiabilidade, limitando así a súa efectividade na optimización do control e estabilidade das liñas de transmisión.

O desenvolvemento de interruptores electrónicos de alta tensión (por exemplo, tiristores) permitiu a creación de controladores FACTS, revolucionando a xestión das redes de CA.

Por que son necesarios os dispositivos FACTS nos sistemas de potencia?

Un sistema de potencia estable require unha coordinación precisa entre a xeración e a demanda. A medida que a demanda de electricidade aumenta, maximizar a eficiencia de todos os compoñentes da rede é esencial, e os dispositivos FACTS xogan un papel clave nesta optimización.

A potencia eléctrica clasifícase en tres tipos: potencia activa (potencia útil/verdadeira para uso final), potencia reactiva (causada por elementos de almacenamento de enerxía nas cargas) e potencia aparente (suma vectorial da potencia activa e reactiva). A potencia reactiva, que pode ser inductiva ou capacitiva, debe estar equilibrada para evitar que fluya a través das liñas de transmisión, xa que a potencia reactiva non controlada reduce a capacidade da rede para transmitir potencia activa.

As técnicas de compensación (para equilibrar a potencia reactiva inductiva e capacitiva suministrándola ou absorbindoa) son, polo tanto, cruciais. Estas técnicas melloran a calidade da potencia e aumentan a eficiencia de transmisión.

Tipos de Técnicas de Compensación

As técnicas de compensación clasifícanse segundo a forma en que os dispositivos están conectados ao sistema de potencia:

1. Compensación en Serie

Na compensación en serie, os dispositivos FACTS están conectados en serie coa rede de transmisión. Estes dispositivos actúan xeralmente como impedancias variables (por exemplo, capacitores ou inductores), sendo os capacitores en serie os máis comúns.

Este método é amplamente utilizado en liñas de transmisión de EAT (Extra Alta Tensión) e UAT (Ultra Alta Tensión) para mellorar significativamente a súa capacidade de transmisión de potencia.

A capacidade de transmisión de potencia dunha liña de transmisión sen usar dispositivo de compensación;

Onde,

• V₁ = Tensión no extremo de envío

• V₂ = Tensión no extremo de recepción

• X_L = Reactancia inductiva da liña de transmisión

• δ = Ángulo de fase entre V₁ e V₂

• P = Potencia transferida por fase

Agora, conectamos un capacitor en serie coa liña de transmisión. A reactancia capacitiva deste capacitor é XC. Polo tanto, a reactancia total é XL-XC. Así, cun dispositivo de compensación, a capacidade de transmisión de potencia dáse por;

O factor k coñécese como o factor de compensación ou grao de compensación. Xeralmente, o valor de k está entre 0,4 e 0,7. Supoñamos que o valor de k é 0,5.

Así, é evidente que o uso de dispositivos de compensación en serie pode aumentar a capacidade de transmisión de potencia aproximadamente un 50%. Cando se empregan capacitores en serie, o ángulo de fase (δ) entre a tensión e a corrente é menor comparado cunha liña sen compensar. Un valor menor de δ melhora a estabilidade do sistema, significando que, para o mesmo volume de transmisión de potencia e parámetros idénticos nos extremos de envío e recepción, unha liña compensada ofrece significativamente mellor estabilidade que unha non compensada.

Compensación en Paralelo

Nunha liña de transmisión de alta tensión, a magnitude da tensión no extremo de recepción depende da condición de carga. A capacitancia desempeña un papel importante na liña de transmisión de alta tensión.

Cando unha liña de transmisión está cargada, a carga require potencia reactiva, que inicialmente é suministrada pola capacitancia inherente da liña. No entanto, cando a carga excede a SIL (Carga de Impedancia de Sobrecorrente), a elevada demanda de potencia reactiva leva a unha diminución significativa da tensión no extremo de recepción.

Para abordar isto, bancos de capacitores están conectados en paralelo coa liña de transmisión no extremo de recepción. Estes bancos suministran a potencia reactiva adicional necesaria, mitigando eficazmente a diminución de tensión no extremo de recepción.

Un aumento na capacitancia da liña leva a un incremento na tensión no extremo de recepción.

Cando unha liña de transmisión está lixeramente cargada (isto é, a carga está por debaixo da SIL), a demanda de potencia reactiva é menor que a potencia reactiva xerada pola capacitancia da liña. Neste escenario, a tensión no extremo de recepción é maior que a tensión no extremo de envío, un fenómeno coñecido como o efecto Ferranti.

Para prevenir isto, reactores en paralelo están conectados en paralelo coa liña de transmisión no extremo de recepción. Estes reactores absorben a potencia reactiva excedente da liña, asegurando que a tensión no extremo de recepción permanece no seu valor nominal.