מה הם FACTS ולמה הם נחוצים במערכות חשמל?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) הוא מערכת מבוססת אלקטרוניקה כוח שמשתמשת במכשירים סטטיים כדי לשפר את יכולת העברת הכוח והשליטה ברשתות העברת חשמל חילופין.
המכשירים האלקטרוניים הללו מוטמעים ברשתות חילופין קונבנציונליות כדי להגביר מדדי ביצועים עיקריים, כולל:
לפני הופעת מתגים אלקטרוניים לכוח, בעיות כמו איזון כוח ריאקטיבי ואיזון יציבות נפתרו באמצעות מתגים מכניים לקישור קבלים, ריאקטורים או גנרטורים סינכרונים. עם זאת, המתגים המכניים היו בעלי חסרונות קריטיים: זמן תגובה איטי, שחיקה מכנית ואמינות ירודה - המגבילים את יעילותם באופטימיזציה של השליטה והיציבות בקווי העברה.
פיתוח מתגי אלקטרוניקה לכוח במתח גבוה (לדוגמה, תיסטרים) אפשר את יצירת מפעילי FACTS, מה שהפך את ניהול רשתות החילופין.
מדוע דרושים מכשירי FACTS במערכות חשמל?
מערכת חשמל יציבה דורשת הקואורדינציה המדויקת בין ייצור ושימוש. ככל שהדרישה לחשמל גדלה, מקסימום יעילות כל רכיבים ברשת הפך להיות חיוני - ומכשירי FACTS משחקים תפקיד מפתח באופטימיזציה זו.
כח חשמלי מוגדר בשלושה סוגים: כח פעיל (כח שימושי/אמיתי לשימוש הסופי), כח ריאקטיבי (שנקרא על ידי אלמנטים מאחסנים בצריכת חשמל) וכח מראה (סכום וקטור של כח פעיל וכח ריאקטיבי). כח ריאקטיבי, שיכול להיות אינדוקטיבי או קפאציטיבי, חייב להיות מאוזן למנוע ממנו לזרום בקווי העברה - כח ריאקטיבי בלתי מבוקר מפחית את היכולת של הרשת להעביר כח פעיל.
טכניקות פיצוי (לביצוע איזון בין כח ריאקטיבי אינדוקטיבי לכח ריאקטיבי קפאציטיבי על ידי אספקה או ספיגה) הן לכן קריטיות. טכניקות אלו משפרות את איכות הכוח ומגבות את יעילות ההעברה.
סוגי טכניקות פיצוי
טכניקות פיצוי מסווגות לפי האופן שבו מכשירים מחוברים למערכת החשמל:
1. פיצוי סידורי
בפיתוי סידורי, מכשירי FACTS מחוברים בסדר עם רשת העברה. מכשירים אלו בדרך כלל פועלים כהתנגדויות משתנות (לדוגמה, קבלים או אינדוקטורים), כאשר קבלים סידוריים הם הנפוצים ביותר.
שיטת זו נמצאת בשימוש רחב בקווי העברה במתח גבוה מאוד (EHV) ובמתח非常高，我需要继续翻译希伯来语部分。以下是翻译的继续：
והיה בשימוש רחב בקווי העברה במתח גבוה מאוד (EHV) ובמתח גבוה מאוד מאוד (UHV) כדי לשפר משמעותית את יכולת העברת הכוח שלהם. היכולת העברת כוח של קו העברה ללא שימוש במכשיר פיצוי; כאשר, V1 = מתח ראשית V2 = מתח קצה XL = התנגדות אינדוקטיבית של קו העברה δ = זווית פאזה בין V1 ו-V2 P = כוח מעבר לכל פאזה עכשיו, אנו מחברים קבל בסדר עם קו העברה. ההתנגדות הקפאציטיבית של הקבל הזה היא XC. לכן, ההתנגדות הכוללת היא XL-XC. כך, עם מכשיר פיצוי, היכולת העברת כוח נתונה על ידי; הפקטור k מכונה פקטור הפיצוי או מידה של הפיצוי. בדרך כלל, ערך ה-k נמצא בין 0.4 ל-0.7. נניח שהערך של k הוא 0.5. כך, ברור כי השימוש במכשירי פיצוי סידוריים יכול להגדיל את יכולת העברת הכוח בכ-50%. כשהם משתמשים בקבלים סידוריים, הזווית הפאזה (δ) בין מתח וזרם קטנה יותר בהשוואה לקו לא מפוצץ. ערך δ קטן מגביר את יציבות המערכת - כלומר, עבור אותו כמות העברת כוח ופרמטרים זהים של ראשית וקצה, קו מפוצץ מציע יציבות טובה באופן משמעותי יותר מאשר קו לא מפוצץ. פיצוי צידי בקו העברה במתח גבוה, הגודל של מתח הקצה תלוי בתנאי עומס. הקפאיציטיביות משחקת תפקיד חשוב בקו העברה במתח גבוה. כאשר קו העברה מומלא, העומס דורש כח ריאקטיבי, שמתחיל מספק על ידי הקפאיציטיביות הטבועה של הקו. עם זאת, כאשר העומס עולה מעל SIL (עומס מתח פקיעה), הדרישה הגבוהה לכח ריאקטיבי גורמת לירידה משמעותית במתח בקצה הקבלה. כדי להתמודד עם זה, מתחברים בנקים של קבלים במקביל לקו העברה בקצה הקבלה. הבנקים מספקים את הכח הריאקטיבי הנוסף הנדרש, ומגינים בצורה יעילה על ירידת המתח בקצה הקבלה. עלייה בקיבולת הקו מובילה לעליה במתח בקצה הקבלה. כאשר קו העברה מומלא מעט (כלומר, העומס נמוך מ-SIL), הדרישה לכח ריאקטיבי נמוכה מהכח הריאקטיבי שנוצר על ידי הקפאיציטיביות של הקו. בסיטואציה זו, המתח בקצה הקבלה נהיה גבוה מהמתח בראשית - תופעה המוכרת בשם אפקט פרנטי. כדי למנוע זאת, מתחברים ריאקטורים צידיים במקביל לקו העברה בקצה הקבלה. הריאקטורים מקליטים את הכח הריאקטיבי המיותר מהקו, ומבטיחים שהמתח בקצה הקבלה נשאר בערכו המנורמל.
