Što su FACTS i zašto su potrebni u sustavima snage
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) odnosi se na sustav temeljen na elektronici snage koji koristi statičke uređaje za poboljšanje mogućnosti prijenosa struje i upravljanja mrežama naponskog strujnog prijenosa.
Ti elektronički uređaji su integrirani u konvencionalne AC mreže kako bi se unaprijedile ključne performanse, uključujući:
Prije pojavljivanja elektroničkih prekidača snage, problemi poput nebalansiranosti reaktivne snage i stabilnosti rješavani su korištenjem mehaničkih prekidača za povezivanje kondenzatora, reaktora ili sinkronih generatora. Međutim, mehanički prekidači imali su značajne nedostatke: sporo vrijeme reagiranja, mehanički sijanje i loša pouzdanost – što je ograničilo njihovu učinkovitost u optimizaciji upravljanja i stabilnosti prijenosnih linija.
Razvoj visokonaponskih elektroničkih prekidača snage (npr. tiristori) omogućio je stvaranje FACTS kontrolera, kojima se revolucioniralo upravljanje AC mrežom.
Zašto su FACTS uređaji potrebni u elektroenergetskim sustavima?
Stabilan elektroenergetski sustav zahtijeva točnu koordinaciju između proizvodnje i potražnje. Kako raste potražnja za električnom energijom, maksimizacija učinkovitosti svih komponenti mreže postaje ključna – a FACTS uređaji igraju ključnu ulogu u ovoj optimizaciji.
Električna snaga klasificira se u tri vrste: aktivna snaga (korisna/prava snaga za krajnju upotrebu), reaktivna snaga (uzrokovana elementima koji čuvaju energiju u opterećenjima) i aparentna snaga (vektor suma aktivne i reaktivne snage). Reactivna snaga, koja može biti induktivna ili kapacitivna, mora biti balansirana kako bi se sprečilo da teče kroz prijenosne linije – nekontrolirana reaktivna snaga smanjuje kapacitet mreže za prijenos aktivne snage.
Tehnike kompenzacije (za balansiranje induktivne i kapacitivne reaktivne snage pružanjem ili apsorbiranjem) su stoga ključne. Ove tehnike poboljšavaju kvalitetu struje i povećavaju učinkovitost prijenosa.
Vrste tehnik kompenzacije
Tehnike kompenzacije klasificirane su prema tome kako su uređaji povezani s elektroenergetskim sustavom:
1. Serijska kompenzacija
U serijskoj kompenzaciji, FACTS uređaji su povezani serijalno s prijenosnim mrežama. Ovi uređaji obično djeluju kao varijabilni impedansi (npr. kondenzatori ili induktori), s serijalnim kondenzatorima kao najčešćim.
Ova metoda široko se koristi u EHV (Extra High Voltage) i UHV (Ultra High Voltage) prijenosnim linijama kako bi se značajno poboljšala njihova mogućnost prijenosa struje.
Mogućnost prijenosa struje prijenosne linije bez korištenja kompenzacijskog uređaja;
Gdje,
V1 = naponski napon na početku
V2 = naponski napon na kraju
XL = induktivni reaktanci prijenosne linije
δ = faza između V1 i V2
P = prijenos snage po fazi
Sada, spojimo kondenzator serijalno s prijenosnom linijom. Kapacitivni reaktanci ovog kondenzatora je XC. Stoga, ukupni reaktanci je XL-XC. Dakle, s kompenzacijskim uređajem, mogućnost prijenosa struje dana je sa;
Faktor k poznat je kao faktor kompenzacije ili stupanj kompenzacije. Općenito, vrijednost k leži između 0.4 i 0.7. Pretpostavimo da je vrijednost k 0.5.
Tako je očito da upotreba serijalnih kompenzacijskih uređaja može povećati mogućnost prijenosa struje približno za 50%. Kada se koriste serijalni kondenzatori, kut faze (δ) između napona i struje manji je u usporedbi s nekompenziranom linijom. Manja vrijednost δ poboljšava stabilnost sustava – što znači da, za isti volumen prijenosa struje i identične parametre početka i kraja, kompenzirana linija nudi značajno bolju stabilnost nego nekompenzirana.
Shunt kompenzacija
U visokonaponskoj prijenosnoj liniji, magnituda napona na kraju ovisi o uvjetima opterećenja. Kapacitet igra važnu ulogu u visokonaponskim prijenosnim linijama.
Kada je prijenosna linija opterećena, opterećenje zahtijeva reaktivnu snagu, koja se inicijalno dobiva iz prirodne kapacitance linije. Međutim, kada opterećenje premaši SIL (Surge Impedance Loading), povećana potreba za reaktivnom snagom dovodi do značajnog pada napona na kraju.
Da se to riješi, banke kondenzatora povezuju se paralelno s prijenosnom linijom na kraju. Ove banke pružaju dodatnu reaktivnu snagu koja je potrebna, efektivno umanjujući pad napona na kraju.
Povećanje kapaciteta linije dovodi do porasta napona na kraju.
Kada je prijenosna linija slabo opterećena (tj. opterećenje je ispod SIL), potreba za reaktivnom snagom manja je od reaktivne snage generirane kapacitancijom linije. U tom scenariju, napon na kraju postaje veći od napona na početku – pojava poznata kao Ferranti učinak.
Da se to spriječi, shunt reaktori povezuju se paralelno s prijenosnom linijom na kraju. Ovi reaktori apsorbiraju višak reaktivne snage iz linije, osiguravajući da napon na kraju ostane na svojoj nominalnoj vrijednosti.
