Apakah FACTS dan Mengapa Diperlukan dalam Sistem Kuasa?

SISTEM PENGHANTARAN ARUS BOLAK-BALIK FLEKSIBLE (FACTS) merujuk kepada sistem berdasarkan elektronik kuasa yang menggunakan peranti statik untuk meningkatkan keupayaan penghantaran dan kawalan jaringan penghantaran AC.

Peranti elektronik kuasa ini diintegrasikan ke dalam grid AC konvensional untuk menaikkan metrik prestasi utama, termasuk:

• Kapasiti penghantaran laluan penghantaran

• Kestabilan voltan dan kestabilan sementara

• Kepresisan pengaturan voltan

• Kebolehpercayaan sistem

• Had termal infrastruktur penghantaran

Sebelum munculnya pemutus elektronik kuasa, isu seperti ketidakseimbangan daya reaktif dan kestabilan ditangani dengan menggunakan pemutus mekanikal untuk menyambung kapasitor, reaktor, atau penjana sinkron. Walau bagaimanapun, pemutus mekanikal mempunyai kekurangan penting: masa tindak balas yang perlahan, kerusakan mekanikal, dan kebolehpercayaan yang lemah—membatasi keberkesanan mereka dalam mengoptimumkan kawalan dan kestabilan laluan penghantaran.

Pengembangan pemutus elektronik kuasa tegangan tinggi (contohnya, tiristor) membolehkan penciptaan pengawal FACTS, merevolusikan pengurusan grid AC.

Mengapa Peranti FACTS Diperlukan dalam Sistem Kuasa?

Sistem kuasa yang stabil memerlukan koordinasi tepat antara penjanaan dan permintaan. Seiring dengan pertumbuhan permintaan elektrik, memaksimumkan kecekapan semua komponen rangkaian menjadi penting—andai peranti FACTS memainkan peranan utama dalam optimisasi ini.

Kuasa elektrik dikategorikan menjadi tiga jenis: daya aktif (kuasa berguna/sebenar untuk penggunaan akhir), daya reaktif (disebabkan oleh unsur penyimpan tenaga dalam beban), dan kuasa nampak (jumlah vektor daya aktif dan reaktif). Daya reaktif, yang boleh induktif atau kapasitif, mesti seimbang untuk mencegahnya mengalir melalui laluan penghantaran—daya reaktif tidak terkawal mengurangkan keupayaan rangkaian untuk mentransmisikan daya aktif.

Teknik kompensasi (untuk menyeimbangkan daya reaktif induktif dan kapasitif dengan memberi atau menyerapnya) adalah penting. Teknik-teknik ini meningkatkan kualiti kuasa dan menambah efisiensi transmisi.

Jenis-jenis Teknik Kompensasi

Teknik kompensasi diklasifikasikan berdasarkan cara peranti disambungkan ke sistem kuasa:

1. Kompensasi Siri

Dalam kompensasi siri, peranti FACTS disambungkan secara siri dengan rangkaian penghantaran. Peranti-peranti ini biasanya bertindak sebagai rintangan pembolehubah (contohnya, kapasitor atau induktor), dengan kapasitor siri paling umum digunakan.

Metod ini banyak digunakan dalam laluan penghantaran EHV (Extra High Voltage) dan UHV (Ultra High Voltage) untuk meningkatkan keupayaan penghantaran kuasa mereka secara signifikan.

Kapasiti penghantaran kuasa laluan penghantaran tanpa menggunakan peranti kompensasi;

Di mana,

• V₁ = Voltan hujung penghantar

• V₂ = Voltan hujung penerima

• X_L = Reaktans induktif laluan penghantaran

• δ = Sudut fasa antara V₁ dan V₂

• P = Kuasa yang dipindahkan setiap fasa

Sekarang, kita sambungkan kapasitor secara siri dengan laluan penghantaran. Reaktans kapasitif kapasitor ini adalah XC. Jadi, reaktans total adalah XL-XC. Oleh itu, dengan peranti kompensasi, kapasiti penghantaran kuasa diberikan oleh;

Faktor k dikenali sebagai faktor kompensasi atau tahap kompensasi. Secara umum, nilai k berada antara 0.4 hingga 0.7. Mari kita andaikan nilai k adalah 0.5.

Oleh itu, jelas bahawa penggunaan peranti kompensasi siri dapat meningkatkan kapasiti penghantaran kuasa sebanyak kira-kira 50%. Apabila kapasitor siri digunakan, sudut fasa (δ) antara voltan dan arus lebih kecil berbanding laluan yang tidak dikompensasi. Nilai δ yang lebih kecil meningkatkan kestabilan sistem—yang bermakna, untuk jumlah penghantaran kuasa yang sama dan parameter hujung penghantar dan penerima yang identik, laluan yang dikompensasi menawarkan kestabilan yang jauh lebih baik daripada laluan yang tidak dikompensasi.

Kompensasi Shunt

Dalam laluan penghantaran tegangan tinggi, magnitud voltan hujung penerima bergantung pada keadaan beban. Kapasitansi memainkan peranan penting dalam laluan penghantaran tegangan tinggi.

Apabila laluan penghantaran dibebani, beban memerlukan daya reaktif, yang pada mulanya disediakan oleh kapasitansi semula jadi laluan. Walau bagaimanapun, apabila beban melebihi SIL (Surge Impedance Loading), permintaan daya reaktif yang meningkat menyebabkan penurunan voltan yang signifikan di hujung penerima.

Untuk menangani ini, bank kapasitor disambungkan secara selari dengan laluan penghantaran di hujung penerima. Bank-bank ini menyediakan daya reaktif tambahan yang diperlukan, dengan efektif mengurangkan penurunan voltan di hujung penerima.

Penambahan kapasitansi laluan menyebabkan peningkatan voltan hujung penerima.

Apabila laluan penghantaran dibebani ringan (iaitu, beban di bawah SIL), permintaan daya reaktif lebih rendah daripada daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitansi laluan. Dalam situasi ini, voltan hujung penerima menjadi lebih tinggi daripada voltan hujung penghantar—fenomena yang dikenali sebagai kesan Ferranti.

Untuk mencegah ini, reaktor shunt disambungkan secara selari dengan laluan penghantaran di hujung penerima. Reaktor-reaktor ini menyerap daya reaktif berlebihan dari laluan, memastikan voltan hujung penerima tetap pada nilai yang ditetapkan.