Wat zijn FACTS en waarom zijn ze nodig in elektriciteitsnetwerken
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) verwijst naar een op kracht elektronica gebaseerd systeem dat statische apparaten gebruikt om de vermogensoverdrachtscapaciteit en bestuurbaarheid van wisselspanningsnetwerken te verbeteren.
Deze kracht elektronische apparaten worden geïntegreerd in traditionele wisselspanningsnetwerken om belangrijke prestatie-indicatoren te versterken, waaronder:
Voordat kracht elektronische schakelaars werden ontwikkeld, werden problemen zoals reactief vermogensonevenwicht en stabiliteit aangepakt door middel van mechanische schakelaars die condensatoren, reactors of synchrone generatoren aansloten. Echter, mechanische schakelaars hadden cruciale nadelen: langzame responstijden, mechanisch slijtage en slechte betrouwbaarheid - wat hun effectiviteit beperkte bij het optimaliseren van de bestuurbaarheid en stabiliteit van overdrachtslijnen.
De ontwikkeling van hoogspanningskracht elektronische schakelaars (bijv. thyristors) maakte de creatie van FACTS-regelaars mogelijk, wat de manier waarop wisselspanningsnetwerken worden beheerd revolutionair veranderde.
Waarom zijn FACTS-apparaten nodig in energie systemen?
Een stabiel energie systeem vereist nauwkeurige coördinatie tussen productie en vraag. Terwijl de vraag naar elektriciteit groeit, wordt het maximaliseren van de efficiëntie van alle netwerkcomponenten essentieel - en FACTS-apparaten spelen hierin een sleutelrol.
Elektrische energie wordt ingedeeld in drie soorten: actief vermogen (bruikbaar/echt vermogen voor eindgebruik), reactief vermogen (veroorzaakt door energie-opslag elementen in belastingen) en schijnbaar vermogen (vector som van actief en reactief vermogen). Reactief vermogen, dat inductief of capaciteitsgericht kan zijn, moet worden uitgebalanceerd om te voorkomen dat het ongecontroleerd door overdrachtslijnen stroomt - ongecontroleerd reactief vermogen reduceert de capaciteit van het netwerk om actief vermogen te overbrengen.
Compensatiemethoden (om inductief en capaciteitsgericht reactief vermogen te balanceren door het leveren of absorberen ervan) zijn daarom cruciaal. Deze methoden verbeteren de kwaliteit van de energie en verhogen de overdrachtefficiëntie.
Soorten compensatiemethoden
Compensatiemethoden worden ingedeeld op basis van hoe apparaten aan het energiesysteem worden aangesloten:
1. Reeksschakeling Compensatie
Bij reeksschakeling compensatie worden FACTS-apparaten in serie met het overdrachtsnetwerk aangesloten. Deze apparaten fungeren meestal als variabele impedanties (bijv. condensatoren of inductoren), waarbij reekscapacitoren het meest gebruikelijk zijn.
Deze methode wordt breed toegepast op EHV (Extra Hoog Spanning) en UHV (Ultra Hoog Spanning) overdrachtslijnen om hun vermogensoverdrachtcapaciteit aanzienlijk te verbeteren.
De vermogensoverdrachtcapaciteit van een overdrachtslijn zonder gebruik van compensatieapparaat;
Waar,
V1 = Zenderspanning
V2 = Ontvangerspanning
XL = Inductieve reactantie van de overdrachtslijn
δ = Fasehoek tussen V1 en V2
P = Overgedragen vermogen per fase
Nu sluiten we een condensator in serie met de overdrachtslijn aan. De capacitaire reactantie van deze condensator is XC. Dus, de totale reactantie is XL-XC. Met een compensatieapparaat wordt de vermogensoverdrachtcapaciteit gegeven door;
De factor k staat bekend als de compensatiefactor of mate van compensatie. Meestal ligt de waarde van k tussen 0,4 en 0,7. Laten we aannemen dat de waarde van k 0,5 is.
Het is dus duidelijk dat het gebruik van reeksschakeling compensatieapparaten de vermogensoverdrachtcapaciteit met ongeveer 50% kan verhogen. Wanneer reekscapacitoren worden gebruikt, is de fasehoek (δ) tussen spanning en stroom kleiner vergeleken met een niet-gecompenseerde lijn. Een kleinere δ-waarde verhoogt de systeemstabiliteit - wat betekent dat voor dezelfde vermogensoverdracht en identieke zenders- en ontvangersparameters, een gecompenseerde lijn aanzienlijk betere stabiliteit biedt dan een niet-gecompenseerde.
Parallel Compensatie
In een hoogspannings-overdrachtslijn hangt de grootte van de ontvangerspanning af van de belastingscondities. Capaciteit speelt een belangrijke rol in de hoogspannings-overdrachtslijn.
Wanneer een overdrachtslijn belast wordt, vereist de belasting reactief vermogen, dat in eerste instantie wordt geleverd door de inherente capaciteit van de lijn. Echter, wanneer de belasting de SIL (Surge Impedance Loading) overschrijdt, leidt de verhoogde reactieve vermogensvraag tot een aanzienlijke spanningdaling aan de ontvangerskant.
Om dit aan te pakken, worden condensatorbanken parallel aan de overdrachtslijn aan de ontvangerskant aangesloten. Deze banken leveren het extra reactieve vermogen dat nodig is, waardoor de spanningdaling aan de ontvangerskant effectief wordt gemitigeerd.
Een toename in de lijncapaciteit leidt tot een stijging van de ontvangerspanning.
Wanneer een overdrachtslijn licht belast is (d.w.z. de belasting is onder de SIL), is de reactieve vermogensvraag lager dan het reactieve vermogen dat door de lijncapaciteit wordt gegenereerd. In dit scenario wordt de ontvangerspanning hoger dan de zenderspanning - een fenomeen dat bekend staat als het Ferranti-effect.
Om dit te voorkomen, worden parallelreactoren parallel aan de overdrachtslijn aan de ontvangerskant aangesloten. Deze reactoren absorberen het overtollige reactieve vermogen van de lijn, waardoor de ontvangerspanning op haar nominale waarde blijft.
