Hva er FACTS og hvorfor trengs de i kraftsystemer

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) refererer til et system basert på kraftteknologi som bruker statiske enheter for å forbedre overføringskapasiteten og kontrollbarheten i vekselstrømsnett.

Disse kraftteknologiske enhetene integreres i konvensjonelle vekselstrømsnett for å forbedre nøkkelperformansparametre, inkludert:

• Overføringskapasitet av overføringslinjer

• Spenningsstabilitet og midlertidig stabilitet

• Nøyaktighet i spenningsregulering

• Systemets pålitelighet

• Termiske grenser for overføringsinfrastruktur

Før innføringen av kraftteknologiske brytere, ble problemer som reaktiv effektubalanse og stabilitet håndtert ved hjelp av mekaniske brytere for å koble kondensatorer, reaktorer eller synkronmotorer. Imidlertid hadde mekaniske brytere kritiske ulemper: treg respons, mekanisk slitasje og dårlig pålitelighet – noe som begrenset deres effektivitet i optimalisering av overføringslinjers kontrollbarhet og stabilitet.

Utviklingen av høyspenning kraftteknologiske brytere (for eksempel thyristorer) gjorde det mulig å opprette FACTS-kontroller, noe som revolusjonerte vekselstrømsnettets administrasjon.

Hvorfor er FACTS-enheter nødvendige i strømsystemer?

Et stabilt strømsystem krever nøyaktig koordinering mellom produksjon og etterspørsel. Når etterspørselen etter elektrisitet øker, blir det essensielt å maksimere effektiviteten av alle nettverkselementer – og FACTS-enheter har en nøkkelrolle i denne optimaliseringen.

Elektrisk kraft deles inn i tre typer: aktiv effekt (nyttig/riktig effekt for sluttkonsum), reaktiv effekt (forårsaket av energilagringskomponenter i belastninger) og synlig effekt (vektorsum av aktiv og reaktiv effekt). Reactiv effekt, som kan være induktiv eller kapasitiv, må balanseres for å unngå at den flyter gjennom overføringslinjer – uregulert reaktiv effekt reduserer nettverkets evne til å overføre aktiv effekt.

Kompensasjonsteknikker (for å balansere induktiv og kapasitiv reaktiv effekt ved å levere eller absorbere den) er derfor kritiske. Disse teknikkene forbedrer strømkvaliteten og øker overføringseffektiviteten.

Typer kompensasjonsteknikker

Kompensasjonsteknikker klassifiseres basert på hvordan enheter kobles til strømsystemet:

1. Seriekompensasjon

Ved seriekompensasjon kobles FACTS-enheter i serie med overføringsnettverket. Disse enhetene fungerer typisk som variable impedanser (for eksempel kondensatorer eller induktiviteter), med seriekondensatorer som er mest vanlige.

Denne metoden brukes bredt i EHV (Ekstra Høy Spenning) og UHV (Ultra Høy Spenning) overføringslinjer for å betydelig forbedre deres overføringskapasitet.

Overføringskapasiteten til en overføringslinje uten bruk av kompensasjonsenhet;

Der,

• V₁ = Sendende endespenn

• V₂ = Mottakende endespenn

• X_L = Induktiv reaksans i overføringslinjen

• δ = Fasevinkel mellom V₁ og V₂

• P = Overført effekt per fase

Nå kobler vi en kondensator i serie med overføringslinjen. Den kapasitive reaksansen til denne kondensatoren er X_C. Så, den totale reaksansen er X_L-X_C. Dermed, med en kompensasjonsenhet, er overføringskapasiteten gitt ved;

Faktoren k er kjent som kompensasjonsfaktor eller grad av kompensasjon. Generelt ligger verdien av k mellom 0,4 til 0,7. La oss anta at verdien av k er 0,5.

Det er altså klart at bruk av seriekompensasjonsenheter kan øke overføringskapasiteten med omtrent 50%. Når seriekondensatorer benyttes, er fasevinkelen (δ) mellom spenning og strøm mindre sammenlignet med en ukompensert linje. En mindre δ verdi forbedrer systemets stabilitet – det vil si, for samme overført effekt og identiske sendende og mottakende endeparametre, gir en kompensert linje betydelig bedre stabilitet enn en ukompensert.

Shunt-kompensasjon

I en høyspenningsoverføringslinje avhenger størrelsen på mottakende endespenn av lastebetingelsen. Kapasitansen spiller en viktig rolle i høyspenningsoverføringslinjer.

Når en overføringslinje er belasted, krever lasten reaktiv effekt, som først leveres av linjens innebygde kapasitans. Men når lasten overstiger SIL (Surge Impedance Loading), fører den økte reaktive effektbehovet til en signifikant spenningsnedgang ved mottakende ende.

For å løse dette kobles kondensatorbanker parallelt med overføringslinjen ved mottakende ende. Disse bankene leverer den ekstra reaktive effekt som trengs, og reduserer effektivt spenningsnedgangen ved mottakende ende.

En økning i linjekapasitans fører til en stigning i mottakende endespenn.

Når en overføringslinje er lett belasted (dvs. lasten er under SIL), er behovet for reaktiv effekt lavere enn den reaktive effekt som genereres av linjens kapasitans. I denne situasjonen blir mottakende endespenn høyere enn sendende endespenn – et fenomen kjent som Ferranti-effekten.

For å unngå dette kobles shunt-reaktorer parallelt med overføringslinjen ved mottakende ende. Disse reaktorene absorberer den ekstra reaktive effekt fra linjen, og sikrer at mottakende endespenn forbli ved sitt nominerte verdi.