O que são FATCS e por que são necessários nos sistemas de energia?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) refere-se a um sistema baseado em eletrônica de potência que utiliza dispositivos estáticos para aumentar a capacidade de transferência de energia e o controle das redes de transmissão de corrente alternada.
Esses dispositivos eletrônicos de potência são integrados às redes convencionais de CA para melhorar as principais métricas de desempenho, incluindo:
Antes da chegada dos interruptores eletrônicos de potência, problemas como o desequilíbrio de potência reativa e a estabilidade eram abordados usando interruptores mecânicos para conectar capacitores, reatores ou geradores síncronos. No entanto, os interruptores mecânicos tinham desvantagens críticas: tempos de resposta lentos, desgaste mecânico e baixa confiabilidade, limitando sua eficácia na otimização do controle e estabilidade das linhas de transmissão.
O desenvolvimento de interruptores eletrônicos de potência de alta tensão (por exemplo, tiristores) permitiu a criação de controladores FACTS, revolucionando a gestão das redes de CA.
Por que os Dispositivos FACTS São Necessários nos Sistemas de Energia?
Um sistema de energia estável requer uma coordenação precisa entre geração e demanda. À medida que a demanda de eletricidade cresce, maximizar a eficiência de todos os componentes da rede se torna essencial, e os dispositivos FACTS desempenham um papel crucial nessa otimização.
A energia elétrica é categorizada em três tipos: potência ativa (potência útil/verdadeira para uso final), potência reativa (causada por elementos armazenadores de energia nas cargas) e potência aparente (soma vetorial da potência ativa e reativa). A potência reativa, que pode ser indutiva ou capacitiva, deve ser equilibrada para evitar que flua pelas linhas de transmissão; a potência reativa não controlada reduz a capacidade da rede de transmitir potência ativa.
Técnicas de compensação (para equilibrar a potência reativa indutiva e capacitiva fornecendo ou absorvendo-a) são, portanto, críticas. Essas técnicas melhoram a qualidade da energia e aumentam a eficiência da transmissão.
Tipos de Técnicas de Compensação
As técnicas de compensação são classificadas com base em como os dispositivos estão conectados ao sistema de energia:
1. Compensação em Série
Na compensação em série, os dispositivos FACTS são conectados em série com a rede de transmissão. Esses dispositivos geralmente atuam como impedâncias variáveis (por exemplo, capacitores ou indutores), sendo os capacitores em série os mais comuns.
Este método é amplamente utilizado em linhas de transmissão EHV (Extra High Voltage) e UHV (Ultra High Voltage) para melhorar significativamente sua capacidade de transferência de potência.
A capacidade de transferência de potência de uma linha de transmissão sem o uso de dispositivo de compensação;
Onde,
V1 = Tensão no extremo de envio
V2 = Tensão no extremo de recepção
XL = Reatância indutiva da linha de transmissão
δ = Ângulo de fase entre V1 e V2
P = Potência transferida por fase
Agora, conectamos um capacitor em série com a linha de transmissão. A reatância capacitiva deste capacitor é XC. Portanto, a reatância total é XL-XC. Assim, com um dispositivo de compensação, a capacidade de transferência de potência é dada por;
O fator k é conhecido como fator de compensação ou grau de compensação. Geralmente, o valor de k varia entre 0,4 e 0,7. Vamos assumir que o valor de k é 0,5.
Assim, é evidente que o uso de dispositivos de compensação em série pode aumentar a capacidade de transferência de potência em aproximadamente 50%. Quando capacitores em série são empregados, o ângulo de fase (δ) entre tensão e corrente é menor em comparação com uma linha não compensada. Um valor menor de δ melhora a estabilidade do sistema, o que significa que, para o mesmo volume de transferência de potência e parâmetros idênticos nos extremos de envio e recepção, uma linha compensada oferece estabilidade significativamente melhor do que uma linha não compensada.
Compensação em Derivação
Em uma linha de transmissão de alta tensão, a magnitude da tensão no extremo de recepção depende da condição de carga. A capacitância desempenha um papel importante na linha de transmissão de alta tensão.
Quando uma linha de transmissão está carregada, a carga requer potência reativa, que inicialmente é fornecida pela capacitância inerente da linha. No entanto, quando a carga excede a SIL (Carga de Impedância de Surto), a demanda aumentada de potência reativa leva a uma queda significativa de tensão no extremo de recepção.
Para resolver isso, bancos de capacitores são conectados em paralelo com a linha de transmissão no extremo de recepção. Esses bancos fornecem a potência reativa adicional necessária, mitigando efetivamente a queda de tensão no extremo de recepção.
Um aumento na capacitância da linha leva a um aumento na tensão no extremo de recepção.
Quando uma linha de transmissão está levemente carregada (ou seja, a carga está abaixo da SIL), a demanda de potência reativa é menor do que a potência reativa gerada pela capacitância da linha. Neste cenário, a tensão no extremo de recepção se torna maior do que a tensão no extremo de envio, um fenômeno conhecido como efeito Ferranti.
Para evitar isso, reatores em derivação são conectados em paralelo com a linha de transmissão no extremo de recepção. Esses reatores absorvem a potência reativa excessiva da linha, garantindo que a tensão no extremo de recepção permaneça em seu valor nominal.
