Kaj so FACTS in zakaj so potrebni v električnih sistemih
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) se nana sistem temeljčen na elektroniki moči, ki uporablja statične naprave za izboljšanje zmogljivosti prenosa moči in nadzornosti omrežij prenosa napetosti переменного тока.
Te naprave elektronike moči so integrirane v konvicionalna omrežja AC, da povečajo ključne kazalnike učinkovitosti, vključno z:
Pred nastopom vročtnih vročilnikov elektronike moči so težave, kot so neravnovesja reaktivne moči in stabilnost, reševale s pomočjo mehaničnih vročilnikov, ki povezujejo kondenzatorje, reaktorje ali sinhronne generatorje. Vendar pa so imeli mehanični vročilniki ključne pomanjkljivosti: počasni časi odziva, mehanski sijek in slaba zanesljivost – omejujoči njihovo učinkovitost pri optimizaciji nadzornosti in stabilnosti prenosnih linij.
Razvoj vročilnikov elektronike moči visoke napetosti (npr. tiristorji) je omogočil ustvarjanje kontrolerjev FACTS, kar je revolucioniral upravljanje omrežij AC.
Zakaj so potrebni napravi FACTS v sistemih moči?
Zanesljivi sistem moči zahteva točno usklajevanje med proizvodnjo in povpraševanjem. Ko raste povpraševanje po električni energiji, postane ključno, da se maksimizira učinkovitost vseh komponent omrežja – in tu igrajo naprave FACTS ključno vlogo pri tej optimizaciji.
Električna moč se razdeli na tri vrste: aktivna moč (uporabna/resnična moč za končno uporabo), reaktivna moč (posledica elementov, ki shranjujejo energijo v obremenitvah) in vidna moč (vektorska vsota aktivne in reaktivne moči). Reactivna moč, ki je lahko induktivna ali kapacitivna, mora biti uravnotežena, da se prepreči, da bi nepregledno tečla skozi prenosne linije – nekontrolirana reaktivna moč zmanjšuje zmogljivost omrežja za prenos aktivne moči.
Tehnike kompenzacije (za uravnoteženje induktivne in kapacitivne reaktivne moči s posredovanjem ali absorpcijo) so zato ključne. Te tehnike izboljšujejo kakovost moči in povečujejo učinkovitost prenosa.
Vrste tehnik kompenzacije
Tehnike kompenzacije so razvrščene glede na to, kako so naprave povezane s sistemom moči:
1. Serijska kompenzacija
Pri serijski kompenzaciji so naprave FACTS povezane v seriji z omrežjem prenosa. Te naprave tipično delujejo kot spremenljive impedančne naprave (npr. kondenzatorji ali induktorji), najpogosteje pa so to serijski kondenzatorji.
Ta metoda se široko uporablja v EHV (Extra High Voltage) in UHV (Ultra High Voltage) prenosnih linijah, da znatno izboljša njihovo zmogljivost prenosa moči.
Zmogljivost prenosa moči prenosne linije brez uporabe naprave za kompenzacijo;
Kjer,
V1 = Izhodna napetost
V2 = Napetost sprejemnika
XL = Induktivna reaktivna napetost prenosne linije
δ = Fazni kot med V1 in V2
P = Prenesena moč na fazo
Zdaj povežemo kondenzator v seriji z prenosno linijo. Kapacitivna reaktivna napetost tega kondenzatorja je XC. Torej, skupna reaktivna napetost je XL-XC. Torej, z napravo za kompenzacijo, zmogljivost prenosa moči je dana z;
Faktor k je znana kot stopnja kompenzacije. Običajno je vrednost k med 0,4 in 0,7. Recimo, da je vrednost k 0,5.
Tako je očitno, da uporaba naprav za serijsko kompenzacijo lahko poveča zmogljivost prenosa moči približno za 50%. Ko so uporabljeni serijski kondenzatorji, je fazni kot (δ) med napetostjo in tokom manjši v primerjavi z nekompenzirano linijo. Manjša vrednost δ izboljša stabilnost sistema – to pomeni, da za isto količino prenesene moči in enake parametre izhodne in vhodne strani, kompenzirana linija ponuja bistveno boljšo stabilnost kot nekompenzirana.
Shunt kompenzacija
V visokonapetostni prenosni liniji odvisnost velikosti napetosti na stremljenem koncu odvisna je od stanja obremenitve. Kapacitancnost igra pomembno vlogo v visokonapetostnih prenosnih linijah.
Ko je prenosna linija obremenjena, obremenitev zahteva reaktivno moč, ki je na začetku oskrbljena z lastno kapacitancnostjo linije. Vendar, ko preseže obremenitev SIL (Surge Impedance Loading), povečano zahtevanje po reaktivni moči vodi do značnega padanja napetosti na stremljenem koncu.
Za reševanje tega problema so bance kondenzatorjev povezane vzporedno z prenosno linijo na stremljenem koncu. Te banke zagotavljajo dodatno reaktivno moč, ki jo potrebujejo, učinkovito zmanjšujejo padec napetosti na stremljenem koncu.
Povečanje kapacitancnosti linije vodi do povečanja napetosti na stremljenem koncu.
Ko je prenosna linija le blago obremenjena (tj. obremenitev je pod SIL), je zahtevanje po reaktivni moči nižje od reaktivne moči, ki jo generira kapacitancnost linije. V tem primeru postane napetost na stremljenem koncu višja od napetosti na izhodnem koncu – pojav, znan kot Ferranti učinek.
Za preprečevanje tega so shunt reaktorji povezani vzporedno z prenosno linijo na stremljenem koncu. Ti reaktorji absorbirajo presežek reaktivne moči iz linije, kar zagotavlja, da ostane napetost na stremljenem koncu pri svoji nominalni vrednosti.
