Šta su FACTS i zašto su potrebni u električnim sistemima

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) odnosi se na sistem temeljen na strujnim elektronici koji koristi statičke uređaje kako bi poboljšao sposobnost prenosa snage i upravljanja u mrežama za prenos napona izmjenljive struje.

Ovi elektronički uređaji su integrirani u konvencionalne mreže AC kako bi potakli ključne performanse, uključujući:

• Kapacitet prenosa snage prenosnih linija

• Stabilnost napona i privremena stabilnost

• Preciznost regulacije napona

• Pouzdanost sistema

• Termalni ograničenja infrastrukture za prenos

Prije pojavljivanja strujnih elektronskih prekidača, problemi poput neravnoteže reaktivne snage i stabilnosti rješavani su korišćenjem mehaničkih prekidača za povezivanje kondenzatora, reaktora ili sinhronih generatora. Međutim, mehanički prekidači imali su ključna ograničenja: sporu vremensku odgovornost, mehanički sijanje i lošu pouzdanost - ograničujući njihovu efikasnost u optimizaciji upravljanja i stabilnosti prenosnih linija.

Razvoj visokonaponskih strujnih elektronskih prekidača (npr. tiristori) omogućio je stvaranje FACTS kontrolera, revolucionirajući upravljanje mrežom AC.

Zašto su FACTS uređaji potrebni u elektroenergetskim sistemima?

Stabilan elektroenergetski sistem zahteva preciznu koordinaciju između proizvodnje i potražnje. Kako raste potražnja za električnom energijom, maksimalna efikasnost svih komponenata mreže postaje bitna - a FACTS uređaji igraju ključnu ulogu u ovoj optimizaciji.

Električna snaga se kategorizuje u tri vrste: aktivna snaga (korisna/istinska snaga za krajnju upotrebu), reaktivna snaga (koja nastaje zbog elemenata za čuvanje energije u opterećenjima) i aparentna snaga (vektor suma aktivne i reaktivne snage). Reactivna snaga, koja može biti induktivna ili kapacitivna, mora biti uravnotežena kako bi se sprečilo da teče kroz prenosne linije - nekontrolisana reaktivna snaga smanjuje kapacitet mreže za prenos aktivne snage.

Tehnike kompenzacije (za ravnotežu induktivne i kapacitivne reaktivne snage pružanjem ili apsorbiranjem iste) su zato ključne. Ove tehnike unapređuju kvalitetu snage i efikasnost prenosa.

Vrste tehnik kompenzacije

Tehnike kompenzacije klasificirane su na osnovu načina na koji su uređaji povezani sa elektroenergetskim sistemom:

1. Serijska kompenzacija

U serijskoj kompenzaciji, FACTS uređaji su povezani serijalno sa mrežom za prenos. Ovi uređaji obično djeluju kao promenljivi impedanci (npr. kondenzatori ili induktori), a najčešći su serijalni kondenzatori.

Ova metoda široko se koristi u EHV (Ekstra Visokonaponskim) i UHV (Ultra Visokonaponskim) prenosnim linijama kako bi znatno poboljšala njihovu sposobnost prenosa snage.

Kapacitet prenosa snage prenosne linije bez korišćenja kompenzacionog uređaja;

Gdje,

• V₁ = Napon na početku prenosa

• V₂ = Napon na kraju prenosa

• X_L = Induktivna reaktivna otpornost prenosne linije

• δ = Fazni ugao između V₁ i V₂

• P = Prenos snage po fazi

Sada, spojimo kondenzator serijalno sa prenosnom linijom. Kapacitivna reaktivna otpornost ovog kondenzatora je XC. Dakle, ukupna reaktivna otpornost je XL-XC. Tako, sa kompenzacionim uređajem, kapacitet prenosa snage dat je sa;

Faktor k poznat je kao faktor kompenzacije ili stepen kompenzacije. Obično, vrednost k leži između 0,4 do 0,7. Pretpostavimo da je vrednost k 0,5.

Dakle, očigledno je da korišćenje serijalnih kompenzacionih uređaja može povećati kapacitet prenosa snage približno 50%. Kada se koriste serijalni kondenzatori, fazni ugao (δ) između napona i struje manji je u poređenju sa nekompenzovanom linijom. Manja vrednost δ unapređuje stabilnost sistema - što znači da, za isti volumen prenosa snage i identične parametre na početku i kraju prenosa, kompenzovana linija nudi značajno bolju stabilnost u odnosu na nekompenzovanu.

Shunt kompenzacija

U visokonaponskoj prenosnoj liniji, magnituda napona na kraju prenosa zavisi od opterećenja. Kapacitet ima važnu ulogu u visokonaponskim prenosnim linijama.

Kada je prenosna linija opterećena, opterećenje zahteva reaktivnu snagu, koja se inicijalno dostavlja iz prirodnog kapaciteta linije. Međutim, kada opterećenje premaši SIL (Impulsnu impedansijsku opterećenost), povećana potreba za reaktivnom snagom dovodi do značajnog pada napona na kraju prenosa.

Da bi se to rešilo, banke kondenzatora spajaju se paralelno sa prenosnom linijom na kraju prenosa. Ove banke pružaju dodatnu reaktivnu snagu koja je potrebna, efektivno umanjujući pad napona na kraju prenosa.

Povećanje kapaciteta linije dovodi do porasta napona na kraju prenosa.

Kada je prenosna linija slabije opterećena (tj. opterećenje je ispod SIL), potreba za reaktivnom snagom je niža od one generisane kapacitetom linije. U ovom scenariju, napon na kraju prenosa postaje veći od napona na početku prenosa - fenomen poznat kao Ferranti efekat.

Da bi se to sprečilo, shunt reaktori spajaju se paralelno sa prenosnom linijom na kraju prenosa. Ovi reaktori apsorbiraju prekomjernu reaktivnu snagu iz linije, osiguravajući da napon na kraju prenosa ostane na njegovoj nominalnoj vrednosti.