FACTS Nedir ve Neden Güç Sistemlerinde Gerekli?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), alternatif akım iletim ağlarının güç aktarım yeteneğini ve kontrol edilebilirliğini artırmak için statik cihazları kullanan bir güç elektroniği tabanlı sistemdir.
Bu güç elektronik cihazlar, geleneksel AC ağlara entegre edilerek aşağıdaki ana performans metriklerini artırmak için kullanılır:
Güç elektronik anahtarlarının ortaya çıkmasından önce, reaktif güç dengesizliği ve istikrar sorunları, kondansatörleri, reaktörleri veya senkron jeneratörleri bağlamak için mekanik anahtarlar kullanılarak ele alınıyordu. Ancak, mekanik anahtarların kritik dezavantajları vardı: yavaş tepki süreleri, mekanik aşınma ve düşük güvenilirlik - bu da iletim hattı kontrollüklüğünü ve istikrarını optimize etmede etkinliklerini sınırlıyordu.
Yüksek gerilimli güç elektronik anahtarlarının (örneğin, tiristörler) geliştirilmesi, FACTS kontrolörlerinin oluşturulmasına olanak sağlayarak AC ağ yönetimi alanında bir devrim yarattı.
Neden Güç Sistemlerinde FACTS Cihazlarına İhtiyacımız Var?
Bir güç sisteminin istikrarlı olması, üretim ve talep arasındaki hassas koordinasyonu gerektirir. Elektrik talebinin artmasıyla birlikte, ağ bileşenlerinin tümünün verimliliğini maksimize etmek önem kazanır - ve FACTS cihazları bu optimizasyonda önemli bir rol oynar.
Elektrik gücü üç tür olarak sınıflandırılır: etkin güç (son kullanım için faydalı/gerçek güç), reaktif güç (yüklerdeki enerji depolayan elemanlar tarafından oluşturulan güç) ve görünür güç (etkin ve reaktif güç vektörel toplamı). Reaktif güç, indüktif veya kapasitif olabilir, iletim hatları üzerinden akmasını önlemek için dengelenecek durumdadır - kontrol edilmeyen reaktif güç, ağın etkin güç iletim kapasitesini azaltır.
Dengeleme teknikleri (indüktif ve kapasitif reaktif güç dengesini sağlayarak onu sağlama veya emme) bu nedenle kritik öneme sahiptir. Bu teknikler, güç kalitesini iyileştirir ve iletim verimliliğini artırır.
Dengeleme Tekniklerinin Türleri
Dengeleme teknikleri, cihazların güç sistemine nasıl bağlandığına göre sınıflandırılır:
1. Seri Dengeleme
Seri dengelemede, FACTS cihazları iletim ağına seri olarak bağlanır. Bu cihazlar genellikle değişken impedanslar (örneğin, kondansatörler veya endüktörler) olarak işlev görür, en yaygın kullanılan ise seri kondansatörlerdir.
Bu yöntem, EHV (Çok Yüksek Gerilim) ve UHV (Ultra Yüksek Gerilim) iletim hatlarında güç aktarım kapasitesini önemli ölçüde artırmak için yaygın olarak kullanılır.
Dengeleme cihazı kullanılmadan bir iletim hattının güç aktarım kapasitesi;
Burada,
V1 = Gönderici ucu gerilimi
V2 = Alıcı ucu gerilimi
XL = İletim hattının indüktif reaktansı
δ = V1 ve V2 arasındaki faz açısı
P = Faz başına aktarılan güç
Şimdi, iletim hattına seri bir kondansatör bağlayalım. Bu kondansatörün kapasitif reaktansı XC'dir. Yani, toplam reaktans XL-XC'dir. Böylece, bir dengeleme cihazı ile güç aktarım kapasitesi şu şekilde verilir;
Faktör k, dengeleme faktörü veya dengeleme derecesi olarak bilinir. Genellikle, k'nın değeri 0.4 ile 0.7 arasında yer alır. K'nın değerini 0.5 olarak varsayalım.
Böylece, seri dengeleme cihazlarının kullanımı, güç aktarım kapasitesini yaklaşık %50 oranında artırabileceği açıktır. Seri kondansatörler kullanıldığında, voltaj ve akım arasındaki faz açısı (δ), dengeleme yapılmayan hattan daha küçüktür. Daha küçük δ değeri, sistemin istikrarını artırır - yani, aynı güç aktarım miktarı ve benzer gönderici ve alıcı uç parametreleri için, dengeleme yapılan hattın, dengeleme yapılmayan hattan çok daha iyi istikrara sahip olduğunu gösterir.
Paralel Dengeleme
Yüksek gerilimli bir iletim hattında, alıcı ucundaki gerilim büyüklüğü yük koşullarına bağlıdır. Kapasitans, yüksek gerilimli iletim hattında önemli bir rol oynar.
Bir iletim hattı yüklendiğinde, yük reaktif gücü ihtiyaç duyar ve bu güç ilk olarak hattın doğal kapasitansı tarafından sağlanır. Ancak, yük SİL (Dalga İmpedans Yüklemesi) değerini aştığında, artan reaktif güç talebi, alıcı ucunda önemli bir gerilim düşmesine neden olur.
Bu sorunu çözmek için, alıcı ucunda iletim hattına paralel olarak kondansatör bankaları bağlanır. Bu bankalar, ek reaktif güç ihtiyacını karşılayarak, alıcı ucundaki gerilim düşmesini etkili bir şekilde azaltır.
Hat kapasitansının artması, alıcı ucundaki gerilimin yükselmesine neden olur.
Bir iletim hattı hafif yüklü olduğunda (yani, yük SİL'in altında olduğunda), reaktif güç talebi, hattın kapasitansı tarafından üretilen reaktif gücün altındadır. Bu senaryoda, alıcı ucundaki gerilim, gönderici ucundakinden daha yüksek olur - bu fenomen Ferranti etkisi olarak bilinir.
Bunu önlemek için, alıcı ucunda iletim hattına paralel olarak shunt reaktörler bağlanır. Bu reaktörler, hattan fazla reaktif gücü emerek, alıcı ucundaki gerilimin nominal değerinde kalmasını sağlar.
