Какви са класификациите и видовете на FACTS контролери и устройства
Според типа връзка на FACTS контролера с електроенергийната система, той се класифицира като:
Последователно свързан контролер
Разклонено свързан контролер
Комбиниран последователно-последователен контролер
Комбиниран разклонено-последователен контролер
Последователно свързани контролери
Последователните контролери въвеждат напрежение в последователност с линейното напрежение, обикновено използвайки капацитивни или индуктивни импедансни устройства. Их основна функция е да предоставят или поглъщат променлива реактивна мощност по необходимост.
Когато електропреносната линия е силно натоварена, увеличеният спорадичен запрос за реактивна мощност се удовлетворява чрез активиране на капацитивни елементи в последователния контролер. Напротив, при слабо натоварване - когато намаленият спорадичен запрос за реактивна мощност причинява повишаване на напрежението в приемащия край над напрежението в подаващия край - се използват индуктивни елементи, за да поглатят излишната реактивна мощност и да стабилизират системата.
В повечето приложения кондензатори се инсталират близо до краищата на линията, за да компенсират спорадичния запрос за реактивна мощност. Общи устройства за тази цел включват Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) и Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Основната конфигурация на последователно свързан контролер е показана на фигурата по-долу.
Разклонено свързани контролери
Разклонено свързаните контролери вкарват ток в електроенергийната система в точката на свързване, използвайки променливи импеданси като кондензатори и индуктори - принципно аналогично на последователните контролери, но различаващи се по метод на свързване.
Разклонена капацитивна компенсация
Когато кондензатор е свързан паралелно с електроенергийната система, подходът се нарича разклонена капацитивна компенсация. Електропреносните линии с високо индуктивни натоварвания обикновено работят при отстъпателен фактор на мощност. Разклонените кондензатори решават това, като извличат ток, който предхожда напрежението на източника, компенсирайки отстъпателното натоварване и подобрявайки общия фактор на мощност.
Разклонена индуктивна компенсация
Когато индуктор е свързан паралелно, методът се нарича разклонена индуктивна компенсация. Това се използва по-рядко в електропреносните мрежи, но става критично за много дълги линии: при безнатоварно, слабо натоварено или отключеното състояние, ефектът на Феранти причинява напрежението в приемащия край да надхвърли напрежението в подаващия край. Разклонените индуктивни компенсатори (например реактори) поглъщат излишната реактивна мощност, за да намалят това повишаване на напрежението.
Примери за системи с разклонено свързани контролери включват Static VAR Compensators (SVC) и Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Комбинирани последователно-последователни контролери
В многолинейни системи за електропренос, комбинираните последователно-последователни контролери използват набор от независими последователни контролери, които работят в координация. Тази конфигурация позволява индивидуална последователна реактивна компенсация за всяка линия, осигурявайки персонализирана подкрепа за всеки контур.
Освен това, тези системи могат да облекчат реалния преход на мощност между линиите чрез специална връзка за мощност. Альтернативно, те могат да използват единна конструкция на контролера, при която DC терминалите на преобразувачите са свързани - тази конфигурация директно облекчава реалния преход на мощност към електропреносните линии. Представителен пример за такава система е Interlink Power Flow Controller (IPFC).
Комбинирани разклонено-последователни контролери
Този тип контролер интегрира две функционални компоненти: разклонен контролер, който вкарва напрежение паралелно с системата, и последователен контролер, който вкарва ток в последователност с линията. Ключово, тези два компонента работят в координиран начин, за да оптимизират общата производителност. Представителен пример за такава система е Unified Power Flow Controller (UPFC).
Типове FACTS устройства
Бил създаден широк спектър от FACTS устройства, за да отговорят на различни приложни нужди. По-долу е представен преглед на най-често използваните FACTS контролери, категоризирани по техния функционален тип:
Последователни компенсатори:
Разклонени компенсатори:
Последователно-последователни компенсатори:
Последователно-разклонени компенсатори:
Да разгледаме кратко всеки компенсатор:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC въвежда капацитивна реактивност в последователност с електроенергийната система. Неговата основна структура включва банка от кондензатори (съставена от множество кондензатори в последователно-паралелна конфигурация), свързана паралелно с thyristor-controlled reactor. Тази конструкция позволява гладко, променливо регулиране на последователната капацитивна реактивност.
Тайристорите регулират импеданса на системата, контролирайки ъгъла на стрелба, което на свой ред регулира общата импеданса на цепта. Упростило блокова диаграма на TCSC е показана на фигурата по-долу.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR е последователен компенсатор, който предоставя гладко регулируема индуктивна реактивност. Неговата конструкция е аналогична на тази на TCSC, с ключовата разлика, че кондензаторът е заменен с реактор.
Реакторът прекъсва проводимостта, когато ъгълът на стрелба на тайристора достигне 180°, и започва да провежда, когато ъгълът на стрелба е по-малък от 180°. Основна диаграма на Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) е показана на фигурата по-долу.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC е метод на последователна компенсация, принципно подобен на TCSR, но с ключова операционна разлика: докато TCSR постига контрол на мощността, регулирайки ъгъла на стрелба на тайристорите (осигурявайки стъпково регулиране), тайристорите на TSSC работят в прост режим „вкл/изкл“ без регулиране на ъгъла на стрелба. Това означава, че кондензаторът е или напълно свързан с, или напълно отключен от линията.
Това упрощено управление намалява сложността и цената както на тайристорите, така и на целия контролер. Основната диаграма на TSSC е идентична с тази на TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC е устройство за последователна компенсация, използвано в системите за електропренос, за да регулира потока на мощност, контролирайки еквивалентния импеданс на линията. Неговото изходно напрежение е напълно контролируемо и независимо от тока на линията - чрез регулиране на това изходно напрежение, може да се модулира точно ефективният импеданс на линията.
Функционално, SSSC действа като статичен синхронен генератор, свързан в последователност с електропреносната линия. Неговата основна цел е да регулира падането на напрежението в линията, като по този начин контролира потока на мощност. SSSC вкарва напрежение, което е в квадратура (с фазови смяна 90°) с тока на линията: ако вкарваното напрежение предхожда тока, то предоставя капацитивна компенсация; ако то следва тока, то предоставя индуктивна компенсация. Основна диаграма на Static Synchronous Series Compensator е показана на фигурата по-долу.
Static VAR Compensator (SVC)
Static VAR Compensator (SVC) се състои от фиксирана банка от кондензатори, свързана паралелно с thyristor-controlled inductor. Ъгълът на стрелба на тайристора регулира работата на реактора, директно контролирайки напрежението през индуктора - и по този начин количеството мощност, което той извлича.
Тази конфигурация позволява на SVC да динамично регулира изхода на реактивна мощност, стабилизираща напрежението и подобряваща фактора на мощност в системата за електропренос. Основна диаграма на Static VAR Compensator е показана на фигурата по-долу.
Приложения на Static VAR Compensator (SVC)
SVC са универсални устройства, използвани за подобряване на производителността на системата за електроенергия, с ключови функции, включващи:
Те са широко приети в индустриални условия за управление на реактивната мощност и подобряване на качеството на електроенергията. По-долу е представен преглед на най-често срещаните конфигурации на SVC:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
TCR се състои от реактор, свързан в последователност с тайристорен клапан - конкретно, два тайристора, свързани в антипаралел. Тези тайристори провеждат поочередно през всяка половина цикъл на AC напрежението, с контролна верига, доставяща импулси за стрелба на тайристорите всеки половин цикъл.
Ъгълът на стрелба на тайристора определя количеството отстъпателна реактивна мощност, предоставена на системата. TCR са широко използвани в EHV (Extra High Voltage) електропреносни линии, където те осигуряват реактивна компенсация по време на слабо натоварено или безнатоварно състояние. Основна диаграма на Thyristor Controlled Reactor е показана на фигурата по-долу.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
При силно натоварено състояние, запросът за реактивна мощност се увеличава - и Thyristor Switched Capacitors (TSC) са проектирани, за да удовлетворят този увеличен запрос. Те са широко използвани в EHV електропреносни линии по време на високо натоварено състояние.
TSC споделя сходен структурен принцип с TCR, но с ключова компонентна замяна: реакторът в TCR е заменен с кондензатор. Както и при TCR, TSC регулира количеството реактивна мощност, предоставена на електропреносната линия, регулирайки ъгъла на стрелба на тайристора. Основна диаграма на Thyristor Switched Capacitor (TSC) е показана на фигурата по-долу.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR е структурно подобен на Thyristor Controlled Reactor (TCR), но се различава в операцията: докато TCR регулира тока, контролирайки ъгъла на стрелба на тайристорите (осигурявайки фазов контрол), тайристорите на TSR работят в двоичен режим „вкл/изкл“ без фазов контрол. Това означава, че реакторът е или напълно свързан с веригата, или напълно отключен.Отсъствието на регулиране на ъгъла на стрелба опростява дизайна, намалява цената на тайристорите и минимизира загубите при превключване. Основната диаграма на TSR е идентична с тази на TCR.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM е устройство, основано на силна електроника, което регулира производителността на системата за електропренос, предоставяйки или абсорбирайки реактивна мощност - и може да предостави и активна подкрепа на мощност, когато е необходимо. То е особено ефективно в електропреносните линии с лош фактор на мощност и регулиране на напрежението, правейки го широко използвано устройство за подобряване на стабилността на напрежението в системите за електроенергия.
STATCOM работи, използвайки зареден кондензатор като източник на DC вход, който се преобразува в трифазно AC напрежение чрез инвертор, контролиран от напрежението. Изходът на инвертора е синхронизиран с AC системата за електроенергия, и устройството е свързано в разклонение с електропреносната линия чрез куплинаторен трансформатор. Чрез регулиране на изхода на инвертора, реактивната (и активната) мощност, предоставена от STATCOM, може да бъде точно контролирана. Основна диаграма на STATCOM е показана на фигурата по-долу.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC е метод на компенсация, предназначен за многолинейни системи за електропренос, със множество преобразувачи, свързани чрез обща DC шина - всеки преобразувач е свързан с отделна електропреносна линия.
Ключова способност на тези преобразувачи е преходът на реална мощност, позволяващ балансиране на реалната и реактивната мощност във връзката между свързаните линии. Това координирано управление подобрява общата ефективност и стабилност на многолинейните мрежи.Основна диаграма на IPFC е показана на фигурата по-долу.
