Jaké jsou klasifikace a typy řadičů a zařízení FACTS
Podle typu připojení FACTS řadiče k elektrické síti se třídí jako:
Řadič s sériovým připojením
Řadič s paralelním připojením
Kombinovaný sériově-sériový řadič
Kombinovaný paralelně-sériový řadič
Řadiče s sériovým připojením
Sériové řadiče zavádějí napětí v sérii s linkovým napětím, obvykle pomocí kapacitních nebo indukčních impedančních zařízení. Jejich hlavní funkcí je poskytnout nebo absorbovat proměnnou reaktivní výkon podle potřeby.
Když je přenosová linka silně zatěžována, zvýšená poptávka po reaktivním výkonu je splněna aktivací kapacitních prvků v sériovém řadiči. Naopak, při lehké zátěži, kdy snížená poptávka po reaktivním výkonu způsobí, že napětí na přijímacím konci stoupne nad napětí na odesílacím konci, jsou použity indukční prvky k absorpci přebytečného reaktivního výkonu a stabilizaci systému.
V nejvíce aplikacích jsou kondenzátory instalovány blízko konce linky pro kompenzaci poptávky po reaktivním výkonu. Běžná zařízení pro tento účel zahrnují Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) a Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Základní konfigurace sériově připojeného řadiče je znázorněna na následujícím obrázku.
Řadiče s paralelním připojením
Paralelně připojené řadiče vstřikují proud do elektrického systému v místě svého připojení, využívají proměnné impedancie, jako jsou kondenzátory a cívky – principem podobné sériovým řadičům, ale liší se způsobem připojení.
Paralelní kapacitivní kompenzace
Když je kondenzátor připojen paralelně k elektrickému systému, tento přístup se nazývá paralelní kapacitivní kompenzace. Přenosové linky s vysokými induktivními zátěžemi obvykle fungují s činitel mocnosti za pokles. Paralelní kondenzátory toto řeší tím, že vyvolávají proud vedoucí napětí zdroje, což kompenzuje pokles zátěže a zlepšuje celkový činitel mocnosti.
Paralelní induktivní kompenzace
Když je cívka připojena paralelně, tento postup se nazývá paralelní induktivní kompenzace. Tento způsob je méně běžný v přenosových sítích, ale stává se klíčovým pro velmi dlouhé linky: při žádné, lehké nebo odpojené zátěži způsobí Ferranti efekt, že napětí na přijímacím konci přesáhne napětí na odesílacím konci. Paralelní induktivní kompenzátory (např. reaktory) absorbují přebytečný reaktivní výkon, aby zmírnila tento nárůst napětí.
Příklady paralelně připojených systémů řadičů zahrnují Static VAR Compensators (SVC) a Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombinované sériově-sériové řadiče
V systémech s více přenosovými linkami kombinované sériově-sériové řadiče používají sadu nezávislých sériových řadičů pracujících v koordinaci. Tato konfigurace umožňuje individuální sériovou reaktivní kompenzaci každé linky, což zajišťuje přizpůsobenou podporu každého obvodu.
Kromě toho tyto systémy mohou usnadnit přenos skutečného výkonu mezi linkami prostřednictvím dedikovaného výkonového spoje. Alternativně mohou použít unifikovaný design řadiče, kde jsou DC terminály převodníků vzájemně propojeny – tato konfigurace přímo umožňuje přenos skutečného výkonu na přenosové linky. Reprezentativním příkladem takového systému je Interline Power Flow Controller (IPFC).
Kombinované paralelně-sériové řadiče
Tento typ řadiče integruje dva funkční komponenty: paralelní řadič, který vstřikuje napětí paralelně se systémem, a sériový řadič, který vstřikuje proud sériově s linkou. Tyto dva komponenty fungují v koordinované formě, aby optimalizovaly celkovou výkonnost. Prominentním příkladem takového systému je Unified Power Flow Controller (UPFC).
Typy FACTS zařízení
Byla vyvinuta široká škála FACTS zařízení, aby splňovala různé potřeby aplikací. Níže je přehled nejčastěji používaných FACTS řadičů, rozdělených podle jejich funkčního typu:
Sériové kompenzátory:
Paralelní kompenzátory:
Sériově-sériové kompenzátory:
Sériově-paralelní kompenzátory:
Pojďme si nyní krátce prohlédnout každý kompenzátor:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC zavádí kapacitivní reaktance sériově s elektrickým systémem. Jeho základní struktura zahrnuje banku kondenzátorů (složenou z několika kondenzátorů v sériově-paralelní konfiguraci) připojenou paralelně s thyristor kontrolovaným reaktorem. Tento design umožňuje hladkou, variabilní sériovou kapacitní nastavení.
Thyristory regulují impedanci systému ovládáním úhlu zapalování, což následně upravuje celkovou impedanci obvodu. Zjednodušený blokový diagram TCSC je znázorněn na následujícím obrázku.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR je sériový kompenzátor, který poskytuje hladce nastavitelnou induktivní reaktance. Jeho design je analogický s TCSC, s tím rozdílem, že kondenzátor je nahrazen reaktorem.
Reaktor přestane vodiť, když úhel zapalování thyristoru dosáhne 180°, a začne vodiť, když úhel zapalování je menší než 180°. Základní diagram Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) je znázorněn na následujícím obrázku.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC je sériová kompenzační technika podobná v principu TCSR, ale s klíčovým operačním rozdílem: zatímco TCSR dosahuje řízení výkonu nastavováním úhlu zapalování thyristorů (umožňující stupňovou regulaci), TSSC thyristory fungují v jednoduchém režimu „zap/vyp“ bez nastavování úhlu zapalování. To znamená, že kondenzátor je buď plně připojen k lince, nebo zcela odpojen.
Toto zjednodušení operace snižuje složitost a náklady jak thyristorů, tak i celkového řadiče. Základní diagram TSSC je identický s diagramem TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC je sériové kompenzační zařízení používané v přenosových systémech k řízení toku výkonu řízením ekvivalentní impedancie linky. Jeho výstupní napětí je plně řiditelné a nezávislé na linkovém proudu – upravováním tohoto výstupního napětí lze přesně modulovat efektivní impedanci linky.
Funkčně funguje SSSC jako statický synchronní generátor připojený sériově s přenosovou linkou. Jeho hlavním účelem je upravit napěťový spád na linku, což umožňuje řídit tok výkonu. SSSC vstřikuje napětí, které je ve fázi kvadratury (90° fázový posuv) s linkovým proudem: pokud vstříknuté napětí předchází proudu, poskytuje kapacitivní kompenzaci; pokud za ním, poskytuje induktivní kompenzaci. Základní diagram Static Synchronous Series Compensator je znázorněn na následujícím obrázku.
Static VAR Compensator (SVC)
Static VAR Compensator (SVC) se skládá z pevné banky kondenzátorů připojené paralelně s thyristor kontrolovaným reaktorem. Úhel zapalování thyristoru reguluje chod reaktoru, což přímo ovládá napětí na reaktoru – a tedy i množství výkonu, které vytahuje.
Tato konfigurace umožňuje SVC dynamicky upravovat výstup reaktivního výkonu, stabilizovat napětí a zlepšovat činitel mocnosti v přenosovém systému. Základní diagram Static VAR Compensator je znázorněn na následujícím obrázku.
Aplikace Static VAR Compensator (SVC)
SVC jsou univerzální zařízení používaná k zlepšení výkonu elektrického systému, s klíčovými funkcemi včetně:
Jsou také široce používány v průmyslových aplikacích pro správu reaktivního výkonu a zlepšení kvality výkonu. Níže je přehled nejčastějších konfigurací SVC:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
TCR se skládá z reaktoru připojeného sériově s thyristorovým ventilovým členem – specifičně, dvěma thyristory připojenými proti sobě. Tyto thyristory vodiť střídavě během každé poloviny cyklu AC napájecího zdroje, s kontrolním obvodem doručujícím zapalovací impulzy k thyristorům každou polovinu cyklu.
Úhel zapalování thyristoru určuje množství zpožděného reaktivního výkonu dodávaného do systému. TCR jsou často nasazovány v EHV (Extra High Voltage) přenosových linkách, kde poskytují reaktivní kompenzaci v době lehké nebo žádné zátěže. Základní diagram Thyristor Controlled Reactor je znázorněn na následujícím obrázku.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Při silné zátěži roste poptávka po reaktivním výkonu – a Thyristor Switched Capacitors (TSC) jsou navrženy, aby splnily tuto zvýšenou poptávku. Jsou často nasazovány v EHV přenosových linkách v době vysoké zátěže.
TSC sdílí podobný strukturní princip s TCR, ale s klíčovou výměnou komponent: reaktor v TCR je nahrazen kondenzátorem. Stejně jako TCR, TSC reguluje množství reaktivního výkonu dodávaného do přenosové linky nastavováním úhlu zapalování thyristoru. Základní diagram Thyristor Switched Capacitor (TSC) je znázorněn na následujícím obrázku.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR je strukturně podobný Thyristor Controlled Reactor (TCR), ale liší se v provozu: zatímco TCR upravuje proud ovládáním úhlu zapalování thyristorů (umožňující fázové řízení), TSR thyristory fungují v binárním režimu „zap/vyp“ bez fázového řízení. To znamená, že reaktor je buď plně připojen k obvodu, nebo zcela odpojen.Absence řízení úhlu zapalování zjednodušuje návrh, snižuje náklady na thyristory a minimalizuje přepínací ztráty. Základní diagram TSR je identický s diagramem TCR.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM je založen na výkonové elektronice jako zdroj napětí (VSC), který řídí výkon přenosového systému poskytováním nebo absorpcí reaktivního výkonu – a může také poskytnout podporu skutečného výkonu, pokud je to potřeba. Je zejména efektivní v přenosových linkách s nízkým činitelem mocnosti a napěťovou regulací, což ho činí široce používaným zařízením pro zlepšení stability napětí v elektrických systémech.
STATCOM funguje pomocí nabitého kondenzátoru jako jeho DC vstupní zdroje, který je převeden na třífázové AC napětí prostřednictvím napěťově řízeného inverteru. Výstup inverteru je synchronizován s AC elektrickým systémem, a zařízení je připojeno paralelně s přenosovou linkou prostřednictvím spojovacího transformátoru. Upravováním výstupu inverteru lze přesně řídit reaktivní (a skutečný) výkon dodávaný STATCOM. Základní diagram STATCOM je znázorněn na následujícím obrázku.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC je kompenzační technika navržená pro vícekolejkové přenosové systémy, obsahující několik převodníků propojených společným DC sběrníkem – každý převodník je připojen k samostatné přenosové lince.
Klíčovou schopností těchto převodníků je přenos skutečného výkonu, což umožňuje vyvážení skutečného a reaktivního výkonu mezi propojenými linkami. Toto koordinované řízení zvyšuje celkovou efektivitu a stabilitu v vícekolejkových sítích.Základní diagram IPFC je znázorněn na následujícím obrázku.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integruje STATCOM (Static Synchronous Compensator) a SSSC (Static Synchronous Series Compensator) prostřednictvím sdíleného DC napěťového spoje, kombin
