Hvad er Klassifikationer og Typer af FACTS-Regulatører og -Enheder
Ifølge forbindelsesarten mellem FACTS-styring og strømsystemet, kan den inddeles som følger:
Seriel forbundet styring
Shunt-forbundet styring
Kombineret seriel-seriel styring
Kombineret shunt-seriel styring
Seriel-forbundede styringer
Seriel styringer introducerer en spænding i række med linjens spænding, typisk ved hjælp af kapacitive eller induktive impedansenheder. Deres primære funktion er at levere eller absorbere variabel reaktiv effekt efter behov.
Når en transmissionsledning er tungt belastet, opfyldes den øgede reaktive effektefterfrågning ved at aktiver kapacitive elementer i serielstyringen. Omvendt, under let belastning - hvor en reduktion i reaktiv effektefterfrågning fører til, at modtagende ende-spændingen stiger over afsendende ende-spændingen - anvendes induktive elementer til at absorberer overskydende reaktiv effekt, hvilket stabiliserer systemet.
I de fleste applikationer installeres kondensatorer nær linjens ender for at kompensere for reaktiv effektefterfrågning. Almindelige enheder til dette formål inkluderer Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) og Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Den grundlæggende konfiguration af en seriel-forbundet styring vises på figuren nedenfor.
Shunt-forbundede styringer
Shunt-forbundede styringer pumper strøm ind i strømsystemet ved deres forbindelsespunkt, ved hjælp af variable impedanser som kondensatorer og induktorer - i princippet lignende seriel styringer, men forskellige i forbindelsesmetode.
Shunt kapacitiv kompensation
Når en kondensator er forbundet parallelt med strømsystemet, kaldes tilgangen for shunt kapacitiv kompensation. Transmissionsledninger med højinduktive belastninger opererer typisk med en forsinket effektiv faktor. Shunt kondensatorer løser dette ved at trække strøm, der ligger foran kilde-spændingen, hvilket udligner den forsinkede belastning og forbedrer den samlede effektiv faktor.
Shunt induktiv kompensation
Når en induktor er forbundet parallelt, kaldes metoden for shunt induktiv kompensation. Dette anvendes mindre ofte i transmissionsnet, men bliver kritisk for meget lange ledninger: under ingen-belastning, let-belastning eller afbrudt belastningsforhold, forårsager Ferranti-effekten, at modtagende ende-spændingen overstiger afsendende ende-spændingen. Shunt induktive kompensatorer (f.eks. reaktorer) absorberer overskydende reaktiv effekt for at mildne denne spændingsstigning.
Eksempler på shunt-forbundede styresystemer inkluderer Static VAR Compensators (SVC) og Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombineret seriel-seriel styringer
I transmissionsystemer med flere ledninger anvender kombinerede seriel-seriel styringer et sæt af uafhængige serielle styringer, der arbejder i koordinering. Denne konfiguration gør det muligt at give individuel seriell reaktiv kompensation for hver ledning, hvilket sikrer skræddersyet support for hvert kredsløb.
Desuden kan disse systemer lette virkelig effekttransfer mellem ledninger gennem en dedikeret effektkobling. Alternativt kan de anvende en enkelt styringsdesign, hvor DC-terminalerne af omformere er forbundet - denne opsætning gør direkte virkelig effekttransfer til transmissionsledninger mulig. Et repræsentativt eksempel på et sådant system er Interline Power Flow Controller (IPFC).
Kombineret shunt-seriel styringer
Denne type styring integrerer to funktionskomponenter: en shunt-styring, der pumper spænding parallelt med systemet, og en seriel styring, der pumper strøm i række med linjen. De to komponenter fungerer koordineret for at optimere den samlede ydeevne. Et fremtrædende eksempel på et sådant system er Unified Power Flow Controller (UPFC).
Typer af FACTS-enheder
En række FACTS-enheder er udviklet for at imødekomme diverse anvendelsesbehov. Nedenfor findes en oversigt over de mest almindelige FACTS-styringer, grupperet efter deres funktionalitet:
Seriel kompensatorer:
Shunt kompensatorer:
Seriel-seriel kompensatorer:
Seriel-shunt kompensatorer:
Lad os kort se på hver kompensator:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC introducerer kapacitiv reaktans i række med strømsystemet. Dets kernestruktur inkluderer en kondensatorbank (bestående af flere kondensatorer i serie-parallellkonfiguration), der er forbundet parallel med en thyristor-kontrolleret reaktor. Denne design gør det muligt at justere den seriele kapacitance glat og variabelt.
Thyristorer regulerer systemets impedans ved at kontrollere tændingsvinklen, hvilket i sin tur justerer den totale kredsløbsimpedans. En forenklet blokdiagram af TCSC vises på figuren nedenfor.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR er en seriel kompensator, der leverer glat justerbar induktiv reaktans. Dens design er analogt med TCSC, med den afgørende forskel, at kondensatoren erstattes af en reaktor.
Reaktoren ophører med at lede, når thyristor-tændingsvinklen når 180°, og begynder at lede, når tændingsvinklen er mindre end 180°. En grundlæggende diagram af Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) vises på figuren nedenfor.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC er en seriel kompensationsmetode, der i princippet ligner TCSR, men har en afgørende operationel forskel: mens TCSR opnår effektstyring ved at justere thyristor-tændingsvinkler (hvilket giver trinvis regulering), opererer TSSC-thyristorer i en simpel "til/fra"-tilstand uden tændingsvinkeljustering. Dette betyder, at kondensatoren enten er fuldt forbundet til eller helt frakoblet fra linjen.
Denne forenklede operation reducerer kompleksiteten og kostprisen for både thyristorer og den samlede styring. Den grundlæggende diagram af TSSC er identisk med den af TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC er en seriel kompensator, der bruges i transmissionsystemer til at regulere effektflødet ved at kontrollere den ækvivalente impedans af linjen. Dets udgangsspænding er fuldt kontrollerbar og uafhængig af linje-strømmen - ved at justere denne udgangsspænding, kan linjens effektive impedans præcist moduleres.
Funktionelt fungerer SSSC som en statisk synkron generator, der er forbundet i række med transmissionsledningen. Dets kerneformål er at justere spændingsfaldet over linjen, hvilket kontrollerer effektflødet. SSSC pumper en spænding, der er i kvadratur (90° faseforskydning) med linje-strømmen: hvis den pumpede spænding ligger foran strømmen, giver den kapacitiv kompensation; hvis den ligger bagved strømmen, giver den induktiv kompensation. En grundlæggende diagram af Static Synchronous Series Compensator vises på figuren nedenfor.
Static VAR Compensator (SVC)
En Static VAR Compensator (SVC) består af en fast kondensatorbank, der er forbundet parallelt med en thyristor-kontrolleret reaktor. Thyristor-tændingsvinklen regulerer reaktorens drift, der direkte kontrollerer spændingen over reaktoren - og dermed mængden af effekt, den drager.
Denne konfiguration gør det muligt for SVC at dynamisk justere reaktiv effektoutput, stabilisere spændingen og forbedre effektiv faktor i transmissionsystemet. En grundlæggende diagram af Static VAR Compensator vises på figuren nedenfor.
Static VAR Compensator (SVC) Anvendelser
SVC'er er versatile enheder, der bruges til at forbedre strømsystemets ydeevne, med nøglefunktioner, der inkluderer:
De anvendes også bredt i industrielle miljøer til reaktiv effektstyring og forbedring af strømkvalitet. Nedenfor findes en oversigt over de mest almindelige SVC-konfigurationer:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
En TCR består af en reaktor, der er forbundet i serie med en thyristorventil - specifikt to thyristorer, der er forbundet i antiparallel. Disse thyristorer leder alternativt i hver halvcyklus af AC-strømforsyningen, med en kontrolcirkel, der leverer tændingspulser til thyristorerne hver halvcyklus.
Thyristor-tændingsvinklen bestemmer mængden af forsinket reaktiv effekt, der leveres til systemet. TCR'er anvendes ofte i EHV (Extra High Voltage) transmissionsledninger, hvor de giver reaktiv effekt kompensation under let-belastning eller ingen-belastningsforhold. En grundlæggende diagram af en Thyristor Controlled Reactor vises på figuren nedenfor.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Under tung belastning stiger reaktiv effekt efterfrågning - og Thyristor Switched Capacitors (TSC'er) er designet til at imødekomme denne øgede efterspørgsel. De anvendes ofte i EHV-transmissionsledninger under perioder med høj belastning.
TSC deler en lignende strukturel princip med TCR, men med en vigtig komponentskift: reaktoren i TCR erstattes af en kondensator. Som TCR justerer TSC mængden af reaktiv effekt, der leveres til transmissionsledningen, ved at justere thyristor-tændingsvinklen. En grundlæggende diagram af Thyristor Switched Capacitor (TSC) vises på figuren nedenfor.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR er strukturelt lignende Thyristor Controlled Reactor (TCR), men adskiller sig i drift: mens TCR justerer strøm ved at kontrollere thyristor-tændingsvinkler (hvilket giver faseregulering), opererer TSR-thyristorer i en binær "til/fra"-tilstand uden faseregulering. Dette betyder, at reaktoren enten er fuldt forbundet til kredsløbet eller helt frakoblet.Fraværet af tændingsvinkelregulering forenkler designet, reducerer thyristorkost og minimere skifttab. Den grundlæggende diagram af en TSR er identisk med den af en TCR.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM er en strøm-elektronik-baseret spændingskilde-omformer (VSC), der regulerer transmissionsystemets ydeevne ved at levere eller absorbere reaktiv effekt - og kan også give aktiv effektstøtte, når det er nødvendigt. Det er især effektivt i transmissionsledninger med dårlig effektiv faktor og spændingsregulering, hvilket gør det til en bredt anvendt enhed for at forbedre spændingsstabiliteten i strømsystemer.
STATCOM opererer ved hjælp af en opladet kondensator som dens DC-indgangskilde, som konverteres til tre-fase AC-spænding via en spændingskontrolleret inverter. Inverterens udgang er synkroniseret med AC-strømsystemet, og enheden er forbundet parallelt med transmissionsledningen gennem en koblingstransformator. Ved at justere inverterens udgang, kan den reaktiv (og aktiv) effekt, der leveres af STATCOM, præcist kontrolleres. En grundlæggende diagram af STATCOM vises på figuren nedenfor.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC er en kompensationsmetode, der er designet til transmissionsystemer med flere ledninger, med flere omformere, der forbinder gennem en fælles DC-bus - hver omformer forbinder til en separat transmissionsledning.
En vigtig evne hos disse omformere er virkelig effekttransfer, der gør det muligt at balancere både virkelig og reaktiv effekt over forbundne ledninger. Denne koordinerede kontrol forbedrer den samlede systemeffektivitet og stabilitet i net med flere ledninger.En grundlæggende diagram af IPFC vises på figuren nedenfor.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integrerer en STATCOM (Static Synchronous Compensator) og en SSSC (Static Synchronous Series Compensator) gennem en fælles DC-spændingsforbindelse, der kombinerer deres funktioner i et enkelt system. Det anvender et par tre-fase kontrollerbare broer til at generere strøm, der pumper ind i transmissionsledningen gennem en koblings-transformator.
UPFC er fremragende til at forbedre flere aspekter af strømsystemets ydeevne, herunder spændingsstabilitet, effektvinkelstabilitet og systemdæmpning. Det kan præcist kontrollere både aktiv (virkelig) og reaktiv effektfløde i transmissionsledninger. Dog fungerer det bedst under balanced sinus bølge-betingelser og kan ikke fungere effektivt under abnorme systemtilstande. Desuden hjælper UPFC med at dæmpe strømsystemsoscillationer og forbedrer midlertidig stabilitet. En grundlæggende diagram af Unified Power Flow Controller (UPFC) vises på figuren nedenfor.
