FACTS کنترلرها و دستگاه ها چه طبقه بندی ها و انواعی دارند
بر اساس نوع اتصال کنترل‌کننده FACTS با سیستم برق، آن را به صورت زیر طبقه‌بندی می‌کنند؛
کنترل‌کننده متصل به سری
کنترل‌کننده متصل به شونت
کنترل‌کننده ترکیبی سری-سری
کنترل‌کننده ترکیبی شونت-سری
کنترل‌کننده‌های متصل به سری
کنترل‌کننده‌های سری ولتاژی را در سری با ولتاژ خط معرفی می‌کنند، معمولاً با استفاده از دستگاه‌های ضدمانندی خازنی یا القایی. عملکرد اصلی آنها ارائه یا جذب قدرت واکنشی متغیر به عنوان نیاز است.
وقتی یک خط انتقال به شدت باردار است، تقاضای افزایشی قدرت واکنشی با فعال کردن عناصر خازنی در کنترل‌کننده سری برآورده می‌شود. به طور معکوس، تحت بار کم—که کاهش تقاضای قدرت واکنشی باعث بالا رفتن ولتاژ سمت گیرنده نسبت به ولتاژ سمت ارسال‌کننده می‌شود—عناصر القایی برای جذب قدرت واکنشی اضافه استفاده می‌شوند و سیستم را پایدار می‌کنند.
در بیشتر کاربردها، خازنهای نصب شده نزدیک انتهای خط برای جبران تقاضای قدرت واکنشی استفاده می‌شوند. دستگاه‌های رایج برای این منظور شامل Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) و Static Synchronous Series Compensators (SSSC) هستند. پیکربندی اساسی یک کنترل‌کننده متصل به سری در شکل زیر نشان داده شده است.
کنترل‌کننده‌های متصل به شونت
کنترل‌کننده‌های متصل به شونت جریان را در نقطه اتصال خود به سیستم برق تزریق می‌کنند، با استفاده از مقاومت‌های متغیر مانند خازن‌ها و القاء‌ها—به اصول مشابه کنترل‌کننده‌های سری، اما با روش اتصال متفاوت.
جبران واکنشی شونت خازنی
وقتی یک خازن به صورت موازی با سیستم برق متصل می‌شود، این رویکرد را جبران واکنشی شونت خازنی می‌نامند. خطوط انتقال با بارهای بسیار القایی معمولاً با عامل توان کمتر از یک عمل می‌کنند. خازنهای شونت با جذب جریانی که از ولتاژ منبع پیشی می‌گیرد، بار واکنشی را جبران می‌کنند و عامل توان کلی را بهبود می‌بخشند.
جبران واکنشی شونت القایی
وقتی یک القاء به صورت موازی متصل می‌شود، این روش را جبران واکنشی شونت القایی می‌نامند. این روش کمتر در شبکه‌های انتقال استفاده می‌شود، اما برای خطوط بسیار طولانی حیاتی می‌شود: در شرایط بدون بار، بار کم یا جدا شدن بار، اثر فرانتی باعث می‌شود که ولتاژ سمت گیرنده از ولتاژ سمت ارسال‌کننده بیشتر شود. جبران‌کننده‌های واکنشی شونت (مانند راکتورها) قدرت واکنشی اضافه را جذب می‌کنند تا این افزایش ولتاژ را کاهش دهند.
نمونه‌هایی از سیستم‌های کنترل‌کننده متصل به شونت شامل Static VAR Compensators (SVC) و Static Synchronous Compensators (STATCOM) هستند.
کنترل‌کننده‌های ترکیبی سری-سری
در سیستم‌های انتقال چندخطی، کنترل‌کننده‌های ترکیبی سری-سری از مجموعه‌ای از کنترل‌کننده‌های سری مستقل که به صورت هماهنگ کار می‌کنند، استفاده می‌کنند. این پیکربندی اجازه می‌دهد که جبران واکنشی سری برای هر خط به صورت انفرادی انجام شود و حمایت شخصی‌سازی شده برای هر مدار فراهم شود.
علاوه بر این، این سیستم‌ها می‌توانند انتقال توان حقیقی بین خطوط را از طریق یک پیوند توان اختصاصی تسهیل کنند. یا می‌توانند یک طراحی کنترل‌کننده یکپارچه را اتخاذ کنند که در آن ترمینال‌های DC تبدیل‌کننده‌ها به هم متصل می‌شوند—این پیکربندی به طور مستقیم انتقال توان حقیقی به خطوط انتقال را ممکن می‌سازد. یک مثال نمایانگر از چنین سیستمی Interlink Power Flow Controller (IPFC) است.
کنترل‌کننده‌های ترکیبی شونت-سری
این نوع کنترل‌کننده دو مؤلفه عملکردی را یکپارچه می‌کند: یک کنترل‌کننده شونت که ولتاژ را به صورت موازی با سیستم تزریق می‌کند، و یک کنترل‌کننده سری که جریان را به صورت سری با خط تزریق می‌کند. این دو مؤلفه به صورت هماهنگ عمل می‌کنند تا عملکرد کلی را بهینه کنند. یک مثال برجسته از چنین سیستمی Unified Power Flow Controller (UPFC) است.
نوع‌های دستگاه‌های FACTS
مجموعه‌ای از دستگاه‌های FACTS برای برآورده کردن نیازهای مختلف کاربرد توسعه یافته‌اند. در زیر یک مروری بر کنترل‌کننده‌های FACTS رایج‌ترین، به ترتیب نوع عملکردی آنها، ارائه شده است:
جبران‌کننده‌های سری:
جبران‌کننده‌های شونت:
جبران‌کننده‌های سری-سری:
جبران‌کننده‌های سری-شونت:
بیایید هر یک از جبران‌کننده‌ها را به طور خلاصه بررسی کنیم:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC مقاومت خازنی را به صورت سری با سیستم برق معرفی می‌کند. ساختار اصلی آن شامل یک بانک خازن (که از چند خازن به صورت سری-موازی تشکیل شده است) که به صورت موازی با یک راکتور کنترل شده توسط thyristor متصل است. این طراحی امکان تنظیم پیوسته و متغیر خازن سری را فراهم می‌کند.
thyristors با کنترل زاویه شلیک، مقاومت سیستم را تنظیم می‌کنند که به نوبه خود مقاومت کلی مدار را تنظیم می‌کند. یک نمودار بلوکی ساده TCSC در شکل زیر نشان داده شده است.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR یک جبران‌کننده سری است که مقاومت القایی را به صورت پیوسته تنظیم می‌کند. طراحی آن مشابه TCSC است، با تفاوت اینکه خازن با یک راکتور جایگزین می‌شود.
راکتور هنگامی که زاویه شلیک thyristor به 180 درجه می‌رسد، مسدود می‌شود و هنگامی که زاویه شلیک کمتر از 180 درجه است، مسیر را باز می‌کند. یک نمودار اساسی Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) در شکل زیر نشان داده شده است.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC یک روش جبران‌کننده سری است که از نظر اصول مشابه TCSR است، اما با یک تفاوت عملکردی کلیدی: در حالی که TCSR با تنظیم زاویه شلیک thyristor (که امکان تنظیم گام به گام را فراهم می‌کند) کنترل قدرت را انجام می‌دهد، thyristors در TSSC به صورت "روشن/خاموش" ساده عمل می‌کنند و بدون تنظیم زاویه شلیک. این بدان معناست که خازن یا به طور کامل به خط متصل می‌شود یا کاملاً از خط جدا می‌شود.
این عملکرد ساده‌تر، پیچیدگی و هزینه thyristors و کنترل‌کننده کلی را کاهش می‌دهد. نمودار اساسی TSSC مشابه TCSC است.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC یک دستگاه جبران‌کننده سری است که در سیستم‌های انتقال برای تنظیم جریان توان با کنترل مقاومت معادل خط استفاده می‌شود. ولتاژ خروجی آن به طور کامل قابل کنترل است و مستقل از جریان خط است—با تنظیم این ولتاژ خروجی، مقاومت موثر خط را می‌توان به طور دقیق تنظیم کرد.
از نظر عملکرد، SSSC مانند یک ژنراتور سینکرونیک ساکن است که به صورت سری با خط انتقال متصل می‌شود. هدف اصلی آن تنظیم فشار ولتاژ روی خط و در نتیجه کنترل جریان توان است. SSSC یک ولتاژ را تزریق می‌کند که با جریان خط 90 درجه فازی دارد: اگر ولتاژ تزریقی از جریان پیشی بگیرد، جبران واکنشی خازنی ارائه می‌دهد؛ اگر پشت سر جریان باشد، جبران واکنشی القایی ارائه می‌دهد. یک نمودار اساسی Static Synchronous Series Compensator در شکل زیر نشان داده شده است.
Static VAR Compensator (SVC)
یک Static VAR Compensator (SVC) شامل یک بانک خازن ثابت است که به صورت موازی با یک راکتور کنترل شده توسط thyristor متصل می‌شود. زاویه شلیک thyristor عملکرد راکتور را تنظیم می‌کند و مستقیماً ولتاژ روی راکتور را—و بنابراین مقدار توانی که جذب می‌کند—کنترل می‌کند.
این پیکربندی امکان تنظیم پویای توان واکنشی خروجی SVC را فراهم می‌کند، که ولتاژ را پایدار می‌کند و عامل توان را در سیستم انتقال بهبود می‌بخشد. یک نمودار اساسی Static VAR Compensator در شکل زیر نشان داده شده است.
کاربردهای Static VAR Compensator (SVC)
SVCs دستگاه‌های چندکاره‌ای هستند که برای بهبود عملکرد سیستم برق استفاده می‌شوند، با عملکردهای کلیدی شامل:
آنها همچنین به طور گسترده‌ای در محیط‌های صنعتی برای مدیریت توان واکنشی و بهبود کیفیت توان استفاده می‌شوند. در زیر یک مروری بر پیکربندی‌های SVC رایج‌ترین ارائه شده است:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
یک TCR شامل یک راکتور است که به صورت سری با یک ویلیوی thyristor متصل می‌شود—به طور خاص، دو thyristor که به صورت ضد-متوازی متصل شده‌اند. این thyristors در هر نیم دوره AC توان متناوب به صورت متناوب رسانا می‌شوند، با یک مدار کنترلی که هر نیم دوره سیگنال‌های شلیک را به thyristors ارسال می‌کند.
زاویه شلیک thyristor مقدار توان واکنشی واکنشی ارائه شده به سیستم را تعیین می‌کند. TCRs به طور معمول در خطوط انتقال UHV (Extra High Voltage) استفاده می‌شوند، که در شرایط بار کم یا بدون بار جبران توان واکنشی را فراهم می‌کنند. یک نمودار اساسی Thyristor Controlled Reactor در شکل زیر نشان داده شده است.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
در شرایط بار سنگین، تقاضای توان واکنشی افزایش می‌یابد—و Thyristor Switched Capacitors (TSCs) برای برآورده کردن این تقاضای افزایش یافته طراحی شده‌اند. آنها معمولاً در خطوط انتقال UHV در دوره‌های بار بالا استفاده می‌شوند.
TSC اصول ساختاری مشابه TCR را دارد، اما با یک تغییر کلیدی: راکتور در TCR با یک خازن جایگزین می‌شود. مانند TCR، TSC مقدار توان واکنشی ارائه شده به خط انتقال را با تنظیم زاویه شلیک thyristor تنظیم می‌کند. یک نمودار اساسی Thyristor Switched Capacitor (TSC) در شکل زیر نشان داده شده است.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR از نظر ساختار مشابه Thyristor Controlled Reactor (TCR) است، اما در عملکرد متفاوت است: در حالی که TCR با کنترل زاویه شلیک thyristor (که امکان کنترل فاز را فراهم می‌کند) جریان را تنظیم می‌کند، thyristors در TSR به صورت دودویی "روشن/خاموش" عمل می‌کنند و بدون کنترل فاز. این بدان معناست که راکتور یا به طور کامل به مدار متصل می‌شود یا کاملاً از مدار جدا می‌شود.عدم وجود تنظیم زاویه شلیک طراحی را ساده می‌کند، هزینه thyristors را کاهش می‌دهد و از دست دادهای تغییر وضعیت را کمینه می‌کند. نمودار اساسی TSR مشابه TCR است.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM یک تبدیل‌کننده منبع ولتاژ الکترونیکی توان است که با ارائه یا جذب توان واکنشی عملکرد سیستم انتقال را تنظیم می‌کند—و می‌تواند در صورت نیاز حمایت توان حقیقی نیز ارائه دهد. این دستگاه به ویژه در خطوط انتقال با عامل توان ضع
