چه دسته‌بندی‌ها و انواعی برای کنترلرهای و دستگاه‌های FACTS وجود دارد

بر اساس نوع اتصال کنترل‌کننده FACTS با سیستم برق، به دسته‌های زیر تقسیم می‌شود؛

• 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 مقاومت خازنی یا القایی. وظیفه اصلی آن‌ها تأمین یا جذب توان واکنشی متغیر بر اساس نیاز است.

وقتی یک خط انتقال بار سنگین دارد، تقاضای توان واکنشی افزایش یافته توسط فعال کردن عناصر خازنی در کنترل‌کننده سری برآورده می‌شود. به طور معکوس، در شرایط بار کم—که کاهش تقاضای توان واکنشی باعث بالا رفتن ولتاژ سمت گیرنده از ولتاژ سمت ارسال کننده می‌شود—عناصر القایی برای جذب توان واکنشی اضافه استفاده می‌شوند و سیستم را پایدار می‌کنند.

در بیشتر کاربردها، خازنهایی نزدیک انتهای خط‌ها نصب می‌شوند تا تقاضای توان واکنشی را جبران کنند. دستگاه‌های معمول برای این منظور شامل Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) و Static Synchronous Series Compensators (SSSC) هستند. ساختار پایه 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 می‌پاشند، با استفاده از مقاومت‌های متغیر مانند خازن‌ها و القایی‌ها—به مبدأ مشابه کنترل‌کننده‌های سری اما با روش اتصال متفاوت.

جبران واکنشی شونت خازنی

وقتی یک خازن به صورت موازی با سیستم برق متصل می‌شود، این روش جبران واکنشی شونت خازنی نامیده می‌شود. خطوط انتقال با بار‌های بسیار القایی معمولاً با ضریب توان کم عمل می‌کنند. خازن‌های شونت با جذب جریانی که از ولتاژ منبع پیشی می‌گیرد، بار‌های تاخیری را جبران می‌کنند و ضریب توان کلی را بهبود می‌بخشند.

جبران واکنشی شونت القایی

وقتی یک القایی به صورت موازی متصل می‌شود، این روش جبران واکنشی شونت القایی نامیده می‌شود. 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 فرانکی باعث می‌شود ولتاژ سمت گیرنده از ولتاژ سمت ارسال کننده بیشتر شود. جبران‌کننده‌های شونت القایی (مانند راکتورها) توان 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 عمل می‌کنند، استفاده می‌کنند. این ساختار اجازه می‌دهد که جبران واکنشی سری برای هر خط جداگانه انجام شود و حمایت شخصی‌سازی شده برای هر مدار ارائه 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 انتهای DC تبدیل‌کننده‌ها به هم متصل می‌شوند—این ساختار به طور مستقیم اجازه می‌دهد تا توان حقیقی به خطوط انتقال منتقل شود. یک نمونه نمایانگر از چنین سیستمی Interlink Power Flow Controller (IPFC) است.

کنترل‌کننده‌های ترکیبی شونت-سری

این نوع کنترل‌کننده دو مؤلفه عملکردی را ترکیب می‌کند: یک کنترل‌کننده شونت که ولتاژ را به صورت موازی با سیستم می‌پاشد، و یک کنترل‌کننده سری که جریان را به صورت سری با خط می‌پاشد. مهم است که این دو مؤلفه به صورت هماهنگ عمل می‌کنند تا عملکرد کلی را بهینه کنند. یک نمونه برجسته از چنین سیستمی Unified Power Flow Controller (UPFC) است.

انواع دستگاه‌های FACTS

مجموعه‌ای از دستگاه‌های FACTS برای برآورده کردن نیازهای مختلف کاربردی توسعه یافته است. در زیر یک مروری بر کنترل‌کننده‌های FACTS مورد استفاده شایع، به ترتیب نوع عملکردی آن‌ها ارائه شده است:

جبران‌کننده‌های سری:

• Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)

• Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)

• Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)

• Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

جبران‌کننده‌های شونت:

• Static VAR Compensator (SVC)

• Thyristor Controlled Reactor (TCR)

• Thyristor Switched Capacitor (TSC)

• Thyristor Switched Reactor (TSR)

• Static Synchronous Compensator (STATCOM)

جبران‌کننده‌های سری-سری:

• Interline Power Flow Controller (IPFC)

جبران‌کننده‌های سری-شونت:

• Unified Power Flow Controller (UPFC)

بیایید هر یک از این جبران‌کننده‌ها را به طور خلاصه بررسی کنیم:

Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)

TCSC واکنش خازنی را به صورت سری با سیستم برق معرفی می‌کند. ساختار اصلی آن شامل یک بانک خازن (که از چند خازن در سری-موازی تشکیل شده) است که به صورت موازی با یک راکتور کنترل‌شده تایریستوری متصل شده است. این طراحی امکان تنظیم نرم و متغیر واکنش خازنی را فراهم می‌کند.

تایریستورها با کنترل زاویه شلیک، مقاومت سیستم را تنظیم می‌کنند که به نوبه خود واکنش کل 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 واکنش القایی قابل تنظیم را فراهم می‌کند. طراحی آن مشابه TCSC است، با تفاوت اینکه خازن با یک راکتور جایگزین شده است.

راکتور وقتی که زاویه شلیک تایریستور به ۱۸۰ درجه می‌رسد، از هدایت منقطع می‌شود و وقتی زاویه شلیک کمتر از ۱۸۰ درجه است، هدایت را آغاز می‌کند. یک نمودار اساسی Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) در شکل زیر نشان داده شده است.

Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)

TSSC یک روش جبران سری است که از نظر اصلی مشابه TCSR است اما با تفاوت عملکردی: در حالی که TCSR با تنظیم زاویه شلیک تایریستور (که تنظیم گام‌به‌گام را ممکن می‌سازد) توان را کنترل می‌کند، تایریستورهای TSSC به صورت "روشن/خاموش" ساده عمل می‌کنند و بدون تنظیم زاویه شلیک. این بدان معناست که خازن یا کاملاً به خط متصل می‌شود یا کاملاً از خط جدا می‌شود.

این عملکرد ساده‌شده موجب کاهش پیچیدگی و هزینه هم تایریستورها و هم کنترل‌کننده کلی می‌شود. نمودار اساسی TSSC مشابه TCSC است.

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

SSSC یک دستگاه جبران سری است که در سیستم‌های انتقال برای تنظیم جریان توان با کنترل مقاومت معادل خط استفاده می‌شود. ولتاژ خروجی آن کاملاً قابل کنترل است و مستقل از جریان خط—با تنظیم این ولتاژ خروجی، مقاومت موثر خط می‌تواند دقیقاً تنظیم شود.

از نظر عملکردی، SSSC مانند یک مولد همزمان استاتیکی است که به صورت سری با خط انتقال متصل می‌شود. هدف اصلی آن تنظیم کاهش ولتاژ در طول خط و در نتیجه کنترل جریان توان است. SSSC یک ولتاژ را می‌پاشد که ۹۰ درجه از جریان خط پیشی گرفته است: اگر ولتاژ پاشیده شده از جریان پیشی گرفته باشد، جبران خازنی ارائه می‌دهد؛ اگر پسی گرفته باشد، جبران 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 کنترل‌شده تایریستوری متصل شده است. زاویه شلیک تایریستور عملکرد راکتور را تنظیم می‌کند و به طور مستقیم ولتاژ روی راکتور—و بنابراین مقدار توانی که جذب می‌کند—را کنترل می‌کند.

این ساختار امکان تنظیم پویای خروجی توان واکنشی SVC را فراهم می‌کند و ولتاژ را پایدار می‌کند و ضریب 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)

SVC‌ها دستگاه‌های چندمنظوره‌ای هستند که برای بهبود عملکرد سیستم برق استفاده می‌شوند، با وظایف کلیدی شامل:

• بهبود ضریب توان

• تنظیم سطوح ولتاژ

• کاهش تحریف هارمونیک

• پایداری شبکه‌های انتقال

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 معمول ارائه شده است:

Thyristor Controlled Reactor (TCR)

TCR شامل یک راکتور است که به صورت سری با یک دریچه تایریستوری متصل شده است—به طور خاص، دو تایریستور که به صورت ضد-متوازی متصل شده‌اند. این تایریستورها در هر نیم دوره AC منبع تغذیه به طور متناوب هدایت می‌کنند، با یک مدار کنترلی که هر نیم دوره سیگنال‌های شلیک را به تایریستورها ارائه می‌دهد.

زاویه شلیک تایریستور مقدار توان واکنشی تاخیری که به سیستم تحویل داده می‌شود را تعیین می‌کند. TCR‌ها معمولاً در خطوط انتقال EHV (Extra High Voltage) استفاده می‌شوند، جایی که در شرایط بار کم یا بدون بار جبران توان واکنشی انجام می‌شود. 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 EHV در دوره‌های بار بالا استفاده می‌شوند.

TSC از نظر ساختاری مشابه TCR است، اما با جایگزینی کلیدی: راکتور در TCR با یک خازن جایگزین شده است. مانند TCR، TSC مقدار توان واکنشی که به خط انتقال تحویل داده می‌شود را با تنظیم زاویه شلیک تایریستور تنظیم می‌کند. یک نمودار اساسی Thyristor Switched Capacitor (TSC) در شکل زیر نشان داده شده است.

Thyristor Switched Reactor (TSR)

TSR از نظر ساختاری مشابه Thyristor Controlled Reactor (TCR) است اما در عملکرد متفاوت است: در حالی که TCR با کنترل زاویه شلیک تایریستور (که کنترل فاز را ممکن می‌سازد) جریان را تنظیم می‌کند، تایریستورهای TSR به صورت دودویی "روشن/خاموش" عمل می‌کنند و بدون کنترل فاز. این بدان معناست که راکتور یا کاملاً به مدار متصل می‌شود یا کاملاً از مدار جدا می‌شود.عدم وجود تنظیم زاویه شلیک ساختار را ساده می‌کند، هزینه تایریستورها را کاهش می‌دهد و زیان‌های تبادل را کاهش می‌دهد. نمودار اساسی TSR مشابه TCR است.

Static Synchronous Compensator (STATCOM)

STATCOM یک تبدیل‌کننده منبع ولتاژ الکترونیکی توان است که با تأمین یا جذب توان واکنشی—و در صورت نیاز توان حقیقی—عملکرد سیستم انتقال را تنظیم می‌کند. آن به طور خاص در خطوط انتقال با ضریب توان ضعیف و تنظیم ولتاژ ضعیف موثر است و به عنوان ی