Que son as clasificacións e tipos de controladores e dispositivos FACTS
Según o tipo de conexión do controlador FACTS co sistema eléctrico, clasifícase como;
Controlador en Serie
Controlador en Paralelo
Controlador Combinado Serie-Serie
Controlador Combinado Paralelo-Serie
Controladores en Serie
Os controladores en serie introducen unha tensión en serie coa tensión da liña, xeralmente usando dispositivos de impedancia capacitiva ou inductiva. A súa función principal é fornecer ou absorber potencia reactiva variable segundo as necesidades.
Cando unha liña de transmisión está fortemente cargada, a crecente demanda de potencia reactiva se atende activando elementos capacitivos no controlador en serie. Por contra, baixo carga ligeira—onde a reducida demanda de potencia reactiva fai que a tensión no extremo receptor aumente por encima da tensión no extremo emisor—usanse elementos inductivos para absorber o exceso de potencia reactiva, estabilizando así o sistema.
Na maioría das aplicacións, instálanse condensadores preto dos extremos da liña para compensar a demanda de potencia reactiva. Dispositivos comúns para este propósito inclúen Capacitores Serie Controlados por Tirostato (TCSC) e Compensadores Sincronizados Estáticos en Serie (SSSC). A configuración básica dun controlador en serie conectado aparece na figura a continuación.
Controladores en Paralelo
Os controladores en paralelo inxectan corrente ao sistema eléctrico no seu punto de conexión, utilizando impedancias variables como condensadores e inductores—semellante en principios aos controladores en serie pero diferenciándose no método de conexión.
Compensación Capacitiva en Paralelo
Cando un condensador está conectado en paralelo co sistema eléctrico, o método chámase compensación capacitiva en paralelo. As liñas de transmisión con cargas altamente inductivas xeralmente operan cun factor de potencia atrasado. Os condensadores en paralelo resolven isto atrayendo corrente que leva á tensión da fonte, contrarrestando a carga atrasada e mellorando o factor de potencia global.
Compensación Inductiva en Paralelo
Cando un inductor está conectado en paralelo, o método denomínase compensación inductiva en paralelo. Este é menos común en redes de transmisión, pero resulta crítico para liñas moi longas: en condicións de carga nula, carga leve ou carga desconectada, o efecto Ferranti fai que a tensión no extremo receptor supere a tensión no extremo emisor. Os compensadores inductivos en paralelo (por exemplo, reactores) absorben o exceso de potencia reactiva para mitigar este aumento de tensión.
Exemplos de sistemas de controladores en paralelo inclúen Compensadores VAR Estáticos (SVC) e Compensadores Sincronizados Estáticos (STATCOM).
Controladores Combinados Serie-Serie
En sistemas de transmisión multi-liña, os controladores combinados serie-série empregan un conxunto de controladores en serie independentes que funcionan en coordinación. Esta configuración permite unha compensación reactiva en serie individual para cada liña, asegurando un soporte adaptado para cada circuito.
Ademais, estes sistemas poden facilitar a transferencia de potencia real entre liñas a través dunha ligazón de potencia dedicada. Alternativamente, poden adoptar un deseño de controlador unificado onde os terminais DC dos conversores están interconectados—esta configuración permite directamente a transferencia de potencia real ás liñas de transmisión. Un exemplo representativo de tal sistema é o Controlador de Flujo de Potencia Interline (IPFC).
Controladores Combinados Paralelo-Serie
Este tipo de controlador integra dous componentes funcionais: un controlador en paralelo que inxecta tensión en paralelo co sistema, e un controlador en serie que inxecta corrente en serie coa liña. Crucialmente, estes dous componentes operan de forma coordinada para optimizar o rendemento global. Un exemplo destacado de tal sistema é o Controlador de Flujo de Potencia Unificado (UPFC).
Tipos de Dispositivos FACTS
Unha gama de dispositivos FACTS foi desenvolvida para cubrir diversas necesidades de aplicación. A continuación, presenta unha visión xeral dos controladores FACTS máis comúnmente utilizados, categorizados polo seu tipo funcional:
Compensadores en Serie:
Compensadores en Paralelo:
Compensadores Serie-Serie:
Compensadores Paralelo-Serie:
Vexamos cada compensador brevemente:
Capacitores Serie Controlados por Tirostato (TCSC)
O TCSC introduce reactancia capacitiva en serie co sistema eléctrico. A súa estrutura central inclúe un banco de condensadores (compuesto por múltiples condensadores en configuración serie-paralelo) conectado en paralelo cun reactor controlado por tirostato. Este deseño permite un ajuste suave e variable da capacitancia en serie.
Os tirostatos regulan a impedancia do sistema controlando o ángulo de disparo, que a súa vez axusta a impedancia total do circuito. Un diagrama de bloques simplificado do TCSC aparece na figura a continuación.
Reactores Serie Controlados por Tirostato (TCSR)
O TCSR é un compensador en serie que proporciona reactancia inductiva suavemente axustable. O seu deseño é análogo ao do TCSC, coa diferenza clave de que o condensador é substituído por un reactor.
O reactor cesa a conducción cando o ángulo de disparo do tirostato alcanza 180°, e comeza a conducir cando o ángulo de disparo é menor que 180°. Un diagrama básico do Reactor Serie Controlado por Tirostato (TCSR) aparece na figura a continuación.
Condensadores Serie Comutados por Tirostato (TSSC)
O TSSC é unha técnica de compensación en serie semellante en principios ao TCSR, pero cunha diferenza operativa clave: mentres que o TCSR logra o control de potencia axustando os ángulos de disparo dos tirostatos (permitindo unha regulación paso a paso), os tirostatos do TSSC operan nun modo simple "on/off" sen axuste do ángulo de disparo. Isto significa que o condensador está ou completamente conectado ou completamente desconectado da liña.
Esta operación simplificada reduce a complexidade e o custo tanto dos tirostatos como do controlador global. O diagrama básico do TSSC é idéntico ao do TCSC.
Compensador Sincronizado Estático en Serie (SSSC)
O SSSC é un dispositivo de compensación en serie usado en sistemas de transmisión para regular o flujo de potencia controlando a impedancia equivalente da liña. A súa tensión de saída é totalmente controlable e independente da corrente da liña—axustando esta tensión de saída, pode modularse precisamente a impedancia efectiva da liña.
Funcionalmente, o SSSC actúa como un xerador sincronizado estático conectado en serie coa liña de transmisión. O seu propósito central é axustar a caída de tensión a lo largo da liña, controlando así o flujo de potencia. O SSSC inxecta unha tensión que está en cuadratura (desprazamento de fase de 90°) coa corrente da liña: se a tensión inxectada antecede á corrente, proporciona compensación capacitiva; se a retarda, proporciona compensación inductiva. Un diagrama básico do Compensador Sincronizado Estático en Serie aparece na figura a continuación.
Compensador VAR Estático (SVC)
Un Compensador VAR Estático (SVC) consiste nun banco de condensadores fixo conectado en paralelo cun reactor controlado por tirostato. O ángulo de disparo do tirostato regula a operación do reactor, controlando directamente a tensión a través do inductor—y, polo tanto, a cantidade de potencia que absorbe.
Esta configuración permite que o SVC axuste dinamicamente a produción de potencia reactiva, estabilizando a tensión e mellorando o factor de potencia no sistema de transmisión. Un diagrama básico do Compensador VAR Estático aparece na figura a continuación.
Aplicacións do Compensador VAR Estático (SVC)
Os SVC son dispositivos versáteis usados para mellorar o rendemento do sistema eléctrico, con funcións clave que inclúen:
Tamén son ampliamente adoptados en entornos industriais para a xestión de potencia reactiva e a mellora da calidade do suministro. A continuación, presenta unha visión xeral das configuracións máis comúns de SVC:
Reactor Controlado por Tirostato (TCR)
O TCR consiste nun reactor conectado en serie cunha válvula de tirostato—específicamente, dous tirostatos conectados en anti-paralelo. Estes tirostatos conducen alternativamente durante cada media onda da alimentación AC, cun circuito de control entregando pulsos de disparo aos tirostatos cada media onda.
O ángulo de disparo do tirostato determina a cantidade de potencia reactiva atrasada suministrada ao sistema. Os TCR son comúnmente despregados en liñas de transmisión EHV (Extra High Voltage), onde proporcionan compensación de potencia reactiva durante condicións de carga leve ou nula. Un diagrama básico dun Reactor Controlado por Tirostato aparece na figura a continuación.
Condensador Comutado por Tirostato (TSC)
Baixo condicións de carga pesada, a demanda de potencia reactiva aumenta—e os Condensadores Comutados por Tirostato (TSC) están deseñados para satisfacer esta crecente demanda. Son comúnmente despregados en liñas de transmisión EHV durante períodos de alta carga.
O TSC comparte un principio estructural semellante ao do TCR, pero cunha substitución clave de componentes: o reactor no TCR é substituído por un condensador. Como o TCR, o TSC regula a cantidade de potencia reactiva suministrada á liña de transmisión axustando o ángulo de disparo do tirostato. Un diagrama básico do Condensador Comutado por Tirostato (TSC) aparece na figura a continuación.
Reactor Comutado por Tirostato (TSR)
O TSR é estruturalmente semellante ao Reactor Controlado por Tirostato (TCR) pero difire na operación: mentres que o TCR axusta a corrente controlando os ángulos de disparo dos tirostatos (permitindo o control de fase), os tirostatos do TSR operan nun modo binario "on/off" sen control de fase. Isto significa que o reactor está ou completamente conectado ao circuito ou completamente desconectado.A ausencia de regulación do ángulo de disparo simplifica o deseño, reduciendo os custos dos tirostatos e minimizando as perdas de conmutación. O diagrama básico dun TSR é idéntico ao do TCR.
Compensador Sincronizado Estático (STATCOM)
O STATCOM é un convertidor de fonte de tensión baseado en electrónica de potencia (VSC) que regula o rendemento do sistema de transmisión fornecendo ou absorbindo potencia reactiva—e tamén pode proporcionar soporte de potencia real cando sexa necesario. É particularmente eficaz en liñas de transmisión con mal factor de potencia e regulación de tensión, facendo que sexa un dispositivo ampliamente utilizado para mellorar a estabilidade de tensión nos sistemas de potencia.
O STATCOM opera usando un condensador cargado como súa fonte de entrada DC, que se converte en tensión AC trifásica a través dun inversor controlado por tensión. A saída do inversor está sincronizada co sistema de potencia AC, e o dispositivo está conectado en paralelo coa liña de transmisión a través dun transformador de acoplamento. Axustando a saída do inversor, a potencia reactiva (e real) suministrada polo STATCOM pode ser controlada precisamente. Un diagrama básico do STATCOM aparece na figura a continuación.
Controlador de Flujo de Potencia Interline (IPFC)
O IPFC é unha técnica de compensación deseñada para sistemas de transmisión multi-liña, caracterizado por múltiples conversores ligados a través dun bus DC común—cada conversor conecta a unha liña de transmisión separada.
Unha capacidade clave destes conversores é a transferencia de potencia real, permitindo equilibrar tanto a potencia real como a reactiva a través de liñas interconectadas. Este control coordenado melhora a eficiencia e a estabilidade global en redes multi-liña.Un diagrama básico do IPFC aparece na figura a continuación.
Controlador de Flujo de Potencia Unificado (UPFC)
O UPFC integra un STATCOM (Compensador Sincronizado Estático) e un SSSC (Compensador Sincronizado Estático en Serie) a través dun enlace de tensión DC compartido, combinando as súas funcionalidades nun só sistema. Utiliza un par de pontes trifásicas controlables para xerar corrente, que se inxecta na liña de transmisión a través dun transformador de acoplamento.
O UPFC destaca en mellorar múltiples aspectos do rendemento do sistema de potencia, incluíndo a estabilidade de tensión, a estabilidade do ángulo de potencia e a amortiguación do sistema. Pode controlar precisamente o flujo de potencia real (activa) e reactiva nas liñas de transmisión. No entanto, funciona óptimamente só baixo condicións de onda senoidal equilibrada e pode non funcionar eficazmente durante estados anómalos do sistema. Ademais, o UPFC axuda a suprimir as oscilacións do sistema de potencia e a mellorar a estabilidade transitória. Un diagrama básico do Controlador de Flujo de Potencia Unificado (UPFC) aparece na figura a continuación.
