Koji su klasifikacije i vrste uređaja i kontrolera FACTS?
Prema vrsti poveznice FACTS kontrolera s električnim sustavom, on je klasificiran kao;
Serijinski spojeni kontroler
Paralelni spojeni kontroler
Kombinirani serijinski-serijinski kontroler
Kombinirani paralelni-serijinski kontroler
Serijinski-spojeni kontroleri
Serijinski kontroleri uvode napon u seriju s linijskim naponom, obično koristeći kapacitivne ili induktivne impedancijske uređaje. Njihova primarna funkcija je osigurati ili apsorbirati varijabilnu reaktivnu snagu prema potrebi.
Kada je prijenosna linija značajno opterećena, povećana potreba za reaktivnom snagom zadovoljava se aktiviranjem kapacitivnih elemenata u serijinskom kontroleru. Suprotno tome, pod lakšim opterećenjem - gdje smanjena potreba za reaktivnom snagom uzrokuje da se naponski nivo na kraju prijema poveća iznad naponskog nivoa na početku slanja - koriste se induktivni elementi za apsorpciju suvišne reaktivne snage, stabilizirajući sustav.
U većini primjena, kondenzatori su instalirani blizu krajeva linije kako bi kompenzirali potrebu za reaktivnom snagom. Uobičajeni uređaji za tu svrhu uključuju Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) i Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Osnovna konfiguracija serijinsko-spojenog kontrolera prikazana je na slici ispod.
Paralelni-spojeni kontroleri
Paralelni-spojeni kontroleri ubacuju strujni tok u električni sustav na mjestu svoje poveznice, koristeći varijabilne impedancije poput kondenzatora i induktora - na principu sličnom serijinskim kontrolerima, ali razlikuju se načinom poveznice.
Paralelna kapacitivna kompenzacija
Kada se kondenzator spoji paralelno s električnim sustavom, pristup se naziva paralelna kapacitivna kompenzacija. Prijenosne linije s visoko induktivnim opterećenjima obično rade na laganoj snazi. Paralelni kondenzatori rješavaju to crpajući strujni tok koji vodi izvoru napona, kompenzirajući lagano opterećenje i poboljšavajući ukupnu snagu faktora.
Paralelna induktivna kompenzacija
Kada se induktor spoji paralelno, metoda se naziva paralelna induktivna kompenzacija. To se manje koristi u prijenosnim mrežama, ali postaje ključno za vrlo dugače linije: pod bezopterećenim, lakšim opterećenjima ili odvojenim opterećenjima, Ferranti efekt uzrokuje da se naponski nivo na kraju prijema premaši nad naponskim nivoom na početku slanja. Paralelni induktivni kompenzatori (npr. reaktori) apsorbiraju suvišnu reaktivnu snagu kako bi umanili taj porast napona.
Primjeri paralelnih-spojenih kontrolerskih sustava uključuju Static VAR Compensators (SVC) i Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombinirani serijinski-serijinski kontroleri
U više-linijskim prijenosnim sustavima, kombinirani serijinski-serijinski kontroleri koriste skup neovisnih serijinskih kontrolera koji rade u koordinaciji. Ova konfiguracija omogućuje individualnu serijinsku reaktivnu kompenzaciju za svaku liniju, osiguravajući prilagođenu podršku svakom krugu.
Osim toga, ovi sustavi mogu omogućiti prijenos stvarne snage između linija putem posvećene snage poveznice. Alternativno, mogu usvajati jedinstveni dizajn kontrolera gdje su DC terminali pretvarača međusobno povezani - ova postavka direktno omogućuje prijenos stvarne snage na prijenosne linije. Predstavni primjer takvog sustava je Interline Power Flow Controller (IPFC).
Kombinirani paralelni-serijinski kontroleri
Ovaj tip kontrolera integriše dvije funkcionalne komponente: paralelni kontroler koji ubacuje napon paralelno s sustavom, i serijinski kontroler koji ubacuje strujni tok u seriju s linijom. Ključno je da ove dvije komponente rade u koordiniranom načinu kako bi optimizirale ukupnu performansu. Iznimno važan primjer takvog sustava je Unified Power Flow Controller (UPFC).
Vrste FACTS uređaja
Razvijen je niz FACTS uređaja kako bi se ispuna različite potrebe u primjeni. U nastavku je pregled najčešće korištenih FACTS kontrolera, kategoriziranih prema njihovoj funkcionalnosti:
Serijinski kompenzatori:
Paralelni kompenzatori:
Serijinski-serijinski kompenzatori:
Serijinski-paralelni kompenzatori:
Pogledajmo svaki kompenzator ukratko:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC uvodi kapacitivnu reaktivnost u seriju s električnim sustavom. Njegova osnovna struktura uključuje banku kondenzatora (sastavljenu od više kondenzatora u serijalno-paralelnom polozaju) spojenu paralelno s thyristorom kontroliranim reaktorom. Taj dizajn omogućuje gladku, varijabilnu prilagodbu serijske kapacitance.
Thyristori reguliraju impedanciju sustava kontrolirajući kut paljenja, što ujedno prilagođava ukupnu impedanciju kruga. Pojednostavljeni blok dijagram TCSC-a prikazan je na slici ispod.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR je serijinski kompenzator koji pruža gladko podešivu induktivnu reaktivnost. Njegov dizajn je analogan TCSC-u, s ključnom razlikom da je kondenzator zamijenjen reaktorom.
Reaktor prestaje provoditi kada kut paljenja thyristora doseže 180°, i počinje provoditi kada kut paljenja bude manji od 180°. Osnovni dijagram Thyristor Controlled Series Reactora (TCSR) prikazan je na slici ispod.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC je serijinska kompenzacijska tehnika slična TCSR-u, ali s ključnom operativnom razlikom: dok TCSR postiže kontrolu snage prilagođavanjem kutova paljenja thyristora (omogućujući stupnjevu regulaciju), TSSC thyristori rade u jednostavnom "uključeno/isključeno" modu bez prilagođavanja kuta paljenja. To znači da je kondenzator ili potpuno spojen na liniju ili potpuno odvojen od nje.
Ova pojednostavljena operacija smanjuje složenost i trošak i thyristora i ukupnog kontrolera. Osnovni dijagram TSSC-a identičan je dijagramu TCSC-a.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC je serijinski kompenzacijski uređaj korišten u prijenosnim sustavima za regulaciju protoka snage kontrolirajući ekvivalentnu impedanciju linije. Njegov izlazni napon je potpuno kontrolabilan i neovisan o strujnom toku linije - prilagođavanjem ovog izlaznog napona može se precizno modulirati efektivna impedancija linije.
Funkcionalno, SSSC djeluje kao statički sinkroni generator spojen u seriju s prijenosnom linijom. Njegov glavni cilj je prilagoditi pad napona duž linije, kontrolirajući time protok snage. SSSC ubacuje napon koji je u kvadraturi (90° fazni pomak) s strujnim tokom linije: ako ubačeni napon vodi strujni tok, pruža kapacitivnu kompenzaciju; ako zaostaje iza strujnog toka, pruža induktivnu kompenzaciju. Osnovni dijagram Static Synchronous Series Compensatora prikazan je na slici ispod.
Static VAR Compensator (SVC)
Static VAR Compensator (SVC) sastoji se od fiksne banke kondenzatora spojene paralelno s thyristorom kontroliranim reaktorom. Kut paljenja thyristora regulira rad reaktora, direktno kontrolirajući napon na reaktoru - i tako količinu snage koju on crpi.
Ova konfiguracija omogućuje SVC-u dinamičku prilagodbu izlaza reaktivne snage, stabilizirajući naponski nivo i poboljšavajući faktor snage u prijenosnom sustavu. Osnovni dijagram Static VAR Compensatora prikazan je na slici ispod.
Primjene Static VAR Compensatora (SVC)
SVC-i su sveprisutni uređaji korisni za poboljšanje performansi električnog sustava, s ključnim funkcijama uključujući:
Široko su prihvaćeni u industrijskim okruženjima za upravljanje reaktivnom snagom i poboljšanje kvalitete snage. U nastavku je pregled najčešćih konfiguracija SVC-a:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
TCR sastoji se od reaktora spojenog u seriju s thyristorskim ventilom - specifično, dva thyristora spojena u antiparalel. Ovi thyristori alterniraju provodnost tijekom svake polucikluse AC strujnog toka, s kontrolnim kretanjem koje dostavlja impulse paljenja thyristorima svakih poluciklusa.
Kut paljenja thyristora određuje količinu zaostalog reaktivnog snaga dostavljenog sustavu. TCR-ovi su uobičajeno implementirani u EHV (Extra High Voltage) prijenosnim linijama, gdje pružaju kompenzaciju reaktivne snage tijekom lako opterećenih ili bezopterećenih stanja. Osnovni dijagram Thyristor Controlled Reactora prikazan je na slici ispod.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Pod velikim opterećenjem, potreba za reaktivnom snagom eksplodira - i Thyristor Switched Capacitors (TSC) su dizajnirani kako bi zadovoljili tu povećanu potrebu. Široko su implementirani u EHV prijenosnim linijama tijekom perioda velikog opterećenja.
TSC dijeli sličan strukturni princip s TCR-om, ali s ključnom zamjenom komponenti: reaktor u TCR-ju je zamijenjen kondenzatorom. Poput TCR-a, TSC regulira količinu reaktivne snage dostavljene prijenosnoj liniji prilagođavanjem kuta paljenja thyristora. Osnovni dijagram Thyristor Switched Capacitora (TSC) prikazan je na slici ispod.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR je strukturno sličan Thyristor Controlled Reactoru (TCR) ali se razlikuje u operaciji: dok TCR prilagođava strujni tok kontrolirajući kutove paljenja thyristora (omogućujući faznu kontrolu), TSR thyristori rade u binarnom "uključeno/isključeno" modu bez fazne kontrole. To znači da je reaktor ili potpuno spojen na krug ili potpuno odvojen.Nedostatak regulacije kuta paljenja pojednostavljuje dizajn, smanjujući trošak thyristora i minimizirajući gubitke pri prekidu. Osnovni dijagram TSR-a identičan je dijagramu TCR-a.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM je na temelju elektronike snage, naponski pretvarač (VSC) koji regulira performanse prijenosnog sustava dostavljajući ili apsorbirajući reaktivnu snagu - i može pružiti i podršku stvarnoj snazi kad je potrebno. Posebno je učinkovit u prijenosnim linijama s lošim faktorom snage i regulacijom napona, čime je široko korišteni uređaj za poboljšanje stabilnosti napona u električnim sustavima.
STATCOM radi koristeći nabijeni kondenzator kao svoj DC ulazni izvor, koji se pretvara u trofazni AC napon putem naponski kontroliranih invertera. Izlaz invertera sinkroniziran je s AC električnim sustavom, a uređaj spojen je paralelno s prijenosnom linijom putem spajajućeg transformatora. Prilagođavanjem izlaza invertera, reaktivna (i stvarna) snaga dostavljena STATCOM-om može biti precizno kontrolirana. Osnovni dijagram STATCOM-a prikazan je na slici ispod.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC je kompenzacijom tehnika dizajnirana za više-linijske prijenosne sustave, s više pretvarača povezanih putem zajedničke DC busine - svaki pretvarač povezan je s posebnom prijenosnom linijom.
Ključna sposobnost ovih pretvarača je prijenos stvarne snage, omogućujući balansiranje i stvarne i reaktivne snage između povezanih linija. Ova koordinirana kontrola unapređuje ukupnu učinkovitost i stabilnost u više-linijskim mrežama. Osnovni dijagram IPFC-a prikazan je na slici ispod.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integrira STATCOM (Static Synchronous Compensator) i SSSC (Static Synchronous Series Compensator) putem zajedničke DC naponske veze, kombinirajući njihove funkcionalnosti u jedan sustav. Koristi par trofaznih kontroliranih mostova za generiranje strujnog toka, koji se ubacuje u prijenosnu liniju putem spajajućeg transformatora.
UPFC iznimalno dobro unapređuje više aspekata performansi električnih sustava, uključujući stabilnost napona, stabilnost snage ugla i prigušenje sustava. Može precizno kontrolirati i stvarni (stvarni) i reaktivni protok snage u prijenosnim linijama. Međutim, optimalno funkcionira samo pod ravnotežnim sinusnim valovima i možda neće efikasno funkcionirati tijekom anormalnih stanja sustava. Također, UPFC pomaže u smanjenju oscilacija električnog sustava i poboljšava tranzientnu stabilnost. Osnovni dijagram Unified Power Flow Controllera (UPFC) prikazan je na slici ispod.
