Hva er klassifiseringen og typene av FACTS-kontroller og -enheter？
Basert på type kobling mellom FACTS-kontroller og strømsystemet, er det klassifisert som følger:
Seriekoblet kontroller
Shuntkoblet kontroller
Kombinert serie-serie kontroller
Kombinert shunt-serie kontroller
Seriekoblede kontrollere
Seriekontrollere introduserer en spenning i serie med linjespenningen, typisk ved bruk av kapasitive eller induktive impedansenheter. Deres primære funksjon er å levere eller absorbere variabel reaktiv effekt etter behov.
Når en overføringslinje er tungt belasted, dekkes den økte reaktive effektkravet ved å aktivere kapasitive elementer i seriekontrolleren. Omvendt, under lett belasting - hvor redusert reaktiv effektkrav fører til at mottakende endespennings stiger over sendende endespennings - brukes induktive elementer for å absorbere unyttig reaktiv effekt, og stabilisere systemet.
I de fleste anvendelser installeres kondensatorer nær linjens ender for å kompensere for reaktiv effektkrav. Vanlige enheter for dette formålet inkluderer Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) og Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Den grunnleggende konfigurasjonen av en seriekoblet kontroller vises nedenfor.
Shuntkoblede kontrollere
Shuntkoblede kontrollere injiserer strøm inn i strømsystemet ved deres koblingspunkt, ved hjelp av variable impedanser som kondensatorer og induktorer - liknende prinsipp som seriekontrollere, men forskjellig i koblingsmetode.
Shuntkapasitiv kompensasjon
Når en kondensator kobles parallelt med strømsystemet, kalles tilnærmingen for shuntkapasitiv kompensasjon. Overføringslinjer med høyinduktive belastninger opererer typisk med en forsinket effektfaktor. Shuntkondensatorer løser dette ved å trekke strøm som fører kildespenningen, noe som motveier den forsinkede belastningen og forbedrer den totale effektfaktoren.
Shuntinduktiv kompensasjon
Når en induktor kobles parallelt, kalles metoden for shuntinduktiv kompensasjon. Dette blir mindre brukt i overføringsnettverk, men blir kritisk for veldig lange linjer: under ubelasted, lettbelasted eller frakoblede belastningsforhold, forårsaker Ferranti-effekten at mottakende endespennings overstiger sendende endespennings. Shuntinduktive kompensatorer (f.eks. reaktorer) absorberer unyttig reaktiv effekt for å mildne denne spenningsstigning.
Eksempler på shuntkoblede kontrollersystemer inkluderer Static VAR Compensators (SVC) og Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombinerte serie-serie kontrollere
I flerlinje overføringsystemer bruker kombinerte serie-serie kontrollere et sett uavhengige seriekontrollere som samarbeider. Denne konfigurasjonen gjør det mulig med individuell seriereaktiv kompensasjon for hver linje, og sikrer skreddersydd støtte for hver krets.
I tillegg kan disse systemene forenkle real effektoverføring mellom linjer gjennom en dedikert effektkobling. Alternativt kan de bruke en enhetlig kontrollerdesign der DC-terminaler av konvertere er tilknyttet - denne oppsettet gir direkte real effektoverføring til overføringslinjene. Et representativt eksempel på et slikt system er Interline Power Flow Controller (IPFC).
Kombinerte shunt-serie kontrollere
Denne typen kontroller integrerer to funksjonelle komponenter: en shuntkontroller som injiserer spenning parallelt med systemet, og en seriekontroller som injiserer strøm i serie med linjen. Kritisk er at disse to komponentene opererer i koordinert måte for å optimere total ytelse. Et fremtredende eksempel på et slikt system er Unified Power Flow Controller (UPFC).
Typer FACTS-enheter
En rekke FACTS-enheter har blitt utviklet for å møte diverse anvendelsesbehov. Nedenfor er en oversikt over de mest vanlig brukte FACTS-kontrollere, kategorisert etter funksjonstype:
Seriekompensatorer:
Shuntkompensatorer:
Serie-serie kompensatorer:
Serie-shunt kompensatorer:
La oss se nærmere på hver kompensator:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC introduserer kapasitiv reaktanse i serie med strømsystemet. Dets kjernestruktur inkluderer en kondensatorbank (sammensatt av flere kondensatorer i serie-parallell konfigurasjon) koblet parallelt med en thyristor-kontrollert reaktor. Dette designet gjør det mulig med jevnt, variabel seriekapasitiv justering.
Thyristorer regulerer systemets impedans ved å kontrollere tynningsvinkel, som igjen justerer den totale kretsimpedansen. En forenklet blokkdiagram av TCSC vises nedenfor.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR er en seriekompensator som gir jevnt justerbar induktiv reaktanse. Dets design er analogt med TCSC, med den viktigste forskjellen at kondensatoren erstattes med en reaktor.
Reaktoren slutter å lede når thyristor-tynningsvinkelen når 180°, og begynner å lede når tynningsvinkelen er mindre enn 180°. En grunnleggende diagram av Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) vises nedenfor.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC er en seriekompensasjonsteknikk lik TCSR i prinsipp, men med en viktig operasjonsmessig forskjell: mens TCSR oppnår effektregulering ved å justere thyristor-tynningsvinkler (som tillater trinnvis regulering), opererer TSSC-thyristorer i en enkel "på/av"-modus uten tynningsvinkeljustering. Dette betyr at kondensatoren enten er fullstendig koblet til eller helt frakoblet fra linjen.
Denne forenkleda operasjonen reduserer kompleksiteten og kostnadene for både thyristorene og den totale kontrolleren. Grunnleggende diagrammet for TSSC er identisk med TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC er en seriekompensatorenhet som brukes i overføringsystemer for å regulere effektoverføring ved å kontrollere den ekvivalente impedansen i linjen. Dets utgående spenning er fullstendig kontrollerbar og uavhengig av linjestrommet - ved å justere denne utgående spenningen, kan linjens effektive impedans presist moduleres.
Funksjonelt virker SSSC som en statisk synkron generator koblet i serie med overføringslinjen. Dets kjernemål er å justere spenningsfall langs linjen, og dermed kontrollere effektoverføring. SSSC injiserer en spenning som er i kvadratur (90° faseforskyvning) med linjestrommet: hvis den injiserte spenningen fører strømmen, gir den kapasitiv kompensasjon; hvis den ligger bak strømmen, gir den induktiv kompensasjon. Et grunnleggende diagram av Static Synchronous Series Compensator vises nedenfor.
Static VAR Compensator (SVC)
En Static VAR Compensator (SVC) består av en fast kondensatorbank koblet parallelt med en thyristor-kontrollert reaktor. Thyristor-tynningsvinkelen regulerer reaktorens drift, og kontrollerer direkte spenningen over reaktoren - og dermed mengden effekt den trekker.
Dette oppsettet lar SVC dynamisk justere reaktiv effektutdata, stabilisere spenning og forbedre effektfaktor i overføringsystemet. Et grunnleggende diagram av Static VAR Compensator vises nedenfor.
Static VAR Compensator (SVC) anvendelser
SVC-er er versatile enheter som brukes for å forbedre strømsystemytelsen, med nøkkelfunksjoner som:
De blir også vidt anvendt i industrielle miljøer for reaktiv effektstyring og forbedring av strømkvalitet. Nedenfor er en oversikt over de mest vanlige SVC-konfigurasjonene:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
En TCR består av en reaktor koblet i serie med en thyristorventil - spesifikt, to thyristorer koblet i antiparallel. Disse thyristorene leder alternativt under hver halvsyklus av AC-strømforsyningen, med en kontrollkrets som leverer tynningsimpulser til thyristorene hver halvsyklus.
Thyristor-tynningsvinkelen bestemmer mengden forsinket reaktiv effekt som leveres til systemet. TCR-er brukes ofte i EHV (Extra High Voltage) overføringslinjer, der de gir reaktiv effekt kompensasjon under lettbelasted eller ubelasted forhold. Et grunnleggende diagram av en Thyristor Controlled Reactor vises nedenfor.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Under tung belastning øker reaktiv effektkravet - og Thyristor Switched Capacitors (TSC-er) er designet for å møte denne økte kravet. De brukes ofte i EHV-overføringslinjer under perioder med høy belastning.
TSC deler et liknende strukturelt prinsipp med TCR, men med en viktig komponentbytte: reaktoren i TCR erstattes med en kondensator. Som TCR, regulerer TSC mengden reaktiv effekt som leveres til overføringslinjen ved å justere thyristor-tynningsvinkelen. Et grunnleggende diagram av Thyristor Switched Capacitor (TSC) vises nedenfor.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR er strukturelt lik Thyristor Controlled Reactor (TCR), men skiller seg i operasjon: mens TCR justerer strøm ved å kontrollere thyristor-tynningsvinkler (som gir faseregulering), opererer TSR-thyristorer i en binær "på/av"-modus uten faseregulering. Dette betyr at reaktoren enten er fullstendig koblet til kretsen eller helt frakoblet.Fraværet av tynningsvinkelregulering forenkler designet, reduserer thyristorkostnader og minimerer switchingtap. Grunnleggende diagrammet for en TSR er identisk med TCR.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM er en strømlektronikkbasert spenningskildekonverter (VSC) som regulerer overføringsystemytelsen ved å levere eller absorbere reaktiv effekt - og kan også gi aktiv effektstøtte når det trengs. Det er spesielt effektivt i overføringslinjer med dårlig effektfaktor og spenningsregulering, og er en vidt anvendt enhet for å forbedre spenningsstabilitet i strømsystemer.
STATCOM opererer ved hjelp av en opladet kondensator som sin DC-inngangskilde, som konverteres til trefas AC-spenning via en spenningskontrollert inverter. Inverterens utgang synkroniseres med AC-strømsystemet, og enheten kobles parallelt med overføringslinjen gjennom en koblingstransformator. Ved å justere inverterens utgang, kan den reaktiv (og aktiv) effekt som STATCOM leverer, presist kontrolleres. Et grunnleggende diagram av STATCOM vises nedenfor.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC er en kompensasjonsteknikk designet for flerlinjeoverføringsystemer, med flere konvertere koblet via en felles DC-buss - hver konverter kobles til en separat overføringslinje.
En viktig evne hos disse konverterene er real effektoverføring, som gjør det mulig å balansere både real og reaktiv effekt mellom sammenkoblede linjer. Denne koordinerte kontrollen forbedrer total systemeffektivitet og stabilitet i flerlinjenettverk. Et grunnleggende diagram av IPFC vises nedenfor.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integrerer en STATCOM (Static Synchronous Compensator) og en SSSC (Static Synchronous Series Compensator) via en delt DC-spenningskobling, som kombinerer deres funksjoner i et enkelt system. Det bruker et par trefas kontrollable broer for å generere strøm, som injiseres i overføringslinjen gjennom en koblingstransformator.
UPFC er fremragende i å forbedre flere aspekter av strømsystemytelsen, inkludert spenningsstabilitet, effektvinkelstabilitet og systemdemping. Det kan presist kontrollere både aktiv (real) og reaktiv effektoverføring i overføringslinjer. Imidlertid fungerer det optimalt bare under balanserte sinusbølgeforhold, og kan ikke fungere effektivt under uvanlige systemtilstander. I tillegg hjelper UPFC med å undertrykke strømsystemsvingninger og forbedre overgangsstabilitet. Et grunnleggende diagram av Unified Power Flow Controller (UPFC) vises nedenfor.
