Koje su klasifikacije i tipovi uređaja i kontrolera FACTS?
Prema tipu povezivanja FACTS kontrolera sa električnim sistemom, oni se klasifikuju kao;
Serijalno povezan kontroler
Šunt povezan kontroler
Kombinovani serijalno-serijalni kontroler
Kombinovani šunt-serijalni kontroler
Serijalno povezani kontroleri
Serijalni kontroleri uvođenjem napona u seriju sa linijskim naponom, obično koriste kapacitivne ili induktivne impedansi. Njihova primarna funkcija je da pružaju ili apsorbiraju promenljiv reaktivni snabdevaj prema potrebi.
Kada je prenosna linija teško opterećena, povećan zahtev za reaktivnim snabdevajem se zadovoljava aktiviranjem kapacitivnih elemenata u serijalnom kontroleru. S druge strane, pod lakim opterećenjem - gde smanjen zahtev za reaktivnim snabdevanjem dovodi do povećanja napona na kraju prijema iznad napona na početku isporuke - koriste se induktivni elementi da apsorbiraju višak reaktivnog snabdevaja, stabilizujući sistem.
U većini primena, kondenzatori su instalirani blizu krajeva linije kako bi kompensovali zahtev za reaktivnim snabdevanjem. Uobičajeni uređaji za ovu svrhu uključuju Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) i Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Osnovna konfiguracija serijalno povezanog kontrolera prikazana je na slici ispod.
Šunt povezani kontroleri
Šunt povezani kontroleri unose struju u električni sistem na tački povezivanja, koristeći promenljive impedanse, kao što su kondenzatori i induktor - slično po principu serijalnim kontrolerima, ali se razlikuju metodom povezivanja.
Šunt kapacitivna kompenzacija
Kada se kondenzator poveže paralelno sa električnim sistemom, taj pristup se naziva šunt kapacitivna kompenzacija. Prenosne linije sa visoko induktivnim opterećenjima obično rade sa zakašnjenim faktorom snage. Šunt kondenzatori ovo rešavaju privlačeći struju koja vodi naponskom izvoru, balansirajući zakašnjeni opterećenje i poboljšavajući ukupni faktor snage.
Šunt induktivna kompenzacija
Kada se induktor poveže paralelno, taj metod se naziva šunt induktivna kompenzacija. Ovo se manje koristi u prenosnim mrežama, ali postaje ključno za vrlo dugačke linije: pod uslovima bez opterećenja, laganim opterećenjem ili odsečenim opterećenjem, Feranti efekat dovodi do prekoračenja napona na kraju prijema preko napona na početku isporuke. Šunt induktivni kompenzatori (npr. reaktori) apsorbiraju višak reaktivnog snabdevaja kako bi ublažili ovo povećanje napona.
Primeri šunt povezanih kontrolerskih sistema uključuju Static VAR Compensators (SVC) i Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombinovani serijalno-serijalni kontroleri
U prenosnim sistemima sa više linija, kombinovani serijalno-serijalni kontroleri koriste skup nezavisnih serijalnih kontrolera koji rade u koordinaciji. Ova konfiguracija omogućava individualnu serijalnu reaktivnu kompenzaciju za svaku liniju, osiguravajući prilagođenu podršku svakom krugu.
Osim toga, ovi sistemi mogu omogućiti prenos stvarnog snabdevaja između linija putem posvećene energijske veze. Alternativno, mogu koristiti unifikovan dizajn kontrolera gde su DC terminali pretvarača međusobno povezani - ova konfiguracija direktno omogućuje prenos stvarnog snabdevaja prenosnim linijama. Reprezentativan primer takvog sistema je Interlink Power Flow Controller (IPFC).
Kombinovani šunt-serijalni kontroleri
Ovaj tip kontrolera integriše dve funkcionalne komponente: šunt kontroler koji unosi napon paralelno sa sistemom, i serijalni kontroler koji unosi struju u seriju sa linijom. Ključno je da ove dve komponente rade u koordinaciji kako bi optimizirale ukupnu performansu. Iznimno zastupljen primer takvog sistema je Unified Power Flow Controller (UPFC).
Tipovi FACTS uređaja
Razvijen je niz FACTS uređaja kako bi se ispuni raznovrsni potrebe za primenom. Ispod je pregled najčešće korišćenih FACTS kontrolera, kategoriziranih prema njihovom funkcionalnom tipu:
Serijalni kompenzatori:
Šunt kompenzatori:
Serijalno-serijalni kompenzatori:
Serijalno-šunt kompenzatori:
Pogledajmo svaki kompenzator kratko:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC uvođenjem kapacitivne reaktivnosti u seriju sa električnim sistemom. Njegova osnovna struktura uključuje banku kondenzatora (sastavljenu od više kondenzatora u serijalno-paralelnoj konfiguraciji) povezanu paralelno sa thyristor kontrolisanim reaktorom. Ovaj dizajn omogućava glatko, varijabilno podešavanje serijalne kapacitivnosti.
Thyristori regulišu impedanciju sistema kontrolirajući ugao paljenja, što u svojoj posledici menja ukupnu impedanciju kruga. Jednostavni blok dijagram TCSC prikazan je na slici ispod.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR je serijalni kompenzator koji pruža glatko podešivu induktivnu reaktivnost. Njegov dizajn je analogan TCSC, sa ključnom razlikom da se kondenzator zamenjuje reaktorom.
Reaktor prestaje sa condukcijom kada ugao paljenja thyristora dostigne 180°, i počinje sa condukcijom kada ugao paljenja bude manji od 180°. Osnovni dijagram Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) prikazan je na slici ispod.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC je serijalna kompenzaciona tehnika slična TCSR-u, ali sa ključnom operativnom razlikom: dok TCSR postiže kontrolu snabdevanja podešavajući uglove paljenja thyristora (omogućavajući stupnjevito regulisanje), TSSC thyristori rade u jednostavnom "on/off" režimu bez podešavanja ugla paljenja. To znači da je kondenzator ili potpuno povezan ili potpuno odsečen od linije.
Ova pojednostavljenja operacija smanjuje složenost i cenu both thyristora i celokupnog kontrolera. Osnovni dijagram TSSC isti je kao i TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC je serijalni kompenzacioni uređaj korišćen u prenosnim sistemima za regulisanje toka snabdevanja kontrolirajući ekvivalentnu impedanciju linije. Njegov izlazni napon je potpuno kontrolian i nezavistan od strujnog toka linije - podešavajući ovaj izlazni napon, može se precizno modulirati efektivna impedancija linije.
Funkcionalno, SSSC deluje kao statički sinkroni generator povezan u seriju sa prenosnom linijom. Njegov osnovni cilj je da prilagodi pad napona duž linije, tako kontrolirajući tok snabdevanja. SSSC unosi napon koji je u kvadraturi (90° fazni pomak) sa strujnim tokom: ako uneseni napon vodi strujnom toku, pruža kapacitivnu kompenzaciju; ako zapazi strujni tok, pruža induktivnu kompenzaciju. Osnovni dijagram Static Synchronous Series Compensator prikazan je na slici ispod.
Static VAR Compensator (SVC)
Static VAR Compensator (SVC) sastoji se od fiksne banke kondenzatora povezane paralelno sa thyristor kontrolisanim induktorom. Ugao paljenja thyristora reguliše rad reaktora, direktno kontrolirajući napon preko induktora - i time količinu snabdevanja koju on apsorbira.
Ova konfiguracija omogućava SVC da dinamički prilagodi izlaz reaktivnog snabdevanja, stabilizirajući napon i poboljšavajući faktor snage u prenosnom sistemu. Osnovni dijagram Static VAR Compensator prikazan je na slici ispod.
Primene Static VAR Compensator (SVC)
SVC su versatile uređaji korisceni za poboljšanje performansi elektroenergetske mreže, sa ključnim funkcijama uključujući:
Takođe su široko adoptirani u industrijskim okruženjima za upravljanje reaktivnim snabdevanjem i poboljšanje kvaliteta energije. Ispod je pregled najčešćih SVC konfiguracija:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
TCR sastoji se od reaktora povezanog serijalno sa thyristor ventilom - specifično, dva thyristora povezana antiparalelno. Ovi thyristori alterniraju condukciju tokom svake polucikluse AC naponskog izvora, sa kontrolnim krozom koji dostavlja impulse paljenja thyristorima svakih poluciklusa.
Ugao paljenja thyristora određuje količinu zakašnjenog reaktivnog snabdevanja koje se pruža sistemu. TCR-ovi su često deployani na EHV (Ekstra Visokonaponskim) prenosnim linijama, gde pružaju kompenzaciju reaktivnog snabdevanja tokom uslova lagano opterećenja ili bez opterećenja. Osnovni dijagram Thyristor Controlled Reactor prikazan je na slici ispod.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Pod teškim opterećenjem, zahtev za reaktivnim snabdevanjem se povećava - a Thyristor Switched Capacitors (TSC) su dizajnirani da zadovolje ovaj povećani zahtev. Oni su često deployani na EHV prenosnim linijama tokom perioda velikog opterećenja.
TSC ima sličan strukturni princip kao TCR, ali sa ključnom zameno komponente: reaktor u TCR-ju je zamenjen kondenzatorom. Kao i TCR, TSC reguliše količinu reaktivnog snabdevanja koje se pruža prenosnoj liniji podešavajući ugao paljenja thyristora. Osnovni dijagram Thyristor Switched Capacitor (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 podešava struju kontrolirajući uglove paljenja thyristora (omogućavajući fazno kontrolisanje), TSR thyristori rade u binarnom "on/off" režimu bez faznog kontrolisanja. To znači da je reaktor ili potpuno povezan sa krugom ili potpuno odsečen.Odsustvo regulisanja ugla paljenja pojednostavljuje dizajn, smanjuje cene thyristora i minimizira gubitke preklapanja. Osnovni dijagram TSR identičan je dijagramu TCR-a.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM je baziran na naponskom pretvaraču VSC (Voltage Source Converter) koji reguliše performanse prenosnog sistema pružajući ili apsorbirajući reaktivni snabdevaj - i može takođe pružiti podršku stvarnom snabdevaju kada je potrebno. Posebno je efektivan u prenosnim linijama sa lošim faktorom snage i regulisanjem napona, čime je postao široko korišćen uređaj za poboljšanje stabilnosti napona u elektroenergetskim sistemima.
STATCOM radi koristeći nabijeni kondenzator kao svoj DC ulazni izvor, koji se pretvara u trofazni AC napon preko naponski kontrolisanog inverzora. Izlaz inverzora je sinhronizovan sa AC elektroenergetskim sistemom, a uređaj je povezan šunt sa prenosnom linijom preko spajanja transformatora. Podešavajući izlaz inverzora, reaktivni (i stvarni) snabdevaj koji STATCOM pruža može se precizno kontrolirati. Osnovni dijagram STATCOM prikazan je na slici ispod.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC je kompenzaciona tehnika dizajnirana za prenosne sisteme sa više linija, sa više pretvarača povezanih preko zajedničkog DC busa - svaki pretvarač je povezan sa posebnom prenosnom linijom.
Ključna sposobnost ovih pretvarača jeste prenos stvarnog snabdevaja, omogućavajući ravnotežu stvarnog i reaktivnog snabdevanja između povezanih linija. Ova koordinisana kontrola unapređuje ukupnu efikasnost i stabilnost u mrežama sa više linija.Osnovni dijagram IPFC prikazan je na slici ispod.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integriše STATCOM (Static Synchronous Compensator) i SSSC (Static Synchronous Series Compensator) preko zajedničke DC naponske veze, kombinujući njihove funkcionalnosti u jedan sistem. Koristi par trofaznih kontrolisanih mostova za generisanje struje, koja se unosi u prenosnu liniju preko spajanja transformatora.
UPFC izdvaja se poboljšanjem više aspekata performansi elektroenergetske mreže, uključujući stabilnost napona, stabilnost ugla snabdevanja i amortizaciju sistema. Može precizno kontrolirati tok stvarnog (stvarnog) i reaktivnog snabdevanja u prenosnim linijama. Međutim, optimalno radi samo pod uslovima balansiranih sinusoidnih talasa i može neefikasno raditi tokom abnormalnih stanja sistema. Takođe, UPFC pomaže u suzbijanju oscilacija sistema i poboljšanju tranzientne stabilnosti. Osnovni dijagram Unified Power Flow Controller (UPFC) prikazan je na slici ispod.
