Vilka är klassificeringarna och typerna av FACTS-regulatorer och -enheter
Beroende på typen av anslutning mellan FACTS-styraren och elkraftsystemet, klassificeras den som följande:
Serierkopplad styrare
Shuntkopplad styrare
Kombinerad serier-serierstyrare
Kombinerad shunt-serierstyrare
Serierkopplade styrare
Serierkopplade styrare introducerar en spänning i serie med linjens spänning, vanligtvis genom kapacitiva eller induktiva impedansenheter. Deras primära funktion är att tillföra eller absorbera variabel reaktiv effekt efter behov.
När en överföringslinje är tungt belastad möts den ökade efterfrågan på reaktiv effekt genom att aktivera kapacitiva element i seriestyraren. Omvänt, under lätt belastning där den minskade efterfrågan på reaktiv effekt orsakar att mottagarsidans spänning stiger över sändarsidans spänning används induktiva element för att absorbera överskottsreaktiv effekt, vilket stabiliserar systemet.
I de flesta tillämpningar installeras kondensatorer nära linjens ändar för att kompensera för efterspråk på reaktiv effekt. Vanliga enheter för detta ändamål inkluderar Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) och Static Synchronous Series Compensators (SSSC). Den grundläggande konfigurationen av en serierkopplad styrare visas i figuren nedan.
Shuntkopplade styrare
Shuntkopplade styrare matar in ström i elkraftsystemet vid sitt anslutningspunkt, genom att använda variabla impedanser som kondensatorer och induktorer - liknande principiellt serierkopplade styrare men skiljer sig i anslutningsmetod.
Shuntkapacitiv kompensation
När en kondensator kopplas parallellt med elkraftsystemet kallas denna metod för shuntkapacitiv kompensation. Överföringslinjer med högt induktiv belastning opererar vanligtvis med en försenad effektfaktor. Shunt-kondensatorer hanterar detta genom att dra ström som leder källspänningen, vilket motverkar den försenade belastningen och förbättrar den totala effektfaktorn.
Shuntinduktiv kompensation
När en induktor kopplas parallellt kallas metoden för shuntinduktiv kompensation. Detta används mindre ofta i överföringsnät men blir kritiskt för mycket långa linjer: under obelastade, lättbelastade eller avkopplade belastningsvillkor orsakar Ferrantieffekten att mottagarsidans spänning överstiger sändarsidans spänning. Shuntinduktiva kompensatorer (t.ex. reaktorer) absorberar överskottsreaktiv effekt för att mildra denna spänningsökning.
Exempel på shuntkopplade styrsystem inkluderar Static VAR Compensators (SVC) och Static Synchronous Compensators (STATCOM).
Kombinerade serier-serierstyrare
I flerlinjes överföringssystem använder kombinerade serier-serierstyrare en uppsättning oberoende serierkopplade styrare som arbetar i samordning. Denna konfiguration möjliggör individuell seriereaktiv kompensation för varje linje, vilket säkerställer anpassat stöd för varje krets.
Dessutom kan dessa system underlätta överföring av verklig effekt mellan linjer genom en dedikerad effektlänk. Alternativt kan de anta en enhetlig styrarkonstruktion där DC-terminalerna hos omvandlarna är sammanfogade - denna uppställning möjliggör direkt överföring av verklig effekt till överföringslinjerna. Ett representativt exempel på ett sådant system är Interline Power Flow Controller (IPFC).
Kombinerade shunt-serierstyrare
Denna typ av styrare integrerar två funktionskomponenter: en shuntstyrare som matar in spänning parallellt med systemet, och en seriestyrare som matar in ström i serie med linjen. Kritiskt är att dessa två komponenter fungerar samordnat för att optimera det totala prestandaförloppet. Ett framstående exempel på ett sådant system är Unified Power Flow Controller (UPFC).
Typer av FACTS-enheter
En rad FACTS-enheter har utvecklats för att möta olika tillämpningsbehov. Nedan följer en översikt över de mest använda FACTS-styrarna, grupperade efter deras funktionsgrupp:
Seriekompensatorer:
Shuntkompensatorer:
Serier-serierkompensatorer:
Serier-shuntkompensatorer:
Låt oss undersöka varje kompensator kort:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC introducerar kapacitiv reaktans i serie med elkraftsystemet. Dess huvudstruktur inkluderar en kondensatorbank (bestående av flera kondensatorer i serie-parallellkonfiguration) kopplad parallellt med en thyristorkontrollerad reaktor. Denna design möjliggör smidig, variabel justering av seriekapacitans.
Thyristorer reglerar systemets impedans genom att kontrollera tändningsvinkeln, vilket i sin tur justerar den totala kretsimpedansen. En förenklad blockdiagram av TCSC visas i figuren nedan.
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR är en seriekompensator som tillhandahåller smidigt justerbar induktiv reaktans. Dess design är analog med TCSC, med den viktigaste skillnaden att kondensatorn ersätts av en reaktor.
Reaktorn slutar ledning när thyristortändningsvinkeln når 180°, och börjar ledning när tändningsvinkeln är mindre än 180°. Ett grundläggande diagram av Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) visas i figuren nedan.
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC är en seriell kompensationsmetod liknande TCSR i princip men med en viktig driftskillnad: medan TCSR uppnår effektstyrning genom att justera thyristortändningsvinklar (vilket möjliggör stegvis reglering), opererar TSSC-thyristorer i en enkel "på/av"-läge utan tändningsvinkeljustering. Detta betyder att kondensatorn antingen är fullt ansluten till eller helt frånkopplad från linjen.
Denna förenklade drift minskar komplexiteten och kostnaden för både thyristorer och den totala styraren. Det grundläggande diagrammet för TSSC är identiskt med det för TCSC.
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC är en seriell kompensationsenhet som används i överföringssystem för att reglera effektflöde genom att kontrollera linjens ekvivalenta impedans. Dess utmatningsspänning är fullständigt kontrollerbar och oberoende av linjeströmmen - genom att justera denna utmatningsspänning kan linjens effektiva impedans precis moduleras.
Funktionellt sett fungerar SSSC som en statisk synkron generator kopplad i serie med överföringslinjen. Dess huvudsakliga syfte är att justera spänningsfall över linjen, vilket i sin tur styr effektflödet. SSSC matar in en spänning som är i kvadratur (90° fasförskjutning) med linjeströmmen: om den inmatade spänningen leder strömmen ger den kapacitiv kompensation; om den ligger efter strömmen ger den induktiv kompensation. Ett grundläggande diagram av Static Synchronous Series Compensator visas i figuren nedan.
Static VAR Compensator (SVC)
En Static VAR Compensator (SVC) består av en fast kondensatorbank kopplad parallellt med en thyristorkontrollerad reaktor. Thyristorens tändningsvinkel reglerar reaktorns drift, vilket direkt styr spänningen över reaktorn - och därmed den mängd effekt den drar.
Denna konfiguration tillåter SVC att dynamiskt justera utmattning av reaktiv effekt, vilket stabiliserar spänningen och förbättrar effektfaktorn i överföringssystemet. Ett grundläggande diagram av Static VAR Compensator visas i figuren nedan.
Användning av Static VAR Compensator (SVC)
SVC:er är mångsidiga enheter som används för att förbättra elkraftsystemets prestanda, med nyckelfunktioner som:
De används också brett i industriella miljöer för reaktiv effektshantering och förbättring av elförsörjningens kvalitet. Nedan följer en översikt över de vanligaste SVC-konfigurationerna:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
En TCR består av en reaktor kopplad i serie med en thyristorventil - specifikt, två thyristorer kopplade i antiparallel. Dessa thyristorer ledar alternerande under varje halvcykel av växelströmförsörjningen, med en styrkrets som levererar tändningspulser till thyristorerna varje halvcykel.
Thyristortändningsvinkeln avgör mängden försenad reaktiv effekt som tillförs systemet. TCR:er används vanligtvis i EHV (Extra High Voltage) överföringslinjer, där de tillhandahåller reaktiv effektkompensation under lättbelastade eller obelastade förhållanden. Ett grundläggande diagram av en Thyristor Controlled Reactor visas i figuren nedan.
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
Under tung belastning ökar efterspråket på reaktiv effekt - och Thyristor Switched Capacitors (TSC:er) är utformade för att möta denna ökade efterfrågan. De används vanligtvis i EHV-overföringslinjer under perioder av hög belastning.
TSC delar en liknande strukturell princip med TCR, men med en viktig komponentbyte: reaktorn i TCR byts ut mot en kondensator. Liksom TCR reglerar TSC mängden reaktiv effekt som tillförs överföringslinjen genom att justera thyristortändningsvinkeln. Ett grundläggande diagram av Thyristor Switched Capacitor (TSC) visas i figuren nedan.
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR är strukturellt lik Thyristor Controlled Reactor (TCR) men skiljer sig i drift: medan TCR justerar ström genom att kontrollera thyristortändningsvinklar (vilket möjliggör fasreglering), opererar TSR-thyristorer i ett binärt "på/av"-läge utan fasreglering. Detta innebär att reaktorn antingen är fullt ansluten till kretsen eller helt frånkopplad.Absence of firing angle regulation simplifies the design, reducing thyristor costs and minimizing switching losses. The basic diagram of a TSR is identical to that of a TCR.
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM är en strömkälla baserad på strömkällaomvandlare (VSC) som reglerar överföringssystemets prestanda genom att tillföra eller absorbera reaktiv effekt - och kan också ge aktiv effektstöd när det behövs. Det är särskilt effektivt i överföringslinjer med dålig effektfaktor och spänningsreglering, vilket gör det till ett brett användbart redskap för att förbättra spänningsstabiliteten i elkraftsystem.
STATCOM fungerar med en laddad kondensator som dess DC-ingångskälla, vilken omvandlas till trefasväxelspänning via en spänningskontrollerad inverter. Inverterens utmatning synkroniseras med växelströmsystemet, och enheten är kopplad parallellt med överföringslinjen genom en kopplingstransformator. Genom att justera inverterens utmatning kan den reaktiva (och aktiva) effekt som STATCOM tillför precist kontrolleras. Ett grundläggande diagram av STATCOM visas i figuren nedan.
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC är en kompensationsmetod utformad för flerlinjes överföringssystem, med flera omvandlare kopplade via en gemensam DC-buss - varje omvandlare ansluter till en separat överföringslinje.
Ett viktigt förmåga hos dessa omvandlare är överföring av verklig effekt, vilket möjliggör balansering av både verklig och reaktiv effekt över sammanbundna linjer. Denna samordnade styrning förbättrar den totala systemeffektiviteten och stabiliteten i flerlinjes nät. Ett grundläggande diagram av IPFC visas i figuren nedan.A basic diagram of the IPFC is shown in the figure below.
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC integrerar en STATCOM (Static Synchronous Compensator) och en SSSC (Static Synchronous Series Compensator) via en gemensam DC-spänningslänk, vilket kombinerar deras funktioner i ett enda system. Det använder ett par trefasstyrbryggor för att generera ström, vilken matas in i överföringslinjen genom en kopplingstransformator.
UPFC utmärker sig genom att förbättra flera aspekter av elkraftsystemets prestanda, inklusive spänningsstabilitet, effektvinklastabilitet och systemdämpning. Det kan precis kontrollera både aktiv (verklig) och reaktiv effektflöde i överföringslinjer. Dock fungerar det optimalt bara under balanserade sinusvågsförhållanden och kan inte vara effektivt under abnorma systemtillstånd. Dessutom hjälper UPFC till att dämpa systemoscillationer och förbättra transientsstabilitet. Ett grundläggande diagram av Unified Power Flow Controller (UPFC) visas i figuren nedan.
