ประเภทและการจำแนกของตัวควบคุมและอุปกรณ์ FACTS มีอะไรบ้าง
ตามประเภทของการเชื่อมต่อของ FACTS Controller กับระบบไฟฟ้า มันถูกแบ่งออกเป็น;
Series Connected Controller
Shunt Connected Controller
Combined Series-Series Controller
Combined Shunt-Series Controller
Series-Connected Controllers
ตัวควบคุมแบบอนุกรมนำแรงดันมาใช้ในอนุกรมกับแรงดันสาย โดยทั่วไปจะใช้อุปกรณ์ความต้านทานแบบคาปาซิทีฟหรืออินดักทีฟ หน้าที่หลักคือการจ่ายหรือดูดซับพลังงานปฏิกิริยาตามความต้องการ
เมื่อสายส่งกำลังมีภาระมากขึ้น ความต้องการพลังงานปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นจะได้รับการตอบสนองโดยการเปิดใช้งานองค์ประกอบแบบคาปาซิทีฟในตัวควบคุมแบบอนุกรม ในทางกลับกัน เมื่อมีภาระเบาลง ซึ่งทำให้ความต้องการพลังงานปฏิกิริยาลดลงและทำให้แรงดันปลายทางสูงกว่าแรงดันต้นทาง องค์ประกอบแบบอินดักทีฟจะถูกใช้เพื่อดูดซับพลังงานปฏิกิริยาที่เกิน เพื่อคงเสถียรภาพของระบบ
ในการใช้งานส่วนใหญ่ คาปาซิทอร์จะติดตั้งใกล้ปลายสายเพื่อชดเชยความต้องการพลังงานปฏิกิริยา อุปกรณ์ที่ใช้บ่อยสำหรับวัตถุประสงค์นี้คือ Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) และ Static Synchronous Series Compensators (SSSC) การกำหนดโครงสร้างพื้นฐานของตัวควบคุมแบบอนุกรมเชื่อมต่อแสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Shunt-Connected Controllers
ตัวควบคุมแบบขนานฉีดกระแสเข้าสู่ระบบไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อ โดยใช้ความต้านทานที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ เช่น คาปาซิทอร์และอินดักทอร์ ซึ่งมีหลักการคล้ายกับตัวควบคุมแบบอนุกรมแต่แตกต่างในวิธีการเชื่อมต่อ
Shunt Capacitive Compensation
เมื่อคาปาซิทอร์เชื่อมต่อขนานกับระบบไฟฟ้า จะเรียกว่าวิธีการชดเชยแบบคาปาซิทีฟขนาน สายส่งที่มีโหลดอินดักทีฟสูงมักจะทำงานที่แฟคเตอร์กำลังตามหลัง คาปาซิทอร์ขนานช่วยแก้ไขปัญหานี้โดยดึงกระแสที่นำหน้าแรงดันแหล่ง ทำให้ลดโหลดตามหลังและปรับปรุงแฟคเตอร์กำลังโดยรวม
Shunt Inductive Compensation
เมื่ออินดักทอร์เชื่อมต่อขนาน วิธีนี้เรียกว่าวิธีการชดเชยแบบอินดักทีฟขนาน วิธีนี้ไม่ค่อยใช้ในเครือข่ายส่งกำลัง แต่มีความสำคัญสำหรับสายส่งที่ยาวมาก: ในสภาพไม่มีโหลด โหลดเบา หรือโหลดถูกตัดออกจากสาย สภาวะ Ferranti จะทำให้แรงดันปลายทางสูงกว่าแรงดันต้นทาง ตัวชดเชยอินดักทีฟขนาน (เช่น รีแอคเตอร์) จะดูดซับพลังงานปฏิกิริยาที่เกินเพื่อลดการเพิ่มขึ้นของแรงดัน
ตัวอย่างของระบบตัวควบคุมแบบขนานคือ Static VAR Compensators (SVC) และ Static Synchronous Compensators (STATCOM)
Combined Series-Series Controllers
ในระบบส่งกำลังหลายสาย ตัวควบคุมแบบผสมอนุกรม-อนุกรมใช้ชุดของตัวควบคุมแบบอนุกรมที่ทำงานอย่างอิสระและประสานกัน โครงสร้างนี้ช่วยให้มีการชดเชยปฏิกิริยาแบบอนุกรมสำหรับแต่ละสายอย่างเฉพาะเจาะจง ทำให้สนับสนุนวงจรแต่ละวงจรอย่างเหมาะสม
นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังสามารถอำนวยความสะดวกในการโอนกำลังจริงระหว่างสายผ่านทางเชื่อมโยงกำลังที่เฉพาะเจาะจง หรืออาจใช้การออกแบบตัวควบคุมแบบรวมที่เทอร์มินัล DC ของคอนเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกัน โครงสร้างนี้ช่วยให้โอนกำลังจริงไปยังสายส่งโดยตรง ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของระบบดังกล่าวคือ Interlink Power Flow Controller (IPFC)
Combined Shunt-Series Controllers
ตัวควบคุมชนิดนี้รวมสองส่วนการทำงาน: ตัวควบคุมแบบขนานที่ฉีดแรงดันขนานกับระบบ และตัวควบคุมแบบอนุกรมที่ฉีดกระแสอนุกรมกับสาย ทั้งสองส่วนทำงานอย่างประสานกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ตัวอย่างที่เด่นชัดของระบบดังกล่าวคือ Unified Power Flow Controller (UPFC)
Types of FACTS Devices
มีการพัฒนาอุปกรณ์ FACTS หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกัน ด้านล่างนี้เป็นภาพรวมของตัวควบคุม FACTS ที่ใช้บ่อยที่สุด จำแนกตามประเภทการทำงาน:
Series Compensators:
Shunt Compensators:
Series-Series Compensators:
Series-Shunt Compensators:
ลองดูแต่ละตัวชดเชยในรายละเอียดสั้น ๆ:
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
TCSC นำความต้านทานแบบคาปาซิทีฟมาใช้ในอนุกรมกับระบบไฟฟ้า โครงสร้างหลักของ TCSC ประกอบด้วยแบงก์คาปาซิทอร์ (ซึ่งประกอบด้วยคาปาซิทอร์หลายตัวในรูปแบบอนุกรม-ขนาน) ที่เชื่อมต่อขนานกับรีแอคเตอร์ที่ควบคุมโดย thyristor ออกแบบนี้ช่วยให้สามารถปรับความต้านทานคาปาซิทีฟแบบอนุกรมได้อย่างราบรื่นและต่อเนื่อง
thyristors ควบคุมความต้านทานของระบบโดยการควบคุมมุมการยิง ซึ่งทำให้สามารถปรับความต้านทานรวมของวงจรได้ แผนภาพบล็อกที่ง่ายของ TCSC แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR)
TCSR เป็นตัวชดเชยแบบอนุกรมที่ให้ความต้านทานแบบอินดักทีฟที่สามารถปรับได้อย่างราบรื่น โครงสร้างของ TCSR คล้ายคลึงกับ TCSC แต่แตกต่างกันที่คาปาซิทอร์ถูกแทนที่ด้วยรีแอคเตอร์
รีแอคเตอร์จะหยุดการนำพาเมื่อมุมการยิงของ thyristor ถึง 180° และเริ่มนำพาเมื่อมุมการยิงน้อยกว่า 180° แผนภาพพื้นฐานของ Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC)
TSSC เป็นเทคนิคการชดเชยแบบอนุกรมที่มีหลักการคล้ายคลึงกับ TCSR แต่มีความแตกต่างในการทำงาน: ในขณะที่ TCSR ควบคุมกำลังโดยการปรับมุมการยิงของ thyristor (ทำให้สามารถควบคุมแบบขั้นตอนได้) TSSC ใช้ thyristors ที่ทำงานในโหมด "เปิด/ปิด" อย่างง่าย โดยไม่มีการปรับมุมการยิง หมายความว่าคาปาซิทอร์จะเชื่อมต่อกับสายหรือแยกออกจากสายอย่างสมบูรณ์
การทำงานที่ง่ายขึ้นนี้ช่วยลดความซับซ้อนและต้นทุนของ thyristors และตัวควบคุมโดยรวม แผนภาพพื้นฐานของ TSSC เหมือนกับ TCSC
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
SSSC เป็นอุปกรณ์ชดเชยแบบอนุกรมที่ใช้ในการควบคุมการไหลของกำลังในระบบส่งกำลังโดยการควบคุมความต้านทานเทียบเท่าของสาย แรงดันเอาต์พุตของ SSSC สามารถควบคุมได้อย่างเต็มที่และไม่ขึ้นอยู่กับกระแสในสาย ด้วยการปรับแรงดันเอาต์พุต ความต้านทานที่มีผลของสายสามารถปรับได้อย่างแม่นยำ
ในทางปฏิบัติ SSSC ทำงานเหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสถิตที่เชื่อมต่อในอนุกรมกับสายส่งกำลัง จุดประสงค์หลักคือการปรับแรงดันตกคร่อมสาย ทำให้สามารถควบคุมการไหลของกำลังได้ SSSC ฉีดแรงดันที่มีเฟสเบี่ยงเบน 90° จากกระแสในสาย: ถ้าแรงดันที่ฉีดนำหน้ากระแส จะทำการชดเชยแบบคาปาซิทีฟ ถ้าแรงดันที่ฉีดตามหลังกระแส จะทำการชดเชยแบบอินดักทีฟ แผนภาพพื้นฐานของ Static Synchronous Series Compensator แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Static VAR Compensator (SVC)
Static VAR Compensator (SVC) ประกอบด้วยแบงก์คาปาซิทอร์ที่ติดตั้งขนานกับรีแอคเตอร์ที่ควบคุมโดย thyristor มุมการยิงของ thyristor ควบคุมการทำงานของรีแอคเตอร์ ทำให้สามารถควบคุมแรงดันที่รีแอคเตอร์และจำนวนกำลังที่รีแอคเตอร์ดูดซับได้
โครงสร้างนี้ช่วยให้ SVC สามารถปรับปรุงกำลังปฏิกิริยาได้แบบไดนามิก ทำให้แรงดันมีเสถียรภาพและปรับปรุงแฟคเตอร์กำลังในระบบส่งกำลัง แผนภาพพื้นฐานของ Static VAR Compensator แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Static VAR Compensator (SVC) Applications
SVCs เป็นอุปกรณ์ที่มีความยืดหยุ่นในการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า โดยมีฟังก์ชันหลักดังนี้:
SVCs ยังถูกนำมาใช้ในภาคอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายในการจัดการกำลังปฏิกิริยาและการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า ด้านล่างนี้เป็นภาพรวมของโครงสร้าง SVC ที่ใช้บ่อยที่สุด:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
TCR ประกอบด้วยรีแอคเตอร์ที่เชื่อมต่ออนุกรมกับวาล์ว thyristor โดยเฉพาะ สอง thyristor ที่เชื่อมต่อแบบ anti-parallel วาล์ว thyristor นี้จะนำพาสลับกันในแต่ละครึ่งวงจรของแหล่งไฟฟ้า AC พร้อมกับวงจรควบคุมที่ส่งสัญญาณการยิงไปยัง thyristor ในแต่ละครึ่งวงจร
มุมการยิงของ thyristor กำหนดจำนวนพลังงานปฏิกิริยาที่ตามหลังที่จ่ายให้กับระบบ TCRs ถูกนำมาใช้ในสายส่งกำลัง EHV (Extra High Voltage) ซึ่งให้การชดเชยกำลังปฏิกิริยาในสภาพโหลดเบาหรือไม่มีโหลด แผนภาพพื้นฐานของ Thyristor Controlled Reactor แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
ภายใต้สภาวะโหลดหนัก ความต้องการพลังงานปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น Thyristor Switched Capacitors (TSCs) ถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นนี้ โดยมักถูกนำมาใช้ในสายส่งกำลัง EHV ในช่วงเวลาที่มีโหลดสูง
TSC มีหลักการโครงสร้างคล้ายกับ TCR แต่แตกต่างกันที่รีแอคเตอร์ใน TCR ถูกแทนที่ด้วยคาปาซิทอร์ เช่นเดียวกับ TCR TSC ควบคุมจำนวนพลังงานปฏิกิริยาที่จ่ายให้กับสายส่งกำลังโดยการปรับมุมการยิงของ thyristor แผนภาพพื้นฐานของ Thyristor Switched Capacitor (TSC) แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Thyristor Switched Reactor (TSR)
TSR มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ Thyristor Controlled Reactor (TCR) แต่แตกต่างในวิธีการทำงาน: ในขณะที่ TCR ปรับกระแสโดยการควบคุมมุมการยิงของ thyristor (ทำให้สามารถควบคุมเฟสได้) TSR ใช้ thyristors ที่ทำงานในโหมด "เปิด/ปิด" อย่างง่าย โดยไม่มีการควบคุมเฟส หมายความว่ารีแอคเตอร์จะเชื่อมต่อกับวงจรหรือแยกออกจากวงจรอย่างสมบูรณ์การขาดการควบคุมมุมการยิงทำให้การออกแบบง่ายขึ้น ลดต้นทุนของ thyristors และลดการสูญเสียจากการสวิตช์ แผนภาพพื้นฐานของ TSR เหมือนกับ TCR
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
STATCOM เป็นคอนเวอร์เตอร์แหล่งแรงดันที่ควบคุมโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้คาปาซิทอร์ที่ชาร์จแล้วเป็นแหล่ง DC ซึ่งถูกแปลงเป็นแรงดัน AC สามเฟสผ่านอินเวอร์เตอร์ที่ควบคุมแรงดัน แรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์จะถูกซิงโครไนซ์กับระบบไฟฟ้า AC และอุปกรณ์นี้เชื่อมต่อขนานกับสายส่งกำลังผ่านทรานส์ฟอร์เมอร์คู่ ด้วยการปรับแรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ กำลังปฏิกิริยา (และกำลังจริง) ที่ STATCOM จ่ายสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ แผนภาพพื้นฐานของ STATCOM แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Interline Power Flow Controller (IPFC)
IPFC เป็นเทคนิคการชดเชยที่ออกแบบสำหรับระบบส่งกำลังหลายสาย ซึ่งมีคอนเวอร์เตอร์หลายตัวที่เชื่อมต่อผ่านบัส DC ที่ร่วมกัน คอนเวอร์เตอร์แต่ละตัวเชื่อมต่อกับสายส่งกำลังแยกต่างหาก
ความสามารถหลักของคอนเวอร์เตอร์เหล่านี้คือการโอนกำลังจริง ทำให้สามารถจัดการกำลังจริงและกำลังปฏิกิริยาในสายส่งกำลังที่เชื่อมต่อได้ การควบคุมที่ประสานกันนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรภาพของระบบส่งกำลังหลายสาย แผนภาพพื้นฐานของ IPFC แสดงไว้ในรูปด้านล่างแผนภาพพื้นฐานของ IPFC แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
Unified Power Flow Controller (UPFC)
UPFC รวม STATCOM (Static Synchronous Compensator) และ SSSC (Static Synchronous Series Compensator) ผ่านลิงก์แรงดัน DC ที่ร่วมกัน รวมฟังก์ชันการทำงานของทั้งสองเข้าเป็นระบบเดียว มันใช้สะพานควบคุมสามเฟสคู่เพื่อสร้างกระแส ซึ่งฉีดเข้าสู่สายส่งกำลังผ่านทรานส์ฟอร์เมอร์คู่
UPFC โดดเด่นในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าหลายด้าน รวมถึงความเสถียรของแรงดัน ความเสถียรของมุมกำลัง และการด้านระบบ สามารถควบคุมการไหลของกำลังจริงและกำลังปฏิกิริยาในสายส่งกำลังได้อย่างแม่นยำ แต่ UPFC ทำงานได้ดีที่สุดภายใต้สภาวะสัญญาณไซน์ที่สมดุ
