FACTS Kontrolleri ve Cihazlarının Sınıflandırılması ve Türleri Nelerdir？
Güç sistemine bağlantı türüne göre FACTS Kontrolcüsü şu şekilde sınıflandırılır;
Seri Bağlı Kontrolör
Paralel Bağlı Kontrolör
Birleşik Seri-Seri Kontrolör
Birleşik Paralel-Seri Kontrolör
Seri Bağlı Kontrolörler
Seri kontrolörler, genellikle kapasitif veya endüktif impedans cihazlarını kullanarak hat gerilimine seri bir gerilim sunar. Ana işlevleri, gerektiğinde değişken reaktif güç sağlama veya emme olup, bu şekilde çalışırlar.
Bir iletim hattı ağır yük altında olduğunda, artan reaktif güç talebi seri kontrolördeki kapasitif elemanların etkinleştirilmesiyle karşılanır. Aksi durumda, düşük yük altında - reaktif güç talebinin azalması alıcı ucundaki gerilimin gönderici ucundakinden yüksek olmasına neden olduğunda - endüktif elemanlar fazla reaktif gücü emerek sistemi istikrarlaştırır.
Çoğu uygulamada, reaktif güç talebini telafi etmek için hat uçlarına yakın yerleştirilen kondansatörler kullanılır. Bu amaçla yaygın olarak kullanılan cihazlar Thyristor Kontrollü Seri Kondansatör (TCSC) ve Statik Senkron Seri Compensator (SSSC)'dir. Seri bağlı kontrolörün temel yapılandırması aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Paralel Bağlı Kontrolörler
Paralel bağlanan kontrolörler, bağlantılı oldukları noktada güç sistemine akım enjekte ederler, kapasitörler ve endüktörler gibi değişken impedansları kullanarak. Seri kontrolörlerle ilke olarak benzerdir, ancak bağlantı yöntemi farklıdır.
Paralel Kapasitif Tazminat
Kapasitör paralel olarak güç sistemine bağlandığında, bu yaklaşım paralel kapasitif tazminat olarak adlandırılır. Yüksek indüktif yüklerle çalışan iletim hatları genellikle geriye doğru güç faktörüyle çalışır. Paralel kapasitörler, kaynak geriliminden önde giden akımı çekerek, geriye doğru yükü dengeleyerek ve genel güç faktörünü iyileştirerek bu durumu çözer.
Paralel Endüktif Tazminat
Endüktör paralel bağlandığında, bu yöntem paralel endüktif tazminat olarak bilinir. Bu, iletim ağlarında daha az yaygın olarak kullanılır, ancak çok uzun hatlar için kritik öneme sahiptir: boş, hafif yük veya bağlantısız yük koşullarında, Ferranti etkisi alıcı ucundaki gerilimin gönderici ucundakinden yüksek olmasına neden olur. Paralel endüktif tazminatçılar (örneğin, reaktörler), bu gerilim yükselmesini azaltmak için fazla reaktif gücü emer.
Paralel bağlı kontrolör sistemlerinin örnekleri Statik VAR Tazminatçı (SVC) ve Statik Senkron Tazminatçı (STATCOM)'dur.
Birleşik Seri-Seri Kontrolörler
Çok hatlı iletim sistemlerinde, birleşik seri-seri kontrolörler koordineli olarak çalışan bağımsız seri kontrolörler kümesini kullanır. Bu yapılandırma, her hat için bireysel seri reaktif tazminat sağlayarak, her devre için özel destek sağlamayı mümkün kılar.
Ayrıca, bu sistemler hatlar arasında gerçek güç aktarımı sağlamak için özel bir güç bağlantısı aracılığıyla kullanılabilir. Alternatif olarak, dönüştürücülerin DC terminallerinin birleştirildiği birleşik bir kontrolör tasarımı benimsenebilir - bu yapılandırma, iletim hatlarına doğrudan gerçek güç aktarımını sağlar. Bu tür bir sistemin temsilci bir örneği Interlink Güç Akışı Kontrolörü (IPFC)'dir.
Birleşik Paralel-Seri Kontrolörler
Bu tür kontrolör, sistemle paralel bir gerilim enjekte eden paralel bir kontrolör ve hatla seri bir akım enjekte eden seri bir kontrolör olmak üzere iki işlevsel bileşeni birleştirir. Önemli olan, bu iki bileşen toplam performansı optimize etmek için koordineli bir şekilde çalışırlar. Bu tür bir sistemin belirgin bir örneği Birleşik Güç Akışı Kontrolörü (UPFC)'dür.
FACTS Cihazlarının Türleri
Çeşitli uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için bir dizi FACTS cihazı geliştirilmiştir. Aşağıda, işlevsel türlerine göre en yaygın olarak kullanılan FACTS kontrolörlerinin bir genel bakışı verilmiştir:
Seri Tazminatçılar:
Paralel Tazminatçılar:
Seri-Seri Kompansatörler:
Seri-Yanal Kompansatörler:
Her bir kompansatörü kısaca inceleyelim:
Tiristör Kontrollü Seri Kondansatör (TCSC)
TCSC, güç sistemine seri kapasitif reaktans tanıtıyor. Temel yapısı, serili-paralel yapıda birden fazla kondansatörden oluşan bir kondansatör bankası ile bir tiristör kontrollü reaktörün paralel bağlantısını içerir. Bu tasarım, pürüzsüz ve değişken seri kapasitif ayarlamayı sağlar.
Tiristörler, ateşleme açısını kontrol ederek sistemin impedansını düzenler, bu da toplam devre impedansını ayarlar. TCSC'nin basitleştirilmiş blok diyagramı aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Tiristör Kontrollü Seri Reaktör (TCSR)
TCSR, pürüzsüz olarak ayarlanabilir indüktif reaktans sağlayan bir seri kompansatördür. Tasarımı, ana farkın kondansatörün reaktör ile değiştirildiği TCSC'ye benzerdir.
Reaktör, tiristör ateşleme açısı 180° olduğunda iletkenliği keser, ateşleme açısı 180°'den küçük olduğunda ise iletkenliğe başlar. Tiristör Kontrollü Seri Reaktör (TCSR) için temel bir diyagram aşağıda gösterilmiştir.
Tiristör İle Anahtarlanan Seri Kondansatör (TSSC)
TSSC, TCSR'ye ilke olarak benzer ancak operasyonel bir farklılık olan bir seri kompansasyon tekniğidir: TCSR, tiristör ateşleme açılarını ayarlayarak (adım adım düzenleme sağlayarak) güç kontrolüne ulaşırken, TSSC tiristörleri basit bir "açık/kapalı" modda çalışır ve ateşleme açısı ayarı yoktur. Bu, kondansatörün hatla tamamen bağlantılı ya da tamamen bağlantısız olması anlamına gelir.
Bu basitleştirilmiş operasyon, hem tiristörlerin hem de genel kontrolcünün karmaşıklığını ve maliyetini azaltır. TSSC'nin temel diyagramı TCSC ile aynıdır.
Statik Sinhron Seri Kompansatör (SSSC)
SSSC, hat akımından bağımsız olarak çıkış voltajını tamamen kontrol ederek ve bu çıkış voltajını ayarlayarak hatın etkili impedansını hassas bir şekilde modüle edebilen bir seri kompansasyon cihazıdır. İşlevsel olarak, SSSC, iletim hattı ile seride bağlı bir statik sinhron jeneratör gibi davranır. Temel amacı, hat üzerindeki gerilim düşümünü ayarlayarak güç akışını kontrol etmektir. SSSC, hat akımı ile kuadratur (90° faz kayması) olan bir gerilim enjekte eder: Eğer enjekte edilen gerilim akımdan önde ise, kapasitif kompansasyon sağlar; eğer gerideyse, indüktif kompansasyon sağlar. Statik Sinhron Seri Kompansatörün temel bir diyagramı aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Statik VAR Kompansatörü (SVC)
Statik VAR Kompansatörü (SVC), sabit bir kondansatör bankası ile bir tiristör kontrollü indüktörün paralel bağlantısından oluşur. Tiristörün ateşleme açısı, reaktörün işlemesini düzenler ve böylece indüktör üzerinden geçen gerilimi - ve dolayısıyla çektiği güç miktarını - doğrudan kontrol eder.
Bu yapılandırma, SVC'yi reaktif güç çıktısını dinamik olarak ayarlamaya, iletim sisteminde gerilimi istikrarlı hale getirmeye ve güç faktörünü iyileştirmeye izin verir. Statik VAR Kompansatörünün temel bir diyagramı aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Statik VAR Kompansatörü (SVC) Uygulamaları
SVC'ler, güç sistemi performansını artırmak için çok yönlü cihazlardır ve ana fonksiyonları şunlardır:
Ayrıca, reaktif güç yönetimi ve güç kalitesi iyileştirmesi için endüstriyel ortamlarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Aşağıda en yaygın SVC yapılandırmalarının bir özeti yer almaktadır:
Tiristö Kontrollü Reaktör (TCR)
Bir TCR, bir reaktörün bir tiristö vanasıyla serile bağlantılı olduğu bir sistemdir—özellikle, iki tiristönün anti-paralel olarak bağlantılı olduğu. Bu tiristöler, her AC güç kaynağı yarım dalgası sırasında nötral kontrol devresi tarafından her yarım dalgada firinlama darbeleri ile birbirini takip ederek iletken olur.
Tiristö ateşleme açısı, sisteme sağlanan geciken reaktif gücün miktarını belirler. TCR'ler, hafif yük veya hiç yük koşullarında reaktif güç kompansasyonu sağladığı için EHV (Çok Yüksek Gerilim) iletim hatlarında yaygın olarak kullanılır. Aşağıdaki figürde Tiristö Kontrollü Reaktörün temel bir diyagramı gösterilmektedir.
Tiristö Anahtarlı Kondansatör (TSC)
Ağır yük koşullarında reaktif güç talebi artar—ve Tiristö Anahtarlı Kondansatörler (TSC'ler) bu artan talebi karşılamak üzere tasarlanmıştır. Genellikle yüksek yük dönemlerinde EHV iletim hatlarında kullanılırlar.
TSC, TCR ile benzer yapısal prensiplere sahip ancak önemli bir bileşen değişikliği vardır: TCR'deki reaktör, TSC'de kondansatörle değiştirilmiştir. TCR gibi, TSC de tiristö ateşleme açısını ayarlayarak iletim hattına sağlanan reaktif gücün miktarını düzenler. Aşağıdaki figürde Tiristö Anahtarlı Kondansatör (TSC) nin temel bir diyagramı gösterilmektedir.
Tiristö Anahtarlı Reaktör (TSR)
TSR, Tiristö Kontrollü Reaktör (TCR) ile yapısal olarak benzer ancak işlem açısından farklıdır: TCR, tiristö ateşleme açılarını kontrol ederek akımı ayarlar (faz kontrolünü sağlar), TSR'nin tiristöleri ise "açık/kapalı" modunda ve faz kontrolsüz çalışır. Bu, reaktörün ya tamamen devreyle bağlantılı olması ya da tamamen bağlantısız olması anlamına gelir.Firinlama açısı düzenleme eksikliği, tasarımın basitleştirilmesine, tiristö maliyetlerinin azaltılmasına ve anahtarlama kayıplarının minimize edilmesine olanak tanır. TSR'nin temel diyagramı, TCR'ninkine benzerdir.
Statik Senkron Kompansatör (STATCOM)
STATCOM, reaktif güç sağlayarak veya emerek iletim sistemi performansını düzenleyen bir güç elektroniksi tabanlı gerilim kaynağı dönüştürücüsüdür—ve gerektiğinde aktif güç desteği de sağlayabilir. Özellikle güç faktörü ve gerilim düzenleme konusunda zayıf olan iletim hatlarında etkilidir, bu yüzden güç sistemlerinde gerilim istikrarını artırmak için yaygın olarak kullanılan bir cihazdır.
STATCOM, DC giriş kaynağında şarj edilmiş bir kondansatör kullanarak çalışır ve bu, gerilim kontrollü bir inverter aracılığıyla üç fazlı AC gerilime dönüştürülür. Inverter çıkışı, AC güç sistemine senkronize edilir ve cihaz, bir kavrama transformatörü aracılığıyla iletim hattıyla paralel olarak bağlanır. Inverter'in çıktısını ayarlayarak, STATCOM tarafından sağlanan reaktif (ve aktif) güç hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Aşağıdaki figürde STATCOM'un temel bir diyagramı gösterilmektedir.
Hat Arası Güç Akış Kontrolörü (IPFC)
IPFC, çok hatlı iletim sistemleri için tasarlanmış bir kompansasyon tekniğidir ve ortak bir DC otobüsüne bağlı birden fazla dönüştürücü içerir—her dönüştürücü ayrı bir iletim hattına bağlanır.
Bu dönüştürücülerin ana yetenekleri gerçek güç transferi olup, bağlı hatlar arasında hem gerçek hem de reaktif güç dengesini sağlar. Bu koordineli kontrol, çok hatlı ağlarda genel sistem verimliliğini ve istikrarını artırır.Aşağıdaki figürde IPFC'nin temel bir diyagramı gösterilmektedir.
Birleşik Güç Akış Kontrolörü (UPFC)
UPFC, Statik Senkron Kompansatör (STATCOM) ve Statik Senkron Seri Kompansatör (SSSC) 'yi ortak bir DC gerilim bağlantısı aracılığıyla entegre eder, bunların işlevlerini tek bir sistemde birleştirir. Üç fazlı kontrol edilebilir köprü çifti kullanarak oluşturulan akım, bir kavrama transformatörü aracılığıyla iletim hattına enjekte edilir.
UPFC, voltaj istikrarı, güç açısı istikrarı ve sistem sönümlemesi dahil olmak üzere güç sistem performansının birçok yönünü artırmada öne çıkmaktadır. İletim hatlarında hem aktif (gerçek) hem de reaktif güç akışını hassas bir şekilde kontrol edebilir. Ancak, yalnızca dengelenmiş sinüs dalga koşullarında optimal şekilde çalışır ve anormal sistem durumlarında etkin olmayabilir. Ayrıca, UPFC güç sistem salınımlarını baskılayarak ve geçici istikrara katkıda bulunur. Aşağıdaki figürde Birleşik Güç Akış Kontrolörü (UPFC) 'nin temel bir diyagramı gösterilmektedir.
