Які є класифікації та типи пристроїв та контролерів FACTS?
Згідно з типом підключення контролера FACTS до електроенергетичної системи, він класифікується як:
Серійно підключений контролер
Шунт-підключений контролер
Поєднаний серійно-серійний контролер
Поєднаний шунт-серійний контролер
Серійно-підключені контролери
Серійні контролери вводять напругу паралельно лінійній напрузі, зазвичай використовуючи пристрої імпедансу на основі ємності або індуктивності. Їх основна функція полягає у постачанні або поглинанні змінної реактивної потужності за потребою.
Коли лінія передачі сильно завантажена, збільшений попит на реактивну потужність задовольняється активуванням ємних елементів в серійному контролері. Навпаки, при легкому завантаженні, де зменшений попит на реактивну потужність призводить до зростання напруги на приймальному кінці понад напругу на відправному кінці, використовуються індуктивні елементи для поглинання надлишкової реактивної потужності, стабілізаючи систему.
У більшості випадків конденсатори встановлюються біля кінців лінії для компенсації попиту на реактивну потужність. Звичайні пристрої для цього включають Серійні Конденсатори, Керовані Тирістром (TCSC) та Статичні Синхронні Серійні Компенсатори (SSSC). Базова конфігурація серійно-підключеного контролера показана на нижньому рисунку.
Шунт-підключені контролери
Шунт-підключені контролери вводять струм в електроенергетичну систему в точці підключення, використовуючи змінні імпеданси, такі як конденсатори та індуктори — принципово подібно до серійних контролерів, але відрізняються методом підключення.
Шунт-емкісна компенсація
Коли конденсатор під'єднаний паралельно до електроенергетичної системи, цей підхід називається шунт-емкісною компенсацією. Лінії передачі з високоіндуктивними навантаженнями зазвичай працюють при затримленому коефіцієнті потужності. Шунт-конденсатори вирішують це, відтягуючи струм, що веде джерело напруги, компенсуючи затримане навантаження та покращуючи загальний коефіцієнт потужності.
Шунт-індуктивна компенсація
Коли індуктор під'єднаний паралельно, метод називається шунт-індуктивною компенсацією. Це менш поширено в мережах передачі, але стає критичним для дуже довгих ліній: при невеликих, легких або відключених навантаженнях, ефект Ферранті призводить до перевищення напруги на приймальному кінці над напругою на відправному кінці. Шунт-індуктивні компенсатори (наприклад, реактори) поглинають надлишкову реактивну потужність, щоб знизити цей зростання напруги.
Прикладами систем шунт-підключених контролерів є Статичні Компенсатори ВАР (SVC) та Статичні Синхронні Компенсатори (STATCOM).
Поєднані серійно-серійні контролери
У системах передачі з кількома лініями, поєднані серійно-серійні контролери використовують набір незалежних серійних контролерів, які працюють у координації. Ця конфігурація дозволяє індивідуальну серійну реактивну компенсацію для кожної лінії, забезпечуючи спеціалізований підтримку для кожного контуру.
Крім того, ці системи можуть сприяти перетворенню реальної потужності між лініями через спеціальне зв'язок потужності. Альтернативно, вони можуть використовувати об'єднаний дизайн контролера, де DC-термінали конверторів з'єднані — ця конфігурація безпосередньо дозволяє перетворення реальної потужності на лінії передачі. Представницький приклад такого системи — Interlink Power Flow Controller (IPFC).
Поєднані шунт-серійні контролери
Цей тип контролера інтегрує два функціональні компоненти: шунт-контролер, який вводить напругу паралельно з системою, і серійний контролер, який вводить струм серійно з лінією. Ключовим є те, що ці два компоненти працюють у координації, щоб оптимізувати загальну продуктивність. Примітивний приклад такої системи — Unified Power Flow Controller (UPFC).
Типи пристроїв FACTS
Було розроблено ряд пристроїв FACTS для задоволення різноманітних потреб застосування. Нижче представлений огляд найпоширеніших контролерів FACTS, категоризованих за їх функціональним типом:
Серійні компенсатори:
Шунт-компенсатори:
Серійно-серійні компенсатори:
Серійно-шунт-компенсатори:
Давайте коротко розглянемо кожен компенсатор:
Тирістр-керований серійний конденсатор (TCSC)
TCSC вводить реактивну ємність в серію з електроенергетичною системою. Його основна структура включає банк конденсаторів (складений з кількох конденсаторів в серійно-паралельній конфігурації), під'єднаний паралельно з тирістр-керованим реактором. Цей дизайн дозволяє плавну, змінну регулювання серійної ємності.
Тирістри регулюють імпеданс системи, керуючи кутом запалювання, що, в свою чергу, регулює загальний імпеданс контуру. Спрощений блок-схема TCSC показана на нижньому рисунку.
Тирістр-керований серійний реактор (TCSR)
TCSR — це серійний компенсатор, який надає плавно регульовану індуктивну реактивну ємність. Його конструкція аналогічна TCSC, з ключовою відмінністю, що конденсатор замінено реактором.
Реактор перестає проводити, коли кут запалювання тирістра досягає 180°, і починає проводити, коли кут запалювання менше 180°. Основна схема Тирістр-керованого серійного реактора (TCSR) показана на нижньому рисунку.
Тирістр-перемикач серійного конденсатора (TSSC)
TSSC — це метод серійної компенсації, принципово подібний TCSR, але з ключовою відмінністю в операції: поки TCSR досягає керування потужністю, регулюючи кути запалювання тирістрів (що дозволяє крокове регулювання), TSSC тирістри працюють в простому режимі "вкл/викл" без регулювання кута запалювання. Це означає, що конденсатор повністю під'єднаний до лінії або повністю відключений.
Це спрощене управління зменшує складність та вартість как тирістрів, так и всього контролера. Основна схема TSSC ідентична TCSC.
Статичний синхронний серійний компенсатор (SSSC)
SSSC — це пристрій серійної компенсації, використовуваний в системах передачі для регулювання потоку потужності, керуючи еквівалентним імпедансом лінії. Його вихідна напруга повністю керована та незалежна від струму лінії — регулюючи цю вихідну напругу, можна точно модулювати ефективний імпеданс лінії.
Функціонально SSSC діє як статичний синхронний генератор, під'єднаний серійно до лінії передачі. Його основна мета — регулювати падіння напруги по лінії, керуючи потоком потужності. SSSC вводить напругу, яка знаходиться в квадратурі (зсув фази 90°) зі струмом лінії: якщо введена напруга опережає струм, він надає емкісну компенсацію; якщо відстає, він надає індуктивну компенсацію. Основна схема Статичного Синхронного Серійного Компенсатора показана на нижньому рисунку.
Статичний компенсатор ВАР (SVC)
Статичний компенсатор ВАР (SVC) складається з фіксованого банку конденсаторів, під'єднаних паралельно з тирістр-керованим індуктором. Кут запалювання тирістра регулює роботу реактора, безпосередньо керуючи напругою на індукторі — і, таким чином, кількістю потужності, яку він вбирає.
Ця конфігурація дозволяє SVC динамічно регулювати вихід реактивної потужності, стабілізуючи напругу та покращуючи коефіцієнт потужності в системі передачі. Основна схема Статичного Компенсатора ВАР показана на нижньому рисунку.
Застосування статичного компенсатора ВАР (SVC)
SVC — це універсальні пристрої, використовувані для підвищення продуктивності електроенергетичної системи, з ключовими функціями, включаючи:
Вони широко використовуються в промислових установах для управління реактивною потужністю та покращення якості електроенергії. Нижче представлений огляд найпоширеніших конфігурацій SVC:
Тирістр-керований реактор (TCR)
TCR складається з реактора, під'єднаного серійно з тирістр-клапаном — конкретно, двох тирістрів, під'єднаних в антипаралель. Ці тирістри чергуються під час кожного півциклу AC-постачання, а контрольний контур надає імпульси запалювання тирістрів кожного півциклу.
Кут запалювання тирістра визначає кількість запізнілої реактивної потужності, яку надається системі. TCR часто використовуються в EHV-мережах (Extra High Voltage), де вони надають компенсацію реактивної потужності при легкому або нульовому завантаженні. Основна схема Тирістр-керованого реактора показана на нижньому рисунку.
Тирістр-перемикач конденсатора (TSC)
Під час великого завантаження попит на реактивну потужність зростає — і Тирістр-перемикачі конденсаторів (TSC) призначені для задоволення цього збільшеного попиту. Вони часто використовуються в EHV-мережах під час періодів великого завантаження.
TSC має схожий структурний принцип з TCR, але з ключовою заміною компонентів: реактор в TCR замінено конденсатором. Як і TCR, TSC регулює кількість реактивної потужності, яку надається лінії передачі, регулюючи кут запалювання тирістрів. Основна схема Тирістр-перемикача конденсатора (TSC) показана на нижньому рисунку.
Тирістр-перемикач реактора (TSR)
TSR структурно подібний Тирістр-керованому реактору (TCR), але відрізняється в операції: поки TCR регулює струм, керуючи кутами запалювання тирістрів (що дозволяє фазове керування), TSR тирістри працюють в бінарному режимі "вкл/викл" без фазового керування. Це означає, що реактор повністю під'єднаний до контуру або повністю відключений.Відсутність регулювання кута запалювання спрощує проект, зменшуючи вартість тирістрів та мінімізуючи втрати при комутації. Основна схема TSR ідентична TCR.
Статичний синхронний компенсатор (STATCOM)
STATCOM — це пристрій на основі силової електроніки, який регулює продуктивність системи передачі, надаючи або поглинаючи реактивну потужність — і може також надавати підтримку активної потужності за потребою. Він особливо ефективний в лініях передачі з поганою регуляцією коефіцієнта потужності та напруги, що робить його широко використовуваним пристроєм для підвищення стабільності напруги в електроенергетичних системах.
STATCOM працює, використовуючи заряджений конденсатор як свій DC-вхідний джерело, який перетворюється на трифазну AC-напругу через вольтаж-керований інвертор. Вихід інвертора синхронізується з AC-електроенергетичною системою, і пристрій під'єднаний паралельно
