Sistem flexibil de transmisie AC - Nevoi, definiție și tipuri

De ce este necesar un sistem flexibil de transmisie AC?

Într-un sistem de transmisie alternativ convențional, capacitatea de a transfera puterea alternativă este limitată de mai mulți factori precum limitele termice, limita de stabilitate tranzitorie, limita de tensiune, limita curentului de scurtcircuit etc. Aceste limite definesc puterea electrică maximă care poate fi transmisă eficient prin linia de transmisie fără a provoca nicio deteriorare a echipamentelor electrice și a liniilor de transmisie. Acest lucru se realizează în mod normal prin aducerea modificărilor în aspectul sistemului de alimentare. Cu toate acestea, acest lucru nu este fezabil și un alt mod de a atinge capacitatea maximă de transfer de putere fără modificări în aspectul sistemului de alimentare. De asemenea, odată cu introducerea dispozitivelor cu impedanță variabilă, cum ar fi condensatoarele și inductoarele, întreaga energie sau putere din sursă nu este transferată la sarcină, dar o parte este stocată în aceste dispozitive ca putere reactivă și returnată la sursă. Astfel, cantitatea reală de putere transferată sarcinii sau puterii active este întotdeauna mai mică decât puterea aparentă sau puterea netă. Pentru o transmisie ideală, puterea activă trebuie să fie egală cu puterea aparentă. Cu alte cuvinte, factorul de putere (raportul dintre puterea activă și puterea aparentă) ar trebui să fie unitatea. Aici intervine rolul unui sistem de transmisie de curent alternativ flexibil.

Înainte de a accesa detalii despre FAPTE, permiteți-ne să ne informăm despre factorul de putere.

Ce este factorul de putere?

Factorul de putere este definit ca fiind raportul dintre puterea activă și puterea aparentă din circuit.

Oricare ar fi factorul de putere, pe de altă parte, puterea generatoare ar trebui să plaseze mașinile în furnizarea unei tensiuni și a unui curent specific. Generatoarele trebuie să aibă capacitatea de a rezista la tensiunea și curentul evaluat al puterii produse. Valoarea factorului de putere (PF) este cuprinsă între 0,0 și 1,0.

Dacă factorul de putere este zero, debitul curent este complet reactiv și puterea stocată în sarcină revine la fiecare ciclu. Când factorul de putere este 1, tot curentul furnizat de sursă este devorat de sarcină. În general, factorul de putere este exprimat ca tensiune de conducere sau de întârziere.

Circuitul de testare a factorului de putere Unity

Circuitul cu sursă de alimentare este de 230V și un șoc este conectat în serie. Condensatoarele trebuie conectate în paralel prin comutatoare SCR pentru a îmbunătăți factorul de putere. În timp ce comutatorul de by-pass este oprit, șocul acționează ca un inductor și același curent va curge în ambele rezistențe 10R / 10W. Un CT este folosit ca partea principală a cărui parte este conectată la punctul comun al rezistențelor. Celălalt punct al CT merge la unul dintre punctele comune ale unui comutator DPDT S1. În timp ce comutatorul DPDT este deplasat la stânga, atunci căderea de tensiune proporțională cu curentul este percepută de acesta pentru a dezvolta o tensiune crescută. Căderea de tensiune este proporțională cu curentul întârziat. Astfel, tensiunea primară de la CT asigură un curent întârziat.

Dacă este utilizat un circuit de control bazat pe microcontroler, acesta primește referințe de curent zero și se compară cu referința de tensiune zero pentru calcularea factorului de putere pe baza diferenței lor de timp. Deci, în funcție de diferența de timp necesară nr. de comutatoare SCR sunt pornite, astfel comutând condensatori suplimentari până când factorul de putere este aproape de unitate.

Astfel, în funcție de poziția comutatorului, se poate simți curentul întârziat sau curentul compensat, iar afișajul oferă în consecință întârzierea între tensiuni, curent cu afișare a factorului de putere.

Ce este sistemul flexibil de transmisie AC (FACT)?

LA Sistem flexibil de transmisie AC se referă la sistemul constând din dispozitive electronice de putere împreună cu dispozitive ale sistemului de alimentare pentru a spori controlabilitatea și stabilitatea sistemului de transmisie și pentru a crește capacitățile de transfer de energie. Odată cu invenția comutatorului de tiristor, a fost deschisă ușa pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice de putere cunoscute sub numele de sisteme de transmisie flexibile AC (FACTS). Sistemul FACT este utilizat pentru a asigura controlabilitatea părții de înaltă tensiune a rețelei prin încorporarea dispozitivelor electronice de putere pentru a introduce putere inductivă sau capacitivă în rețea.

4 tipuri de controlere FACT

• Controlere de serie: Controlerele de serie sunt formate din condensatori sau reactoare care introduc tensiune în serie cu linia. Sunt dispozitive cu impedanță variabilă. Sarcina lor majoră este de a reduce inductivitatea liniei de transmisie. Ele furnizează sau consumă putere reactivă variabilă. Exemple de controlere de serie sunt SSSC, TCSC, TSSC etc.
• Controlere de șunt: Controlerele de șunt constau din dispozitive cu impedanță variabilă, cum ar fi condensatoarele sau reactoarele care introduc curent în serie cu linia. Sarcina lor principală este de a reduce capacitivitatea liniei de transmisie. Curentul injectat este în fază cu tensiunea de linie. Exemple de controlere de șunt sunt STATCOM, TSR, TSC, SVC.
• Controlere din seria Shunt: Aceste controlere introduc curentul în serie folosind controlerele de serie și tensiunea în șunt folosind controlerele de șunt. Un exemplu este UPFC.
• Controlere seria-serie : Aceste controlere constau dintr-o combinație de controlere de serie cu fiecare controler care oferă compensarea seriei și, de asemenea, puterea reală de transfer de-a lungul liniei. Un exemplu este IPFC.

2 tipuri de controlere de serie

• Condensator de serie controlat de tiristor (TCSC): Condensatorul cu tiristor controlat în serie (TCSC) folosește redresoare controlate cu siliciu pentru a gestiona un banc de condensatori conectat în serie cu o linie. Acest lucru permite utilității să transfere mai multă energie pe o linie specificată. În general, este format din tiristoare în serie cu un inductor și conectate printr-un condensator. Poate funcționa în modul de blocare în care tiristorul nu este declanșat și curentul trece numai prin condensator. Poate funcționa în modul de bypass în care curentul este ocolit către tiristor și întregul sistem se comportă ca o rețea de impedanță de șunt.

• Compensatoare sincrone din seria statică : SSSC este pur și simplu o versiune de serie a STATCOM. Acestea nu sunt utilizate în aplicații comerciale ca controlere independente. Acestea constau din sursa de tensiune sincronă în serie cu linia astfel încât să introducă o tensiune de compensare în serie cu linia. Ele pot crește sau micșora căderea de tensiune de-a lungul liniei.

2 controlere paralele

• Compensatoare variabile statice : Compensatorul variabil static este cea mai primitivă și prima generație de controler FACTS. Acest compensator constă dintr-un comutator de tiristor rapid care controlează un reactor și / sau un șunt banc capacitiv pentru a oferi o compensare dinamică a șuntului. Ele constau în general din dispozitive cu impedanță variabilă conectate la șunturi a căror ieșire poate fi reglată folosind comutatoare electronice de putere, pentru a introduce reactanță capacitivă sau inductivă în linie. Poate fi plasat în mijlocul liniei pentru a crește capacitatea maximă de transfer de putere și poate fi plasat și la capătul liniei pentru a compensa variațiile datorate încărcării.

3 tipuri de SVC sunt

1. TSR (reactor cu comutare tiristor) : Este alcătuit dintr-un inductor conectat la șunt a cărui impedanță este controlată treptat folosind un comutator de tiristor. Tiristorul este tras doar la unghiuri de 90 și 180 de grade.
2. TSC (Condensator cu comutare tiristor) : Este format dintr-un condensator conectat la șunt a cărui impedanță este controlată în trepte folosind un tiristor. Modul de control folosind SCR este același cu cel al TSR.
3. TCR (reactor controlat de tiristor) : Se compune dintr-un inductor conectat la șunt a cărui impedanță este controlată de metoda de întârziere a unghiului de tragere a SCR în care declanșarea tiristorului este controlată provocând o variație a curentului prin inductor.

• STATCOM (Compensator sincron static) : Constă dintr-o sursă de tensiune care poate fi o sursă de energie de curent continuu sau un condensator sau un inductor a cărui ieșire poate fi controlată folosind un tiristor. Este utilizat pentru a absorbi sau a genera putere reactivă.

Un controler de serie - controler de flux de putere unificat:

Acestea sunt o combinație de STATCOM și SSSC, astfel încât ambele sunt combinate folosind o sursă comună de curent continuu și oferă atât compensare activă cât și reactivă a liniei de serie. Controlează toți parametrii transmisiei de curent alternativ.

Controlul tensiunii în stare stabilă utilizând SVC pentru sisteme de transmisie flexibile de curent alternativ

Pentru a genera impulsuri de tensiune de trecere zero avem nevoie de semnale de tensiune și curent digitalizate. Semnalul de tensiune de la rețea este preluat și este convertit în DC pulsant prin redresor de punte și este dat unui comparator care generează semnalul digital de tensiune. În mod similar, semnalul de curent este transformat în semnal de tensiune prin preluarea căderii de tensiune a curentului de sarcină pe un rezistor. Acest semnal AC va fi din nou convertit în semnal digital ca semnal de tensiune. Apoi, aceste semnale de tensiune și curent digitalizate sunt trimise la microcontroler. Microcontrolerul va calcula diferența de timp dintre punctele de trecere zero ale tensiunii și curentului, al căror raport este direct proporțional cu factorul de putere și determină intervalul în care este puterea. În același mod, folosind reactorul cu tiristor (TSR), de asemenea, pot fi generate impulsuri de tensiune zero pentru îmbunătățirea stabilității tensiunii.

Sistem flexibil de transmisie AC de către SVC

Sistem flexibil de transmisie AC de către SVC

Circuitul de mai sus poate fi utilizat pentru a îmbunătăți factorul de putere al liniilor de transmisie folosind SVC. Folosește condensatori comutați cu tiristor (TSC) pe baza unei compensări de șunt controlate corespunzător de la un microcontroler programat. Acest lucru este util pentru a îmbunătăți factorul de putere. Dacă încărcarea inductivă este conectată, factorul de putere este întârziat din cauza curentului de încărcare întârziat. Pentru a compensa acest lucru, este conectat un condensator de șunt, care atrage curent conducând tensiunea sursei. Apoi se va face îmbunătățirea factorului de putere. Decalajul între impulsurile de tensiune zero și curent zero este generat în mod corespunzător de amplificatoarele operaționale în modul comparator care sunt alimentate în seria 8051 de microcontrolere.

Folosind controlerul FACTS puterea reactivă poate fi controlată. Rezonanța subcronică (SSR) este un fenomen care poate fi asociat cu compensarea seriei în anumite condiții adverse. Eliminarea SSR se poate face folosind controlere FACTS. Avantajele dispozitivelor FACTS sunt multe ca un beneficiu financiar, o calitate sporită a aprovizionării, o stabilitate sporită etc.

O problemă cu sistemul flexibil de transmisie AC și o modalitate de a o rezolva

Pentru o transmisie flexibilă a curentului alternativ , dispozitivele în stare solidă sunt adesea încorporate în circuitele care sunt utilizate pentru îmbunătățirea factorului de putere și pentru a ridica limitele sistemului de transmisie de curent alternativ. Cu toate acestea, un dezavantaj major este că aceste dispozitive sunt neliniare și induc armonici în semnalul de ieșire al sistemului.

Pentru a elimina armonicele create datorită includerii dispozitivelor electronice de putere în sistemul de transmisie de curent alternativ, este necesar să se utilizeze filtre active care pot fi filtre de sursă de curent sau un filtru de putere de sursă de tensiune. Primul implică transformarea CA în sinusoidală. Tehnica este de a controla direct curentul sau de a controla tensiunea de ieșire a condensatorului de filtrare. Aceasta este reglarea tensiunii sau metoda de control a curentului indirect. Filtrele de putere activă injectează un curent egal în mărime, dar opus în fază curentului armonic care este atras de sarcină, astfel încât acești doi curenți se anulează reciproc și curentul sursă este complet sinusoidal. Filtrele de putere activă încorporează dispozitive electronice de putere pentru a produce componente de curent armonic care anulează componentele de curent armonic ale semnalului de ieșire din cauza încărcărilor neliniare. În general, filtrele de putere activă constau dintr-o combinație dintr-un tranzistor bipolar de poartă izolat și o diodă alimentată de un condensator de magistrală DC. Filtrul activ este controlat folosind o metodă de control al curentului indirect. IGBT sau tranzistorul bipolar cu poartă izolată este un dispozitiv activ bipolar controlat de tensiune care încorporează atât caracteristicile BJT, cât și ale MOSFET. Pentru sistemul de transmisie de curent alternativ, un filtru activ de șunt poate elimina armonicele, îmbunătăți factorul de putere și echilibra sarcinile.

Managementul puterii transformatorului

Declarație problemă:

1. Tensiunea cronică ridicată este cel mai adesea atribuită corecției excesive a căderii de tensiune a sistemului de transport și distribuție a utilității. Căderea de tensiune a conductoarelor electrice este o situație obișnuită oriunde. Dar, în locații cu densitate redusă a sarcinii electrice, cum ar fi zonele suburbane și rurale, rulările lungi cu conductori măresc problema.

2. Impedanța face ca tensiunea să scadă de-a lungul lungimii unui conductor pe măsură ce debitul de curent crește pentru a satisface cererea. Pentru a corecta o cădere de tensiune, utilitatea folosește regulatoare de tensiune (OLTC) de schimbare a robinetului sub sarcină și regulatoare de tensiune de compensare a căderii de linie (LDC) pentru a crește (crește) sau pentru a reduce tensiunea.

3. Clienții cei mai apropiați de un OLTC sau LDC pot experimenta supratensiune pe măsură ce utilitarul încearcă să depășească căderea de tensiune a conductorilor pentru acei clienți din capătul îndepărtat al liniei.

4. În multe locații, impactul căderii de tensiune condusă de sarcină este văzut ca fluctuații zilnice care au ca rezultat nivelurile de tensiune cele mai ridicate în momentul celei mai mici cereri de sarcină.

5. Datorită sarcinilor care variază în timp și a propagării, neliniaritatea provoacă mari perturbări care vor intra în sistem, care vor intra și în liniile de consum, ceea ce va duce la întregul sistem nesănătos.

6. O cauză mai puțin tipică a problemelor de înaltă tensiune este cauzată de transformatoarele locale care au fost setate pentru a crește tensiunea pentru a compensa nivelurile de tensiune redusă. Acest lucru se întâmplă cel mai adesea la instalații cu sarcini grele la capătul liniilor de distribuție. Când sarcinile grele funcționează, se menține un nivel normal de tensiune, dar când sarcinile sunt oprite, nivelurile de tensiune cresc.

7. În timpul unor evenimente ciudate, transformatorul este ars din cauza supraîncărcării și a scurtcircuitului în înfășurarea lor. De asemenea, temperatura uleiului este crescută datorită creșterii nivelului curentului care curge prin înfășurările interne. Acest lucru are ca rezultat o creștere neașteptată a tensiunii, curentului sau temperaturii în transformatorul de distribuție.

8. Dispozitivele electrice sunt proiectate să funcționeze la o anumită tensiune standard pentru ca produsul să atingă niveluri specificate de performanță, eficiență, siguranță și fiabilitate. Funcționarea unui dispozitiv electric peste nivelul specificat al nivelului de tensiune poate duce la probleme precum defecțiuni, oprire, supraîncălzire, defecțiune prematură, etc. De exemplu, o placă de circuite imprimate poate avea o durată de viață mai scurtă atunci când funcționează peste tensiunea sa nominală pentru perioade lungi.

Transformator

Soluţie:

1. Proiectarea sistemului bazat pe microcontroler este de a monitoriza fluctuațiile de tensiune pe partea de intrare / ieșire a transformatorului și de a obține date în timp real.
2. Dezvoltarea schimbării automate a robinetului transformatorului utilizând motoare servo / pas cu pas.
3. Sistemul ar trebui să declanșeze alarma în timpul nivelurilor de tensiune prag sau în caz de urgență.
4. Sistemul ar trebui să fie robust și fiabil.
5. Sistemul poate fi montat pe transformatoare exterioare.
6. Proiectarea monitorizării continue a temperaturii uleiului transformatoarelor de distribuție se va compara cu valorile nominale și se va avea grijă de acțiunea corespunzătoare.
7. Utilizarea dispozitivelor precum stabilizările automate de tensiune (AVR), stabilizatoarele sistemului de alimentare, FACT, etc. în rețeaua sistemului de alimentare.

Fezabilitate tehnică:

Sistem de înregistrare a datelor bazat pe microcontroler (MDLS):

MDLS nu necesită hardware suplimentar și permite selectarea cantității de date și a intervalelor de timp dintre ele. Datele colectate pot fi exportate cu ușurință către un computer printr-un port serial. MDLS este foarte compact, deoarece folosește câteva circuite integrate. Un design MDLS selectat ar trebui să îndeplinească următoarele cerințe

1. Ar trebui să fie ușor de programat.
2. Utilizatorul trebuie să poată alege rate de măsurare.
3. Ar trebui să facă copii de rezervă ale datelor atunci când sistemul de alimentare este întrerupt momentan sau eliminat în întregime.
4. Ar trebui să poată exporta date pe un computer printr-un port serial.
5. Ar trebui să fie simplu și ieftin.

Sper că ați înțeles conceptul de transmisie flexibilă de curent alternativ din articolul de mai sus. Dacă aveți întrebări cu privire la acest concept sau electric și proiecte electronice lăsați secțiunea de comentarii de mai jos.

Credit foto

• Cir flexibil de mathworks