Zariadenia FACTS a ich použitie v elektrických sieťach

Παρουσίαση με θέμα: "Zariadenia FACTS a ich použitie v elektrických sieťach"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Zariadenia FACTS a ich použitie v elektrických sieťach
Prenos elektrickej energie

2 Prenos elektrickej energie
Kompenzácia v elektrizačnej sústave Kompenzácia vedení – menia sa parametre vedenia, pozdĺžna impedancia sériovým kondenzátorom, priečna admitancia paralelnou tlmivkou. 2. Kompenzácia u odberateľa – zlepšuje sa účinník Sériová kompenzácia vedenia Kompenzácia pozdĺžnej impedancie sa robí pomocou sériového kondenzátora. Zníži sa úbytok napätia vo vedení – zlepšenie stability prenosu el. energie Nepriaznivo pôsobí na skratové pomery Prenos elektrickej energie

3 Prenos elektrickej energie
Z U1 U2 +j I ω U1 U1k U2 I Prenos elektrickej energie

4 Prenos elektrickej energie

5 Prenos elektrickej energie

6 Prenos elektrickej energie
Ukazovateľe kvality el. energie Poklesy Prerušenia Vzrasty Prechodové javy Harmonické Záseky Kolísanie napätia Odchýlky frekvenci Prenos elektrickej energie

7 Prenos elektrickej energie
FACST -Flexible AC Transmission Systems Predstavujú aplikáciu výkonovej elektroniky v striedavých systémoch pre riadenie napätia a toku výkonov Prvá generácia používala ako spínacie prvky tyristory Druhá generácia používa GTO tyristory alebo IGBT tranzistory Prenos elektrickej energie

8 Prenos elektrickej energie
Použitie FACTS Na riešenie problémov kvality elektrickej energie Na zvyšovanie prenosových schopnosti vedení elektrickej energie Prenos elektrickej energie

9 Prenos elektrickej energie
Základné rozdelenie FACTS FACTS regulátory sa vo všeobecnosti delia na štyri základné kategórie Sériové regulátory – napr. SSSC, TCSC, DVR Paralelné regulátory – napr. STATCOM, SVC, TCR Kombinované sériovo-sériové regulátory – napr. IPC Kombinované sériovo-paralelné regulátory – napr. UPFC, TCPST Prenos elektrickej energie

10 Prenos elektrickej energie
Sériové regulátory Sériový regulátor predstavuje napäťový zdroj zapojený do série s vedením. Môže to byť regulovateľná impedancia (napríklad kondenzátor alebo tlmivka), regulovateľný zdroj na báze výkonovej elektroniky alebo ich kombinácia. Pokiaľ fázor napätia predbieha alebo zaostáva za fázorom prúdu o 90° (je to dané charakterom impedancie, ktorú regulátor predstavuje pre sústavu), sériový regulátor ovplyvňuje len tok jalového výkonu vedením. Každý iný fázový posun ako 90° už zahŕňa aj reguláciu toku činného výkonu. Prenos elektrickej energie

11 Prenos elektrickej energie

12 Prenos elektrickej energie

13 Prenos elektrickej energie
SSSC (statický synchrónny sériový kompenzátor) je statický synchrónny kompenzátor zapojený do série s vedením, ktorého výstupné napätie je nezávisle regulovateľné voči prúdu vo vedení, za účelom zvyšovania alebo znižovania úbytku napätia na vedení a tým je schopný regulovať tok výkonu. SSSC je prevádzkovaný bez vonkajšieho zdroja energie. Môže byť vybavený zariadením na akumuláciu energie na zlepšenie dynamických vlastností sústavy prostredníctvom riadenia toku činného výkonu Prenos elektrickej energie

14 Prenos elektrickej energie
Schéma: a) SSSC s napäťovým meničom b) SSSC s prúdovým meničom c) TCSC a TSSC d) TCSR a TSSR Prenos elektrickej energie

15 Prenos elektrickej energie
SSSC je jedným z najdôležitejších FACTS regulátorov. Vlastnosťami je podobný STATCOM-u, ale výstupné striedavé napätie je v sérii s vedením. SSSC existuje v dvoch vyhotoveniach – s napäťovým alebo s prúdovým meničom. Obyčajne je výstupné napätie SSSC regulátora podstatne menšie ako napätie na vedení, preto je potrebná výkonná izolácia voči zemi. V prípade, ak je izolácia medzi primárom a sekundárom transformátora dostatočná, celé vybavenie meniča a regulátora je umiestené na nulovom potenciáli. V opačnom prípade sa prevádzkuje ako úplne izolovaný od zeme. Prevod transformátora je prispôsobený tak, aby pracoval pri najekonomickejšej prevádzke meniča. Bez vonkajšieho zdroja energie je SSSC schopný generovať len napätie, ktoré je v 90° fázovom posune voči prúdu, t.j. induktívneho alebo kapacitného charakteru. Nevýhodou je, že tak ako aj primárne, tak aj sekundárne vinutie TR a menič musia byť navrhnuté na menovité i skratové a poruchové prúdy vedenia. SSSC umožňuje riadiť tok výkonu oboma smermi a tlmiť oscilácie. Je porovnateľný s riadeným sériovým kondenzátorom, ale je výrazne výkonnejší a presnejší Prenos elektrickej energie

16 Prenos elektrickej energie
TCSC (tyristorom riadený sériový kondenzátor) je kompenzátor s impedanciou kapacitného charakteru tvorený jediným alebo sadou niekoľkých sériovo zapojených kondenzátorov, ku ktorým je paralelne pripojená tyristorom riadená tlmivka za účelom poskytovania plynulej regulácie sériovej kapacitnej impedancie. Na je zobrazená schéma zapojenia TCSC. Regulátor má byť navrhnutý tak, aby impedancia tlmivky bola oveľa menšia ako impedancia kondenzátora. V prípade, že tyristorový spínač je vypnutý (uhol zopnutia je 90°), tlmivkou neprechádza prúd a impedancia regulátora má čisto kapacitný charakter záťaže. Na druhej strane, ak je tyristorový spínač úplne zopnutý (uhol zopnutia je 0°), impedancia regulátora má induktívny charakter záťaže, pretože impedancia tlmivky je menšia ako impedancia kondenzátora. TCSC poskytuje plynulú reguláciu impedancie prostredníctvom riadenia uhla zopnutia [14]. Prenos elektrickej energie

17 Prenos elektrickej energie
TCSR (tyristorom riadená sériová tlmivka) je kompenzátor s impedanciou induktívneho charakteru tvorený sériovo zapojenou tlmivkou, ku ktorej je paralelne pripojená tyristorom riadená tlmivka za účelom poskytovania plynulej regulácie sériovej induktívnej impedancie [18]. TCSR poskytuje plynulé riadenie sériovej impedancie vedenia. TSSR (tyristorom spínaná sériová tlmivka) je kompenzátor s impedanciou induktívneho charakteru tvorený sériovo zapojenou tlmivkou, ku ktorej je paralelne pripojená tyristorom spínaná tlmivka za účelom poskytovania krokovej regulácie sériovej induktívnej impedancie [18]. Prenos elektrickej energie

18 Prenos elektrickej energie

19 Prenos elektrickej energie
DVR (dynamický stabilizátor napätia) je zariadenie podobné SSSC. Je to sériový kompenzátor napätia, ktorý ochraňuje citlivé záťaže pred poruchami a zmenami napätia akými sú poklesy, prerušenia, prepätia či harmonické skreslenie. Základ DVR tvorí napäťový menič, ktorý zo zásobníka energie generuje striedavé napätie potrebné na vykompenzovanie poruchového napájacieho napätia na požadovanú hodnotu a tvar. Na rozdiel od SSSC DVR sa inštaluje priamo pred chránený objekt a je navrhovaný pre konkrétneho spotrebiteľa. Prenos elektrickej energie

20 Prenos elektrickej energie
1 Prenosový systém 2 Znižujúci transformátor 3 Znižujúci transformátor 4 Záťaž 5 Kondenzátorová batéria 6 Napäťový menič Prenos elektrickej energie

21 Prenos elektrickej energie
Paralelné regulátory Paralelný regulátor predstavuje taktiež regulovateľnú impedanciu, resp. zdroj alebo ich kombináciu, avšak v paralelnom zapojení s vedením. Paralelný regulátor injektuje prúd do sústavy v mieste jeho pripojenia. Pokiaľ fázor napätia predbieha alebo zaostáva za fázorom prúdu o 90°, regulátor ovplyvňuje len tok jalového výkonu vedením a každý iný fázový posun zahŕňa aj reguláciu toku činného výkonu. Prenos elektrickej energie

22 Prenos elektrickej energie

23 Prenos elektrickej energie

24 Prenos elektrickej energie
STATCOM (statický synchrónny kompenzátor) je kompenzátor prevádzkovaný ako paralelne zapojený statický kompenzátor jalového výkonu, ktorého prúd (kapacitného alebo induktívneho charakteru) môže byť regulovaný nezávisle na napätí siete [18]. STATCOM je jedným z kľúčových FACTS regulátorov. Môže byť založený buď na napäťovom (obr. 2.2a) alebo prúdovom (obr. 2.2b) meniči. Vzhľadom na cenu, napäťové meniče sú využívané častejšie ako prúdové, preto tieto tvoria základ pre väčšinu FACTS regulátorov založených na meničoch. Výstupné napätie meniča je regulované tak, aby sa zabezpečila regulácia toku jalového výkonu v sieti [14]. STATCOM umožňuje rýchlo a presne reagovať na pokles i nárast napätia v sústave. Svojou funkciou sa podobá rotačnému synchrónnemu kompenzátoru, výhodou je však väčšia rýchlosť odozvy, presnosť regulácie, symetrický rozsah ± Q a nezvyšuje skratový prúd v sústave [23]. Môže sa tiež použiť aj ako aktívny filter, ktorý absorbuje harmonické zložky vyšších rádov zo siete [5]. STATCOM je podľa organizácie IEEE definovaný ako podskupina paralelných regulátorov, ktoré zahŕňajú možnosti zdroja činného výkonu alebo jeho akumuláciu (zásobu) na DC strane. Takéto zariadenie je statický synchrónny generátor. Prenos elektrickej energie

25 Prenos elektrickej energie
Schéma STATCOM – a) s napäťovým meničom b) s prúdovým meničom c) so zdrojom energie (SSG) Prenos elektrickej energie

26 Prenos elektrickej energie
Schéma SVC: a) TCR a TSR b) TSC c) MSC d)MSR Prenos elektrickej energie

27 Prenos elektrickej energie
SVC (statický kompenzátor jalového výkonu) je paralelne zapojený zdroj alebo spotrebič jalového výkonu, ktorého charakter výstupného prúdu je možné meniť (kapacitný či induktívny), a tak je schopný regulovať určité parametre sústavy (najčastejšie napätie). SVC je všeobecný názov pre tyristorom riadenú alebo spínanú tlmivku alebo kondenzátor, prípadne ich kombináciu (obr. 2.3). Tyristorom riadená (spínaná) tlmivka slúži ako spotrebič jalového výkonu (SVC má induktívny charakter záťaže) a tyristorom riadený (spínaný) kondenzátor je zdrojom jalového výkonu dodávaného do siete (kapacitný charakter záťaže). SVC je možné považovať za akúsi alternatívu STATCOM, avšak len z hľadiska výkonu a ceny [14]. TCR (tyristorom riadená tlmivka) je paralelne zapojená cievka, ktorej impedancia sa spojito mení na základe prúdu tečúceho cez cievku (regulovaný spínaním tyristorov) [18]. Jalový výkon je teda možné spojito meniť riadením veľkosti prúdu cez tlmivku. Deformácia prúdu tečúceho zariadením TCR spôsobená spínaním tyristorov vedie k vzniku harmonických zložiek vyšších rádov. Násobky základnej harmonickej zložky závisia od spôsobu zapojenia tyristorov (trojuholník, hviezda), od ich počtu (napr. 6-pulzný, 12-pulzný TCR) a od spôsobu prevádzky TCR. Prenos elektrickej energie

28 Prenos elektrickej energie
Na ich elimináciu sa používajú filtre harmonických zložiek paralelne prevádzkované so zariadením TCR [23]. TSR (tyristorom spínaná tlmivka) je paralelne zapojená cievka, ktorej impedancia sa mení diskrétne prostredníctvom úplného zopnutia alebo vypnutia tyristorového spínača [18]. TSR obyčajne pozostáva z niekoľkých paralelne zapojených tlmiviek, ktoré sú podľa požiadavky pripájané alebo odpájané od sústavy. Výsledkom použitia takéhoto typu tyristorového spínača sú menšie straty a nižšie náklady, ale za cenu len diskrétneho riadenia impedancie [14]. TSC (tyristorom spínaný kondenzátor) je paralelne zapojený kondenzátor, ktorého impedancia sa mení diskrétne prostredníctvom úplného zopnutia alebo vypnutia tyristorového spínača [18]. TSC pozostáva s niekoľkých paralelne pripojených kondenzátorov, ktoré sú (podobne ako u TSR) podľa potreby pripájané alebo odpájané od siete. Umožňuje len krokovú zmenu impedancie. Do série k TSC zariadeniu sa pripája aj tlmivka na obmedzenie spínacích prechodných dejov, tlmenie nárazových prúdov a k zabráneniu rezonancie s induktívnou reaktanciou siete. Vhodným riadením TSC je možné dosiahnuť odstránenie nepriaznivých prechodných dejov spôsobených spínaním [23]. Prenos elektrickej energie

29 Prenos elektrickej energie
Kombinované sériovo-paralelné regulátory UPFC (kombinovaný regulátor toku výkonu) je kombináciou statického synchrónneho kompenzátora (STATCOM) a statického sériového synchrónneho kompenzátora (SSSC), ktoré sú navzájom prepojené jednosmerným vedením za účelom obojsmerného prenosu činného a jalového výkonu medzi kompenzátormi bez vonkajšieho elektrického zdroja. UPFC je schopný súčasne alebo jednotlivo regulovať napätie, impedanciu vedenia a fázový uhol a tým aj tok činného a jalového výkonu. Môže poskytovať aj nezávislú reguláciu jalového výkonu [5]. Prenos elektrickej energie

30 Prenos elektrickej energie
UPFC je najuniverzálnejší FACTS regulátor na reguláciu toku výkonov vedením a tiež napätia. Na zvýšenie účinnosti môže byť UPFC vybavený zariadením na akumuláciu energie (napr. supravodivé elektromagnety) pripojeným k jednosmernej linke. Na obr. 2.5a je znázornená schéma UPFC. Prenos elektrickej energie

31 Prenos elektrickej energie

32 Prenos elektrickej energie
TCPST (tyristorom riadený transformátor s reguláciou fázového uhla) je transformátor s reguláciou fázového uhla riadený tyristorovým spínačom, ktorý poskytuje rýchlu zmenu fázového uhla [18]. Prenos elektrickej energie

33 Prenos elektrickej energie

34 Prenos elektrickej energie