Flexibelt växelströmsöverföringssystem - Behov, definition och typer

Varför behövs ett flexibelt växelströmsöverföringssystem?

I ett konventionellt växelströmsöverföringssystem är förmågan att överföra växelström begränsad av flera faktorer som termiska gränser, gräns för övergående stabilitet, spänningsgräns, kortslutningsströmgräns etc. Dessa gränser definierar den maximala elektriska effekten som effektivt kan överföras genom utan att skada den elektriska utrustningen och transmissionsledningarna. Detta uppnås normalt genom att förändra kraftsystemets layout. Detta är dock inte genomförbart och ett annat sätt att uppnå maximal effektöverföringsförmåga utan några förändringar i kraftsystemets layout. Även med införandet av enheter med variabel impedans som kondensatorer och induktorer överförs inte hela energin eller kraften från källan till belastningen, men en del lagras i dessa enheter som reaktiv effekt och återförs till källan. Således är den faktiska mängden kraft som överförs till lasten eller den aktiva effekten alltid mindre än den uppenbara effekten eller nettoeffekten. För perfekt överföring bör den aktiva effekten vara lika med den synliga effekten. Med andra ord bör effektfaktorn (förhållandet mellan aktiv effekt och uppenbar effekt) vara enhet. Det är här rollen som ett flexibelt växelströmsöverföringssystem kommer.

Innan vi går till detaljer om FAKTA, låt oss kortfatta om effektfaktorn.

Vad är Power Factor?

Effektfaktorn definieras eftersom det är förhållandet mellan aktiv effekt och den uppenbara effekten i kretsen.

Oavsett vilken effektfaktor är, å andra sidan, bör den genererande effekten placera maskiner för att leverera en specifik spänning och ström. Generatorerna måste ha förmåga att motstå den uppskattade spänningen och strömmen för den producerade effekten. Effektfaktor (PF) är mellan 0,0 och 1,0.

Om effektfaktorn är noll är strömflödet helt reaktivt och effekten som lagras i lasten återgår till varje cykel. När effektfaktorn är 1 slukas all ström från källan av lasten. Generellt uttrycks effektfaktorn som spänningens ledning eller eftersläpning.

Unity Power Factor Test Circuit

Kretsen med strömförsörjning är 230v och en choke är ansluten i serie. Kondensatorer måste anslutas parallellt via SCR-omkopplare för att förbättra effektfaktorn. Medan by-pass-omkopplaren är av, fungerar choken som en induktor och samma ström kommer att strömma i båda 10R / 10W-motstånden. En CT används som den primära sidan som är ansluten till motståndens gemensamma punkt. Den andra punkten i CT går till en av de gemensamma punkterna i en DPDT S1-omkopplare. Medan DPDT-omkopplaren flyttas till vänster känns spänningsfallet proportionellt mot strömmen av den för att utveckla ökad spänning. Spänningsfallet är proportionellt mot eftersläpningsströmmen. Således ger primärspänningen från CT eftersläpande ström.

Om den använda mikrokontroller-baserade styrkretsen tar emot noll strömreferenser och jämförs med nollspänningsreferensen för beräkning av effektfaktorn baserat på deras tidsskillnad. Så beroende på tidsskillnaden krävs nej. av SCR-omkopplare är påslagen och därigenom växlar ytterligare kondensatorer tills effektfaktorn är nära enhet.

Beroende på omkopplarpositionen kan man således känna av den eftersläpande strömmen eller den kompenserade strömmen och displayen ger följaktligen tidsfördröjningen mellan spänningar, ström med effektfaktordisplay.

Vad är flexibelt växellådsöverföringssystem (FACTS)?

TILL Flexibelt växelströmsöverföringssystem hänvisar till systemet som består av kraftelektroniska enheter tillsammans med kraftsystemenheter för att förbättra överföringssystemets kontrollerbarhet och stabilitet och öka kapaciteten för kraftöverföring. Med uppfinningen av tyristoromkopplare öppnade dörren för utveckling av kraftelektronikanordningar som kallas FACTS-styrenheter (Flexible AC transmission systems). FACT-systemet används för att tillhandahålla kontrollerbarheten på nätets högspänningssida genom att integrera kraftelektroniska enheter för att införa induktiv eller kapacitiv effekt i nätverket.

4 typer av FACTS-styrenheter

• Seriekontroller: Seriekontroller består av kondensatorer eller reaktorer som introducerar spänning i serie med linjen. De är variabla impedansanordningar. Deras huvudsakliga uppgift är att minska överföringsledningens induktivitet. De levererar eller förbrukar variabel reaktiv effekt. Exempel på seriekontrollanter är SSSC, TCSC, TSSC, etc.
• Shunt-kontroller: Shunt-regulatorer består av enheter med variabel impedans som kondensatorer eller reaktorer som introducerar ström i serie med linjen. Deras huvudsakliga uppgift är att minska kapaciteten hos överföringsledningen. Den injicerade strömmen är i fas med nätspänningen. Exempel på shuntkontroller är STATCOM, TSR, TSC, SVC.
• Shunt-seriens styrenheter: Dessa styrenheter introducerar ström i serie med seriekontrollerna och spänning i shunt med hjälp av shuntregulatorerna. Ett exempel är UPFC.
• Serie-seriens styrenheter : Dessa styrenheter består av en kombination av seriekontrollanter med varje styrenhet som ger seriekompensation och också överför verklig kraft längs linjen. Ett exempel är IPFC.

2 typer av seriekontroller

• Tyristorstyrd seriekondensator (TCSC): Tyristorstyrd seriekondensator (TCSC) använder kiselstyrda likriktare för att hantera en kondensatorbank som är seriekopplad med en linje. Detta möjliggör verktyg för att överföra mer ström på en viss linje. Den består vanligtvis av tyristorerna i serie med en induktor och ansluten över en kondensator. Det kan fungera i blockeringsläge där tyristorn inte utlöses och strömmen endast passerar genom kondensatorn. Det kan fungera i förbikopplingsläget där strömmen förbikopplas till tyristorn och hela systemet beter sig som ett shuntimpedansnätverk.

• Statiska seriens synkrona kompensatorer : SSSC är helt enkelt en serieversion av STATCOM. Dessa används inte i kommersiella applikationer som oberoende styrenheter. De består av den synkrona spänningskällan i serie med linjen så att den introducerar en kompenserande spänning i serie med linjen. De kan öka eller minska spänningsfallet över linjen.

2 parallella styrenheter

• Statiska variabla kompensatorer : Statisk variabel kompensator är den mest primitiva och första generationen av FACTS-styrenhet. Denna kompensator består av en snabb tyristoromkopplare som styr en reaktor och / eller shuntkapacitiv bank för att tillhandahålla dynamisk shuntkompensation. De består i allmänhet av shuntanslutna enheter med variabel impedans vars uteffekt kan justeras med kraftelektroniska omkopplare för att införa kapacitiv eller induktiv reaktans i linjen. Den kan placeras i mitten av linjen för att öka den maximala kraftöverföringsförmågan och kan också placeras i slutet av linjen för att kompensera för variationer på grund av belastning.

3 typer av SVC är

1. TSR (Thyristor Switched Reactor) : Den består av en shuntansluten induktor vars impedans regleras gradvis med en tyristoromkopplare. Tyristorn avfyras endast i vinklar på 90 och 180 grader.
2. TSC (Thyristor Switched Kondensator) : Den består av en shuntansluten kondensator vars impedans regleras stegvis med en tyristor. Kontrollmetoden med SCR är densamma som för TSR.
3. TCR (Thyristor Controlled Reactor) : Den består av en shuntansluten induktor vars impedans styrs av SCR: s skjutvinkelfördröjningsmetod där avfyrningen av Thyristor styrs och orsakar en variation i strömmen genom induktorn.

• STATCOM (statisk synkron kompensator) : Den består av en spänningskälla som kan vara en likströmskälla eller en kondensator eller en induktor vars utgång kan styras med en tyristor. Den används för att absorbera eller generera reaktiv effekt.

En seriens Shunt Controller - enhetlig strömningsregulator:

De är en kombination av STATCOM och SSSC så att båda kombineras med en gemensam likströmskälla och ger både aktiv och reaktiv seriekompensation. Den styr alla parametrar för växelströmsöverföringen.

Steady-State Voltage Control med SVC för flexibla växelströmsöverföringssystem

För att generera nollkorsande spänningspulser behöver vi digitaliserade spännings- och strömsignaler. Spänningssignalen från elnätet tas och omvandlas till pulserande likström med brygglikriktare och ges till en komparator som genererar den digitala spänningssignalen. På liknande sätt omvandlas strömsignalen till spänningssignalen genom att ta spänningsfallet för lastströmmen över ett motstånd. Denna växelströmssignal kommer att omvandlas till den digitala signalen som spänningssignal. Sedan skickas denna digitaliserade spännings- och strömsignal till mikrokontrollern. Mikrokontrollern kommer att beräkna tidsskillnaden mellan nollgenomgångspunkterna för spänning och ström, vars förhållande är direkt proportionellt mot effektfaktorn och bestämmer det område inom vilket effekten är. På samma sätt kan, med användning av Thyristor-omkopplad reaktor (TSR) också nollkorsspänningspulser genereras för förbättring av spänningsstabiliteten.

Flexibelt växelströmsöverföringssystem från SVC

Flexibelt växelströmsöverföringssystem från SVC

Ovanstående krets kan användas för att förbättra effektfaktorn för överföringsledningar med SVC. Den använder tyristorkopplade kondensatorer (TSC) baserat på shuntkompensation som styrs vederbörligen från en programmerad mikrokontroller. Detta är användbart för att förbättra effektfaktorn. Om den induktiva belastningen är ansluten släpar effektfaktorn på grund av lastströmsfördröjningen. För att kompensera för detta är en shuntkondensator ansluten, som drar ström som leder källspänningen. Då kommer förbättringen av effektfaktorn att göras. Tidsfördröjningen mellan nollspänning och noll strömpulser genereras vederbörligen av operationsförstärkare i komparatorläge som matas till 8051-serien av mikrokontroller.

Med hjälp av FACTS-styrenheten kan den reaktiva effekten styras. Sub synkron resonans (SSR) är ett fenomen som kan associeras med seriekompensation under vissa ogynnsamma förhållanden. SSR-eliminering kan göras med FACTS-kontroller. Fördelarna med FACTS-enheterna är många som en ekonomisk fördel, ökad leveranskvalitet, ökad stabilitet etc.

Ett problem med flexibelt växelströmsöverföringssystem och ett sätt att lösa det

För en flexibel överföring av växelström , är halvledaranordningar ofta införlivade i kretsarna som används för att förbättra effektfaktorn och för att höja gränserna för växelströmsöverföringssystemet. En stor nackdel är dock att dessa enheter är olinjära och inducerar övertoner i systemets utsignal.

För att ta bort övertonerna som skapats på grund av att elektroniska kraftenheter ingår i växelströmsöverföringssystemet, är det nödvändigt att använda aktiva filter som kan vara strömkällfilter eller ett spänningskälleffektfilter. Den förstnämnda innebär att AC är sinusformad. Tekniken är att antingen direkt styra strömmen eller styra utgångsspänningen för filterkondensatorn. Detta är spänningsreglering eller indirekt strömstyrningsmetod. De aktiva effektfiltrena injicerar en ström som är lika stor men motsatt i fas till den harmoniska strömmen som dras av belastningen, så att dessa två strömmar tar bort varandra och källströmmen är helt sinusformad. Aktivt effektfilter innehåller elektroniska kraftenheter för att producera harmoniska strömkomponenter som avbryter utgångssignalens harmoniska strömkomponenter på grund av de olinjära belastningarna. Generellt består Active Power-filtren av en kombination av en isolerad bipolär transistor och en diod som drivs av en DC-busskondensator. Det aktiva filtret styrs med en indirekt strömstyrningsmetod. IGBT eller Isolerad grind bipolär transistor är en spänningsstyrd bipolär aktiv enhet som innehåller funktionerna i både BJT och MOSFET. För växelströmsöverföringssystemet kan ett shuntaktivt filter eliminera övertonerna, förbättra effektfaktorn och balansera belastningarna.

Transformator Power Management

Problemförklaring:

1. Kronisk högspänning kan oftast hänföras till överdriven korrigering för spänningsfall på elöverförings- och distributionssystemet. Spänningsfall på elektriska ledare är en vanlig situation var som helst. Men på platser med låg elektrisk belastningstäthet, som förorts- och landsbygdsområden, förstorar långa ledarkörningar problemet.

2. Impedans gör att spänningen minskar längs en ledares längd när strömflödet ökar för att möta efterfrågan. För att korrigera spänningsfall använder verktyget on-load kranbytande spänningsregulatorer (OLTC) och linjedroppskompenserande spänningsregulatorer (LDC) för att öka (höja) eller slå (sänka) spänningen.

3. Kunder som är närmast en OLTC eller LDC kan uppleva överspänning när verktyget försöker övervinna ledarspänningsfallet för de kunder längst ner i linjen.

4. På många platser ses påverkan av lastdrivet spänningsfall som dagliga fluktuationer som leder till att spänningsnivåerna är högst vid tidpunkten för det lägsta belastningsbehovet.

5. På grund av tidsvarierande belastningar och förökning orsakar olinjäritet stora störningar i systemet som också kommer in i konsumentlinjerna leder till att hela systemet är ohälsosamt.

6. En mindre typisk orsak till högspänningsproblem orsakas av lokala transformatorer som har ställts in för att öka spänningen för att kompensera för reducerade spänningsnivåer. Detta inträffar oftast vid anläggningar med tunga laster i slutet av distributionsledningarna. När de tunga belastningarna är i drift upprätthålls en normal spänningsnivå men när belastningarna stängs av skjuter spänningsnivåerna upp.

7. Under konstiga händelser är transformatorn utbränd på grund av överbelastning och kortslutning i deras lindning. Dessutom ökar oljetemperaturen på grund av ökningen av strömnivån som flyter genom deras inre lindningar. Detta resulterar i en oväntad ökning av spänning, ström eller temperatur i distributionstransformatorn.

8. Elektriska apparater är konstruerade för att fungera vid en viss standardspänning för att produkten ska uppnå specificerade nivåer av prestanda, effektivitet, säkerhet och tillförlitlighet. Att använda en elektrisk enhet över det angivna spänningsnivåområdet kan leda till problem som fel, avstängning, överhettning, för tidigt fel etc. Till exempel kan ett kretskort förväntas ha en kortare livslängd när det används över dess märkspänning under långa perioder.

Transformator

Lösning:

1. Utformningen av ett mikrokontrollerbaserat system är att övervaka spänningsfluktuationerna på transformatorns in- / utgångssida och skaffa realtidsdata.
2. Utveckling av automatisk omvandling av kranar med servomotorer.
3. Systemet ska väcka larm under tröskelvärden eller i nödsituationer.
4. Systemet ska vara pålitligt robust.
5. Systemet kan monteras på utomhustransformatorer.
6. Utformningen av kontinuerlig övervakning av oljetemperaturen hos distributionstransformatorer kommer att jämföras med de nominella värdena och motsvarande åtgärd kommer att ta hand.
7. Användning av enheter som Automatisk spänningsstabilisering (AVR), Kraftsystemstabilisatorer, FAKTA, etc. i kraftsystemets nätverk.

Teknisk genomförbarhet:

Microcontroller Based Data Logger System (MDLS):

MDLS kräver ingen extra hårdvara och gör det möjligt att välja datamängden och tidsintervallen mellan dem. Den insamlade informationen kan enkelt exporteras till en dator via en seriell port. MDLS är mycket kompakt eftersom det använder några integrerade kretsar. En MDLS-design som väljs bör uppfylla följande krav

1. Den ska vara lätt programmerbar.
2. Användaren måste kunna välja mäthastigheter.
3. Det ska säkerhetskopiera data när sys-strömmen tillfälligt bryts eller tas bort helt.
4. Den ska kunna exportera data till en dator via en seriell port.
5. Det ska vara enkelt och billigt.

Jag hoppas att du har förstått begreppet flexibel växelströmsöverföring från artikeln ovan. Om du har frågor om detta koncept eller det elektriska och elektroniska projekt lämna kommentarsektionen nedan.

Fotokredit

• Flexibel cir av matematik