Elastyczny system transmisji prądu przemiennego - potrzeba, definicja i typy

Dlaczego potrzebny jest elastyczny system transmisji prądu przemiennego?

W konwencjonalnym systemie przesyłu prądu przemiennego zdolność przesyłu prądu przemiennego jest ograniczona kilkoma czynnikami, takimi jak ograniczenia termiczne, ograniczenie stabilności przejściowej, ograniczenie napięcia, ograniczenie prądu zwarciowego itp. Limity te określają maksymalną moc elektryczną, która może być efektywnie przesyłana przez linii przesyłowej bez powodowania jakichkolwiek uszkodzeń urządzeń elektrycznych i linii przesyłowych. Zwykle osiąga się to poprzez wprowadzenie zmian w układzie systemu zasilania. Nie jest to jednak wykonalne i jest to kolejny sposób na osiągnięcie maksymalnej zdolności przenoszenia mocy bez żadnych zmian w układzie systemu elektroenergetycznego. Również wraz z wprowadzeniem urządzeń o zmiennej impedancji, takich jak kondensatory i cewki indukcyjne, cała energia lub moc ze źródła nie jest przenoszona do obciążenia, ale część jest przechowywana w tych urządzeniach jako moc bierna i zwracana do źródła. Zatem rzeczywista ilość mocy przekazywanej do obciążenia lub mocy czynnej jest zawsze mniejsza niż moc pozorna lub moc netto. Aby transmisja była idealna, moc czynna powinna być równa mocy pozornej. Innymi słowy, współczynnik mocy (stosunek mocy czynnej do mocy pozornej) powinien wynosić jedność. Tutaj pojawia się rola elastycznego systemu transmisji prądu przemiennego.

Zanim przejdziemy do szczegółów na temat FAKTÓW, przedstawmy krótko współczynnik mocy.

Co to jest współczynnik mocy?

Współczynnik mocy definiuje się jako stosunek mocy czynnej do mocy pozornej w obwodzie.

Z drugiej strony, niezależnie od współczynnika mocy, moc wytwórcza powinna zmusić maszyny do dostarczania określonego napięcia i prądu. Generatory muszą mieć zdolność wytrzymywania oszacowanego napięcia i prądu wytwarzanej mocy. Wartość współczynnika mocy (PF) wynosi od 0,0 do 1,0.

Jeśli współczynnik mocy wynosi zero, przepływ prądu jest całkowicie bierny, a moc zmagazynowana w obciążeniu powraca do każdego cyklu. Gdy współczynnik mocy wynosi 1, cały prąd dostarczany przez źródło jest pochłaniany przez obciążenie. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik mocy jest wyrażany jako wyprzedzanie lub opóźnianie napięcia.

Obwód testowy współczynnika mocy jedności

Obwód z zasilaniem ma napięcie 230 V, a dławik jest połączony szeregowo. Kondensatory muszą być połączone równolegle przez przełączniki SCR, aby poprawić współczynnik mocy. Gdy przełącznik by-pass jest wyłączony, dławik działa jako cewka indukcyjna i ten sam prąd będzie płynął w obu rezystorach 10R / 10W. CT jest używany jako strona pierwotna, która jest połączona ze wspólnym punktem rezystorów. Drugi punkt przekładnika prądowego prowadzi do jednego ze wspólnych punktów przełącznika DPDT S1. Podczas gdy przełącznik DPDT jest przesuwany w lewo, wówczas spadek napięcia proporcjonalny do prądu jest przez niego wykrywany i powoduje wzrost napięcia. Spadek napięcia jest proporcjonalny do prądu opóźniającego. Zatem napięcie pierwotne z przekładnika prądowego zapewnia prąd opóźniający.

Jeśli jest używany, obwód sterujący oparty na mikrokontrolerze otrzymuje następnie zerowe wartości odniesienia i porównuje je z zerowym napięciem odniesienia w celu obliczenia współczynnika mocy na podstawie ich różnicy czasu. Więc w zależności od wymaganej różnicy czasu nie. przełączników SCR jest włączonych, przełączając w ten sposób dodatkowe kondensatory, aż współczynnik mocy będzie bliski jedności.

Tak więc w zależności od położenia przełącznika można wyczuć prąd opóźniający lub prąd skompensowany, a wyświetlacz zapewnia odpowiednio opóźnienie czasowe między napięciami, prąd z wyświetlaniem współczynnika mocy.

Co to jest elastyczny system transmisji prądu przemiennego (FAKTY)?

DO Elastyczny system transmisji AC odnosi się do systemu składającego się z urządzeń energoelektronicznych wraz z urządzeniami systemu elektroenergetycznego w celu zwiększenia sterowalności i stabilności systemu przesyłowego oraz zwiększenia możliwości przenoszenia mocy. Wraz z wynalezieniem łącznika tyrystorowego, otworzył się drzwi do rozwoju urządzeń energoelektronicznych znanych jako sterowniki elastycznych systemów transmisji prądu przemiennego (FACTS). System FACT służy do zapewnienia sterowalności strony wysokiego napięcia sieci poprzez włączenie urządzeń energoelektronicznych do wprowadzenia mocy indukcyjnej lub pojemnościowej do sieci.

4 Rodzaje kontrolerów FAKTY

• Kontrolery serii: Sterowniki szeregowe składają się z kondensatorów lub dławików, które wprowadzają napięcie szeregowo z linią. Są to urządzenia o zmiennej impedancji. Ich głównym zadaniem jest zmniejszenie indukcyjności linii przesyłowej. Dostarczają lub zużywają zmienną moc bierną. Przykładami kontrolerów szeregowych są SSSC, TCSC, TSSC itp.
• Kontrolery bocznikowe: Sterowniki bocznikowe składają się z urządzeń o zmiennej impedancji, takich jak kondensatory lub dławiki, które wprowadzają prąd szeregowo z linią. Ich głównym zadaniem jest zmniejszenie pojemności linii przesyłowej. Wprowadzony prąd jest w fazie z napięciem sieciowym. Przykładami kontrolerów bocznikowych są STATCOM, TSR, TSC, SVC.
• Kontrolery z serii Shunt: Sterowniki te wprowadzają prąd szeregowo za pomocą sterowników szeregowych i napięcie w boczniku za pomocą sterowników bocznikowych. Przykładem jest UPFC.
• Kontrolery z serii : Te kontrolery składają się z kombinacji kontrolerów szeregowych, z których każdy zapewnia kompensację szeregową, a także przenosi moc rzeczywistą wzdłuż linii. Przykładem jest IPFC.

2 Rodzaje sterowników szeregowych

• Kondensator szeregowy sterowany tyrystorem (TCSC): Kondensator szeregowy sterowany tyrystorem (TCSC) wykorzystuje sterowane krzemem prostowniki do zarządzania baterią kondensatorów połączoną szeregowo z linią. Pozwala to użyteczności na przesyłanie większej mocy na określonej linii. Zwykle składa się z tyrystorów połączonych szeregowo z cewką indukcyjną i połączonych przez kondensator. Może pracować w trybie blokowania, w którym tyrystor nie jest wyzwalany, a prąd przepływa tylko przez kondensator. Może pracować w trybie bypassu, w którym prąd jest bocznikowany do tyrystora, a cały system zachowuje się jak bocznikowa sieć impedancyjna.

• Kompensatory synchroniczne serii statycznej : SSSC to po prostu seryjna wersja STATCOM. Nie są one używane w zastosowaniach komercyjnych jako niezależne kontrolery. Składają się z synchronicznego źródła napięcia połączonego szeregowo z linią tak, że wprowadza ono szeregowo z linią napięcie kompensujące. Mogą zwiększać lub zmniejszać spadek napięcia na linii.

2 równoległe kontrolery

• Statyczne kompensatory zmiennych : Statyczny kompensator zmiennych jest najbardziej prymitywną i pierwszą generacją kontrolera FACTS. Kompensator ten składa się z szybkiego łącznika tyrystorowego sterującego dławikiem i / lub bocznikową baterią pojemnościową w celu zapewnienia dynamicznej kompensacji bocznika. Zwykle składają się z bocznikowanych urządzeń o zmiennej impedancji, których wyjście można regulować za pomocą przełączników energoelektronicznych w celu wprowadzenia reaktancji pojemnościowej lub indukcyjnej w linii. Można go umieścić w środku linii, aby zwiększyć maksymalną zdolność przenoszenia mocy, a także na końcu linii, aby skompensować zmiany spowodowane obciążeniem.

3 Rodzaje SVC to

1. TSR (reaktor tyrystorowy z przełączaniem) : Składa się z cewki indukcyjnej połączonej bocznikiem, której impedancja jest regulowana w sposób stopniowy za pomocą przełącznika tyrystorowego. Tyrystor wystrzeliwuje tylko pod kątem 90 i 180 stopni.
2. TSC (tyrystorowy kondensator przełączany) : Składa się z kondensatora połączonego bocznikiem, którego impedancja jest sterowana krokowo za pomocą tyrystora. Sposób sterowania za pomocą SCR jest taki sam jak w przypadku TSR.
3. TCR (reaktor sterowany tyrystorowo) : Składa się z cewki indukcyjnej połączonej bocznikiem, której impedancja jest kontrolowana przez metodę opóźnienia kąta wyzwalania SCR, w której wystrzeliwanie tyrystora jest kontrolowane, powodując zmiany prądu płynącego przez cewkę.

• STATCOM (statyczny synchroniczny kompensator) : Składa się ze źródła napięcia, które może być źródłem prądu stałego lub kondensatora lub cewki indukcyjnej, której wyjście może być kontrolowane za pomocą tyrystora. Służy do pochłaniania lub generowania mocy biernej.

Sterownik bocznikowy szeregowy - ujednolicony kontroler przepływu mocy:

Stanowią połączenie STATCOM i SSSC, tak że oba są połączone przy użyciu wspólnego źródła prądu stałego i zapewniają zarówno aktywną, jak i bierną kompensację linii szeregowej. Kontroluje wszystkie parametry przesyłu prądu przemiennego.

Kontrola napięcia w stanie ustalonym za pomocą SVC dla elastycznych systemów transmisji prądu przemiennego

Aby wygenerować przechodzące przez zero impulsy napięcia, potrzebujemy zdigitalizowanych sygnałów napięciowych i prądowych. Sygnał napięciowy z sieci jest pobierany i zamieniany na pulsujący prąd stały przez prostownik mostkowy i podawany do komparatora, który generuje cyfrowy sygnał napięciowy. Podobnie, sygnał prądowy jest konwertowany na sygnał napięciowy poprzez uwzględnienie spadku napięcia prądu obciążenia na rezystorze. Ten sygnał AC zostanie ponownie przetworzony na sygnał cyfrowy jako sygnał napięciowy. Następnie te zdigitalizowane sygnały napięciowe i prądowe są przesyłane do mikrokontrolera. Mikrokontroler obliczy różnicę czasu między punktami przejścia przez zero napięcia i prądu, których stosunek jest wprost proporcjonalny do współczynnika mocy i określa zakres, w jakim znajduje się moc. W ten sam sposób, stosując tyrystorowy komutowany dławik (TSR), można również generować impulsy napięciowe o przejściu przez zero w celu poprawy stabilności napięcia.

Elastyczny system transmisji AC firmy SVC

Elastyczny system transmisji AC firmy SVC

Powyższy obwód można wykorzystać do poprawy współczynnika mocy linii przesyłowych za pomocą SVC. Wykorzystuje kondensatory przełączane tyrystorowo (TSC) oparte na kompensacji bocznikowej, należycie kontrolowanej z zaprogramowanego mikrokontrolera. Jest to przydatne, aby poprawić współczynnik mocy. Jeśli podłączone jest obciążenie indukcyjne, współczynnik mocy jest opóźniony z powodu opóźnienia prądu obciążenia. Aby to skompensować, podłączony jest kondensator bocznikowy, który pobiera prąd prowadzący do napięcia źródła. Wtedy nastąpi poprawa współczynnika mocy. Opóźnienie czasowe między zerowymi impulsami napięcia i zerowego prądu jest należycie generowane przez wzmacniacze operacyjne w trybie komparatora, które są podawane do serii mikrokontrolerów serii 8051.

Za pomocą sterownika FACTS można sterować mocą bierną. Rezonans subsynchroniczny (SSR) to zjawisko, które może być związane z kompensacją szeregową w pewnych niekorzystnych warunkach. Eliminację SSR można przeprowadzić za pomocą kontrolerów FACTS. Korzyści z urządzeń FACTS są liczne, takie jak korzyść finansowa, zwiększona jakość dostaw, zwiększona stabilność itp.

Problem z elastycznym systemem transmisji prądu przemiennego i sposób jego rozwiązania

Dla elastyczna transmisja prądu przemiennego , urządzenia półprzewodnikowe są często włączane do obwodów, które są używane do poprawy współczynnika mocy i do podwyższenia granic systemu przesyłowego prądu przemiennego. Jednak główną wadą jest to, że te urządzenia są nieliniowe i indukują harmoniczne w sygnale wyjściowym systemu.

Aby usunąć harmoniczne powstałe w wyniku włączenia urządzeń energoelektronicznych do systemu przesyłu prądu przemiennego, wymagane jest zastosowanie filtrów aktywnych, którymi mogą być filtry mocy źródła prądu lub filtry zasilania źródła napięcia. Pierwsza z nich polega na uczynieniu AC sinusoidą. Technika polega na bezpośrednim sterowaniu prądem lub sterowaniu napięciem wyjściowym kondensatora filtra. Jest to metoda regulacji napięcia lub sterowania prądem pośrednim. Aktywne filtry mocy wprowadzają prąd o takiej samej wielkości, ale przeciwnie w fazie do prądu harmonicznych, który jest pobierany przez obciążenie, tak że te dwa prądy znoszą się wzajemnie, a prąd źródła jest całkowicie sinusoidalny. Filtry mocy czynnej zawierają energoelektroniczne urządzenia do wytwarzania składowych harmonicznych prądu, które eliminują składowe harmoniczne prądu sygnału wyjściowego z powodu nieliniowych obciążeń. Generalnie filtry mocy czynnej składają się z kombinacji tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką i diody zasilanej przez kondensator szyny DC. Aktywny filtr jest sterowany metodą pośredniego sterowania prądem. IGBT lub tranzystor bipolarny z izolowaną bramką to kontrolowane napięciem bipolarne urządzenie aktywne, które zawiera funkcje zarówno BJT, jak i MOSFET. W systemie transmisji prądu przemiennego filtr aktywny bocznikowy może wyeliminować harmoniczne, poprawić współczynnik mocy i zrównoważyć obciążenia.

Zarządzanie energią transformatora

Oświadczenie dotyczące problemu:

1. Przewlekłe wysokie napięcie jest najczęściej spowodowane nadmierną korekcją spadku napięcia w systemie przesyłowym i dystrybucyjnym. Spadek napięcia na przewodach elektrycznych jest wszędzie powszechną sytuacją. Jednak w miejscach o małej gęstości obciążenia elektrycznego, takich jak obszary podmiejskie i wiejskie, długie przebiegi przewodów potęgują problem.

2. Impedancja powoduje spadek napięcia na długości przewodnika, gdy przepływ prądu rośnie, aby spełnić zapotrzebowanie. Aby skorygować spadki napięcia, zakład energetyczny wykorzystuje regulatory napięcia ze zmianą zaczepów pod obciążeniem (OLTC) i regulatory napięcia kompensujące spadek napięcia (LDC) w celu zwiększenia (podwyższenia) lub obniżenia (obniżenia) napięcia.

3. Klienci znajdujący się najbliżej OLTC lub LDC mogą doświadczyć przepięcia, gdy zakład energetyczny próbuje przezwyciężyć spadek napięcia na przewodzie dla tych klientów na drugim końcu linii.

4. W wielu lokalizacjach wpływ spadku napięcia wywołanego obciążeniem jest postrzegany jako codzienne wahania, które powodują, że poziomy napięcia są najwyższe w czasie najmniejszego zapotrzebowania na obciążenie.

5. Ze względu na zmienne w czasie obciążenia i nieliniowość propagacji powoduje, że do systemu przedostaną się duże zakłócenia, które również wejdą do linii odbiorczych, prowadząc do niezdrowego całego systemu.

6. Mniej typową przyczyną problemów z wysokim napięciem są lokalne transformatory, które zostały ustawione tak, aby zwiększać napięcie, aby zrównoważyć obniżone poziomy napięcia. Dzieje się tak najczęściej w obiektach z dużym obciążeniem na końcu linii dystrybucyjnych. Podczas pracy dużych obciążeń utrzymywany jest normalny poziom napięcia, ale gdy obciążenia są odłączane, poziomy napięcia gwałtownie rosną.

7. Podczas dziwnych zdarzeń transformator ulega przepaleniu z powodu przeciążenia i zwarcia w uzwojeniu. Podwyższa się również temperatura oleju na skutek wzrostu natężenia prądu płynącego przez ich wewnętrzne uzwojenia. Powoduje to nieoczekiwany wzrost napięcia, prądu lub temperatury w transformatorze rozdzielczym.

8. Urządzenia elektryczne są zaprojektowane do pracy przy określonym standardowym napięciu dla produktu, aby osiągnąć określone poziomy wydajności, wydajności, bezpieczeństwa i niezawodności. Obsługa urządzenia elektrycznego powyżej określonego zakresu poziomu napięcia może prowadzić do problemów, takich jak nieprawidłowe działanie, wyłączenie, przegrzanie, przedwczesna awaria itp. Na przykład można oczekiwać, że płytka drukowana będzie miała krótszą żywotność, gdy będzie działać powyżej napięcia znamionowego przez długie okresy.

Transformator

Rozwiązanie:

1. Konstrukcja systemu opartego na mikrokontrolerze polega na monitorowaniu wahań napięcia po stronie wejścia / wyjścia transformatora i pozyskiwaniu danych w czasie rzeczywistym.
2. Opracowanie automatycznej zmiany zaczepów transformatora za pomocą silników serwo / krokowych.
3. System powinien podnosić alarm podczas progowych poziomów napięcia lub sytuacji awaryjnych.
4. System powinien być niezawodny i wytrzymały.
5. System można zamontować na transformatorach zewnętrznych.
6. Projekt ciągłego monitorowania temperatury oleju w transformatorach rozdzielczych będzie porównywany według wartości znamionowych, a odpowiednie działania zostaną podjęte.
7. Korzystanie z urządzeń takich jak automatyczne stabilizatory napięcia (AVR), stabilizatory systemu zasilania, FAKTY itp. W sieci systemu zasilania.

Wykonalności technicznej:

System rejestratora danych oparty na mikrokontrolerze (MDLS):

MDLS nie wymaga dodatkowego sprzętu i umożliwia wybór ilości danych oraz odstępów czasu między nimi. Zebrane dane można łatwo wyeksportować do komputera PC przez port szeregowy. MDLS jest bardzo kompaktowy, ponieważ wykorzystuje kilka układów scalonych. Wybrany projekt MDLS powinien spełniać następujące wymagania

1. Powinien być łatwy do zaprogramowania.
2. Użytkownik musi mieć możliwość wyboru szybkości pomiaru.
3. Powinien tworzyć kopie zapasowe danych, gdy zasilanie systemu zostanie chwilowo przerwane lub całkowicie usunięte.
4. Powinien móc eksportować dane do komputera przez port szeregowy.
5. Powinien być prosty i niedrogi.

Mam nadzieję, że zrozumiałeś pojęcie elastycznej transmisji AC z powyższego artykułu. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące tej koncepcji lub elektrycznej i projekty elektroniczne zostaw sekcję komentarzy poniżej.

Kredyt zdjęciowy

• Elastyczny obieg matematyka