Esnek AC İletim Sistemi - İhtiyaç, Tanım ve Tipler

Esnek AC İletim Sistemine Neden Gereklidir?

Geleneksel bir AC iletim sisteminde, AC gücünü aktarma yeteneği, termal limitler, geçici kararlılık limiti, voltaj limiti, kısa devre akım limiti vb. Gibi çeşitli faktörlerle sınırlıdır. Bu limitler, üzerinden verimli bir şekilde iletilebilen maksimum elektrik gücünü tanımlar. Elektrik ekipmanına ve iletim hatlarına zarar vermeden iletim hattı. Bu, normalde güç sistemi düzeninde değişiklik yapılarak elde edilir. Ancak, bu mümkün değildir ve güç sistemi düzeninde herhangi bir değişiklik olmadan maksimum güç aktarım kapasitesine ulaşmanın başka bir yolu. Ayrıca kapasitörler ve indüktörler gibi değişken empedanslı cihazların devreye girmesi ile kaynaktan gelen enerjinin veya gücün tamamı yüke aktarılmaz ancak bir kısmı bu cihazlarda reaktif güç olarak depolanarak kaynağa geri döndürülür. Dolayısıyla, yüke veya aktif güce aktarılan gerçek güç miktarı her zaman görünen güç veya net güçten daha azdır. İdeal iletim için aktif güç, görünen güce eşit olmalıdır. Diğer bir deyişle, güç faktörü (aktif gücün görünen güce oranı) birlik olmalıdır. Esnek AC iletim Sisteminin rolünün geldiği yer burasıdır.

GERÇEKLER ile ilgili detaylara geçmeden önce güç faktörü hakkında kısaca bilgi verelim.

Güç Faktörü nedir?

Güç faktörü, aktif gücün devredeki görünen güce oranı olarak tanımlanır.

Güç faktörü ne olursa olsun, diğer yandan, üreten güç, makinelere belirli bir voltaj ve akım iletmelidir. Jeneratörler, üretilen gücün takdir edilen gerilim ve akımına dayanabilmelidir. Güç faktörü (PF) değeri 0,0 ile 1,0 arasındadır.

Güç faktörü sıfır ise, akım akışı tamamen reaktiftir ve yükte depolanan güç her döngüde geri döner. Güç faktörü 1 olduğunda, kaynak tarafından sağlanan tüm akım yük tarafından tüketilir. Genel olarak, Güç faktörü gerilimin başı veya gerisi olarak ifade edilir.

Birlik Güç Faktörü Test Devresi

Güç kaynağı olan devre 230v'dir ve bir jikle seri olarak bağlanmıştır. Güç faktörünü iyileştirmek için kapasitörlerin SCR anahtarları aracılığıyla paralel bağlanması gerekir. Baypas anahtarı kapalıyken, jikle bir indüktör görevi görür ve aynı akım her iki 10R / 10W dirençte de akar. Birincil tarafı dirençlerin ortak noktasına bağlanan bir CT kullanılır. CT'nin diğer noktası, DPDT S1 anahtarının ortak noktalarından birine gider. DPDT anahtarı sola hareket ettirilirken, akıma orantılı voltaj düşüşü, artan voltaj geliştirmek için onun tarafından algılanır. Gerilim düşüşü, gecikmeli akımla orantılıdır. Böylece CT'den gelen birincil voltaj, gecikmeli akım sağlar.

Mikro denetleyici tabanlı kontrol devresi kullanılırsa, sıfır akım referansları alır ve zaman farkına dayalı olarak güç faktörünü hesaplamak için sıfır voltaj referansı ile karşılaştırır. Yani gerekli zaman farkına bağlı olarak hayır. SCR anahtarlarının% 'si açılır, böylece güç faktörü bire yakın olana kadar ek kapasitörler değiştirilir.

Böylelikle anahtar konumuna bağlı olarak, gecikmeli akım veya kompanze edilmiş akım algılanabilir ve ekran buna göre voltajlar arasındaki zaman gecikmesini, güç faktörü göstergeli akımı sağlar.

Esnek AC İletim Sistemi (FACTS) nedir?

KİME Esnek AC iletim Sistemi İletim sisteminin kontrol edilebilirliğini ve stabilitesini artırmak ve güç aktarım yeteneklerini artırmak için güç elektroniği cihazları ile güç sistemi cihazlarından oluşan sistemi ifade eder. Tristörlü anahtarın icadıyla, Esnek AC iletim sistemleri (FACTS) denetleyicileri olarak bilinen güç elektroniği cihazlarının geliştirilmesi için kapıyı açtı. FACT sistemi, ağa endüktif veya kapasitif güç sağlamak için güç elektroniği cihazlarını dahil ederek ağın yüksek voltaj tarafının kontrol edilebilirliğini sağlamak için kullanılır.

4 FACTS Kontrolör Türü

• Seri Kontrolörler: Seri Kontrolörler, hatta seri olarak gerilim veren kapasitörler veya reaktörlerden oluşur. Değişken empedans cihazlarıdır. Ana görevleri, iletim hattının endüktansını azaltmaktır. Değişken reaktif güç sağlarlar veya tüketirler. Seri kontrolör örnekleri SSSC, TCSC, TSSC vb .'dir.
• Şönt Kontrolörleri: Şönt kontrolörler, hat ile seri olarak akım veren kapasitörler veya reaktörler gibi değişken empedanslı cihazlardan oluşur. Başlıca görevleri, iletim hattının kapasitesini azaltmaktır. Enjekte edilen akım, hat voltajı ile aynı fazdadır. Şönt kontrolör örnekleri STATCOM, TSR, TSC, SVC'dir.
• Şönt Serisi Kontrolörler: Bu kontrolörler, şönt kontrolörleri kullanarak şöntte seri kontrol cihazlarını kullanarak akımı seri olarak ve voltajı sağlar. Bir örnek UPFC'dir.
• Seri Serisi Kontrolörler : Bu kontrolörler, seri kompanzasyon sağlayan ve ayrıca hat boyunca gerçek güç aktarımı sağlayan her kontrolör ile seri kontrol cihazlarının kombinasyonundan oluşur. Bir örnek IPFC'dir.

2 Tip Serisi Kontrolör

• Tristör kontrollü seri kondansatör (TCSC): Tristör kontrollü seri kapasitör (TCSC), bir hat ile seri bağlanmış bir kapasitör bankasını yönetmek için silikon kontrollü doğrultucular kullanır. Bu, yardımcı programın belirli bir hatta daha fazla güç aktarmasına izin verir. Genellikle bir indüktör ile seri halde bulunan ve bir kapasitör üzerinden bağlanan tristörlerden oluşur. Tristörün tetiklenmediği ve akımın sadece kapasitörden geçtiği bloklama modunda çalışabilir. Akımın tristöre baypas edildiği ve tüm sistemin şönt empedans ağı gibi davrandığı baypas modunda çalışabilir.

• Statik Seri Senkron Kompansatörler : SSSC kısaca STATCOM'un bir seri sürümüdür. Bunlar ticari uygulamalarda bağımsız kontrolörler olarak kullanılmaz. Hat ile seri olarak bir dengeleyici gerilim verecek şekilde hat ile seri halde senkron gerilim kaynağından oluşurlar. Hat boyunca voltaj düşüşünü artırabilir veya azaltabilirler.

2 Paralel Kontrolör

• Statik Değişken Kompansatörler : Statik değişken kompansatör, en ilkel ve ilk nesil FACTS kontrolördür. Bu dengeleyici, dinamik şönt telafisi sağlamak için bir reaktörü ve / veya şönt kapasitif bankı kontrol eden hızlı bir tristör anahtarından oluşur. Genellikle, hatta kapasitif veya endüktif reaktans sağlamak için çıkışı güç elektroniği anahtarları kullanılarak ayarlanabilen şönt bağlı değişken empedans cihazlarından oluşurlar. Maksimum güç aktarım kapasitesini artırmak için hattın ortasına yerleştirilebilir ve ayrıca yükten kaynaklanan değişiklikleri telafi etmek için hattın sonuna yerleştirilebilir.

3 SVC türü

1. TSR (Tristör Anahtarlamalı Reaktör) : Bir Tristör anahtarı kullanılarak kademeli olarak kontrol edilen, şönt bağlı bir indüktörden oluşur. Tristör yalnızca 90 ve 180 derecelik açılarda ateşlenir.
2. TSC (Tristör Anahtarlamalı Kapasitör) : Bir Tristör kullanılarak empedansı kademeli olarak kontrol edilen şönt bağlı bir kapasitörden oluşur. SCR kullanılarak kontrol şekli TSR ile aynıdır.
3. TCR (Tristör Kontrollü Reaktör) : Empedansı SCR'nin ateşleme açısı geciktirme yöntemi ile kontrol edilen şönt bağlı bir indüktörden oluşur; burada Tristörün ateşlenmesi, indüktörden geçen akımda bir değişime neden olacak şekilde kontrol edilir.

• STATCOM (Statik Senkron Kompansatör) : Bir DC enerji kaynağı olabilen bir gerilim kaynağı veya bir kondansatör veya çıkışı bir Tristör kullanılarak kontrol edilebilen bir indüktörden oluşur. Reaktif gücü emmek veya üretmek için kullanılır.

Seri Şönt Kontrol Cihazı - Birleşik Güç Akışı Kontrolörü:

Her ikisi de ortak bir dc kaynağı kullanılarak birleştirilecek ve hem aktif hem de reaktif seri hat kompanzasyonu sağlayacak şekilde STATCOM ve SSSC'nin bir kombinasyonudur. AC güç aktarımının tüm parametrelerini kontrol eder.

Esnek AC İletim Sistemleri için SVC kullanarak Kararlı Durum Voltaj Kontrolü

Sıfır geçişli voltaj darbeleri oluşturmak için dijitalleştirilmiş voltaj ve akım sinyallerine ihtiyacımız var. Şebekeden gelen voltaj sinyali alınır ve köprü doğrultucu tarafından darbeli DC'ye dönüştürülür ve dijital voltaj sinyali üreten bir karşılaştırıcıya verilir. Benzer şekilde, akım sinyali, bir direnç boyunca yük akımının voltaj düşüşü alınarak voltaj sinyaline dönüştürülür. Bu AC sinyali, voltaj sinyali olarak tekrar dijital sinyale dönüştürülecektir. Ardından bu dijitalleştirilmiş voltaj ve akım sinyalleri mikrodenetleyiciye gönderilir. Mikrodenetleyici, oranı güç faktörüyle doğru orantılı olan ve gücün olduğu aralığı belirleyen sıfır geçiş noktaları voltaj ve akım arasındaki zaman farkını hesaplayacaktır. Aynı şekilde, Tristör anahtarlamalı reaktör (TSR) kullanılarak, voltaj kararlılığının iyileştirilmesi için sıfır çapraz voltaj darbeleri de üretilebilir.

SVC'den Esnek AC İletim Sistemi

SVC'den Esnek AC İletim Sistemi

Yukarıdaki devre, SVC kullanılarak iletim hatlarının güç faktörünü iyileştirmek için kullanılabilir. Programlanmış bir mikro denetleyiciden usulüne uygun olarak kontrol edilen şönt kompanzasyonuna dayanan tristör anahtarlamalı kapasitörler (TSC) kullanır. Bu, güç faktörünü iyileştirmek için kullanışlıdır. Endüktif yük bağlıysa, yük akımı gecikmesi nedeniyle güç faktörü gecikiyor. Bunu telafi etmek için, kaynak voltajına yön veren akımı çeken bir şönt kapasitör bağlanır. Daha sonra güç faktöründe iyileştirme yapılacaktır. Sıfır voltaj ve sıfır akım darbeleri arasındaki zaman gecikmesi, 8051 serisi mikro denetleyicilere beslenen karşılaştırıcı modundaki işlemsel yükselticiler tarafından usulüne uygun olarak üretilir.

FACTS kontrolörü kullanılarak reaktif güç kontrol edilebilir. Alt senkron rezonans (SSR), belirli olumsuz koşullar altında seri kompanzasyonla ilişkilendirilebilen bir fenomendir. SSR eliminasyonu, FACTS kontrolörleri kullanılarak yapılabilir. FACTS cihazlarının faydaları bir çok finansal fayda, artan tedarik kalitesi, artan istikrar vb.

Esnek AC İletim Sistemiyle İlgili Bir Sorun ve bunu çözmenin bir yolu

Bir AC gücünün esnek iletimi Katı hal cihazları, genellikle güç faktörünü iyileştirmek ve AC iletim sisteminin sınırlarını yükseltmek için kullanılan devrelere dahil edilir. Bununla birlikte, büyük bir dezavantaj, bu cihazların doğrusal olmaması ve sistemin çıkış sinyalinde harmonikleri indüklemesidir.

AC iletim sistemine güç elektroniği cihazlarının dahil edilmesinden kaynaklanan harmonikleri ortadan kaldırmak için, akım kaynaklı güç filtreleri veya bir voltaj kaynaklı güç filtresi olabilen aktif filtrelerin kullanılması gerekir. İlki, AC'nin sinüzoidal yapılmasını içerir. Teknik, akımı doğrudan kontrol etmek veya filtre kapasitörünün çıkış voltajını kontrol etmektir. Bu, Gerilim düzenleme veya Dolaylı Akım kontrol yöntemidir. Aktif güç filtreleri, yük tarafından çekilen harmonik akıma büyüklük olarak eşit ancak faz olarak zıt bir akım enjekte eder, öyle ki bu iki akım birbirini iptal eder ve kaynak akımı tamamen sinüzoidaldir. Aktif güç filtreleri, doğrusal olmayan yükler nedeniyle çıkış sinyalinin harmonik akım bileşenlerini ortadan kaldıran harmonik akım bileşenleri üretmek için güç elektroniği cihazları içerir. Genel olarak, Aktif güç filtreleri yalıtılmış bir geçit iki kutuplu transistör ve bir DC bara kapasitörüyle çalışan bir diyotun bir kombinasyonundan oluşur. Aktif filtre, Dolaylı akım kontrol yöntemi kullanılarak kontrol edilir. IGBT veya Insulated Gate Bipolar Transistor, hem BJT hem de MOSFET'in özelliklerini bünyesinde barındıran voltaj kontrollü bipolar aktif bir cihazdır. AC iletim sistemi için, şönt aktif bir filtre harmonikleri ortadan kaldırabilir, güç faktörünü iyileştirebilir ve yükleri dengeleyebilir.

Trafo Güç Yönetimi

Sorun bildirimi:

1. Kronik yüksek voltaj, çoğunlukla, şebeke iletim ve dağıtım sistemindeki voltaj düşüşü için aşırı düzeltmeye atfedilebilir. Elektrik iletkenlerindeki voltaj düşüşü, her yerde yaygın bir durumdur. Ancak, banliyö ve kırsal alanlar gibi düşük elektrik yükü yoğunluğuna sahip yerlerde, uzun iletkenler sorunu büyütür.

2. Empedans, talebi karşılamak için akım akışı arttıkça gerilimin bir iletkenin uzunluğu boyunca azalmasına neden olur. Bir voltaj düşüşünü düzeltmek için, yardımcı program voltajı artırmak (yükseltmek) veya düşürmek (düşürmek) için yük altında kademe değiştiren voltaj regülatörleri (OLTC'ler) ve hat düşüşü dengeleyici voltaj regülatörleri (LDC'ler) kullanır.

3. Bir OLTC veya LDC'ye en yakın müşteriler, tesis hattın en ucundaki müşteriler için iletken voltaj düşüşünün üstesinden gelmeye çalışırken aşırı voltaj yaşayabilir.

4. Birçok yerde, yüke bağlı voltaj düşüşünün etkisi, en düşük yük talebi anında voltaj seviyelerinin en yüksek olmasına neden olan günlük dalgalanmalar olarak görülür.

5. Zamanla değişen yükler ve doğrusal olmayan yayılmalar nedeniyle sisteme büyük rahatsızlıklar girecek ve bu da tüketici hatlarına girecek ve tüm sistemin sağlıksız kalmasına yol açacaktır.

6. Yüksek voltaj sorunlarının daha az tipik bir nedeni, düşük voltaj seviyelerini dengelemek için voltajı yükseltmek üzere ayarlanmış yerel transformatörlerden kaynaklanır. Bu genellikle dağıtım hatlarının sonunda ağır yüklerin bulunduğu tesislerde meydana gelir. Ağır yükler çalışırken, normal voltaj seviyesi korunur, ancak yükler kapatıldığında voltaj seviyeleri yükselir.

7. Garip olaylar sırasında, sargılarındaki aşırı yük ve kısa devre nedeniyle transformatör yanar. Ayrıca, iç sargılarından akan akım seviyesindeki artış nedeniyle yağ sıcaklığı artar. Bu, dağıtım transformatöründe voltaj, akım veya sıcaklıkta beklenmedik bir artışa neden olur.

8. Elektrikli cihazlar, ürünün belirtilen performans, verimlilik, güvenlik ve güvenilirlik seviyelerine ulaşması için belirli bir standart voltajda çalışmak üzere tasarlanmıştır. Elektrikli bir cihazın belirtilen voltaj seviyesi aralığının üzerinde çalıştırılması, arıza, kapanma, aşırı ısınma, erken arıza vb. Gibi sorunlara yol açabilir. Örneğin, bir baskılı devre kartının, nominal voltajının üzerinde çalıştırıldığında daha kısa ömürlü olması beklenebilir. uzun dönemler.

Transformatör

Çözüm:

1. Mikrodenetleyici tabanlı sistemin tasarımı, transformatörün giriş / çıkış tarafındaki gerilim dalgalanmalarını izlemek ve gerçek zamanlı veri elde etmektir.
2. Servo / kademeli motorlar kullanılarak otomatik transformatör kademe değiştirmenin geliştirilmesi.
3. Sistem, eşik voltaj seviyeleri veya acil durum sırasında alarmı yükseltmelidir.
4. Sistem güvenilir ve sağlam olmalıdır.
5. Sistem, dış mekan transformatörlerine takılabilir.
6. Dağıtım transformatörlerinin yağ sıcaklığının sürekli izlenmesinin tasarımı, nominal değerlerle karşılaştırılacak ve ilgili eylem dikkate alınacaktır.
7. Güç sistemi ağında Otomatik voltaj dengeleyiciler (AVR'ler), Güç sistemi dengeleyiciler, FACTS, vb. Gibi cihazların kullanımı.

Teknik fizibilite:

Mikrodenetleyici Tabanlı Veri Kaydedici Sistemi (MDLS):

MDLS ek donanım gerektirmez ve veri miktarı ile bunlar arasındaki zaman aralıklarının seçilmesine izin verir. Toplanan veriler, bir seri bağlantı noktası aracılığıyla bir PC'ye kolayca aktarılabilir. MDLS çok kompakttır çünkü birkaç entegre devre kullanır. Seçilen bir MDLS tasarımı aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır

1. Kolay programlanabilir olmalıdır.
2. Kullanıcı, ölçüm oranlarını seçebilmelidir.
3. Sistem gücü anlık olarak kesildiğinde veya tamamen kaldırıldığında verileri yedeklemelidir.
4. Verileri bir seri port üzerinden bir PC'ye aktarabilmelidir.
5. Basit ve ucuz olmalı.

Umarım yukarıdaki makaleden esnek AC iletimi kavramını anlamışsınızdır. Bu konseptle veya elektrikle ilgili herhangi bir sorunuz varsa ve elektronik projeler aşağıdaki yorumlar bölümünü bırakın.

Fotoğraf kredisi

• Esnek çevre Mathworks