Sistema di trasmissione CA flessibile: necessità, definizione e tipi

Perché è necessario un sistema di trasmissione CA flessibile?

In un sistema di trasmissione CA convenzionale, la capacità di trasferire la potenza CA è limitata da diversi fattori come limiti termici, limite di stabilità transitoria, limite di tensione, limite di corrente di cortocircuito, ecc. Questi limiti definiscono la potenza elettrica massima che può essere efficacemente trasmessa attraverso il linea di trasmissione senza arrecare alcun danno alle apparecchiature elettriche e alle linee di trasmissione. Ciò si ottiene normalmente apportando modifiche al layout del sistema di alimentazione. Tuttavia, questo non è fattibile ed è un altro modo per ottenere la massima capacità di trasferimento di potenza senza alcuna modifica nel layout del sistema di alimentazione. Inoltre con l'introduzione di dispositivi a impedenza variabile come condensatori e induttori, l'intera energia o potenza dalla sorgente non viene trasferita al carico, ma una parte viene immagazzinata in questi dispositivi come potenza reattiva e restituita alla sorgente. Pertanto la quantità effettiva di potenza trasferita al carico o alla potenza attiva è sempre inferiore alla potenza apparente o alla potenza netta. Per una trasmissione ideale, la potenza attiva dovrebbe essere uguale alla potenza apparente. In altre parole, il fattore di potenza (il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente) dovrebbe essere unità. È qui che entra in gioco il ruolo di un sistema di trasmissione CA flessibile.

Prima di entrare nei dettagli sui FATTI, breve sul fattore di potenza.

Cos'è il fattore di potenza?

Il fattore di potenza è definito poiché è il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente nel circuito.

Qualunque sia il fattore di potenza, d'altra parte, la potenza di generazione dovrebbe mettere le macchine in grado di fornire una tensione e una corrente specifiche. I generatori devono avere la capacità di sopportare la tensione e la corrente stimata della potenza prodotta. Il valore del fattore di potenza (PF) è compreso tra 0,0 e 1,0.

Se il fattore di potenza è zero, il flusso di corrente è interamente reattivo e la potenza immagazzinata nel carico ritorna ad ogni ciclo. Quando il fattore di potenza è 1, tutta la corrente fornita dalla sorgente viene divorata dal carico. Generalmente, il fattore di potenza è espresso come anticipo o ritardo della tensione.

Circuito di prova del fattore di potenza unitario

Il circuito con alimentazione è 230v e una bobina è tutta collegata in serie. I condensatori devono essere collegati in parallelo tramite interruttori SCR per migliorare il fattore di potenza. Mentre l'interruttore di by-pass è spento, l'induttanza funge da induttore e la stessa corrente fluirà in entrambe le resistenze 10R / 10W. Viene utilizzato un TA come lato primario del quale è collegato al punto comune delle resistenze. L'altro punto del TA va a uno dei punti comuni di un interruttore DPDT S1. Mentre l'interruttore DPDT viene spostato a sinistra, viene rilevata la caduta di tensione proporzionale alla corrente per sviluppare una maggiore tensione. La caduta di tensione è proporzionale alla corrente in ritardo. Pertanto la tensione primaria dal CT fornisce corrente in ritardo.

Se viene utilizzato un circuito di controllo basato su microcontrollore, riceve riferimenti di corrente zero e confronta con il riferimento di tensione zero per calcolare il fattore di potenza in base alla loro differenza di tempo. Quindi, a seconda della differenza di orario, no. degli interruttori SCR vengono attivati, commutando così condensatori aggiuntivi fino a quando il fattore di potenza è vicino all'unità.

Pertanto, a seconda della posizione dell'interruttore, è possibile rilevare la corrente di ritardo o la corrente compensata e il display fornisce di conseguenza il ritardo tra le tensioni, la corrente con la visualizzazione del fattore di potenza.

Che cos'è il sistema di trasmissione CA flessibile (FACTS)?

PER Sistema di trasmissione CA flessibile si riferisce al sistema costituito da dispositivi elettronici di potenza insieme a dispositivi del sistema di alimentazione per migliorare la controllabilità e la stabilità del sistema di trasmissione e aumentare le capacità di trasferimento di potenza. Con l'invenzione dell'interruttore a tiristori, ha aperto la porta allo sviluppo di dispositivi elettronici di potenza noti come controller dei sistemi di trasmissione CA flessibili (FACTS). Il sistema FACT viene utilizzato per fornire la controllabilità del lato ad alta tensione della rete incorporando dispositivi elettronici di potenza per introdurre potenza induttiva o capacitiva nella rete.

4 Tipi di controller FACTS

• Controllori di serie: I controllori in serie sono costituiti da condensatori o induttanze che introducono tensione in serie con la linea. Sono dispositivi a impedenza variabile. Il loro compito principale è ridurre l'induttività della linea di trasmissione. Forniscono o consumano potenza reattiva variabile. Esempi di controller di serie sono SSSC, TCSC, TSSC, ecc.
• Controller shunt: I controller shunt sono costituiti da dispositivi a impedenza variabile come condensatori o reattanze che introducono corrente in serie con la linea. Il loro compito principale è ridurre il capacitivo della linea di trasmissione. La corrente iniettata è in fase con la tensione di linea. Esempi di controller shunt sono STATCOM, TSR, TSC, SVC.
• Controllori serie Shunt: Questi controllori introducono corrente in serie utilizzando i controllori di serie e tensione in shunt utilizzando i controllori shunt. Un esempio è UPFC.
• Controllori in serie : Questi controller sono costituiti da una combinazione di controller in serie con ciascun controller che fornisce la compensazione in serie e anche il trasferimento della potenza reale lungo la linea. Un esempio è IPFC.

2 tipi di controller in serie

• Condensatore in serie controllato a tiristori (TCSC): Il condensatore in serie controllato a tiristori (TCSC) utilizza raddrizzatori controllati al silicio per gestire un banco di condensatori collegato in serie con una linea. Ciò consente l'utilità per trasferire più potenza su una linea specificata. Generalmente è costituito dai tiristori in serie con un induttore e collegati attraverso un condensatore. Può funzionare in modalità di blocco in cui il tiristore non viene attivato e la corrente passa solo attraverso il condensatore. Può funzionare in modalità bypass in cui la corrente viene bypassata al tiristore e l'intero sistema si comporta come una rete di impedenza shunt.

• Compensatori sincroni serie statica : SSSC è semplicemente una versione in serie di STATCOM. Questi non vengono utilizzati in applicazioni commerciali come controllori indipendenti. Sono costituiti dalla sorgente di tensione sincrona in serie alla linea in modo tale da introdurre una tensione di compensazione in serie alla linea. Possono aumentare o diminuire la caduta di tensione sulla linea.

2 controller paralleli

• Compensatori variabili statici : Il compensatore variabile statico è il controller FACTS più primitivo e di prima generazione. Questo compensatore è costituito da un interruttore a tiristori veloce che controlla un reattore e / o un banco capacitivo di derivazione per fornire una compensazione dinamica dello shunt. Sono generalmente costituiti da dispositivi a impedenza variabile collegati in shunt la cui uscita può essere regolata tramite interruttori elettronici di potenza, per introdurre reattanze capacitive o induttive nella linea. Può essere posizionato al centro della linea per aumentare la massima capacità di trasferimento della potenza e può anche essere posizionato alla fine della linea per compensare le variazioni dovute al carico.

3 tipi di SVC sono

1. TSR (Thyristor Switched Reactor) : Consiste in un induttore connesso a shunt la cui impedenza è controllata in modo graduale mediante un interruttore a tiristori. Il tiristore viene sparato solo ad angoli di 90 e 180 gradi.
2. TSC (condensatore a tiristori commutati) : Consiste in un condensatore collegato a shunt la cui impedenza è controllata in modo graduale utilizzando un tiristore. La modalità di controllo utilizzando l'SCR è la stessa di TSR.
3. TCR (Thyristor Controlled Reactor) : Consiste in un induttore connesso a shunt la cui impedenza è controllata dal metodo di ritardo dell'angolo di accensione dell'SCR in cui l'accensione del tiristore è controllata provocando una variazione della corrente attraverso l'induttore.

• STATCOM (Static Synchronous Compensator) : Consiste in una sorgente di tensione che può essere una sorgente di energia CC oppure un condensatore o un induttore la cui uscita può essere controllata tramite un tiristore Viene utilizzato per assorbire o generare potenza reattiva.

A Series-Shunt Controller- Unified Power Flow Controller:

Sono una combinazione di STATCOM e SSSC in modo tale che entrambi sono combinati utilizzando una sorgente cc comune e forniscono una compensazione di linea in serie attiva e reattiva. Controlla tutti i parametri della trasmissione di potenza AC.

Controllo della tensione allo stato stazionario utilizzando SVC per sistemi di trasmissione CA flessibili

Per generare impulsi di tensione zero crossing abbiamo bisogno di segnali di tensione e corrente digitalizzati. Il segnale di tensione dalla rete viene prelevato e convertito in corrente continua pulsante da un ponte raddrizzatore e inviato ad un comparatore che genera il segnale di tensione digitale. Allo stesso modo, il segnale di corrente viene convertito nel segnale di tensione prendendo la caduta di tensione della corrente di carico su un resistore. Questo segnale CA verrà nuovamente convertito nel segnale digitale come segnale di tensione. Quindi questi segnali di tensione e corrente digitalizzati vengono inviati al microcontrollore. Il microcontrollore calcolerà la differenza di tempo tra i punti di passaggio per lo zero di tensione e corrente, il cui rapporto è direttamente proporzionale al fattore di potenza e determina l'intervallo in cui si trova la potenza. Allo stesso modo, utilizzando il reattore a tiristore commutato (TSR) è possibile generare anche impulsi di tensione a croce zero per migliorare la stabilità della tensione.

Sistema di trasmissione CA flessibile di SVC

Sistema di trasmissione CA flessibile di SVC

Il circuito di cui sopra può essere utilizzato per migliorare il fattore di potenza delle linee di trasmissione utilizzando SVC. Utilizza condensatori a tiristori commutati (TSC) basati sulla compensazione dello shunt debitamente controllata da un microcontrollore programmato. Questo è utile per migliorare il fattore di potenza. Se il carico induttivo è collegato, il fattore di potenza è in ritardo a causa del ritardo della corrente di carico. Per compensare ciò, è collegato un condensatore shunt, che assorbe la corrente che precede la tensione della sorgente. Quindi verrà effettuato il miglioramento del fattore di potenza. Il ritardo tra gli impulsi di tensione zero e corrente zero è debitamente generato da amplificatori operazionali in modalità comparatore che vengono alimentati alla serie 8051 di microcontrollori.

Utilizzando il controller FACTS è possibile controllare la potenza reattiva. La risonanza sub-sincrona (SSR) è un fenomeno che può essere associato alla compensazione in serie in determinate condizioni avverse. L'eliminazione di SSR può essere eseguita utilizzando i controller FACTS. I vantaggi dei dispositivi FACTS sono molti come un vantaggio finanziario, una maggiore qualità della fornitura, una maggiore stabilità, ecc.

Un problema con il sistema di trasmissione CA flessibile e un modo per risolverlo

Per un trasmissione flessibile di corrente alternata , i dispositivi a stato solido sono spesso incorporati nei circuiti utilizzati per il miglioramento del fattore di potenza e per aumentare i limiti del sistema di trasmissione CA. Tuttavia, uno dei principali svantaggi è che questi dispositivi non sono lineari e inducono armoniche nel segnale di uscita del sistema.

Per rimuovere le armoniche create a causa dell'inclusione di dispositivi elettronici di potenza nel sistema di trasmissione CA, è necessario utilizzare filtri attivi che possono essere filtri di alimentazione della sorgente di corrente o un filtro di alimentazione della sorgente di tensione. Il primo consiste nel rendere l'AC sinusoidale. La tecnica consiste nel controllare direttamente la corrente o controllare la tensione di uscita del condensatore di filtro. Questo è il metodo di regolazione della tensione o corrente indiretta. I filtri di potenza attiva iniettano una corrente uguale in grandezza ma opposta in fase alla corrente armonica che viene assorbita dal carico, in modo tale che queste due correnti si annullino a vicenda e la corrente di sorgente sia completamente sinusoidale. I filtri di potenza attiva incorporano dispositivi elettronici di potenza per produrre componenti di corrente armonica che annullano i componenti di corrente armonica del segnale di uscita a causa dei carichi non lineari. Generalmente, i filtri di potenza attiva sono costituiti da una combinazione di un transistor bipolare a gate isolato e un diodo alimentato da un condensatore del bus CC. Il filtro attivo è controllato utilizzando un metodo di controllo della corrente indiretta. IGBT o transistor bipolare a gate isolato è un dispositivo attivo bipolare controllato in tensione che incorpora le caratteristiche di BJT e MOSFET. Per il sistema di trasmissione AC, un filtro attivo shunt può eliminare le armoniche, migliorare il fattore di potenza e bilanciare i carichi.

Transformer Power Management

Dichiarazione problema:

1. L'alta tensione cronica è il più delle volte attribuibile a una correzione eccessiva per la caduta di tensione sul sistema di trasmissione e distribuzione di rete. La caduta di tensione sui conduttori elettrici è una situazione comune ovunque. Ma, in luoghi con bassa densità di carico elettrico, come le aree suburbane e rurali, i lunghi percorsi dei conduttori amplificano il problema.

2. L'impedenza fa diminuire la tensione lungo la lunghezza di un conduttore all'aumentare del flusso di corrente per soddisfare la richiesta. Per correggere le cadute di tensione, l'utilità utilizza regolatori di tensione che cambiano le prese sotto carico (OLTC) e regolatori di tensione con compensazione della caduta di linea (LDC) per aumentare (aumentare) o ridurre (abbassare) la tensione.

3. I clienti più vicini a un OLTC o LDC possono subire una sovratensione mentre l'utilità cerca di superare la caduta di tensione del conduttore per quei clienti all'estremità della linea.

4. In molte località, l'impatto della caduta di tensione guidata dal carico è visto come fluttuazioni giornaliere che fanno sì che i livelli di tensione siano i più alti al momento della richiesta di carico più bassa.

5. A causa dei carichi variabili nel tempo e della propagazione, la non linearità provoca l'ingresso di grandi disturbi nel sistema che entreranno anche nelle linee di consumo portando all'intero sistema malsano.

6. Una causa meno tipica dei problemi di alta tensione è causata dai trasformatori locali che sono stati impostati per aumentare la tensione per compensare i livelli di tensione ridotti. Ciò si verifica più spesso in strutture con carichi pesanti alla fine delle linee di distribuzione. Quando i carichi pesanti sono in funzione, viene mantenuto un livello di tensione normale ma quando i carichi vengono spenti, i livelli di tensione aumentano.

7. Durante strani eventi, il trasformatore si brucia a causa del sovraccarico e del cortocircuito nel loro avvolgimento. Inoltre, la temperatura dell'olio aumenta a causa dell'aumento del livello di corrente che scorre attraverso i loro avvolgimenti interni. Ciò si traduce in un aumento inaspettato di tensione, corrente o temperatura nel trasformatore di distribuzione.

8. I dispositivi elettrici sono progettati per funzionare a una determinata tensione standard affinché il prodotto raggiunga livelli specifici di prestazioni, efficienza, sicurezza e affidabilità. Il funzionamento di un dispositivo elettrico al di sopra dell'intervallo del livello di tensione specificato può portare a problemi come malfunzionamento, spegnimento, surriscaldamento, guasto prematuro, ecc. Ad esempio, ci si può aspettare che un circuito stampato abbia una vita più breve se azionato al di sopra della sua tensione nominale per lunghi periodi.

Trasformatore

Soluzione:

1. Il progetto del sistema basato su microcontrollore consiste nel monitorare le fluttuazioni di tensione sul lato ingresso / uscita del trasformatore e acquisire dati in tempo reale.
2. Sviluppo del cambio automatico della presa del trasformatore mediante servomotori / stepper.
3. Il sistema dovrebbe far scattare l'allarme durante i livelli di tensione di soglia o di emergenza.
4. Il sistema dovrebbe essere robusto e affidabile.
5. Il sistema può essere montato su trasformatori da esterno.
6. La progettazione del monitoraggio continuo della temperatura dell'olio dei trasformatori di distribuzione si confronterà con i valori nominali e si prenderà cura dell'azione corrispondente.
7. Uso di dispositivi come stabilizzatori automatici di tensione (AVR), stabilizzatori del sistema di alimentazione, FATTI, ecc. Nella rete del sistema di alimentazione.

Fattibilità tecnica:

Sistema di registrazione dati basato su microcontrollore (MDLS):

MDLS non richiede hardware aggiuntivo e consente la selezione della quantità di dati e degli intervalli di tempo tra di loro. I dati raccolti possono essere facilmente esportati su un PC tramite una porta seriale. MDLS è molto compatto perché impiega pochi circuiti integrati. Un design MDLS selezionato deve soddisfare i seguenti requisiti

1. Dovrebbe essere facilmente programmabile.
2. L'utente deve essere in grado di scegliere i tassi di misurazione.
3. Dovrebbe eseguire il backup dei dati quando l'alimentazione del sistema viene momentaneamente interrotta o rimossa completamente.
4. Dovrebbe essere in grado di esportare i dati su un PC tramite una porta seriale.
5. Dovrebbe essere semplice e poco costoso.

Spero che tu abbia compreso il concetto di trasmissione CA flessibile dall'articolo precedente. In caso di domande su questo concetto o sui componenti elettrici e progetti elettronici lascia la sezione commenti qui sotto.

Diritti d'autore della foto

• Cir flessibile di mathworks