Proč je nutný flexibilní AC přenosový systém?

V konvenčním přenosovém systému střídavého proudu je schopnost přenášet střídavý proud omezena několika faktory, jako jsou tepelné limity, mez přechodové stability, mez napětí, mez zkratového proudu atd. Tyto meze definují maximální elektrický výkon, který lze účinně přenášet přes přenosové vedení, aniž by došlo k poškození elektrického zařízení a přenosových vedení. Toho je obvykle dosaženo provedením změn v uspořádání energetického systému. To však není možné a další způsob, jak dosáhnout maximální schopnosti přenosu energie bez jakýchkoli změn v uspořádání energetického systému. Také se zavedením zařízení s proměnnou impedancí, jako jsou kondenzátory a induktory, se veškerá energie nebo energie ze zdroje nepřenáší na zátěž, ale část se v těchto zařízeních ukládá jako jalový výkon a vrací se ke zdroji. Skutečné množství energie přenesené do zátěže nebo činného výkonu je tedy vždy menší než zdánlivý výkon nebo čistý výkon. Pro ideální přenos by se činný výkon měl rovnat zdánlivému výkonu. Jinými slovy, účiník (poměr činného výkonu ke zdánlivému) by měl být jednota. To je místo, kde přichází role flexibilního AC přenosového systému.

“zapojení dvoucestného spínače ”

Než se podíváme na podrobnosti o FAKTECH, vysvětlíme si krát účiník.

Co je to Power Factor?

Účiník je definován jako poměr činného výkonu ke zdánlivému výkonu v obvodu.

Bez ohledu na to, jaký je účiník, na druhé straně by generující výkon měl umisťovat stroje na dodávání konkrétního napětí a proudu. Generátory musí být schopny odolat odhadovanému napětí a proudu vyrobené energie. Hodnota účiníku (PF) je mezi 0,0 a 1,0.

Pokud je účiník nulový, je proudový tok zcela reaktivní a výkon uložený v zátěži se vrací po každém cyklu. Když je účiník 1, veškerý proud dodávaný zdrojem je pohlcen zátěží. Účiník se obecně vyjadřuje jako vedení nebo zpoždění napětí.

Testovací obvod jednotkového účiníku

Obvod s napájením je 230 V a tlumivka je zapojena do série. K vylepšení účiníku je nutné paralelně připojit kondenzátory přes přepínače SCR. Když je obtokový spínač vypnutý, tlumivka funguje jako induktor a stejný proud bude proudit v obou rezistorech 10R / 10W. CT se používá jako primární strana, která je připojena ke společnému bodu rezistorů. Druhý bod CT jde do jednoho ze společných bodů přepínače DPDT S1. Zatímco je přepínač DPDT přesunut doleva, je snímán pokles napětí úměrný proudu, aby se vyvinulo zvýšené napětí. Pokles napětí je úměrný zpožděnému proudu. Primární napětí z CT tedy poskytuje zaostávající proud.

Pokud je použit řídicí obvod založený na mikrokontroléru, pak přijímá nulové referenční hodnoty proudu a porovnává se s nulovou referenční hodnotou napětí pro výpočet účiníku na základě jejich časového rozdílu. Takže v závislosti na požadovaném časovém rozdílu č. spínačů SCR je zapnuto, čímž se spínají další kondenzátory, dokud není účiník téměř jednotný.

V závislosti na poloze spínače tedy lze snímat zaostávající proud nebo kompenzovaný proud a displej poskytuje odpovídajícím způsobem časové zpoždění mezi napětími, proudem se zobrazením účiníku.

nepojmenovaná

Co je flexibilní systém přenosu střídavého proudu (FACTS)?

NA Flexibilní AC přenosový systém se týká systému sestávajícího z výkonových elektronických zařízení spolu se zařízeními výkonového systému za účelem zvýšení ovladatelnosti a stability přenosového systému a zvýšení schopností přenosu energie. S vynálezem tyristorového spínače se otevřely dveře pro vývoj výkonových elektronických zařízení známých jako ovladače FACTS (Flexible AC transmission systems). Systém FACT se používá k zajištění ovladatelnosti vysokonapěťové strany sítě začleněním výkonových elektronických zařízení k zavedení indukčního nebo kapacitního výkonu do sítě.

4 typy řadičů FACTS

Řadiče řad: Řadiče řady se skládají z kondenzátorů nebo reaktorů, které přivádějí napětí do série s vedením. Jsou to zařízení s proměnnou impedancí. Jejich hlavním úkolem je snížit indukčnost přenosového vedení. Dodávají nebo spotřebovávají proměnný jalový výkon. Příklady řadičů řady jsou SSSC, TCSC, TSSC atd.
Ovládače směšovače: Regulátory bočníku se skládají z zařízení s proměnnou impedancí, jako jsou kondenzátory nebo reaktory, které přivádějí proud do série s linkou. Jejich hlavním úkolem je snížit kapacitu přenosového vedení. Vstřikovaný proud je ve fázi s síťovým napětím. Příklady směšovačů jsou STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Regulátory shuntové řady: Tyto řadiče zavádějí proud do série pomocí řadičů řady a napětí ve směšovači pomocí směšovačů. Příkladem je UPFC.
Řadiče řady Series : Tyto řadiče se skládají z kombinace řadových řadičů, přičemž každý řadič poskytuje sériovou kompenzaci a také přenos skutečného výkonu po lince. Příkladem je IPFC.

2 typy řadičů řady

Tyristorem řízený sériový kondenzátor (TCSC): Tyristorem řízený sériový kondenzátor (TCSC) používá křemíkem řízené usměrňovače ke správě kondenzátorové banky zapojené do série s linkou. To umožňuje nástroj pro přenos více energie na určené lince. Obvykle se skládá z tyristorů zapojených do série s induktorem a připojených přes kondenzátor. Může pracovat v režimu blokování, kdy není spuštěn tyristor a proud prochází pouze kondenzátorem. Může pracovat v režimu bypassu, kde je proud přemostěn na tyristor a celý systém se chová jako síť s impedancí bočníku.

Synchronní kompenzátory statické řady : SSSC je jednoduše sériová verze STATCOM. Ty se nepoužívají v komerčních aplikacích jako nezávislé řadiče. Skládají se ze zdroje synchronního napětí v sérii s linkou tak, že zavádí kompenzační napětí v sérii s linkou. Mohou zvýšit nebo snížit pokles napětí na lince.

2 paralelní ovladače

Statické proměnné kompenzátory : Statický variabilní kompenzátor je nejprimitivnější a první generace FACTS řadiče. Tento kompenzátor se skládá z rychlého tyristorového spínače ovládajícího reaktor a / nebo zkratovou kapacitní banku, která zajišťuje dynamickou kompenzaci bočníku. Obvykle se skládají z bočních připojených zařízení s proměnnou impedancí, jejichž výstup lze upravit pomocí výkonových elektronických spínačů, aby se do vedení zavedla kapacitní nebo indukční reaktance. Může být umístěn uprostřed linky pro zvýšení maximální schopnosti přenosu energie a může být také umístěn na konci linky pro kompenzaci odchylek způsobených zatížením.

3 typy SVC jsou

TSR (Thyristor Switched Reactor) : Skládá se z bočníku připojeného induktoru, jehož impedance je řízena postupným způsobem pomocí tyristorového spínače. Tyristor je vypalován pouze v úhlech 90 a 180 stupňů.
TSC (tyristorový spínaný kondenzátor) : Skládá se z bočníku připojeného kondenzátoru, jehož impedance je řízena stupňovitě pomocí tyristoru. Způsob ovládání pomocí SCR je stejný jako u TSR.
TCR (tyristorem řízený reaktor) : Skládá se z cívky připojené k bočníku, jejíž impedance je řízena metodou zpoždění úhlu zážehu SCR, kde je řízena palba tyristoru, což způsobuje změnu proudu procházejícího cívkou.

STATCOM (statický synchronní kompenzátor) : Skládá se ze zdroje napětí, kterým může být zdroj stejnosměrné energie nebo kondenzátor nebo induktor, jehož výstup lze řídit pomocí tyristoru. Používá se k absorbování nebo generování jalového výkonu.

Řadicí směšovač - Jednotný řadič toku energie:

Jedná se o kombinaci STATCOM a SSSC, takže oba jsou kombinovány pomocí společného stejnosměrného zdroje a poskytují aktivní i reaktivní sériovou kompenzaci. Řídí všechny parametry přenosu střídavého proudu.

Regulace napětí v ustáleném stavu pomocí SVC pro flexibilní systémy přenosu střídavého proudu

Flexibilní cir

Ke generování napěťových pulzů přecházejících nulu potřebujeme digitalizované napěťové a proudové signály. Napěťový signál ze sítě je odebírán a je přeměňován na pulzující stejnosměrný proud můstkovým usměrňovačem a je předáván komparátoru, který generuje digitální napěťový signál. Podobně se proudový signál převádí na napěťový signál tím, že se provede úbytek napětí zátěžového proudu přes rezistor. Tento střídavý signál bude znovu převeden na digitální signál jako napěťový signál. Poté jsou tyto digitalizované napěťové a proudové signály odeslány do mikrokontroléru. Mikrokontrolér vypočítá časový rozdíl mezi body přechodu nuly napětí a proudu, jejichž poměr je přímo úměrný účiníku a určuje rozsah, ve kterém je výkon. Stejným způsobem lze pomocí tyristorového spínaného reaktoru (TSR) generovat také nulové napěťové impulzy pro zlepšení stability napětí.

Flexibilní AC přenosový systém od SVC

Výše uvedený obvod lze použít ke zlepšení účiníku přenosových vedení pomocí SVC. Používá tyristorové spínané kondenzátory (TSC) založené na kompenzaci bočníku řádně řízené z naprogramovaného mikrokontroléru. To je užitečné ke zlepšení účiníku. Pokud je připojena indukční zátěž, účiník zaostává kvůli zpoždění zátěžového proudu. Aby se to vyrovnalo, je připojen bočníkový kondenzátor, který odebírá proud vedoucí zdrojové napětí. Poté dojde ke zlepšení účiníku. Časová prodleva mezi impulsy nulového napětí a nulovým proudem je řádně generována operačními zesilovači v komparačním režimu, které jsou napájeny do řady mikrokontrolérů 8051.

Pomocí regulátoru FACTS lze regulovat jalový výkon. Sub synchronní rezonance (SSR) je jev, který lze za určitých nepříznivých podmínek spojit se sériovou kompenzací. Odstranění SSR lze provést pomocí řadičů FACTS. Mezi výhody zařízení FACTS patří finanční výhody, vyšší kvalita dodávek, zvýšená stabilita atd.

Problém s flexibilním střídavým přenosovým systémem a způsob, jak jej vyřešit

Pro flexibilní přenos střídavého proudu , polovodičová zařízení jsou často zabudována do obvodů, které se používají ke zlepšení účiníku a ke zvýšení limitů AC přenosového systému. Hlavní nevýhodou však je, že tato zařízení jsou nelineární a indukují harmonické ve výstupním signálu systému.

K odstranění harmonických vytvořených v důsledku začlenění výkonových elektronických zařízení do přenosového systému střídavého proudu je nutné použít aktivní filtry, kterými mohou být proudové napájecí filtry nebo napájecí napájecí zdroj. První zahrnuje výrobu AC sinusového. Technika spočívá buď v přímém řízení proudu nebo v řízení výstupního napětí filtračního kondenzátoru. Toto je metoda regulace napětí nebo nepřímého proudu. Filtry činného výkonu vstřikují proud, který má stejnou velikost, ale opačnou fázi, než harmonický proud, který je odebírán zátěží, takže se tyto dva proudy navzájem ruší a zdrojový proud je zcela sinusový. Filtry činného výkonu obsahují výkonová elektronická zařízení, která vytvářejí složky harmonického proudu, které ruší složky harmonického proudu výstupního signálu v důsledku nelineárních zátěží. Filtry aktivního napájení se obecně skládají z kombinace bipolárního tranzistoru s izolovaným hradlem a diody napájené kondenzátorem stejnosměrné sběrnice. Aktivní filtr je řízen pomocí metody řízení nepřímého proudu. IGBT nebo bipolární tranzistor s izolovanou bránou je bipolární aktivní zařízení řízené napětím, které zahrnuje funkce BJT i MOSFET. U střídavého přenosového systému může směšovací aktivní filtr eliminovat harmonické složky, zlepšit účiník a vyvážit zátěže.

Správa napájení transformátoru

Problémové prohlášení:

1. Chronické vysoké napětí lze nejčastěji přičíst nadměrné korekci poklesu napětí v systému přenosu a distribuce elektřiny. Pokles napětí na elektrických vodičích je běžná situace kdekoli. Ale v místech s nízkou hustotou elektrického zatížení, jako jsou předměstské a venkovské oblasti, zvětšuje problém dlouhý vodič.

2. Impedance způsobí, že napětí klesá po délce vodiče, jak se zvyšuje proudový proud, aby vyhověl poptávce. Ke korekci úbytků napětí využívá nástroj pro změnu napětí regulátory napětí (OLTC) a regulátory napětí kompenzující pokles napětí (LDC) ke zvýšení (zvýšení) nebo snížení (snížení) napětí.

3. Zákazníci nejblíže OLTC nebo LDC se mohou setkat s přepětím, protože se společnost snaží překonat pokles napětí vodičů u těchto zákazníků na vzdáleném konci linky.

4. Na mnoha místech je dopad poklesu napětí poháněného zátěží považován za denní výkyvy, které vedou k tomu, že úrovně napětí jsou nejvyšší v době nejnižší poptávky po zátěži.

5. Z důvodu časově proměnného zatížení a šíření nelinearita způsobí, že do systému vstoupí velké poruchy, které také vstoupí do spotřebitelských linek, což vede k nezdravému celému systému.

6. Méně typickou příčinu problémů s vysokým napětím způsobují místní transformátory, které byly nastaveny na zvýšení napětí, aby vyrovnaly snížené úrovně napětí. K tomu nejčastěji dochází v zařízeních s těžkými břemeny na konci distribučních vedení. Když jsou v provozu těžké zátěže, je udržována normální úroveň napětí, ale když jsou zátěže vypnuty, úrovně napětí vystřelí nahoru.

“schéma zapojení nabíječky solárních baterií ”

7. Během zvláštních událostí je transformátor vyhořel v důsledku přetížení a zkratu ve vinutí. Teplota oleje se také zvyšuje v důsledku zvýšení úrovně proudu protékajícího jejich vnitřními vinutími. To má za následek neočekávané zvýšení napětí, proudu nebo teploty v distribučním transformátoru.

8. Elektrická zařízení jsou konstruována pro provoz při určitém standardním napětí, aby produkt dosáhl stanovené úrovně výkonu, účinnosti, bezpečnosti a spolehlivosti. Provoz elektrického zařízení nad stanovený rozsah úrovní napětí může vést k problémům, jako je porucha, vypnutí, přehřátí, předčasná porucha atd. Například lze očekávat, že deska s plošnými spoji bude mít kratší životnost, pokud bude provozována nad jmenovité napětí po dlouhá období.

Transformátor

Řešení:

Systém založený na mikrokontroléru má monitorovat kolísání napětí na vstupní / výstupní straně transformátoru a získávat data v reálném čase.
Vývoj automatické změny odboček transformátoru pomocí servo / krokových motorů.
Systém by měl aktivovat alarm během prahových úrovní napětí nebo v případě nouze.
Systém by měl být spolehlivý a odolný.
Systém lze namontovat na venkovní transformátory.
Návrh průběžného monitorování teploty oleje distribučních transformátorů bude srovnáván podle jmenovitých hodnot a odpovídající akce se postará.
Používání zařízení, jako jsou automatické stabilizátory napětí (AVR), stabilizátory napájecího systému, FAKTA atd., V síti napájecího systému.

Technická proveditelnost:

Systém pro záznam dat založený na mikrokontroléru (MDLS):

MDLS nevyžaduje žádný další hardware a umožňuje výběr množství dat a časových intervalů mezi nimi. Shromážděná data lze snadno exportovat do počítače přes sériový port. MDLS je velmi kompaktní, protože využívá několik integrovaných obvodů. Zvolený design MDLS by měl splňovat následující požadavky

Mělo by to být snadno programovatelné.
Uživatel musí být schopen zvolit rychlost měření.
Mělo by zálohovat data, když je napájení systému na okamžik přerušeno nebo zcela odstraněno.
Mělo by být možné exportovat data do počítače přes sériový port.
Mělo by to být jednoduché a levné.

Doufám, že jste pochopili koncept flexibilního střídavého přenosu z výše uvedeného článku. Máte-li jakékoli dotazy týkající se tohoto konceptu nebo elektrických a elektronické projekty opusťte sekci komentáře níže.

Fotografický kredit