Warum wird ein flexibles Wechselstromübertragungssystem benötigt?

In einem herkömmlichen Wechselstromübertragungssystem ist die Fähigkeit zur Übertragung von Wechselstrom durch verschiedene Faktoren wie thermische Grenzen, Übergangsstabilitätsgrenze, Spannungsgrenze, Kurzschlussstrombegrenzung usw. begrenzt. Diese Grenzen definieren die maximale elektrische Leistung, die effizient durch das übertragen werden kann Übertragungsleitung, ohne die elektrische Ausrüstung und die Übertragungsleitungen zu beschädigen. Dies wird normalerweise durch Änderungen im Layout des Stromversorgungssystems erreicht. Dies ist jedoch nicht möglich und ein weiterer Weg, um eine maximale Energieübertragungsfähigkeit ohne Änderungen im Layout des Stromversorgungssystems zu erreichen. Auch bei der Einführung von Geräten mit variabler Impedanz wie Kondensatoren und Induktivitäten wird nicht die gesamte Energie oder Leistung von der Quelle auf die Last übertragen, sondern ein Teil wird in diesen Geräten als Blindleistung gespeichert und zur Quelle zurückgeführt. Somit ist die tatsächlich auf die Last oder die Wirkleistung übertragene Leistungsmenge immer geringer als die Scheinleistung oder die Nettoleistung. Für eine ideale Übertragung sollte die Wirkleistung gleich der Scheinleistung sein. Mit anderen Worten sollte der Leistungsfaktor (das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung) Eins sein. Hier kommt die Rolle eines flexiblen Wechselstromübertragungssystems ins Spiel.

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Bevor wir auf Details zu FACTS eingehen, lassen Sie uns kurz auf den Leistungsfaktor eingehen.

Was ist Leistungsfaktor?

Der Leistungsfaktor ist definiert als das Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung in der Schaltung.

Unabhängig vom Leistungsfaktor sollte die erzeugende Leistung Maschinen dazu bringen, eine bestimmte Spannung und einen bestimmten Strom zu liefern. Die Generatoren müssen in der Lage sein, der geschätzten Spannung und dem geschätzten Strom der erzeugten Leistung standzuhalten. Der Wert für den Leistungsfaktor (PF) liegt zwischen 0,0 und 1,0.

Wenn der Leistungsfaktor Null ist, ist der Stromfluss vollständig reaktiv und die in der Last gespeicherte Leistung kehrt bei jedem Zyklus zurück. Wenn der Leistungsfaktor 1 ist, wird der gesamte von der Quelle gelieferte Strom von der Last verschlungen. Im Allgemeinen wird der Leistungsfaktor als Vor- oder Nachlauf der Spannung ausgedrückt.

Einheitsleistungsfaktor-Testschaltung

Der Stromkreis mit Stromversorgung ist 230 V und eine Drossel ist alle in Reihe geschaltet. Kondensatoren müssen über SCR-Schalter parallel geschaltet werden, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Während der Bypass-Schalter ausgeschaltet ist, wirkt die Drossel als Induktivität und in beiden 10R / 10W-Widerständen fließt der gleiche Strom. Als Primärseite wird ein Stromwandler verwendet, der mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände verbunden ist. Der andere Punkt des Stromwandlers geht zu einem der gemeinsamen Punkte eines DPDT S1-Schalters. Während der DPDT-Schalter nach links bewegt wird, wird der zum Strom proportionale Spannungsabfall von ihm erfasst, um eine erhöhte Spannung zu entwickeln. Der Spannungsabfall ist proportional zum Nachlaufstrom. Somit liefert die Primärspannung vom Stromwandler einen nacheilenden Strom.

Bei Verwendung einer auf Mikrocontrollern basierenden Steuerschaltung werden dann Nullstromreferenzen empfangen und mit der Nullspannungsreferenz verglichen, um den Leistungsfaktor basierend auf ihrer Zeitdifferenz zu berechnen. Also je nach Zeitunterschied erforderlich nein. der SCR-Schalter werden eingeschaltet, wodurch zusätzliche Kondensatoren geschaltet werden, bis der Leistungsfaktor nahe eins ist.

Somit kann man abhängig von der Schalterstellung den Nachlaufstrom oder den kompensierten Strom erfassen und die Anzeige liefert dementsprechend die Zeitverzögerung zwischen Spannungen, Strom mit Leistungsfaktoranzeige.

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Was ist ein flexibles Wechselstromübertragungssystem (FACTS)?

ZU Flexibles Wechselstromübertragungssystem bezieht sich auf das System, das aus leistungselektronischen Geräten zusammen mit Leistungssystemgeräten besteht, um die Steuerbarkeit und Stabilität des Übertragungssystems zu verbessern und die Leistungsübertragungsfähigkeiten zu erhöhen. Mit der Erfindung des Thyristorschalters öffnete sich die Tür für die Entwicklung von Leistungselektronikgeräten, die als FACTS-Steuerungen (Flexible AC Transmission Systems) bekannt sind. Das FACT-System wird verwendet, um die Steuerbarkeit der Hochspannungsseite des Netzwerks bereitzustellen, indem leistungselektronische Geräte eingebaut werden, um induktive oder kapazitive Leistung in das Netzwerk einzuführen.

4 Arten von FACTS-Controllern

Seriensteuerungen: Serienregler bestehen aus Kondensatoren oder Drosseln, die Spannung in Reihe mit der Leitung einleiten. Sie sind Geräte mit variabler Impedanz. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Induktivität der Übertragungsleitung zu verringern. Sie liefern oder verbrauchen variable Blindleistung. Beispiele für Seriensteuerungen sind SSSC, TCSC, TSSC usw.
Shunt-Controller: Shunt-Regler bestehen aus Geräten mit variabler Impedanz wie Kondensatoren oder Drosseln, die Strom in Reihe mit der Leitung einleiten. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Kapazität der Übertragungsleitung zu verringern. Der eingespeiste Strom ist in Phase mit der Netzspannung. Beispiele für Shunt-Controller sind STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Controller der Shunt-Serie: Diese Steuerungen führen Strom in Reihe unter Verwendung der Reihenregler und Spannung im Nebenschluss unter Verwendung der Nebenschlussregler ein. Ein Beispiel ist UPFC.
Serie-Serie-Controller : Diese Regler bestehen aus einer Kombination von Serienreglern, wobei jeder Regler eine Serienkompensation und auch die Übertragung der Wirkleistung entlang der Leitung bietet. Ein Beispiel ist IPFC.

2 Arten von Serienreglern

Thyristorgesteuerter Reihenkondensator (TCSC): Der Thyristor-gesteuerte Serienkondensator (TCSC) verwendet siliziumgesteuerte Gleichrichter, um eine Kondensatorbank zu verwalten, die in Reihe mit einer Leitung geschaltet ist. Dies ermöglicht es dem Dienstprogramm, mehr Strom auf eine bestimmte Leitung zu übertragen. Es besteht im Allgemeinen aus den Thyristoren, die mit einem Induktor in Reihe geschaltet und über einen Kondensator geschaltet sind. Es kann im Sperrmodus arbeiten, in dem der Thyristor nicht ausgelöst wird und nur Strom durch den Kondensator fließt. Es kann im Bypass-Modus arbeiten, bei dem der Strom zum Thyristor umgeleitet wird und sich das gesamte System wie ein Shunt-Impedanznetzwerk verhält.

Synchronkompensatoren der statischen Serie : SSSC ist einfach eine Serienversion von STATCOM. Diese werden in kommerziellen Anwendungen nicht als unabhängige Steuerungen verwendet. Sie bestehen aus der synchronen Spannungsquelle in Reihe mit der Leitung, so dass eine Kompensationsspannung in Reihe mit der Leitung eingeleitet wird. Sie können den Spannungsabfall über die Leitung erhöhen oder verringern.

2 parallele Steuerungen

Statische Variablenkompensatoren : Der statische variable Kompensator ist der primitivste FACTS-Controller der ersten Generation. Dieser Kompensator besteht aus einem schnellen Thyristorschalter, der eine Drossel und / oder eine kapazitive Nebenschlussbank steuert, um eine dynamische Nebenschlusskompensation bereitzustellen. Sie bestehen im Allgemeinen aus Geräten mit variabler Impedanz, deren Ausgang über leistungselektronische Schalter eingestellt werden kann, um eine kapazitive oder induktive Reaktanz in die Leitung einzuführen. Es kann in der Mitte der Leitung platziert werden, um die maximale Leistungsübertragungsfähigkeit zu erhöhen, und kann auch am Ende der Leitung platziert werden, um Schwankungen aufgrund der Last auszugleichen.

3 Arten von SVC sind

TSR (Thyristor Switched Reactor) : Es besteht aus einem Induktor mit Shunt-Anschluss, dessen Impedanz schrittweise über einen Thyristorschalter gesteuert wird. Der Thyristor wird nur in Winkeln von 90 und 180 Grad abgefeuert.
TSC (Thyristor Switched Capacitor) : Es besteht aus einem Shunt-Kondensator, dessen Impedanz schrittweise mit einem Thyristor geregelt wird. Die Art der Steuerung unter Verwendung des SCR ist dieselbe wie die des TSR.
TCR (Thyristor-gesteuerter Reaktor) : Es besteht aus einem Shunt-verbundenen Induktor, dessen Impedanz durch das Zündwinkelverzögerungsverfahren von SCR gesteuert wird, wobei das Zünden des Thyristors gesteuert wird, wodurch eine Änderung des Stroms durch den Induktor verursacht wird.

STATCOM (Statischer Synchronkompensator) : Es besteht aus einer Spannungsquelle, die eine Gleichstromquelle oder ein Kondensator oder eine Induktivität sein kann, deren Ausgang mit einem Thyristor gesteuert werden kann. Sie dient zur Absorption oder Erzeugung von Blindleistung.

Ein Series-Shunt-Controller - Unified Power Flow Controller:

Sie sind eine Kombination aus STATCOM und SSSC, sodass beide unter Verwendung einer gemeinsamen Gleichstromquelle kombiniert werden und sowohl eine aktive als auch eine reaktive Serienleitungskompensation bieten. Es steuert alle Parameter der Wechselstromübertragung.

Steady-State-Spannungsregelung mit SVC für flexible Wechselstromübertragungssysteme

Flexibler Kreis

Um Nulldurchgangsspannungsimpulse zu erzeugen, benötigen wir digitalisierte Spannungs- und Stromsignale. Das Spannungssignal vom Netz wird genommen und durch einen Brückengleichrichter in pulsierenden Gleichstrom umgewandelt und einem Komparator übergeben, der das digitale Spannungssignal erzeugt. In ähnlicher Weise wird das Stromsignal in das Spannungssignal umgewandelt, indem der Spannungsabfall des Laststroms über einen Widerstand genommen wird. Dieses Wechselstromsignal wird wieder als Spannungssignal in das digitale Signal umgewandelt. Diese digitalisierten Spannungs- und Stromsignale werden dann an den Mikrocontroller gesendet. Der Mikrocontroller berechnet die Zeitdifferenz zwischen den Nulldurchgangspunkten von Spannung und Strom, deren Verhältnis direkt proportional zum Leistungsfaktor ist, und bestimmt den Bereich, in dem sich die Leistung befindet. In gleicher Weise können unter Verwendung einer Thyristor-geschalteten Drossel (TSR) auch Nulldurchgangsspannungsimpulse zur Verbesserung der Spannungsstabilität erzeugt werden.

Flexibles Wechselstromübertragungssystem von SVC

Die obige Schaltung kann verwendet werden, um den Leistungsfaktor von Übertragungsleitungen unter Verwendung von SVC zu verbessern. Es werden Thyristor-geschaltete Kondensatoren (TSC) verwendet, die auf einer Shunt-Kompensation basieren, die ordnungsgemäß von einem programmierten Mikrocontroller gesteuert wird. Dies ist nützlich, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Wenn die induktive Last angeschlossen ist, bleibt der Leistungsfaktor aufgrund der Laststromverzögerung zurück. Um dies zu kompensieren, ist ein Nebenschlusskondensator angeschlossen, der Strom vor der Quellenspannung zieht. Dann wird die Verbesserung des Leistungsfaktors vorgenommen. Die Zeitverzögerung zwischen Nullspannungs- und Nullstromimpulsen wird ordnungsgemäß von Operationsverstärkern im Komparatormodus erzeugt, die der Mikrocontroller-Serie 8051 zugeführt werden.

Mit dem FACTS-Regler kann die Blindleistung geregelt werden. Die sub-synchrone Resonanz (SSR) ist ein Phänomen, das unter bestimmten widrigen Bedingungen mit einer Serienkompensation verbunden sein kann. Die SSR-Eliminierung kann mithilfe von FACTS-Controllern erfolgen. Die Vorteile der FACTS-Geräte sind viele wie ein finanzieller Vorteil, eine verbesserte Versorgungsqualität, eine erhöhte Stabilität usw.

Ein Problem mit dem flexiblen Wechselstromübertragungssystem und ein Weg, es zu lösen

Für ein flexible Übertragung von Wechselstrom In den Schaltkreisen sind häufig Festkörpervorrichtungen enthalten, die zur Verbesserung des Leistungsfaktors und zur Erhöhung der Grenzen des Wechselstromübertragungssystems verwendet werden. Ein Hauptnachteil besteht jedoch darin, dass diese Geräte nichtlinear sind und Oberschwingungen im Ausgangssignal des Systems induzieren.

Um die Oberschwingungen zu entfernen, die durch die Einbeziehung leistungselektronischer Geräte in das Wechselstromübertragungssystem entstehen, müssen aktive Filter verwendet werden, bei denen es sich um Stromquellen-Leistungsfilter oder Spannungsspannungs-Leistungsfilter handeln kann. Ersteres beinhaltet, den Wechselstrom sinusförmig zu machen. Die Technik besteht darin, entweder den Strom direkt zu steuern oder die Ausgangsspannung des Filterkondensators zu steuern. Dies ist die Spannungsregelungs- oder Indirektstromregelungsmethode. Die Wirkleistungsfilter injizieren einen Strom, der gleich groß, aber in der Phase entgegengesetzt zu dem von der Last gezogenen Oberschwingungsstrom ist, so dass sich diese beiden Ströme gegenseitig aufheben und der Quellenstrom vollständig sinusförmig ist. Die aktiven Leistungsfilter enthalten leistungselektronische Geräte zur Erzeugung von Oberschwingungsstromkomponenten, die die Oberschwingungsstromkomponenten des Ausgangssignals aufgrund der nichtlinearen Lasten aufheben. Im Allgemeinen bestehen die Wirkleistungsfilter aus einer Kombination eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate und einer Diode, die von einem Zwischenkreiskondensator gespeist wird. Der aktive Filter wird mit einer indirekten Stromregelungsmethode gesteuert. Der IGBT- oder Insulated Gate-Bipolartransistor ist ein spannungsgesteuertes bipolares aktives Gerät, das die Merkmale von BJT und MOSFET enthält. Für das Wechselstromübertragungssystem kann ein Shunt-Aktivfilter die Oberwellen beseitigen, den Leistungsfaktor verbessern und die Lasten ausgleichen.

Transformator-Energieverwaltung

Problemstellung:

1. Chronische Hochspannung ist meistens auf eine übermäßige Korrektur des Spannungsabfalls im Übertragungs- und Verteilungssystem des Versorgungsunternehmens zurückzuführen. Spannungsabfall an elektrischen Leitern ist überall eine häufige Situation. An Orten mit geringer elektrischer Lastdichte, z. B. in Vorstädten und ländlichen Gebieten, vergrößern lange Leiterbahnen das Problem.

2. Die Impedanz bewirkt, dass die Spannung entlang der Länge eines Leiters abnimmt, wenn der Stromfluss zunimmt, um den Bedarf zu decken. Um Spannungsabfälle zu korrigieren, verwendet das Versorgungsunternehmen Lastregler (OLTCs) und Spannungsregler (LDCs) zur Kompensation von Leitungsabfällen, um die Spannung zu erhöhen (zu erhöhen) oder zu senken (zu senken).

3. Kunden, die einem OLTC oder LDC am nächsten sind, können eine Überspannung feststellen, wenn das Versorgungsunternehmen versucht, den Spannungsabfall der Leiter für diese Kunden am anderen Ende der Leitung zu überwinden.

4. An vielen Standorten werden die Auswirkungen eines lastbedingten Spannungsabfalls als tägliche Schwankungen angesehen, die dazu führen, dass die Spannungspegel zum Zeitpunkt des niedrigsten Lastbedarfs am höchsten sind.

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5. Aufgrund zeitlich variierender Lasten und Ausbreitung verursacht Nichtlinearität, dass große Störungen in das System eintreten, die auch in die Verbraucherleitungen eintreten, was zu einer Ungesundheit des gesamten Systems führt.

6. Eine weniger typische Ursache für Hochspannungsprobleme sind lokale Transformatoren, die so eingestellt sind, dass sie die Spannung erhöhen, um reduzierte Spannungspegel auszugleichen. Dies tritt am häufigsten in Anlagen mit hoher Last am Ende von Verteilungsleitungen auf. Wenn die schweren Lasten in Betrieb sind, wird ein normaler Spannungspegel beibehalten, aber wenn die Lasten abgeschaltet werden, steigen die Spannungspegel an.

7. Bei ungewöhnlichen Ereignissen ist der Transformator aufgrund der Überlastung und des Kurzschlusses in der Wicklung durchgebrannt. Außerdem wird die Öltemperatur aufgrund des Anstiegs des durch ihre inneren Wicklungen fließenden Stroms erhöht. Dies führt zu einem unerwarteten Anstieg von Spannung, Strom oder Temperatur im Verteilungstransformator.

8. Elektrische Geräte sind so ausgelegt, dass sie mit einer bestimmten Standardspannung für das Produkt arbeiten, um bestimmte Leistungs-, Effizienz-, Sicherheits- und Zuverlässigkeitsniveaus zu erreichen. Der Betrieb eines elektrischen Geräts über dem angegebenen Spannungspegelbereich kann zu Problemen wie Fehlfunktionen, Abschalten, Überhitzung, vorzeitigem Ausfall usw. führen. Beispielsweise kann erwartet werden, dass eine Leiterplatte eine kürzere Lebensdauer hat, wenn sie über ihrer Nennspannung für betrieben wird lange Zeiträume.

Transformator

Lösung:

Das Design eines auf Mikrocontrollern basierenden Systems besteht darin, die Spannungsschwankungen auf der Eingangs- / Ausgangsseite des Transformators zu überwachen und Echtzeitdaten zu erfassen.
Entwicklung eines automatischen Transformator-Stufenschalters mit Servo- / Schrittmotoren.
Das System sollte den Alarm während der Schwellenspannung oder im Notfall auslösen.
Das System sollte zuverlässig und robust sein.
Das System kann an Außentransformatoren montiert werden.
Das Design der kontinuierlichen Überwachung der Öltemperatur von Verteiltransformatoren wird mit den Nennwerten verglichen und die entsprechende Maßnahme wird sorgfältig durchgeführt.
Verwendung von Geräten wie automatischen Spannungsstabilisatoren (AVRs), Stabilisatoren des Stromversorgungssystems, FAKTEN usw. im Stromnetz.

Technische Machbarkeit:

Mikrocontroller-basiertes Datenloggersystem (MDLS):

MDLS erfordert keine zusätzliche Hardware und ermöglicht die Auswahl der Datenmenge und der Zeitintervalle zwischen ihnen. Die gesammelten Daten können einfach über eine serielle Schnittstelle auf einen PC exportiert werden. MDLS ist sehr kompakt, da es einige integrierte Schaltkreise verwendet. Ein ausgewähltes MDLS-Design sollte die folgenden Anforderungen erfüllen

Es sollte leicht programmierbar sein.
Der Benutzer muss in der Lage sein, Messraten zu wählen.
Es sollte Daten sichern, wenn die Stromversorgung des Systems vorübergehend unterbrochen oder vollständig unterbrochen wird.
Es sollte in der Lage sein, Daten über eine serielle Schnittstelle auf einen PC zu exportieren.
Es sollte einfach und kostengünstig sein.

Ich hoffe, Sie haben das Konzept der flexiblen Wechselstromübertragung aus dem obigen Artikel verstanden. Wenn Sie Fragen zu diesem Konzept oder der elektrischen und haben elektronische Projekte Hinterlasse den Kommentarbereich unten.

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