مقدمه
در سالهای اخیر سیستم های انتقال AC انعطاف پذیر (FACTS)، به جهت کنترل پذیری بالا در سیستم های قدرت به عنوان یک ابزار شناخته شده مطرح بوده اند و این کنترل توسط وسائل الکترونیک قدرت حاصل می شود. چندین وسیله از این نوع برای کاربردهای متنوعی در سراسر دنیا معرفی شده است. یک تعداد از انواع جدید این وسائل در مرحله معرفی شدن به صورت عملی هستند. در بیشتر کاربردها، کنترل پذیری برای اجتناب از هزینه فشرده یا موردنیاز برای توسعه سیستم های قدرت استفاده می شود مثلاً بروزرسانی ها یا اضافه کردن ایستگاه ها و خطوط توان. وسائل FACTS یک تطبیق بهتر برای تغییر شرایط اضافی تأمین می کند و استفاده از تأسیسات موجود را بهبود می بخشد.
کاربردهای اساسی وسائل FACTS
کنترل شارش توان
افزایش ظرفیت انتقال
کنترل ولتاژ
جبران توان راکتیو
بهبود پایداری
بهبود کیفیت توان
تهویه برق
تخفیف فلیکر
اتصال داخلی تولید توزیع شده و تجدیدپذیر و ذخیره سازها
در کاربردهای عملی موردنیاز، احتیاجات و سودمندیها باید با دقت برای برآورده سازی سرمایه گذاری یک وسیله جدید پیچیده در نظر گرفته شود. شکل 1 ایده اساسی FACTS را برای سیستم های انتقال نشان می دهد. بکارگیری خطوط برای انتقال توان اکتیو باید به طور ایده آل تا حدود گرمایی باشد. محدودیت های ولتاژ و پایداری با استفاده از چندین وسیله FACTS متفاوت جابجا می شود. می تواند دیده شود که با رشد طول خط، فرصت برای این وسائل اهمیت بیشتری پیدا می کند.
تأثیر وسائل FACTS از طریق جبران موازی کنترل شده یا کلید شده، جبران سری یا کنترل شیفت فازی بدست آورده می شود. وسائل از نظر الکتریکی به عنوان کنترل کننده های جریان سریع ، ولتاژ یا امپدانس کار می کنند. الکترونیک قدرت اجازه تغییر زمان واکنش بسیار کوتاه زیر یک ثانیه را ممکن می سازد.
شکل 1) محدودیت های عملی خطوط انتقال برای سطوح ولتاژ متفاوت
بررسی اجمالی
توسعه وسائل FACTS با رشد ظرفیت های اجزای الکترونیک قدرت شروع شد. وسائل برای سطوح توان بالا در مبدل های سطح بالا و حتی بالاترین سطوح ولتاژ موجود است. نقاط شروع کلی، عناصر شبکه هستند که بر توان راکتیو یا امپدانس قسمتی از سیستم توان تأثیر می گذارند. شکل 2 یک تعداد وسائل اساسی تقسیم شده به نوع مرسوم و نوع وسائل FACTS را نشان می دهد.
برای طرف FACTS طبقه بندی از نظر پویا و استاتیک نیاز به توضیح دارد. عبارت دینامیک برای بیان کنترل پذیری سریع وسائل FACTS تأمین شده بوسیله الکترونیک قدرت استفاده می شود. این یکی از اصلی ترین عوامل تمایز از وسائل مرسوم است. عبارت استاتیک به این معنی است که وسائل هیچ قسمت متحرکی مثل کلیدهای مکانیکی برای انجام کنترل پذیری دینامیکی ندارند. بنابراین بیشتر وسائل FACTS می توانند به طور مساوی استاتیک و دینامیک باشند.
ستون چپ در شکل 2 شامل وسائل مرسومی است که از اجزای ثابت یا مکانیک قابل تغییر مثل مقاومت، اندوکتانس یا ظرفیت همراه با ترانسفورماتور ساخته شده است. وسائل FACTS شامل این عناصر همچنین از شیرها یا مبدل های الکترونیک قدرت اضافی برای سوئیچ عناصر در استپ های کوچکتر یا با طرح های کلیدزنی داخل یک سیکل از جریان متناوب استفاده می کند. ستون چپ وسائل FACTS از شیرهای تریستوری یا مبدل ها استفاده می کند. این شیرها یا مبدل ها از چندین سال پیش شناخته شده هستند. آنها دارای تلفات پایین هستند که علت آن فرکانس کلیدزنی پایین یک سیکل در مبدل ها یا بکارگیری تریستورها برای ساده سازی امپدانس های پل ساده در شیرها می باشد.
طرف راست وسائل FACTS شامل تکنولوژی پیشرفته تر مبدل های منبع ولتاژ است که امروزه عمدتا بر اساس IGBT یا IGCT می باشند. مبدل های منبع ولتاژ یک ولتاژ آزاد قابل کنترل بر حسب دامنه و فاز یک مدولاسیون پهنای پالسی IGBT یا ICGT تأمین می کنند. فرکانس های مدولاسیون بالا اجازه بدست آوردن هارمونیک های پایین در سیگنال خروجی و حتی برای جبران اختلالات ناشی از شبکه را بدست می دهد. عیب این است که با یک افزایش در فرکانس کلیدزنی، تلفات همچنین افزایش می یابد. بنابراین طراحی های خاص مبدل ها برای جبران این لازم است.
در هر ستون عناصر می تواند بر طبق اتصال اشان به سیستم توان تعیین ساختار شود. وسائل موازی در درجه اول برای جبران توان راکتیو و بنابراین کنترل ولتاژ هستند. SVC در مقایسه با جبران خسارت مکانیکی کنترل صاف و دقیق تری را ارائه می دهد. آن پایداری شبکه را بهبود می بخشد و می تواند به طور لحظه ای برای وضعیت های جدید تطبیق داده شود. STATCOM دارای یک استپ بیشتر می باشد و قادر به بهبود کیفیت توان حتی در برابر افت و فلیکر می باشد (برای آشنایی بیشتر با این دو وسیله پست ادوات موازی FACTS را ملاحظه کنید).
شکل 2) بررسی اجمالی وسائل FACTS اساسی