Гибкая система передачи переменного тока (иногда: управляемая система передачи переменного тока англ. flexible alternating current transmission system, FACTS ) — это система, используемая для передачи переменного тока . Как правило, в таких системах применяется силовая электроника.

Согласно определению IEEE : система, основанная на силовой электронике (и других элементах), обеспечивающая контроль за одним или более параметрами системы передачи переменного тока для повышения управляемости и увеличения передаваемой мощности.

FACTS увеличивает надежность систем передачи переменного тока, а также снижает потери при передаче энергии. Она улучшает качество передачи и повышает эффективность передачи энергии путём подачи индуктивной или реактивной энергии в энергосистему.

Принцип действия

Компенсация

Для компенсации FACTS включается в энергосистему как шунт. Она работает как управляемый источник тока. Компенсация бывает двух видов:

Продольная компенсация (емкостная)

Этот метод используется для увеличения коэффициента мощности . Так как линия электропередачи включает продольное индуктивное сопротивление, коэффициент мощности снижается под действием индуктивного тока, который отстаёт от напряжения. Для компенсации, в линию продольно включается емкость , которая создаёт ток, опережающий напряжение источника. В результате повышается коэффициент мощности.

Поперечная компенсация (индуктивная)

Этот метод может применяться как при зарядном токе линии (при отсутствии нагрузки), так и при очень малой нагрузке на принимающей стороне. Из-за очень малой или отсутствующей нагрузки по линии протекает очень малый ток. Ёмкость длинной линии вызывает повышение напряжения на принимающей стороне ( (англ.) ( ). Для компенсации к линии подключаются шунтирующие реакторы. Таким образом увеличивается пропускная способность линии, которая описывается уравнением мощности

${\displaystyle P=\left({\frac {EV}{X}}\right)\cdot \sin(\delta )}$ , где δ — угол между напряжениями в начале и конце линии.

Теория

В линиях без потерь величина напряжения на принимающем конце такая же, как и на питающем конце: ${\displaystyle V_{s}=V_{r}=V}$ . Угол задержки δ при передаче определяется реактивной мощностью X.

${\displaystyle {\begin{aligned}{\underline {V_{s}}}&=V\cos \left({\frac {\delta }{2}}\right)+jV\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)\\{\underline {V_{r}}}&=V\cos \left({\frac {\delta }{2}}\right)-jV\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)\\{\underline {I}}&={\frac {{\underline {V_{s}}}-{\underline {V_{r}}}}{jX}}={\frac {2V\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)}{X}}\end{aligned}}}$

В линиях без потерь активная мощность P в любой точке равна:

${\displaystyle P_{s}=P_{r}=P=V\cos \left({\frac {\delta }{2}}\right)\cdot {\frac {2V\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)}{X}}={\frac {V^{2}}{X}}\sin(\delta )}$

Реактивная мощность питающей стороны противоположна реактивной мощности принимающей стороны:

${\displaystyle Q_{s}=-Q_{r}=Q=V\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)\cdot {\frac {2V\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)}{X}}={\frac {V^{2}}{X}}(1-\cos \delta )}$

Так как δ мал, активная мощность зависит, в основном, от δ, в то время как реактивная мощность зависит от величины напряжения.

Компенсация при последовательном включении

Гибкая система передачи переменного тока при последовательном включении изменяет импеданс линии: X снижается, а передаваемая активная мощность повышается.

${\displaystyle {\begin{aligned}P&={\frac {V^{2}}{X-Xc}}\sin(\delta )\\Q&={\frac {V^{2}}{X-Xc}}(1-\cos \delta )\end{aligned}}}$

Компенсация при параллельном включении

Реактивный ток передается в линию для поддержки значения напряжения. Передаваемая активная мощность возрастает, но она поддерживается реактивной мощностью.

${\displaystyle {\begin{aligned}P&={\frac {2V^{2}}{X}}\sin \left({\frac {\delta }{2}}\right)\\Q&={\frac {4V^{2}}{X}}\left[1-\cos \left({\frac {\delta }{2}}\right)\right]\end{aligned}}}$

Приборы, применяемые для последовательной компенсации

• Статический синхронизированный последовательный компенсатор (SSSC).
• Конденсаторы , контролируемые тиристорами (TCSC): несколько конденсаторов, шунтированные катушкой , которая управляется тиристорами.
• Катушки, управляемые тиристорами (TCSR): несколько катушек, шунтированные катушкой, которая управляется тиристорами.
• Конденсаторы, переключаемые тиристорами (TSSC): несколько конденсаторов, шунтированные катушкой, которая переключается тиристорами.
• Катушки, переключаемые тиристорами (TSSR): несколько катушек, шунтированные катушкой, которая переключается тиристорами.

Приборы, применяемые для параллельной компенсации

• Статический синхронизированный компенсатор ( )
• Статический компенсатор реактивной мощности ( ). Как правило, состоят из:
  • Катушки, управляемой тиристором (TCR): катушка подключается последовательно с тиристорами, включенными в обе стороны. Тиристоры являются фазоуправляемыми. Это позволяет непрерывно управлять реактивной мощностью.
  • Катушки, переключаемые тиристорами (TSR): похож на TCR, однако тиристоры могут быть либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Реактивная мощность регулируется пошагово
  • Конденсаторы, переключаемые тиристорами (TSC): конденсатор подключается последовательно с тиристорами, включенными в обе стороны. Тиристоры могут быть либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Реактивная мощность регулируется пошагово.
  • Конденсаторы, переключаемые механически (MSC): конденсатор переключается механическим ключом.

Примечания

Ссылки

• Narain G. Hingorani, Laszlo Gyugyi Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems , Wiley-IEEE Press, December 1999. ISBN 978-0-7803-3455-7
• A. Edris, R. Adapa, M.H. Baker, L. Bohmann, K. Clark, K. Habashi, L. Gyugyi, J. Lemay, A. Mehraban, A.K. Myers, J. Reeve, F. Sener, D.R. Torgerson, R.R. Wood, Proposed Terms and Definitions for Flexible AC Transmission System (FACTS) , IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 12, No. 4, October 1997. doi: ^{[ dead link ]}