Por que é necessário um sistema de transmissão CA flexível?

Em um sistema de transmissão CA convencional, a capacidade de transferir energia CA é limitada por vários fatores, como limites térmicos, limite de estabilidade transiente, limite de tensão, limite de corrente de curto-circuito, etc. Esses limites definem a potência elétrica máxima que pode ser transmitida de forma eficiente através do linha de transmissão sem causar danos aos equipamentos elétricos e às linhas de transmissão. Isso normalmente é obtido trazendo mudanças no layout do sistema de potência. No entanto, isso não é viável e é uma outra maneira de alcançar a capacidade máxima de transferência de energia sem quaisquer alterações no layout do sistema de energia. Também com a introdução de dispositivos de impedância variável como condensadores e indutores, toda a energia ou potência da fonte não é transferida para a carga, mas uma parte é armazenada nestes dispositivos como potência reativa e devolvida à fonte. Assim, a quantidade real de potência transferida para a carga ou a potência ativa é sempre menor que a potência aparente ou a potência líquida. Para uma transmissão ideal, a potência ativa deve ser igual à potência aparente. Em outras palavras, o fator de potência (a relação entre potência ativa e potência aparente) deve ser unitário. É aí que vem o papel de um sistema de transmissão CA flexível.

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Antes de entrar em detalhes sobre FACTS, vamos fazer um breve resumo sobre o fator de potência.

O que é fator de potência?

O fator de potência é definido como a relação entre a potência ativa e a potência aparente no circuito.

Qualquer que seja o fator de potência, por outro lado, a energia geradora deve colocar as máquinas para fornecer uma tensão e corrente específicas. Os geradores devem ser capazes de suportar a tensão e a corrente avaliadas da energia produzida. O valor do fator de potência (FP) está entre 0,0 e 1,0.

Se o fator de potência for zero, o fluxo de corrente é totalmente reativo e a potência armazenada na carga retorna a cada ciclo. Quando o fator de potência é 1, toda a corrente fornecida pela fonte é devorada pela carga. Geralmente, o fator de potência é expresso como adiantamento ou atraso da tensão.

Circuito de teste de fator de potência da unidade

O circuito com fonte de alimentação é de 230 V e um bloqueador é conectado em série. Os capacitores devem ser conectados em paralelo por meio de chaves SCR para melhorar o fator de potência. Enquanto a chave de by-pass está desligada, o choke atua como um indutor e a mesma corrente fluirá em ambos os resistores 10R / 10W. Um TC é usado como o lado primário do qual é conectado ao ponto comum dos resistores. O outro ponto do TC vai para um dos pontos comuns de uma chave DPDT S1. Enquanto a chave DPDT é movida para a esquerda, a queda de tensão proporcional à corrente é detectada por ela para desenvolver uma tensão elevada. A queda de tensão é proporcional à corrente de atraso. Portanto, a tensão primária do TC fornece corrente retardada.

Se usado, o circuito de controle baseado em microcontrolador recebe referências de corrente zero e compara com a referência de tensão zero para calcular o fator de potência com base em sua diferença de tempo. Portanto, dependendo da diferença horária necessária, não. dos interruptores SCR são ligados, alternando capacitores adicionais até que o fator de potência esteja próximo da unidade.

Assim, dependendo da posição da chave, pode-se sentir a corrente de atraso ou a corrente compensada e o display fornece, de acordo com o tempo de atraso entre as tensões, a corrente com a exibição do fator de potência.

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O que é o Sistema de transmissão CA flexível (FACTS)?

PARA Sistema de transmissão AC flexível refere-se ao sistema que consiste em dispositivos eletrônicos de potência juntamente com dispositivos de sistema de potência para melhorar a controlabilidade e estabilidade do sistema de transmissão e aumentar as capacidades de transferência de potência. Com a invenção do interruptor tiristor, abriu-se a porta para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de potência conhecidos como controladores de sistemas flexíveis de transmissão CA (FACTS). O sistema FACT é usado para fornecer a controlabilidade do lado de alta tensão da rede, incorporando dispositivos eletrônicos de potência para introduzir energia indutiva ou capacitiva na rede.

4 tipos de controladores FACTS

Controladores de série: Os controladores em série consistem em capacitores ou reatores que introduzem a tensão em série com a linha. Eles são dispositivos de impedância variável. Sua principal tarefa é reduzir a indutividade da linha de transmissão. Eles fornecem ou consomem energia reativa variável. Exemplos de controladores de série são SSSC, TCSC, TSSC, etc.
Controladores de shunt: Os controladores shunt consistem em dispositivos de impedância variável, como capacitores ou reatores, que introduzem corrente em série com a linha. Sua principal tarefa é reduzir a capacidade da linha de transmissão. A corrente injetada está em fase com a tensão da rede. Exemplos de controladores shunt são STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Controladores da série Shunt: Esses controladores introduzem corrente em série usando os controladores em série e tensão em shunt usando os controladores em shunt. Um exemplo é UPFC.
Controladores série-série : Esses controladores consistem em uma combinação de controladores em série com cada controlador fornecendo compensação em série e também a transferência de potência real ao longo da linha. Um exemplo é o IPFC.

2 tipos de controladores de série

Capacitor em série controlado por tiristor (TCSC): O capacitor em série controlado por tiristor (TCSC) usa retificadores controlados por silício para gerenciar um banco de capacitores conectado em série com uma linha. Isso permite utilitário para transferir mais energia em uma linha especificada. Geralmente consiste em tiristores em série com um indutor e conectados através de um capacitor. Pode funcionar no modo de bloqueio, onde o tiristor não é acionado e a corrente passa apenas pelo capacitor. Ele pode funcionar no modo bypass, onde a corrente é desviada para o tiristor e todo o sistema se comporta como uma rede de impedância shunt.

Compensadores Síncronos Série Estática : SSSC é simplesmente uma versão em série do STATCOM. Eles não são usados em aplicações comerciais como controladores independentes. Eles consistem na fonte de tensão síncrona em série com a linha, de modo que ela introduz uma tensão de compensação em série com a linha. Eles podem aumentar ou diminuir a queda de tensão na linha.

2 controladores paralelos

Compensadores de variável estática : O compensador de variável estática é o controlador FACTS mais primitivo e de primeira geração. Este compensador consiste em uma chave de tiristor rápida que controla um reator e / ou banco capacitivo de shunt para fornecer compensação de shunt dinâmica. Eles geralmente consistem em dispositivos de impedância variável conectados em shunt, cuja saída pode ser ajustada usando chaves eletrônicas de potência, para introduzir reatância capacitiva ou indutiva na linha. Ele pode ser colocado no meio da linha para aumentar a capacidade máxima de transferência de potência e também pode ser colocado no final da linha para compensar as variações devido à carga.

3 tipos de SVC são

TSR (reator comutado por tiristor) : Consiste em um indutor conectado em shunt cuja impedância é controlada de forma gradual por meio de uma chave Tiristor. O tiristor é disparado em ângulos de 90 e 180 graus apenas.
TSC (capacitor comutado por tiristor) : Consiste em um capacitor conectado em shunt cuja impedância é controlada de forma escalonada por um tiristor. A forma de controle usando o SCR é a mesma do TSR.
TCR (reator controlado por tiristor) : Consiste em um indutor conectado em shunt cuja impedância é controlada pelo método de retardo do ângulo de disparo do SCR onde o disparo do Tiristor é controlado causando uma variação na corrente através do indutor.

STATCOM (Compensador Síncrono Estático) : Consiste em uma fonte de tensão que pode ser uma fonte de energia DC ou um capacitor ou um indutor cuja saída pode ser controlada por um Tiristor. É usado para absorver ou gerar energia reativa.

Controlador Shunt Série A - Controlador de fluxo de energia unificado:

Eles são uma combinação de STATCOM e SSSC de forma que ambos são combinados usando uma fonte CC comum e fornecem compensação de linha em série ativa e reativa. Ele controla todos os parâmetros da transmissão de energia AC.

Controle de tensão de estado estacionário usando SVC para sistemas de transmissão CA flexíveis

Cir flexível

Para gerar pulsos de tensão que cruzam o zero, precisamos de sinais digitalizados de tensão e corrente. O sinal de tensão da rede elétrica é obtido e convertido em CC pulsante pela ponte retificadora e fornecido a um comparador que gera o sinal de tensão digital. Da mesma forma, o sinal de corrente é convertido em sinal de tensão, levando a queda de tensão da corrente de carga em um resistor. Este sinal AC será novamente convertido em sinal digital como o sinal de tensão. Em seguida, esses sinais digitalizados de tensão e corrente são enviados para o microcontrolador. O microcontrolador irá calcular a diferença de tempo entre os pontos de cruzamento zero de tensão e corrente, cuja relação é diretamente proporcional ao fator de potência e determina a faixa em que a potência está. Da mesma maneira, usando o reator comutado por tiristor (TSR), também podem ser gerados pulsos de tensão cruzada zero para melhorar a estabilidade da tensão.

Sistema de transmissão CA flexível por SVC

O circuito acima pode ser usado para melhorar o fator de potência das linhas de transmissão que usam SVC. Utiliza capacitores comutados a tiristor (TSC) baseados em compensação de shunt devidamente controlados por microcontrolador programado. Isso é útil para melhorar o fator de potência. Se a carga indutiva estiver conectada, o fator de potência está atrasado devido ao atraso da corrente de carga. Para compensar isso, um capacitor shunt é conectado, o qual extrai a corrente que conduz a tensão da fonte. Então a melhoria no fator de potência será feita. O intervalo de tempo entre os pulsos de tensão zero e corrente zero é devidamente gerado por amplificadores operacionais em modo comparador que são alimentados à série 8051 de microcontroladores.

Usando o controlador FACTS, a potência reativa pode ser controlada. A ressonância sub-síncrona (SSR) é um fenômeno que pode ser associado à compensação em série sob certas condições adversas. A eliminação de SSR pode ser feita usando controladores FACTS. Os benefícios dos dispositivos FACTS são muitos, como um benefício financeiro, maior qualidade de fornecimento, maior estabilidade, etc.

Um problema com o sistema de transmissão CA flexível e uma maneira de resolvê-lo

Para transmissão flexível de energia AC , os dispositivos de estado sólido são frequentemente incorporados aos circuitos que são usados para melhorar o fator de potência e aumentar os limites do sistema de transmissão CA. No entanto, uma grande desvantagem é que esses dispositivos são não lineares e induzem harmônicos no sinal de saída do sistema.

Para remover os harmônicos criados devido à inclusão de dispositivos eletrônicos de potência no sistema de transmissão CA, é necessário usar filtros ativos que podem ser filtros de alimentação de fonte de corrente ou um filtro de alimentação de fonte de tensão. O primeiro envolve tornar o AC sinusoidal. A técnica consiste em controlar diretamente a corrente ou controlar a tensão de saída do capacitor do filtro. Este é o método de regulação de tensão ou de controle de corrente indireta. Os filtros de potência ativa injetam uma corrente que é igual em magnitude, mas em fase oposta à corrente harmônica que é consumida pela carga, de modo que essas duas correntes se cancelam e a corrente da fonte é completamente senoidal. Os filtros de potência ativos incorporam dispositivos eletrônicos de potência para produzir componentes de corrente harmônica que cancelam os componentes de corrente harmônica do sinal de saída devido às cargas não lineares. Geralmente, os filtros de potência ativos consistem em uma combinação de um transistor bipolar de porta isolada e um diodo alimentado por um capacitor de barramento CC. O filtro ativo é controlado usando um método de controle de corrente indireta. IGBT ou transistor bipolar de porta isolada é um dispositivo ativo bipolar controlado por tensão que incorpora os recursos do BJT e do MOSFET. Para o sistema de transmissão CA, um filtro ativo shunt pode eliminar os harmônicos, melhorar o fator de potência e equilibrar as cargas.

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Gerenciamento de energia do transformador

Declaração do problema:

1. A alta tensão crônica é mais frequentemente atribuída à correção excessiva da queda de tensão no sistema de transmissão e distribuição da concessionária. A queda de tensão em condutores elétricos é uma situação comum em qualquer lugar. Mas, em locais com baixa densidade de carga elétrica, como áreas suburbanas e rurais, longas corridas de condutores ampliam o problema.

2. A impedância faz com que a tensão diminua ao longo do comprimento de um condutor à medida que o fluxo de corrente aumenta para atender à demanda. Para corrigir quedas de tensão, a concessionária emprega reguladores de tensão de mudança de derivação em carga (OLTCs) e reguladores de tensão de compensação de queda de linha (LDCs) para aumentar (aumentar) ou diminuir (diminuir) a tensão.

3. Os clientes mais próximos de um OLTC ou LDC podem experimentar sobretensão à medida que a concessionária tenta superar a queda de tensão do condutor para os clientes na extremidade da linha.

4. Em muitos locais, o impacto da queda de tensão acionada pela carga é visto como flutuações diárias que resultam em níveis de tensão sendo os mais altos no momento da menor demanda de carga.

5. Devido às cargas variáveis no tempo e à propagação, a não linearidade causa grandes distúrbios que entrarão no sistema e também entrarão nas linhas de consumo, tornando todo o sistema insalubre.

6. Uma causa menos comum de problemas de alta tensão é causada por transformadores locais que foram configurados para aumentar a tensão para compensar os níveis de tensão reduzidos. Isso ocorre com mais frequência em instalações com cargas pesadas no final das linhas de distribuição. Quando as cargas pesadas estão operando, um nível de tensão normal é mantido, mas quando as cargas são desligadas, os níveis de tensão disparam.

7. Durante eventos estranhos, o transformador queima devido à sobrecarga e curto-circuito em seus enrolamentos. Além disso, a temperatura do óleo aumenta devido ao aumento do nível de corrente que flui através de seus enrolamentos internos. Isso resulta em um aumento inesperado na tensão, corrente ou temperatura no transformador de distribuição.

8. Dispositivos elétricos são projetados para operar em uma determinada tensão padrão para o produto atingir níveis especificados de desempenho, eficiência, segurança e confiabilidade. Operar um dispositivo elétrico acima da faixa de nível de tensão especificada pode levar a problemas como mau funcionamento, desligamento, superaquecimento, falha prematura, etc. Por exemplo, pode-se esperar que uma placa de circuito impresso tenha uma vida útil mais curta quando operada acima de sua tensão nominal por longos períodos.

Transformador

Solução:

O projeto do sistema baseado em microcontrolador é monitorar as flutuações de tensão no lado de entrada / saída do transformador e adquirir dados em tempo real.
Desenvolvimento de troca automática de tap de transformador utilizando servo / motores de passo.
O sistema deve disparar o alarme durante os níveis de tensão limite ou emergência.
O sistema deve ser robusto e confiável.
O sistema pode ser instalado em transformadores externos.
O projeto de monitoramento contínuo da temperatura do óleo dos transformadores de distribuição irá comparar pelos valores nominais e a ação correspondente tomará cuidado.
Uso de dispositivos como estabilizadores automáticos de tensão (AVRs), estabilizadores de sistema de energia, FACTS, etc. na rede do sistema de energia.

Viabilidade técnica:

Sistema de registro de dados baseado em microcontrolador (MDLS):

O MDLS não requer hardware adicional e permite a seleção da quantidade de dados e os intervalos de tempo entre eles. Os dados coletados podem ser facilmente exportados para um PC por meio de uma porta serial. O MDLS é muito compacto porque emprega alguns circuitos integrados. Um projeto MDLS selecionado deve atender aos seguintes requisitos

Deve ser facilmente programável.
O usuário deve ser capaz de escolher as taxas de medição.
Ele deve fazer backup dos dados quando a energia do sistema for interrompida momentaneamente ou totalmente removida.
Deve ser capaz de exportar dados para um PC por meio de uma porta serial.
Deve ser simples e barato.

Espero que você tenha entendido o conceito de transmissão CA flexível do artigo acima. Se você tiver alguma dúvida sobre este conceito ou o elétrico e projetos eletrônicos deixe a seção de comentários abaixo.

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