Energetică

Scopul reţelei de transport este să conecteze centralele şi centrele de sarcină pentru a alimenta sarcina cu o fiabilitate cerută şi eficienţă maximă, la un preţ scăzut. Pe măsură ce creşte puterea transferată, sistemul electroenergetic poate deveni tot mai încărcat şi mai nesigur pentru circulaţiile de puteri neprogramate şi piederile mari. În acest context, a fost introdus un concept denumit sistem flexibil de transmitere a curentului alternativ. Conceperea dispozitivelor [2] FACTS ca o filosofie de control total al reţelei a fost introdusă de către N.G. Hingorani de la Electric Power Research Institute (EPRI) din SUA în 1988, deşi dispozitivele cu electronică de putere au fost folosite de mulţi ani în reţeaua de transport. Dispozitivelor FACTS se folosesc în sistemele electroenergetice pentru controlul circulaţiei de puteri, mărirea stabilităţii, managementul tensiunii, corecţia factorului de putere şi minimizarea pierderilor. Stabilitatea regimului permanent se referă la răspunsul dinamic al sistemului la perturbaţii mici care apar în mod curent în timpul funcţionării sistemului. Această problemă poate fi studiată utilizând ecuaţiile dinamice liniarizate ale sistemului într-un punt de funcţionare. Un sistem se află în regim stabil pentru o anumită condiţie de funcţionare, dacă în urma unor mici perturbaţii, el revine la regimul staţionar. Condiţia de stabilitate se determină calculând valorile proprii ale sistemului liniarizat; dacă toate părţile reale ale valorilor proprii sunt negative, sistemul este stabil; altfel, sistemul este instabil. Circulaţia de putere pe o linie de curent alternativ este o funcţie de modulul şi faza tensiunii şi impendanţa liniei. Consecinţele lipsei controlului pentru oricare din aceste variabile sunt probleme cu stabilitatea, circulaţii de puteri nedorite, circulaţii de puteri reactive nedorite, pierderi mari, tensiune ridicată sau scăzută, printre altele.

Dintre principalele posibilități oferite de introducerea sistemelor FACTS [1] se menționează:

-Controlul circulației de putere, astfel ca o anumită cantitate să fie dirijată pe rute prestabilite;

-Încărcarea liniilor de transport în apropierea limitelor lor: curent admisibil în regim permanent, stabilitate termică în regim de scurtcircuit;

-Interconexiuni înbunătățite și sigure între sistemele vecine pentru ajutor în caz de necesitate; în consecință se pot reduce rezervele necesare de putere generată în aceste sisteme;

-Prevenirea avariilor în cascadă prin limitarea impactului defectelor în rețeaua electrică și avarierea echipamentelor;

-Amortizarea oscilațiilor în sistem, evitându-se producerea defectării echipamentului și/sau limitarea capacităților de transport;

-Păstrarea mediului ambiant - FACTS sunt prietenoase cu mediul deoarece nu conțin materiale periculoase și nu produc deșeuri și poluanți;

-Valoare economică (salvează timp şi bani şi favorizează profitabilitatea), FACTS ajută ca energia electrică să fie distribuită mai economic printr-o mai bună utilizare a instalaţiilor existente, reducând astfel necesitatea unor linii de transport suplimentare.

Realizarea unor asemenea dispozitive de tip FACTS are la bază aplicarea unor principii fizice, dintre care se menționează:

a.Stocarea energiei electrice în elemente pasive clasice de putere reactivă, cum ar fi bobinele și condensatoarele.

b.Redistribuirea puterii prin acțiunea transformatoarelor. Un exemplu în acest sens este transformatorul cu reglarea unhiului de fază care poate realiza redistribuirea puterii în interiorul configurației trifazate.

c.Redistribuirea puterii folosind electronica de putere. Dispozitivele electronicii de putere având posibilitatea de a întrerupe, permit realizarea de comutații rapide, repetitive în scopul de a redistribui puterea între fazele unui sistem trifazat. Pe această cale puterea reactivă poate fi generată sau consumată aproape fără a se utiliza elemente reactive pasive.

La rândul său aceste tehnologii din electronica de putere permit o mult mai bună utilizare/dezvoltare a resurselor rețelei prin:

- creşterea capacităţilor de transfer a sistemelor existente: poate fi realizată o creştere de până la 40%;

- integrarea unor sisteme de control bazate pe inteligenţă artificială;

- asigurarea unui răspuns dinamic la contingenţele sistemului: soluţiile FACTS pot răspunde mult mai rapid decât soluţiile convenţionale precum comutatoarele mecanice, astfel încât sunt cerute acolo unde există condiţii rapid variabile în reţele;

- îmbunătăţirea extinderii reţelei, acolo unde este nevoie, prin reducerea construirii de linii de transport: frecvent, adăugarea de noi linii pentru a asigura creşterea cererii de electricitate este limitată de constrângeri economice şi de mediu. FACTS asigură satisfacerea cerinţelor cu sistemele existente;

- schimbarea “legilor fizicii” în sistemele de putere: puterea circulă în mod natural de la impedanţe mari spre cele mici, dar dispozitivele FACTS asigură controlul circulaţiei de putere în funcţie de cerinţele operatorului;

- direcţionarea furnizării de putere pentru un randament de funcţionare maxim;

- îmbunătăţirea stabilităţii dinamice şi tranzitorii a reţelei şi reducerea

circulaţiilor în buclă.

Din punc de vedere al teoriei circuitelor [1], dispozitivele de tip FACTS, pot fi văzute ca:

(!) sursă de tensiune controlată, conectată în serie cu linia de transport, pentru a modifica circulația de putere. În acest scop se pot folosi: convertizoare sursă de tensiune, transformatoare supravoltoare sau impedanțe controlate.

(!!) injector de curent în derivație, avînd ca efect modificarea tesiunii în nodul de conectare (în special în nodurile slabe). În această categorie se înscriu susceptanțele controlate și convertoarele statice de VAr.

(!!!) sursă de curent dependentă de tensiune.

1.2Clasificarea dispozitivelor FACTS

În prezent există două clase distincte de dispozitive FACTS: 1) Dispozitive care utilizează tiristoare convenţionale ca elemente de comandă şi comutaţie. Din această categorie fac parte:

-Compensatoarele statice de putere reactivă SVC;

-Condensatoarele serie comandate cu tiristoare CSCT;

-Transformatoare cu reglarea unghiul de fază (TRUF) comandate cu tiristoare;

2) Dispozitive bazate pe invertoare statice folosite ca surse de tensiune comandate prin tehnica modulării în durată a impulsurilor (MDI). Din această categorie fac parte:

-Compensatoarele statice sincrone derivaţie şi serie - STATCOM şi SSSC;

-Regulatoarele unificate pentru controlul fluxurilor de putere UPFC.

Din punct de vedere al aplicaţiilor dispozitivelor FACTS în controlul şi reglajul circulaţiei de puteri în sistemele electroenergetice, în literatura de specialitate s-a adoptat o clasificare corespunzător parametrilor controlaţi.

În aceste condiţii, în studiile privind calculul regimului permanent de funcţionare al sistemelor electroenergetice de tensiune alternativă, modelul matematic al dispozitivelor FACTS presupune luarea în considerare în mod distinct a următoarelor tipuri de dispozitive: