Per què es necessita un sistema de transmissió de CA flexible?

En un sistema de transmissió de CA convencional, la capacitat de transferir potència de CA està limitada per diversos factors, com ara límits tèrmics, límit d’estabilitat transitòria, límit de tensió, límit de corrent de curtcircuit, etc. Aquests límits defineixen la potència elèctrica màxima que es pot transmetre de manera eficient a través del línia de transmissió sense causar danys a l’equip elèctric i a les línies de transmissió. Això normalment s’aconsegueix aportant canvis en el disseny del sistema d’energia. Tanmateix, això no és viable i una altra manera d'aconseguir la màxima capacitat de transferència de potència sense cap canvi en el disseny del sistema d'energia. També amb la introducció de dispositius d’impedància variable com condensadors i inductors, la totalitat de l’energia o la potència de la font no es transfereix a la càrrega, sinó que una part s’emmagatzema en aquests dispositius com a potència reactiva i es torna a la font. Així, la quantitat real de potència transferida a la càrrega o la potència activa sempre és inferior a la potència aparent o la potència neta. Per a una transmissió ideal, la potència activa ha de ser igual a la potència aparent. En altres paraules, el factor de potència (la proporció de potència activa a potència aparent) hauria de ser la unitat. Aquí és on arriba el paper d’un sistema de transmissió de CA flexible.

“com funciona un transistor com a interruptor? ”

Abans d’anar a detalls sobre FETS, informem-nos sobre el factor de potència.

Què és el factor de potència?

El factor de potència es defineix ja que és la proporció de potència activa a la potència aparent del circuit.

Sigui quin sigui el factor de potència, en canvi, la potència generadora hauria de situar les màquines a subministrar una tensió i un corrent específics. Els generadors han de tenir la capacitat de suportar la tensió i el corrent avaluats de la potència produïda. El valor del factor de potència (PF) està entre 0,0 i 1,0.

Si el factor de potència és zero, el flux de corrent és totalment reactiu i la potència emmagatzemada a la càrrega torna a cada cicle. Quan el factor de potència és 1, tota la intensitat subministrada per la font és devorada per la càrrega. Generalment, el factor de potència s’expressa com a tensió inicial o retardada.

Circuit de prova del factor de potència Unity

El circuit amb alimentació és de 230v i un sufocador està connectat en sèrie. Cal connectar els condensadors en paral·lel mitjançant interruptors SCR per millorar el factor de potència. Mentre l’interruptor de by-pass està apagat, l’estrangulador actua com un inductor i fluirà el mateix corrent a les dues resistències 10R / 10W. Es fa servir un CT com a costat principal del qual està connectat el punt comú de les resistències. L'altre punt de la TC va a un dels punts comuns d'un commutador DPDT S1. Mentre l'interruptor DPDT es mou cap a l'esquerra, la caiguda de tensió proporcional al corrent es percep per desenvolupar un voltatge augmentat. La caiguda de tensió és proporcional al corrent endarrerit. Per tant, la tensió primària del CT proporciona corrent endarrerit.

Si s’utilitza un circuit de control basat en microcontroladors, rep referències de corrent zero i es compara amb la referència de voltatge zero per calcular el factor de potència en funció de la seva diferència de temps. Per tant, depenent de la diferència horària necessària. d’interruptors SCR s’encenen, de manera que es canvien condensadors addicionals fins que el factor de potència sigui gairebé unitari.

Així, segons la posició del commutador, es pot percebre el corrent retardat o el corrent compensat i la pantalla proporciona en conseqüència el retard de temps entre tensions, corrent amb visualització del factor de potència.

sense títol

Què és el sistema de transmissió de CA flexible (FACTS)?

A Sistema de transmissió de CA flexible fa referència al sistema que consisteix en dispositius electrònics de potència juntament amb dispositius del sistema de potència per millorar la controlabilitat i l'estabilitat del sistema de transmissió i augmentar les capacitats de transferència de potència. Amb la invenció del commutador de tiristor, es va obrir la porta per al desenvolupament de dispositius electrònics de potència coneguts com a sistemes de transmissió de CA flexible (FACTS). El sistema FACT s’utilitza per proporcionar la capacitat de control del costat d’alta tensió de la xarxa mitjançant la incorporació de dispositius electrònics de potència per introduir energia inductiva o capacitiva a la xarxa.

4 tipus de controladors de FETS

Controladors de la sèrie: Els controladors de sèrie consisteixen en condensadors o reactors que introdueixen tensió en sèrie amb la línia. Són dispositius d’impedància variable. La seva tasca principal és reduir la inductivitat de la línia de transmissió. Subministren o consumeixen potència reactiva variable. Exemples de controladors de sèrie són SSSC, TCSC, TSSC, etc.
Controladors de derivació: Els controladors de derivació consisteixen en dispositius d’impedància variable com condensadors o reactors que introdueixen corrent en sèrie amb la línia. La seva tasca principal és reduir la capacitat de la línia de transmissió. El corrent injectat està en fase amb la tensió de línia. Exemples de controladors de derivació són STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Controladors de la sèrie Shunt: Aquests controladors introdueixen corrent en sèrie mitjançant els controladors de sèrie i tensió en derivació mitjançant els controladors de derivació. Un exemple és UPFC.
Controladors sèrie-sèrie : Aquests controladors consisteixen en una combinació de controladors de sèrie amb cada controlador que proporciona compensació de sèrie i també la transferència de potència real al llarg de la línia. Un exemple és IPFC.

2 tipus de controladors de sèrie

Condensador de sèrie controlat per tiristor (TCSC): El condensador de sèrie controlat per tiristor (TCSC) utilitza rectificadors controlats per silici per gestionar un banc de condensadors connectat en sèrie amb una línia. Això permet a la utilitat transferir més energia en una línia especificada. Generalment consisteix en els tiristors en sèrie amb un inductor i connectats a través d’un condensador. Pot funcionar en mode de bloqueig on el tiristor no s’activa i el corrent només passa pel condensador. Pot funcionar en el mode de bypass, on el corrent s’evita al tiristor i tot el sistema es comporta com una xarxa d’impedància de derivació.

Compensadors síncrons de la sèrie estàtica : SSSC és simplement una versió en sèrie de STATCOM. No s’utilitzen en aplicacions comercials com a controladors independents. Consisteixen en la font de tensió síncrona en sèrie amb la línia de manera que introdueix una tensió compensadora en sèrie amb la línia. Poden augmentar o disminuir la caiguda de tensió a través de la línia.

2 controladors paral·lels

Compensadors de variables estàtiques : El compensador variable estàtic és el controlador FACTS més primitiu i de primera generació. Aquest compensador consisteix en un interruptor de tiristor ràpid que controla un reactor i / o un banc capacitiu de derivació per proporcionar una compensació de derivació dinàmica. Generalment consisteixen en dispositius d’impedància variable connectats derivats la sortida dels quals es pot ajustar mitjançant interruptors electrònics de potència, per introduir reactància capacitiva o inductiva a la línia. Es pot col·locar al centre de la línia per augmentar la capacitat màxima de transferència de potència i també es pot col·locar al final de la línia per compensar les variacions degudes a la càrrega.

Hi ha 3 tipus de SVC

TSR (reactor commutat per tiristor) : Consisteix en un inductor connectat per derivació la impedància del qual es controla de manera gradual mitjançant un commutador de tiristor. El Tiristor es dispara només en angles de 90 i 180 graus.
TSC (condensador commutat de tiristor) : Consisteix en un condensador connectat de derivació la impedància del qual es controla de manera gradual mitjançant un tiristor. La forma de control que utilitza el SCR és la mateixa que la de TSR.
TCR (reactor controlat per tiristor) : Consisteix en un inductor connectat de derivació la impedància del qual és controlat pel mètode de retard de l'angle de disparació de SCR en el qual es controla la disparació de Tiristor provocant una variació del corrent a través de l'inductor.

STATCOM (Compensador síncron estàtic) : Consisteix en una font de tensió que pot ser una font d'energia de CC o un condensador o un inductor la sortida del qual es pot controlar mitjançant un Tiristor. S'utilitza per absorbir o generar potència reactiva.

Un controlador de derivació de sèrie: controlador de flux de potència unificat:

Són una combinació de STATCOM i SSSC, de manera que tots dos es combinen mitjançant una font de corrent continu i proporcionen una compensació de línia activa i reactiva. Controla tots els paràmetres de la transmissió de corrent altern.

Control de tensió en estat estacionari mitjançant SVC per a sistemes de transmissió de CA flexibles

Cir flexible

Per generar impulsos de tensió de creuament de zero necessitem senyals de corrent i tensió digitalitzats. El senyal de tensió de la xarxa es pren i es converteix en corrent continu mitjançant un rectificador de pont i es lliura a un comparador que genera el senyal de tensió digital. De la mateixa manera, el senyal de corrent es converteix en senyal de tensió prenent la caiguda de tensió del corrent de càrrega a través d’una resistència. Aquest senyal de CA es convertirà de nou en el senyal digital com a senyal de tensió. A continuació, aquesta tensió i senyals de corrent digitalitzats s’envien al microcontrolador. El microcontrolador calcularà la diferència de temps entre els punts de creuament zero de la tensió i el corrent, la relació dels quals és directament proporcional al factor de potència i determina l’interval en què es troba la potència. De la mateixa manera, utilitzant un reactor de commutació de tiristor (TSR) també es poden generar impulsos de tensió creuada zero per millorar l'estabilitat de la tensió.

Sistema de transmissió de CA flexible per SVC

El circuit anterior es pot utilitzar per millorar el factor de potència de les línies de transmissió mitjançant SVC. Utilitza condensadors commutats de tiristor (TSC) basats en la compensació de derivació degudament controlada des d’un microcontrolador programat. Això és útil per millorar el factor de potència. Si la càrrega inductiva està connectada, el factor de potència es retarda a causa del retard del corrent de càrrega. Per compensar-ho, es connecta un condensador de derivació, que treu corrent que condueix la tensió de la font. Després es farà la millora del factor de potència. El desfasament entre els impulsos de tensió zero i zero de corrent és degudament generat pels amplificadors operatius en mode comparador que s’alimenten a la sèrie 8051 de microcontroladors.

Mitjançant el controlador FACTS es pot controlar la potència reactiva. La ressonància subsíncrona (SSR) és un fenomen que es pot associar a la compensació de sèries en determinades condicions adverses. L'eliminació de SSR es pot fer mitjançant controladors FACTS. Els avantatges dels dispositius FACTS són molts com un benefici financer, una major qualitat del subministrament, una major estabilitat, etc.

Un problema amb el sistema de transmissió de CA flexible i una manera de solucionar-lo

Per a un transmissió flexible d'alimentació de CA. Els dispositius d’estat sòlid s’incorporen sovint als circuits que s’utilitzen per millorar el factor de potència i augmentar els límits del sistema de transmissió de corrent altern. No obstant això, un desavantatge important és que aquests dispositius no són lineals i indueixen harmònics en el senyal de sortida del sistema.

Per eliminar els harmònics creats a causa de la inclusió de dispositius electrònics de potència al sistema de transmissió de corrent altern, cal utilitzar filtres actius que poden ser filtres de potència de font de corrent o un filtre de potència de font de tensió. El primer consisteix a fer la CA sinusoïdal. La tècnica consisteix en controlar directament el corrent o controlar la tensió de sortida del condensador del filtre. Es tracta del mètode de regulació de tensió o control de corrent indirecte. Els filtres de potència activa injecten un corrent igual de magnitud però oposat de fase al corrent harmònic que atrau la càrrega, de manera que aquests dos corrents s’anul·len mútuament i el corrent font és completament sinusoidal. Els filtres de potència activa incorporen dispositius electrònics de potència per produir components de corrent harmònic que anul·len els components de corrent harmònic del senyal de sortida a causa de les càrregues no lineals. En general, els filtres de potència activa consisteixen en una combinació d’un transistor bipolar de porta aïllat i un díode alimentat per un condensador de bus de CC. El filtre actiu es controla mitjançant un mètode de control de corrent indirecte. El transistor bipolar IGBT o Insulated Gate és un dispositiu actiu bipolar controlat per voltatge que incorpora les funcions de BJT i MOSFET. Per al sistema de transmissió de corrent altern, un filtre actiu de derivació pot eliminar els harmònics, millorar el factor de potència i equilibrar les càrregues.

Gestió d'energia del transformador

Plantejament del problema:

1. L’alta tensió crònica s’atribueix amb més freqüència a una correcció excessiva de la caiguda de tensió al sistema de distribució i transmissió de serveis públics. La caiguda de tensió dels conductors elèctrics és una situació habitual en qualsevol lloc. Però, en llocs amb baixa densitat de càrrega elèctrica, com ara àrees suburbanes i rurals, els llargs trajectes de conductors magnifiquen el problema.

2. La impedància fa que la tensió disminueixi al llarg de la longitud d’un conductor a mesura que augmenta el flux de corrent per satisfer la demanda. Per corregir les caigudes de tensió, l’empresa utilitza reguladors de tensió (OLTC) que canvien l’aixeta a la càrrega i reguladors de tensió de compensació de caiguda de línia (LDC) per augmentar (augmentar) o reduir la tensió.

3. Els clients més propers a un OLTC o LDC poden experimentar sobretensió mentre la companyia utilitza la superació de la caiguda de tensió del conductor per als clients situats a l’extrem de la línia.

4. En molts llocs, l'impacte de la caiguda de tensió impulsada per la càrrega es veu com a fluctuacions diàries que fan que els nivells de tensió siguin els més alts en el moment de la demanda de càrrega més baixa.

5. A causa de les càrregues que varien en el temps i la propagació de la no linealitat provoca grans pertorbacions que entraran al sistema, que també entraran a les línies del consumidor i donaran lloc a tot el sistema poc saludable.

6. Una causa menys típica de problemes d’alta tensió és causada pels transformadors locals que s’han configurat per augmentar la tensió per compensar els nivells de tensió reduïts. Això passa amb més freqüència en instal·lacions amb càrregues pesades al final de les línies de distribució. Quan les càrregues pesades estan en funcionament, es manté un nivell de tensió normal, però quan s’aturen les càrregues, els nivells de tensió es disparen.

7. Durant esdeveniments estranys, el transformador es crema a causa de la sobrecàrrega i el curtcircuit en el seu bobinat. A més, la temperatura de l'oli augmenta a causa de l'augment del nivell de corrent que circula pels seus bobinats interns. Això provoca un augment inesperat de la tensió, el corrent o la temperatura del transformador de distribució.

8. Els dispositius elèctrics estan dissenyats per funcionar a una tensió estàndard determinada perquè el producte aconsegueixi nivells de rendiment, eficiència, seguretat i fiabilitat especificats. Fer funcionar un dispositiu elèctric per sobre del nivell de voltatge especificat pot provocar problemes com ara un mal funcionament, apagat, sobreescalfament, avaria prematura, etc. Per exemple, es pot esperar que una placa de circuit imprès tingui una vida més curta quan s’operi per sobre del seu voltatge nominal per a períodes llargs.

Transformador

Solució:

“diagrama del circuit del controlador del motor de la cinta de córrer ”

El disseny del sistema basat en microcontroladors consisteix a controlar les fluctuacions de tensió al costat d’entrada / sortida del transformador i adquirir dades en temps real.
Desenvolupament del canvi automàtic d’aixetes del transformador mitjançant motors servo / pas a pas.
El sistema hauria de provocar l'alarma durant els nivells de tensió llindar o emergència.
El sistema ha de ser robust i fiable.
El sistema es pot instal·lar en transformadors exteriors.
El disseny de la supervisió contínua de la temperatura de l'oli dels transformadors de distribució es compararà pels valors classificats i es tindrà cura de l'acció corresponent.
Ús de dispositius com els estabilitzadors automàtics de tensió (AVR), estabilitzadors del sistema d’alimentació, FETS, etc. a la xarxa del sistema d’alimentació.

Viabilitat tècnica:

Sistema de registre de dades basat en microcontroladors (MDLS):

MDLS no requereix cap maquinari addicional i permet seleccionar la quantitat de dades i els intervals de temps entre ells. Les dades recollides es poden exportar fàcilment a un PC mitjançant un port sèrie. MDLS és molt compacte perquè empra uns quants circuits integrats. Un disseny MDLS seleccionat hauria de complir els requisits següents

Ha de ser fàcilment programable.
L'usuari ha de poder triar els índexs de mesura.
Hauria de fer còpies de seguretat de les dades quan l’alimentació de sys s’interrompi momentàniament o s’elimini completament.
Hauria de poder exportar dades a un PC mitjançant un port sèrie.
Ha de ser senzill i econòmic.

Espero que hagueu entès el concepte de transmissió flexible de CA de l'article anterior. Si teniu cap pregunta sobre aquest concepte o elèctric i projectes electrònics deixeu la secció de comentaris a continuació.

Crèdit fotogràfic