¿Por qué se necesita un sistema de transmisión de CA flexible?

En un sistema de transmisión de CA convencional, la capacidad de transferir energía de CA está limitada por varios factores como límites térmicos, límite de estabilidad transitoria, límite de voltaje, límite de corriente de cortocircuito, etc.Estos límites definen la potencia eléctrica máxima que se puede transmitir de manera eficiente a través del línea de transmisión sin causar ningún daño a los equipos eléctricos y las líneas de transmisión. Esto normalmente se logra mediante cambios en el diseño del sistema de energía. Sin embargo, esto no es factible y es otra forma de lograr la máxima capacidad de transferencia de energía sin ningún cambio en el diseño del sistema de energía. Además, con la introducción de dispositivos de impedancia variable como condensadores e inductores, la totalidad de la energía o la potencia de la fuente no se transfiere a la carga, sino que una parte se almacena en estos dispositivos como potencia reactiva y se devuelve a la fuente. Por tanto, la cantidad real de potencia transferida a la carga o la potencia activa es siempre menor que la potencia aparente o la potencia neta. Para una transmisión ideal, la potencia activa debe ser igual a la potencia aparente. En otras palabras, el factor de potencia (la relación entre la potencia activa y la potencia aparente) debe ser la unidad. Aquí es donde entra el papel de un sistema de transmisión de CA flexible.

“que es un nic ”

Antes de pasar a los detalles sobre FACTS, hablemos brevemente sobre el factor de potencia.

¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia se define como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente en el circuito.

Cualquiera que sea el factor de potencia, por otro lado, la potencia generadora debe colocar las máquinas para entregar un voltaje y una corriente específicos. Los generadores deben tener la capacidad de soportar la tensión y la corriente estimadas de la energía producida. El valor del factor de potencia (PF) está entre 0.0 y 1.0.

Si el factor de potencia es cero, el flujo de corriente es completamente reactivo y la energía almacenada en la carga regresa en cada ciclo. Cuando el factor de potencia es 1, toda la corriente suministrada por la fuente es devorada por la carga. Generalmente, el factor de potencia se expresa como adelantado o retrasado del voltaje.

Circuito de prueba del factor de potencia de Unity

El circuito con fuente de alimentación es de 230v y un estrangulador está conectado en serie. Se requiere que los capacitores estén conectados en paralelo a través de interruptores SCR para mejorar el factor de potencia. Mientras el interruptor de by-pass está apagado, el estrangulador actúa como un inductor y la misma corriente fluirá en ambas resistencias de 10R / 10W. Se utiliza un TC como lado primario del cual está conectado al punto común de las resistencias. El otro punto del CT va a uno de los puntos comunes de un interruptor DPDT S1. Mientras el interruptor DPDT se mueve hacia la izquierda, la caída de voltaje proporcional a la corriente es detectada por él para desarrollar un aumento de voltaje. La caída de voltaje es proporcional a la corriente retardada. Por lo tanto, el voltaje primario del CT proporciona una corriente retardada.

Si se utiliza un circuito de control basado en microcontroladores, recibe referencias de corriente cero y las compara con la referencia de voltaje cero para calcular el factor de potencia en función de su diferencia de tiempo. Entonces, dependiendo de la diferencia horaria requerida, no. de los interruptores SCR están encendidos, conmutando así capacitores adicionales hasta que el factor de potencia es cercano a la unidad.

Por lo tanto, dependiendo de la posición del interruptor, se puede detectar la corriente retardada o la corriente compensada y la pantalla proporciona en consecuencia el tiempo de retardo entre voltajes, corriente con visualización del factor de potencia.

intitulado

¿Qué es el sistema de transmisión de CA flexible (FACTS)?

A Sistema de transmisión de CA flexible se refiere al sistema que consta de dispositivos electrónicos de potencia junto con dispositivos del sistema de potencia para mejorar la capacidad de control y estabilidad del sistema de transmisión y aumentar las capacidades de transferencia de potencia. Con la invención del interruptor de tiristor, se abrió la puerta para el desarrollo de dispositivos electrónicos de potencia conocidos como controladores de sistemas de transmisión de CA flexibles (FACTS). El sistema FACT se utiliza para proporcionar la capacidad de control del lado de alta tensión de la red mediante la incorporación de dispositivos electrónicos de potencia para introducir potencia inductiva o capacitiva en la red.

4 tipos de controladores FACTS

Controladores de serie: Los controladores en serie constan de condensadores o reactores que introducen voltaje en serie con la línea. Son dispositivos de impedancia variable. Su principal tarea es reducir la inductividad de la línea de transmisión. Suministran o consumen potencia reactiva variable. Ejemplos de controladores en serie son SSSC, TCSC, TSSC, etc.
Controladores de derivación: Los controladores de derivación constan de dispositivos de impedancia variable como condensadores o reactores que introducen corriente en serie con la línea. Su principal tarea es reducir la capacitiva de la línea de transmisión. La corriente inyectada está en fase con el voltaje de línea. Ejemplos de controladores de derivación son STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Controladores de la serie Shunt: Estos controladores introducen corriente en serie usando los controladores en serie y voltaje en derivación usando los controladores de derivación. Un ejemplo es UPFC.
Controladores serie-serie : Estos controladores consisten en una combinación de controladores en serie y cada controlador proporciona compensación en serie y también la transferencia de potencia real a lo largo de la línea. Un ejemplo es IPFC.

2 tipos de controladores en serie

Condensador en serie controlado por tiristores (TCSC): El condensador en serie controlado por tiristores (TCSC) utiliza rectificadores controlados por silicio para gestionar un banco de condensadores conectado en serie con una línea. Esto permite que la utilidad transfiera más energía en una línea específica. Por lo general, consta de tiristores en serie con un inductor y conectados a través de un condensador. Puede funcionar en el modo de bloqueo donde el tiristor no se activa y la corriente pasa solo a través del condensador. Puede funcionar en el modo de derivación donde la corriente se deriva al tiristor y todo el sistema se comporta como una red de impedancia en derivación.

Compensadores síncronos de la serie estática : SSSC es simplemente una versión en serie de STATCOM. Estos no se utilizan en aplicaciones comerciales como controladores independientes. Consisten en la fuente de tensión síncrona en serie con la línea de manera que introduce una tensión de compensación en serie con la línea. Pueden aumentar o disminuir la caída de voltaje en la línea.

2 controladores en paralelo

Compensadores estáticos variables : El compensador variable estático es el controlador FACTS más primitivo y de primera generación. Este compensador consiste en un interruptor de tiristor rápido que controla un reactor y / o un banco capacitivo de derivación para proporcionar compensación dinámica de derivación. Generalmente constan de dispositivos de impedancia variable conectados en derivación cuya salida se puede ajustar mediante interruptores electrónicos de potencia, para introducir reactancia capacitiva o inductiva en la línea. Se puede colocar en el medio de la línea para aumentar la capacidad máxima de transferencia de energía y también se puede colocar al final de la línea para compensar las variaciones debidas a la carga.

3 tipos de SVC son

TSR (Reactor conmutado por tiristor) : Consiste en un inductor conectado en derivación cuya impedancia se controla de manera gradual mediante un interruptor de Tiristor. El tiristor se dispara solo en ángulos de 90 y 180 grados.
TSC (condensador conmutado por tiristor) : Consiste en un condensador conectado en derivación cuya impedancia se controla de forma escalonada mediante un tiristor. La forma de control mediante el SCR es la misma que la del TSR.
TCR (Reactor controlado por tiristor) : Consiste en un inductor conectado en derivación cuya impedancia se controla mediante el método de retardo del ángulo de disparo de SCR en el que se controla el disparo del Tiristor provocando una variación en la corriente a través del inductor.

STATCOM (Compensador síncrono estático) : Consiste en una fuente de voltaje que puede ser una fuente de energía DC o un capacitor o un inductor cuya salida se puede controlar mediante un Tiristor Se utiliza para absorber o generar potencia reactiva.

Un controlador de derivación en serie: controlador de flujo de potencia unificado:

Son una combinación de STATCOM y SSSC, de modo que ambos se combinan utilizando una fuente de CC común y proporcionan compensación de línea en serie activa y reactiva. Controla todos los parámetros de la transmisión de energía CA.

Control de voltaje en estado estable usando SVC para sistemas de transmisión de CA flexibles

Cir flexible

Para generar pulsos de voltaje de cruce por cero, necesitamos señales de voltaje y corriente digitalizadas. La señal de voltaje de la red se toma y se convierte en CC pulsante mediante un puente rectificador y se entrega a un comparador que genera la señal de voltaje digital. De manera similar, la señal de corriente se convierte en la señal de voltaje tomando la caída de voltaje de la corriente de carga a través de una resistencia. Esta señal de CA se convertirá nuevamente en la señal digital como señal de voltaje. Luego, estas señales de voltaje y corriente digitalizadas se envían al microcontrolador. El microcontrolador calculará la diferencia de tiempo entre los puntos de cruce por cero de voltaje y corriente, cuya relación es directamente proporcional al factor de potencia y determina el rango en el que se encuentra la potencia. De la misma manera, utilizando un reactor conmutado por tiristores (TSR) también se pueden generar pulsos de voltaje de cruce por cero para mejorar la estabilidad del voltaje.

Sistema de transmisión de CA flexible por SVC

El circuito anterior se puede utilizar para mejorar el factor de potencia de las líneas de transmisión que utilizan SVC. Utiliza condensadores conmutados por tiristores (TSC) basados en compensación en derivación debidamente controlados desde un microcontrolador programado. Esto es útil para mejorar el factor de potencia. Si la carga inductiva está conectada, el factor de potencia se retrasa debido al retraso de la corriente de carga. Para compensar esto, se conecta un condensador de derivación, que consume corriente que conduce al voltaje de la fuente. Entonces se hará la mejora en el factor de potencia. El lapso de tiempo entre el voltaje cero y los pulsos de corriente cero es debidamente generado por amplificadores operacionales en modo comparador que se alimentan a la serie 8051 de microcontroladores.

Con el controlador FACTS se puede controlar la potencia reactiva. La resonancia subsíncrona (SSR) es un fenómeno que puede asociarse con la compensación en serie en determinadas condiciones adversas. La eliminación de SSR se puede realizar utilizando controladores FACTS. Los beneficios de los dispositivos FACTS son muchos, como un beneficio financiero, una mayor calidad de suministro, una mayor estabilidad, etc.

Un problema con el sistema de transmisión de CA flexible y una forma de resolverlo

Para transmisión flexible de energía CA , los dispositivos de estado sólido a menudo se incorporan en los circuitos que se utilizan para mejorar el factor de potencia y elevar los límites del sistema de transmisión de CA. Sin embargo, una gran desventaja es que estos dispositivos no son lineales e inducen armónicos en la señal de salida del sistema.

Para eliminar los armónicos creados debido a la inclusión de dispositivos electrónicos de potencia en el sistema de transmisión de CA, es necesario utilizar filtros activos que pueden ser filtros de potencia de fuente de corriente o un filtro de potencia de fuente de voltaje. El primero implica hacer que la CA sea sinusoidal. La técnica consiste en controlar directamente la corriente o controlar el voltaje de salida del condensador del filtro. Este es el método de regulación de voltaje o de control de corriente indirecta. Los filtros de potencia activa inyectan una corriente que es igual en magnitud pero opuesta en fase a la corriente armónica que extrae la carga, de modo que estas dos corrientes se anulan entre sí y la corriente de la fuente es completamente sinusoidal. Los filtros de potencia activa incorporan dispositivos electrónicos de potencia para producir componentes de corriente armónica que cancelan los componentes de corriente armónica de la señal de salida debido a las cargas no lineales. Generalmente, los filtros de potencia activa consisten en una combinación de un transistor bipolar de puerta aislada y un diodo alimentado por un condensador de bus de CC. El filtro activo se controla mediante un método de control de corriente indirecto. IGBT o transistor bipolar de puerta aislada es un dispositivo activo bipolar controlado por voltaje que incorpora las características de BJT y MOSFET. Para el sistema de transmisión de CA, un filtro activo en derivación puede eliminar los armónicos, mejorar el factor de potencia y equilibrar las cargas.

Gestión de energía del transformador

Planteamiento del problema:

1. El alto voltaje crónico suele atribuirse a una corrección excesiva por caída de voltaje en el sistema de transmisión y distribución de la red pública. La caída de voltaje en los conductores eléctricos es una situación común en cualquier lugar. Pero, en lugares con baja densidad de carga eléctrica, como áreas suburbanas y rurales, los tendidos de conductores largos agravan el problema.

2. La impedancia hace que el voltaje disminuya a lo largo de la longitud de un conductor a medida que aumenta el flujo de corriente para satisfacer la demanda. Para corregir una caída de voltaje, la empresa de servicios públicos emplea reguladores de voltaje de cambio de tomas en carga (OLTC) y reguladores de voltaje de compensación de caída de línea (LDC) para aumentar (aumentar) o reducir (disminuir) el voltaje.

3. Los clientes más cercanos a un OLTC o LDC pueden experimentar sobretensión cuando la empresa de servicios públicos intenta superar la caída de voltaje del conductor para aquellos clientes en el extremo más alejado de la línea.

4. En muchos lugares, el impacto de la caída de voltaje impulsada por la carga se ve como fluctuaciones diarias que dan como resultado que los niveles de voltaje sean los más altos en el momento de la demanda de carga más baja.

5. Debido a las cargas variables en el tiempo y la propagación, la falta de linealidad provoca que entren grandes perturbaciones en el sistema, que también entrarán en las líneas de los consumidores, lo que hará que todo el sistema no sea saludable.

6. Una causa menos típica de problemas de alto voltaje es causada por transformadores locales que se han configurado para aumentar el voltaje para compensar los niveles de voltaje reducidos. Esto ocurre con mayor frecuencia en instalaciones con cargas pesadas al final de las líneas de distribución. Cuando las cargas pesadas están funcionando, se mantiene un nivel de voltaje normal, pero cuando las cargas se apagan, los niveles de voltaje se disparan.

7. Durante eventos extraños, el transformador se quema debido a la sobrecarga y cortocircuito en su devanado. Además, la temperatura del aceite aumenta debido al aumento en el nivel de corriente que fluye a través de sus devanados internos. Esto da como resultado un aumento inesperado de voltaje, corriente o temperatura en el transformador de distribución.

8. Los dispositivos eléctricos están diseñados para funcionar a un cierto voltaje estándar para que el producto logre niveles específicos de rendimiento, eficiencia, seguridad y confiabilidad. El funcionamiento de un dispositivo eléctrico por encima del rango de nivel de voltaje especificado puede provocar problemas como mal funcionamiento, apagado, sobrecalentamiento, falla prematura, etc. Por ejemplo, se puede esperar que una placa de circuito impreso tenga una vida más corta cuando se opera por encima de su voltaje nominal durante periodos largos.

Transformador

Solución:

El diseño del sistema basado en microcontroladores es monitorear las fluctuaciones de voltaje en el lado de entrada / salida del transformador y adquirir datos en tiempo real.
Desarrollo de cambio automático de tomas de transformador mediante servomotores / motores paso a paso.
El sistema debe dar la alarma durante los niveles de voltaje umbral o de emergencia.
El sistema debe ser confiable y resistente.
El sistema se puede instalar en transformadores exteriores.
El diseño de monitoreo continuo de la temperatura del aceite de los transformadores de distribución se comparará por los valores nominales y se atenderá la acción correspondiente.
Uso de dispositivos como estabilizadores automáticos de voltaje (AVR), estabilizadores del sistema de energía, FACTS, etc.en la red del sistema de energía.

Viabilidad técnica:

Sistema de registro de datos basado en microcontroladores (MDLS):

MDLS no requiere hardware adicional y permite la selección de la cantidad de datos y los intervalos de tiempo entre ellos. Los datos recopilados se pueden exportar fácilmente a una PC a través de un puerto serie. MDLS es muy compacto porque emplea algunos circuitos integrados. Un diseño MDLS que se seleccione debe cumplir con los siguientes requisitos

“Diagrama del convertidor monofásico a trifásico ”

Debería ser fácilmente programable.
El usuario debe poder elegir tasas de medición.
Debería hacer una copia de seguridad de los datos cuando la alimentación del sistema se interrumpa momentáneamente o se elimine por completo.
Debería poder exportar datos a una PC a través de un puerto serie.
Debe ser simple y económico.

Espero que haya entendido el concepto de transmisión de CA flexible del artículo anterior. Si tiene alguna duda sobre este concepto o sobre el eléctrico y proyectos electronicos deje la sección de comentarios a continuación.

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