Pourquoi un système de transmission CA flexible est-il nécessaire?

Dans un système de transmission CA conventionnel, la capacité de transférer l'alimentation CA est limitée par plusieurs facteurs tels que les limites thermiques, la limite de stabilité transitoire, la limite de tension, la limite de courant de court-circuit, etc. Ces limites définissent la puissance électrique maximale qui peut être efficacement transmise à travers le ligne de transmission sans endommager l'équipement électrique et les lignes de transmission. Ceci est normalement réalisé en apportant des changements dans la disposition du système électrique. Cependant, ce n'est pas faisable et une autre façon d'obtenir une capacité de transfert de puissance maximale sans aucun changement dans la disposition du système d'alimentation. Également avec l'introduction de dispositifs à impédance variable comme les condensateurs et les inductances, la totalité de l'énergie ou de la puissance de la source n'est pas transférée à la charge, mais une partie est stockée dans ces dispositifs en tant que puissance réactive et renvoyée à la source. Ainsi, la quantité réelle de puissance transférée à la charge ou à la puissance active est toujours inférieure à la puissance apparente ou à la puissance nette. Pour une transmission idéale, la puissance active doit être égale à la puissance apparente. En d'autres termes, le facteur de puissance (le rapport de la puissance active à la puissance apparente) doit être égal à l'unité. C'est là qu'intervient le rôle d'un système de transmission CA flexible.

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Avant de passer aux détails sur FACTS, laissez-nous brièvement parler du facteur de puissance.

Qu'est-ce que le facteur de puissance?

Le facteur de puissance est défini comme étant le rapport entre la puissance active et la puissance apparente dans le circuit.

Quel que soit le facteur de puissance, en revanche, la puissance de production doit amener les machines à fournir une tension et un courant spécifiques. Les générateurs doivent avoir la capacité de résister à la tension et au courant estimés de l'énergie produite. La valeur du facteur de puissance (PF) est comprise entre 0,0 et 1,0.

Si le facteur de puissance est nul, le flux de courant est entièrement réactif et la puissance stockée dans la charge revient à chaque cycle. Lorsque le facteur de puissance est 1, tout le courant fourni par la source est dévoré par la charge. En règle générale, le facteur de puissance est exprimé en avance ou en retard de la tension.

Circuit de test du facteur de puissance Unity

Le circuit avec alimentation électrique est de 230 V et une self est connectée en série. Les condensateurs doivent être connectés en parallèle via des commutateurs SCR pour améliorer le facteur de puissance. Lorsque le commutateur de dérivation est désactivé, le starter agit comme une inductance et le même courant circulera dans les deux résistances 10R / 10W. Un TC est utilisé comme côté primaire dont le côté principal est connecté au point commun des résistances. L'autre point du TC va vers l'un des points communs d'un commutateur DPDT S1. Pendant que le commutateur DPDT est déplacé vers la gauche, la chute de tension proportionnelle au courant est détectée par celui-ci pour développer une tension accrue. La chute de tension est proportionnelle au courant de retard. Ainsi, la tension primaire du TC fournit un courant de retard.

S'il est utilisé, un circuit de commande basé sur un microcontrôleur reçoit alors des références de courant nulles et se compare à la référence de tension nulle pour calculer le facteur de puissance sur la base de leur différence de temps. Donc, en fonction du décalage horaire requis non. des commutateurs SCR sont activés, commutant ainsi des condensateurs supplémentaires jusqu'à ce que le facteur de puissance soit proche de l'unité.

Ainsi, en fonction de la position de l'interrupteur, on peut détecter le courant de retard ou le courant compensé et l'affichage fournit en conséquence le retard entre les tensions, le courant avec l'affichage du facteur de puissance.

sans titre

Qu'est-ce que le système de transmission CA flexible (FACTS)?

À Système de transmission CA flexible fait référence au système composé de dispositifs électroniques de puissance ainsi que de dispositifs de système d'alimentation pour améliorer la contrôlabilité et la stabilité du système de transmission et augmenter les capacités de transfert de puissance. Avec l'invention du commutateur à thyristor, a ouvert la porte au développement de dispositifs électroniques de puissance connus sous le nom de contrôleurs de systèmes de transmission CA flexibles (FACTS). Le système FACT est utilisé pour assurer la contrôlabilité du côté haute tension du réseau en incorporant des dispositifs électroniques de puissance pour introduire une puissance inductive ou capacitive dans le réseau.

4 types de contrôleurs FACTS

Contrôleurs de série: Les contrôleurs en série sont constitués de condensateurs ou de réacteurs qui introduisent une tension en série avec la ligne. Ce sont des appareils à impédance variable. Leur tâche principale est de réduire l'inductance de la ligne de transmission. Ils fournissent ou consomment une puissance réactive variable. Des exemples de contrôleurs en série sont SSSC, TCSC, TSSC, etc.
Contrôleurs de shunt: Les contrôleurs shunt se composent de dispositifs à impédance variable comme des condensateurs ou des réacteurs qui introduisent du courant en série avec la ligne. Leur tâche principale est de réduire la capacité de la ligne de transmission. Le courant injecté est en phase avec la tension secteur. Des exemples de contrôleurs shunt sont STATCOM, TSR, TSC, SVC.
Contrôleurs de la série Shunt: Ces contrôleurs introduisent le courant en série en utilisant les contrôleurs en série et la tension en shunt en utilisant les contrôleurs shunt. Un exemple est UPFC.
Contrôleurs série-série : Ces contrôleurs consistent en une combinaison de contrôleurs en série, chaque contrôleur fournissant une compensation en série et également le transfert de puissance réelle le long de la ligne. Un exemple est IPFC.

2 types de contrôleurs de série

Condensateur série contrôlé par thyristor (TCSC): Le condensateur en série contrôlé par thyristor (TCSC) utilise des redresseurs contrôlés au silicium pour gérer une batterie de condensateurs connectée en série avec une ligne. Cela permet à l'utilitaire de transférer plus de puissance sur une ligne spécifiée. Il se compose généralement des thyristors en série avec une inductance et connectés aux bornes d'un condensateur. Il peut fonctionner en mode de blocage où le thyristor n'est pas déclenché et le courant ne traverse que le condensateur. Il peut fonctionner en mode bypass où le courant est contourné vers le thyristor et l'ensemble du système se comporte comme un réseau d'impédance shunt.

Compensateurs synchrones série statique : SSSC est simplement une version de série de STATCOM. Ceux-ci ne sont pas utilisés dans les applications commerciales en tant que contrôleurs indépendants. Ils sont constitués de la source de tension synchrone en série avec la ligne de sorte qu'elle introduit une tension de compensation en série avec la ligne. Ils peuvent augmenter ou diminuer la chute de tension sur la ligne.

2 contrôleurs parallèles

Compensateurs de variables statiques : Le compensateur variable statique est le contrôleur FACTS le plus primitif et de première génération. Ce compensateur est constitué d'un interrupteur à thyristor rapide contrôlant une bobine d'inductance et / ou une batterie capacitive shunt pour fournir une compensation shunt dynamique. Ils sont généralement constitués de dispositifs à impédance variable connectés en shunt dont la sortie peut être réglée à l'aide d'interrupteurs électroniques de puissance, pour introduire une réactance capacitive ou inductive dans la ligne. Il peut être placé au milieu de la ligne pour augmenter la capacité de transfert de puissance maximale et peut également être placé à l'extrémité de la ligne pour compenser les variations dues à la charge.

3 types de SVC sont

TSR (Thyristor Switched Reactor) : Il se compose d'une inductance connectée en shunt dont l'impédance est contrôlée de manière progressive à l'aide d'un interrupteur à thyristor. Le thyristor est tiré à des angles de 90 et 180 degrés uniquement.
TSC (condensateur commuté par thyristor) : Il se compose d'un condensateur connecté en shunt dont l'impédance est contrôlée par étapes à l'aide d'un thyristor. Le mode de contrôle à l'aide du SCR est le même que celui du TSR.
TCR (réacteur commandé par thyristor) : Il se compose d'une inductance connectée en shunt dont l'impédance est contrôlée par la méthode de retard d'angle de déclenchement du SCR dans laquelle la mise à feu du thyristor est contrôlée provoquant une variation du courant à travers l'inductance.

STATCOM (compensateur synchrone statique) : Il se compose d'une source de tension qui peut être une source d'énergie CC ou un condensateur ou une inductance dont la sortie peut être contrôlée à l'aide d'un thyristor Il est utilisé pour absorber ou générer de la puissance réactive.

A Series-Shunt Controller - Unified Power Flow Controller:

Ils sont une combinaison de STATCOM et de SSSC de sorte que les deux sont combinés à l'aide d'une source CC commune et fournissent une compensation de ligne série active et réactive. Il contrôle tous les paramètres de la transmission de courant alternatif.

Contrôle de tension en régime permanent utilisant SVC pour les systèmes de transmission CA flexibles

Cir flexible

Pour générer des impulsions de tension passant par zéro, nous avons besoin de signaux de tension et de courant numérisés. Le signal de tension du secteur est prélevé et converti en courant continu pulsé par un redresseur en pont et est transmis à un comparateur qui génère le signal de tension numérique. De même, le signal de courant est converti en signal de tension en prenant la chute de tension du courant de charge à travers une résistance. Ce signal AC sera à nouveau converti en signal numérique en tant que signal de tension. Ensuite, ces signaux de tension et de courant numérisés sont envoyés au microcontrôleur. Le microcontrôleur calculera la différence de temps entre les points de passage par zéro de la tension et du courant, dont le rapport est directement proportionnel au facteur de puissance et détermine la plage dans laquelle se trouve la puissance. De la même manière, en utilisant le réacteur commuté à thyristors (TSR), des impulsions de tension de passage à zéro peuvent également être générées pour améliorer la stabilité de la tension.

Système de transmission CA flexible par SVC

Le circuit ci-dessus peut être utilisé pour améliorer le facteur de puissance des lignes de transmission utilisant SVC. Il utilise des condensateurs commutés par thyristors (TSC) basés sur une compensation de shunt dûment contrôlée à partir d'un microcontrôleur programmé. Ceci est utile pour améliorer le facteur de puissance. Si la charge inductive est connectée, le facteur de puissance est en retard en raison du retard du courant de charge. Pour compenser cela, un condensateur shunt est connecté, qui tire le courant conduisant la tension source. Ensuite, l'amélioration du facteur de puissance sera faite. Le décalage temporel entre les impulsions de tension nulle et les impulsions de courant nul est dûment généré par des amplificateurs opérationnels en mode comparateur qui sont fournis à la série 8051 de microcontrôleurs.

En utilisant le contrôleur FACTS, la puissance réactive peut être contrôlée. La résonance sub-synchrone (SSR) est un phénomène qui peut être associé à une compensation en série dans certaines conditions défavorables. L'élimination SSR peut être effectuée à l'aide de contrôleurs FACTS. Les avantages des appareils FACTS sont nombreux comme un avantage financier, une qualité d'approvisionnement accrue, une stabilité accrue, etc.

Un problème avec le système de transmission CA flexible et un moyen de le résoudre

Pour un transmission flexible de l'alimentation CA , des dispositifs à semi-conducteurs sont souvent incorporés dans les circuits qui sont utilisés pour l'amélioration du facteur de puissance et pour relever les limites du système de transmission AC. Cependant, un inconvénient majeur est que ces dispositifs sont non linéaires et induisent des harmoniques dans le signal de sortie du système.

Pour supprimer les harmoniques créées en raison de l'inclusion de dispositifs électroniques de puissance dans le système de transmission CA, il est nécessaire d'utiliser des filtres actifs qui peuvent être des filtres de puissance de source de courant ou un filtre de puissance de source de tension. Le premier consiste à rendre le courant alternatif sinusoïdal. La technique consiste soit à contrôler directement le courant, soit à contrôler la tension de sortie du condensateur de filtrage. Il s'agit de la méthode de régulation de tension ou de contrôle de courant indirect. Les filtres de puissance active injectent un courant de grandeur égale mais opposé en phase au courant harmonique qui est tiré par la charge, de sorte que ces deux courants s'annulent et le courant source est complètement sinusoïdal. Les filtres de puissance active incorporent des dispositifs électroniques de puissance pour produire des composants de courant harmonique qui annulent les composants de courant harmonique du signal de sortie en raison des charges non linéaires. Généralement, les filtres de puissance active consistent en une combinaison d'un transistor bipolaire à grille isolée et d'une diode alimentée par un condensateur de bus CC. Le filtre actif est contrôlé à l'aide d'une méthode de contrôle de courant indirect. IGBT ou transistor bipolaire à porte isolée est un dispositif actif bipolaire contrôlé en tension qui intègre les caractéristiques du BJT et du MOSFET. Pour le système de transmission AC, un filtre actif shunt peut éliminer les harmoniques, améliorer le facteur de puissance et équilibrer les charges.

Gestion de l'alimentation du transformateur

Énoncé du problème:

1. La haute tension chronique est le plus souvent attribuable à une correction excessive de la chute de tension sur le réseau de transport et de distribution du service public. La chute de tension sur les conducteurs électriques est une situation courante partout. Mais, dans les endroits à faible densité de charge électrique, tels que les zones suburbaines et rurales, les longs trajets de conducteurs amplifient le problème.

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2. L'impédance fait diminuer la tension le long de la longueur d'un conducteur à mesure que le flux de courant augmente pour répondre à la demande. Pour corriger une chute de tension, le service public utilise des régulateurs de tension à changement de prise en charge (OLTC) et des régulateurs de tension à compensation de chute de ligne (LDC) pour augmenter (augmenter) ou abaisser (abaisser) la tension.

3. Les clients les plus proches d'un OLTC ou d'un LDC peuvent subir une surtension lorsque le service public tente de surmonter la chute de tension du conducteur pour ces clients à l'extrémité de la ligne.

4. Dans de nombreux endroits, l'impact de la chute de tension provoquée par la charge est considéré comme des fluctuations quotidiennes qui font que les niveaux de tension sont les plus élevés au moment de la demande de charge la plus faible.

5. En raison des charges variables dans le temps et de la non-linéarité de la propagation, de grandes perturbations entreront dans le système qui entreront également dans les lignes de consommation et rendront l'ensemble du système insalubre.

6. Une cause moins typique des problèmes de haute tension est causée par les transformateurs locaux qui ont été réglés pour augmenter la tension afin de compenser les niveaux de tension réduits. Cela se produit le plus souvent dans les installations avec de lourdes charges à l'extrémité des lignes de distribution. Lorsque les charges lourdes fonctionnent, un niveau de tension normal est maintenu, mais lorsque les charges sont coupées, les niveaux de tension augmentent.

7. Lors d'événements étranges, le transformateur est grillé en raison de la surcharge et du court-circuit dans leur enroulement. En outre, la température de l'huile est augmentée en raison de l'augmentation du niveau de courant circulant à travers leurs enroulements internes. Il en résulte une augmentation inattendue de la tension, du courant ou de la température dans le transformateur de distribution.

8. Les appareils électriques sont conçus pour fonctionner à une certaine tension standard pour que le produit atteigne des niveaux spécifiés de performance, d'efficacité, de sécurité et de fiabilité. L'utilisation d'un appareil électrique au-dessus de la plage de niveaux de tension spécifiée peut entraîner des problèmes tels qu'un dysfonctionnement, un arrêt, une surchauffe, une défaillance prématurée, etc. Par exemple, une carte de circuit imprimé peut avoir une durée de vie plus courte lorsqu'elle est utilisée au-dessus de sa tension nominale pendant longues périodes.

Transformateur

Solution:

La conception du système basé sur un microcontrôleur est de surveiller les fluctuations de tension du côté entrée / sortie du transformateur et d'acquérir des données en temps réel.
Développement du changement automatique de prise de transformateur à l'aide de servomoteurs / moteurs pas à pas.
Le système doit déclencher l'alarme pendant les niveaux de tension de seuil ou en cas d'urgence.
Le système doit être robuste et fiable.
Le système peut être installé sur des transformateurs extérieurs.
La conception de la surveillance continue de la température de l'huile des transformateurs de distribution sera comparée par les valeurs nominales et l'action correspondante prendra soin.
Utilisation de dispositifs tels que la stabilisation automatique de la tension (AVR), les stabilisateurs du système d'alimentation, les FACTS, etc. dans le réseau du système d'alimentation.

Faisabilité technique:

Système d'enregistrement de données basé sur un microcontrôleur (MDLS):

MDLS ne nécessite aucun matériel supplémentaire et permet de sélectionner la quantité de données et les intervalles de temps entre elles. Les données collectées peuvent facilement être exportées vers un PC via un port série. MDLS est très compact car il utilise quelques circuits intégrés. Une conception MDLS qui est sélectionnée doit répondre aux exigences suivantes

Il doit être facilement programmable.
L'utilisateur doit pouvoir choisir les taux de mesure.
Il doit sauvegarder les données lorsque l'alimentation système est momentanément interrompue ou complètement supprimée.
Il devrait pouvoir exporter des données vers un PC via un port série.
Cela devrait être simple et peu coûteux.

J'espère que vous avez compris le concept de transmission CA flexible de l'article ci-dessus. Si vous avez des questions sur ce concept ou sur les projets électroniques laissez la section commentaires ci-dessous.

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