İşte bugünün gündemi... Öncelikle günümüzün şebeke zorluklarını listeleyerek başlayacağız. Ardından, FACTS (Esnek AC İletim Sistemi) cihazlarının şebeke sorunlarını nasıl destekleyebileceğini göreceğiz. Daha sonra STATCOM çalışma prensibine bakacağız...
Günümüzün Şebeke Zorlukları
Küresel olarak, elektrik iletim ve dağıtım hizmeti giderek daha karmaşık hale geliyor ve aşağıdakiler gibi yeni zorluklarla karşı karşıyayız:
Artan elektrik talebi
Arz güvenliği ihtiyacı
Karbon ayak izini azaltma ihtiyacı
Uzak mesafe açık deniz rüzgar enerjisi üretiminin büyümesi
Uzaktan kontrol edilebilen yenilenebilir enerji entegrasyonu
Daha az tahmin edilebilir gömülü enerji üretimi
Kamu hizmetleri (TEİAŞ gibi), şebekenin kalitesini, kararlılığını ve güvenilirliğini artırmak için uygun maliyetli AC ve DC çözümleri arıyor.
Bu zorluklar şebekeyi nasıl etkiliyor?
bu zorluklar, şebeke operatörlerinin yönetmesi açısından güç akışı kararlılığını daha karmaşık hale getirebilir.
ancak aynı zamanda, talepteki artış ve devam eden yenilenebilir enerji entegrasyonu, eskiyen altyapıyla birleşerek şebeke voltajı dalgalanmalarına, kararlılık sorunlarına, dengesiz yüklere ve güç salınımına neden olabilir... ki bunların tümü güç kalitesini ve güç aktarım kapasitesini etkileyebilir.
FACTS (Esnek AC İletim Sistemi) cihazları şebeke sorunlarını nasıl destekler?
Tüm bu şebeke sorunları, FACTS cihazlarıyla çözülebilir. Öncelikle FACTS cihazının ne olduğunu tanımlayarak başlayalım. FACTS çözümleri, iletim hattı boyunca gerilimi desteklemek için bir AC şebekesinde dinamik olarak reaktif güç sağlayan, böylece mevcut veya yeni AC iletim sistemlerinin verimliliğini ve güvenilirliğini artıran güç elektroniği cihazlarıdır.
İki tür FACTS cihazı vardır. İlk olarak, senkron kondansatör (SC), SVC veya STATCOM gibi şönt kompanzasyon cihazları. Bu ekipmanlar şebekeye paralel olarak bağlanır. İkincisi, FSC ve TCSC gibi seri kompanzasyon cihazları da vardır. Bu ekipmanlar da şebekeye seri olarak bağlanır.
FACTS çözümünün arzu edilen nitelikleri nelerdir?
FACTS çözümü, kontrol edilebilir çıkışa sahip bir çözümdür ve değişen şebeke koşullarına hızlı ve sorunsuz bir şekilde yanıt verebilen bir çözümdür. Ayrıca geçici kararlılık gibi geniş bir performans yelpazesi sunar. Ayrıca enerji nakil hattında da artış sağlayabilir. Ve ayrıca güç salınımı sönümleme sağlayabilir. Ve bunun sonucunda, voltajın düşüşünü önler.
GE Grid Solutions, FACTS Portföyü
Sabit Seri Kompanzasyon (FSC yada TCSC)
Senkron Kondansatör (SC)
Statik Var Kompansatör (SVC)
Statik Senkron Kompansatör (STATCOM)
STATCOM Çalışma Prensibi
Kamu Hizmetleri Uygulamalarında STATCOM
Artan yenilenebilir enerji üretimleri ve güç elektroniği birbirine bağlı iletim sistemleri, güvenilir voltaj regülasyonu için araçlar gerektirir. STATCOM sistemleri, iletim sistemi voltajını desteklemek, reaktif güç dengesini kontrol etmek ve şebeke geçişlerinin olumsuz etkilerini azaltmak içindir. Yenilenebilir enerjileri iletim sistemlerine entegre etmek için voltaj kontrolü ve arıza giderme desteği sağlarlar.
Bugün, güç üretim sistemi ile son kullanıcılar arasındaki iletim sistemlerine bağlandığı yardımcı uygulamalar açısından STATCOM'a odaklanıyoruz.
STATCOM, voltajı kontrol etmek ve ağ kararlılığını ve güvenilirliğini artırmak için elektrik iletim sistemlerine reaktif akım sağlar. STATCOM sistem akımı, üretim veya yüklemedeki herhangi bir değişikliğe veya geçici koşullarda - anahtarlama olayları veya ağ arızalarına anında yanıt vermek için sürekli olarak kontrol edilir.
STATCOM Nasıl Çalışır?
Güç üretildiğinde, mega-volt-amper veya MVA cinsinden ölçülür. MVA, ideal bir güç sisteminde gerçek güç, mega Watt ve mega VAR'lar veya reaktif güç olarak bilinen iki bileşen oluşur.
Son kullanıcıların ihtiyaç duyduğu güç, megawattlar üretilen gücün yüzde 100'ünü oluşturur, gerçek dünyada çok az veya hiç reaktif güç gerekmez. Ancak sistem üzerinde motor, trafo gibi endüktif cihazlar bulunmaktadır. Bu cihazlar reaktif güç tüketir. Güç kuruluşu reaktif güç üretmeli ve bunu son kullanıcıya göndermelidir. Bu, değerli sınırlı iletim kapasitesini tüketir, iletim voltajı profilini düşürür ve üretim ve iletim maliyetlerini önemli ölçüde artırarak verimliliği azaltır.
Sabit kondansatör bankları, yük cihazlarının reaktif güç ihtiyaçlarını karşılayabilir ve jeneratörlerdeki yükü azaltabilir. Ancak iletim şebekesinin sürekli değişen koşullarına hızla yanıt verebilmek için dinamik bir cihaza ihtiyaç vardır. Bu bir statik senkron dengeleyici veya STATCOM'dur.
STATCOM ise, reaktif güç çıkışını dinamik olarak kontrol etmek için karmaşık kontrol sistemleri ve IGBT anahtarları kullanan bir reaktif güç kaynağıdır. STATCOM'lar, iletim hattındaki voltajı sürekli olarak düzenleyerek güç iletim ağının kararlılığını ve güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir. Bunlar, bir güç sistemi arızası gibi bir bozulma meydana geldiğinde aynı altyapı üzerinden çok daha büyük miktarlarda gerçek güç iletebilen bir güç aktarım süper yolu ile sonuçlanır.
STATCOM, çıktıyı artırarak hızla tepki verir. Bu, tüketiciye iletilen gerçek gücü iyileştirir ve böylece arıza giderildikten sonra arızanın etkilerini en aza indirir. Yüke duyarlı cihazlar aynı anda tekrar devreye girer ve önemli ölçüde voltaj düşmesine neden olur. STATCOM, voltajı yükseltmek ve voltaj koşulları altında veya tamamen güç kaybını önlemek için gerekli reaktif gücü dinamik olarak sağlayarak yine hızla yanıt verir. Şebeke operatörleri, minimum altyapı yatırımı ve düşük çevresel etki ile reaktif güç şebekesinin hızlı ve doğru kontrolünü elde eder.
GE'nin hizmet sınıfı STATCOM çözümü, elektrik iletim sistemleri için özel tasarımdır. Modern çoklu modüler dönüştürücü topolojisi, STATCOM sistem kayıplarını azaltırken yanıt süresi çok hızlıdır. Şebeke operatörlerine reaktif güç kompanzasyonu ve iyileştirilmiş düşük gerilim performansı, düşük harmonik akım içeriği ve geleneksel SVC çözümlerinden daha küçük bir karbon ayak izi sağlar.
İletim hattıma şönt bağlı bir STATCOM, iletim sistemi voltajından bağımsız olarak kapasitif veya endüktif akım üretebilir.
Bu sunum kısaca şunları kapsamaktadır:
STATCOM Çalışma prensibi;
Çalışma Özellikleri, yani STATCOM derecelendirmesi için gerilim akım kapasitesi;
STATCOM sisteminin temel bileşenlerini görebileceğimiz tek hat şeması;
Voltaj kaynağı dönüştürücü valf yapısı; VSC (IGBT Voltage Source Converter)
STATCOM sisteminin kalbi olan alt modül valfinin yapısı
STATCOM, reaktif güç çıkışını kontrol etmek için dalga formlarını nasıl üretir?
IGBT VSC Valf Modülü
Modern bir STATCOM, seri bağlı faz reaktörleri aracılığıyla iletim şebekesine bağlı bir IGBT tabanlı gerilim kaynağı dönüştürücüsünden ve bir yükseltici güç trafosundan oluşan şönt bağlantılı bir cihazdır.
Bir STATCOM, şebekeden reaktif güç emen endüktif bir cihaz, şebekeye reaktif güç üreten kapasitif bir cihaz olarak işlev görebilir. Bir STATCOM'un temel çalışma prensibi, endüktif modda STATCOM tarafından üretilen voltaj dalga formunun büyüklük olarak şebeke voltajından daha küçük olması ve böylece ağdan endüktif reaktif gücü emmesi durumunda, iletim sistemi voltajıyla senkronize bir voltaj dalga formu üretmesidir. Kapasitif moddayken, STATCOM tarafından üretilen voltaj dalga formunun büyüklüğü şebeke voltajından daha büyüktür ve bu nedenle şebekeye reaktif güç üretir.
Peki STATCOM, reaktif güç çıkışını kontrol eden bu dalga formlarını nasıl üretiyor?
STATCOM'un temel yapı taşı valf alt modülüdür. Her bir alt modül, koruma ve iletişim için önceden şarj edilmiş bir DC Kondansatör, yüksek hızlı bir anahtar ve elektronik kartlardan oluşur.
Tipik olarak, bir valf modu oluşturmak için bir araya yığılmış beş ila sekiz alt modül vardır. Birbirine bağlı birkaç modül, STATCOM'un bir fazı için tam bir valf oluşturur. Bunlar genellikle üç fazlı sistem oluşturmak için üç kat olarak istiflenir.
Her bir alt modülde bulunan yüksek hızlı anahtar, aslında yalıtımlı geçit çift kutuplu transistörler (#IGBTs) adı verilen dört güç elektroniği cihazından oluşan bir settir.
Bu dört IGBT devresi, pozitif, negatif, baypas edilmiş veya bloke edilmiş bir durum üreten bir konfigürasyonda düzenlenir ve çalıştırılır. Bloke durumundan başlayarak alt modül çıkış voltajı SIFIR'dır. IGBT'leri dörtte bir açmak, alt modülden pozitif bir çıktı alınmasına neden olur ve dalga biçiminde bir ve üç veya iki ve dördü açan pozitif bir adım oluşturur. Alt modül atlanır ve IGBT'lerde çalışan çıkışımız sıfıra döner. İki ve Üç, modüler çok seviyeli dönüştürücü konfigürasyonu olarak adlandırılan yapılandırmada daha fazla alt modül ekleyerek alt modülden negatif bir çıkış ve dalga biçiminde negatif bir adımla sonuçlanır.
Bunu başarmak için istenen genlikte daha pürüzsüz bir sinüzoidal dalga formu oluşturabiliriz, kontrol sırayla her bir alt modülü açar ve dönüştürücünün toplam voltajını pozitif yüksek döngüde tepe noktasına kadar sinüzoidal olarak büyütür. dalga biçimini sıfıra geri getirmek için hepsini sırayla geri kapatır.
Kontrol sistemi daha sonra negatif yarım döngü oluşturmak için IGBT konfigürasyonunu değiştirir ve gerekli negatif genliğe ulaşılana kadar her bir alt modülü önceki gibi sırayla açar ve ardından hepsini geri döndürür. Bir tam sekans, daha da fazla modül ekleyerek, sistemle yakından eşleşen daha yumuşak bir dalga formu elde edebiliyoruz. Ayrıca modülleri 3 kat istifleyerek artık üç fazlı sistemin her fazı için tam bir dalga formu üretebiliriz.
STATCOM'un karmaşıklığı, aynı anda değişen girişe göre çıkışını korumak için sürekli değişen sistem voltajını sürekli olarak izlemesidir. STATCOM, sistem tarafından gerektiğinde hızlı bir şekilde endüktif kompanzasyon veya kapasitif kompanzasyon sağlar, bu eksiksiz süreç, sistem kompanzasyonu üzerinde tam kontrol sağlar ve şebeke kararlılığının korunmasına ve verimliliğin artırılmasına yardımcı olur.