opracowanie factsy v3

Układy FACTS w systemie elektroenergetycznym Opracowanie, v. 3

1. Wymienić podstawowe elementy systemu elektroenergetycznegoJednostki wytwórcze, sieci przesyłowe, sieci rozdzielcze, odbiorniki.

2. Zdefiniować, czym jest system elektroenergetycznySystem elektroenergetyczny (SEE) to złożony układ połączonych ze sobą urządzeń i maszyn przeznaczonych do wy-twarzania, przesyłania (w tym tranzytu), rozdzielania i przetwarzania energii elektrycznej wraz z jej odbiorami, obejmu-jący swoim oddziaływaniem określony obszar, sterowany centralnie z kontrolowanymi przepływami mocy w połączeniachz innymi systemami.

3. Podać ogólny podział dodatkowych urządzeń służących do regulacji pracy systemuelektroenergetycznego

Ogólnie: za pomocą regulacji mocy turbin i wartości napięcia zadanego w generatorach elektrowni i za pomocą dodatko-wych urządzeń włączanych do sieci.Dzielimy je na: statyczne i elektromaszynowe.

4. Wymienić układy należące do dodatkowych urządzeń służących do regulacji pracySEE – podać ich rolę w systemie

ELEKTROMASZYNOWE:— kompensator synchroniczny (regulowana maszyna synchroniczna generująca moc bierną).STATYCZNE:— dławiki i baterie kondensatorów do kompensacji mocy biernej(do regulacji poziomów napięć w sieci),— kondensatory szeregowe do kompensacji reaktancji linii(zwiększanie możliwości przesyłowych mocy czynnej),— transformatory z regulacją wzdłużną przekładni (zmiana modułu napięcia,wpływ na przepływ mocy biernej),— transformatory z regulacją poprzeczną przekładni (regulacja fazy napięcia, regulacja przepływu mocy czynnej),— transformatory z regulacją skośną przekładni służące do (regulacja fazy i modułu napięcia, regulacja przepływu mocy

czynnej i biernej),— rezystory do hamowania wirników generatorów wypadających z synchronizmu załączane automatycznie na krótką

chwilę w stanach pozwarciowych.

5. Cechy łączników klasycznych— Stosowane od początku w elektroenergetyce,— przerywają prąd z udziałem łuku elektrycznego,— stosunkowo wolne (brak możliwości wykorzystania w stanach szybkozmiennych),— mechaniczne zużywanie się elementów składowych - poważne ograniczenie żywotności.

6. Cechy łączników energoelektronicznych— Przerywanie prądu bez udziału łuku,— duże możliwości łączeniowe (krótkie czasy przełączania przy równoczesnej dużej ilości wykonywanych łączeń) – urzą-

dzenia oparte na łącznikach energo-el. mogą być wykorzystane do regulacji w stanach szybkozmiennych,— praktycznie nieskończona liczba łączeń w warunkach pracy normalnej.

7. Podział nowoczesnych układów energoelektronicznych wspomagających pracę SEEFACTS, APF, APC

8. Wyjaśnić oznaczenia: SŁOWNICZEKFACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) – elastyczne systemy przesyłowe prądu : ,APF (Active Power Filter) – filtry aktywne,APC (Active Power Conditioner) – aktywne układy kondycjonowania energii,SVC (Static VAr Compensator) – statyczny kompensator mocy biernej,TSC (Thyristor Switched Capacitor) - kondensator załączany tyrystorowo,TCR (Thyristor Controlled Reactor) - dławik o tyrystorowo reg. indukcyjności,TSR (Thyristor Switched Reactor) - dławik załączany tyrystorowo,FC (Fixed Capacitors) - „stałe” baterie kondensatorów,STATCOM (Static Compensator) lub SVG (Static Var Generator) – statyczny generator mocy biernej,STATCOM:VSI (Voltage Source Inverter) - STATCOM w oparciu o przekształtnik napięcia,STATCOM:CSI (Current Source Inverter) - STATCOM w oparciu o przekształtnik prądu,TCBR (Thyristor Controlled Braking Resistor) / BR (Braking Resistor) – tyrystorowo sterowany rezystor hamującyTCVL (Thyristor Controlled Voltage Limiter) – tyrystorowo sterowany ogranicznik napięcia,TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor) lub SSC – tyrystorowo załączany kondensator szeregowy,TCSC - (Thyristor Controlled Series Capacitor) lub CSC – kondensator szeregowy o tyrystorowo reg. pojemności,SSSC (Static Synchronous Series Compensator) – statyczny szeregowy kompensator synchroniczny,NGH-SSR (N. G. Hingorani Subsynchronous Resonance) układ do tłum. oscylacji podsynchronicznych i przepięć,SSB (Solid State Breaker) – wyłącznik półprzewodnikowy GTO,FCL (Fault Current Limiter) – ogranicznik prądu zakłóceniowego (zwarciowego),

2015-05-02 1


DVR (Dynamic Voltage Restorer) – układ dynamicznej odbudowy napięcia,SPS (Static Phase Shifter) – statyczny przesuwnik fazowy,TCPST (Thyristor-Controlled Phase Shifting Transformer) - tyrystorowo ster. transformatorowy przesuwnik fazowy,UPFC (Unified Power Flow Controller) – zespolony regulator przesyłu mocy,IPFC (Interline Power Flow Controller) – międzysystemowy regulator przesyłu mocy,TCPAR (Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) lub TCPST lub PST – tyrystorowo sterowany transformatorz regulacją poprzeczną,TCVMR (Thyristor Controlled Voltage Magnitude Regulator) – tyrystorowo sterowany regulator modułu napięcia,SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) – nadprzewodnikowy zasobnik energii elektrycznej,BESS (Battery Energy Storage System) – bateryjny zasobnik energii elektrycznej,GCSC (GTO Thyristor Controlled Series Capacitor) - kondensator szeregowy o pojemności reg. tyrystorami GTO,ASC (Advanced Series Compensator) – rozszerzony kompensator szeregowy,ST („Sen” Transformer) – transformator „Sen”,HVDC (High-Voltage Direct-Current) – układy przesyłowe wysokiego, napięcia,MVDC (Middle-Voltage Direct-Current) – układy przesyłowe średniego, napięcia,LVDC (Low-Voltage Direct-Current) – układy przesyłowe niskiego napięcia,UPQC (Unified Power Quality Conditioner) – zespolony regulator jakości mocy,APLC (Active Power Line Conditioners) – aktywny układ zwiększania przepustowości linii,TCVR (Thyristor Controlled Voltage Regulator) – tyrystorowo sterowany regulator napięcia

9. Podział układów FACTS na grupyPodział: szeregowe, bocznikowe, szeregowo-bocznikowe, szeregowe/bocznikowe, łącza prądu stałego.

10. Wymienić układy zaliczane do grupy bocznikowych układów FACTSPodłącza się je do określonego punktu systemu bocznikowo. Zadaniem większości z nich jest dostarczanie lub pobieranieokreślonej mocy w punkcie przyłączenia i/lub regulacja napięcia w tym punkcie.KOMPENSATORY STATYCZNE: SVC, STATCOM, SVC na bazie STATCOM – układ hybrydowy.INNE UKŁADY BOCZNIKOWE:TCBR, TCVL.

11. Wymienić układy zaliczane do grupy szeregowych układów FACTSWłączane w określone ciągi przesyłowe szeregowo z nimi. Podstawowe zadanie większości z nich: regulacja przepływającejw określonym ciągu przesyłowym mocy poprzez włączenie szeregowo z linią sterowanej reaktancji. Dodatkowo zaliczyćmożna układy służące ograniczaniu prądu w ciągu przesyłowym.UKŁADY SZEREGOWE FACTS: TSSC, TCSC, GCSC, ASC, SSSC, NGH-SSR Damper, SSB, FCL, DVR.

12. Wymienić układy zaliczane do grupy szeregowo-bocznikowych układów FACTSZawierają one elementy włączone do układu zasilania bocznikowo i szeregowo. Podstawowa funkcja: zapewnienie możliwienajlepszej regulacji przepływu mocy czynnej i biernej w ciągu przesyłowym poprzez sterowanie modułu i kąta napięcia.UKŁADY SZEREGOWO-BOCZNIKOWE FACTS: SPS, TCPAR, UPFC, IPFC, TCVMR, ST.

13. Wymienić układy zaliczane do grupy szeregowych/bocznikowych układów FACTSMożna je włączać szeregowo lub równolegle w zależności od potrzeb. Podstawowe zadanie: „wstrzyknięcie” do systemuw czasie stanu przejściowego energii, w celu zmniejszenia niekorzystnych skutków towarzyszących takiemu stanowi (np.wyeliminowanie zapadu napięcia)UKŁADY SZEREGOWE/BOCZNIKOWE FACTS: SMES, BESS.

14. Wymienić układy zaliczane do grupy bocznikowych kompensatorówenergoelektronicznych FACTS

Główne zadanie: kompensacja mocy biernej i tym samym regulacja napięcia w węźle przyłączenia. Duża szybkość regulacji(łączniki półprzewodnikowe) pozwala na wykorzystywanie tych urządzeń do tłumienia kołysań mocy.Rodzaje:SVC, STATCOM i SVC na bazie STATCOM.

15. Wymienić układy zaliczane do grupy regulatorów przepływu mocyUPFC, IPFC, UPQC, APLC.

16. Wymienić układy zaliczane do grupy transformatorów regulacyjnychTCVR, TCPST.

17. Podział układów SVCTSC, TSR, TCR, TCR-FC, TCR-TSC-FC, TSR-TSC.

2015-05-02 2


18. Podział układów STATCOMWyróżnić można 2 podstawowe odmiany tych układów:

— układy typu VSI (Voltage Source Inverter), prze-kształtnik stanowi przetwornicę napięcia, obciążeniemprzekształtnika jest kondensator. Zastosowanie: do dy-namicznej kompensacji mocy biernej w punkcie przy-łączenia do systemu elektroenergetycznego,

— układy bazujące na przetwornicy prądu CSI(Current Source Inverter). Bocznikowo włączany kon-densator pomiędzy układ i transformator, obciążenieprzekształtnika po stronie DC stanowi dławik. (Nieznalazły zastosowania w SEE).

19. Podział układów przesyłowych DC ze względu na wartość napięciaHVDC, MVDC, LVDC.

20. Podział układów przesyłowych DC ze względu na układ połączeńJednobiegunowe (monopolarne), dwubiegunowe (bipolarne), homopolarne (przypominają układy 2-biegunowe, lecz pra-cują jak jednobiegunowe).

21. Które pary wielkości fizycznych w SEE wykazują największe wzajemneoddziaływania

— (P, δ) Moc czynna i kąt napięcia— (X, P ) Reaktancja i moc czynna

P = U1 · U2

X· sinδ

— (U, Q) napięcie i moc bierna— (X, Q) reaktancja i moc bierna

P = U1 · U2

X· cosδ

22. Wymienić kryteria regulacji stosowane w kompensatorach— współczynnika mocy cosϕ lub tgϕ,— napięcia – stosowane w systemie elektroenergetycznym (sieć przesyłowa), najczęściej stosowana,— mocy biernej,— tłumienie kołysani mocy (nie każdy do tego służy).

23. Charakterystyka statyczna układu SVC

UT – napięcie w węźle, do którego przyłączony jest układSVC, IkL – wartość prądu o charakterze indukcyjnym

przepływająca przez transformator za pomocą któregopodłączony jest SVC do węzła, IkC - wartość prądu ocharakterze pojemnościowym przepływająca przez trans-formator za pomocą którego podłączony jest SVC do wę-zła, Bmin, Bmax – graniczne wartości susceptancji (Bmin

– praca przy załączonych wszystkich dławikach, Bmax –praca przy załączonych wszystkich kondensatorach), sU

– statyzm układu SVC – nie może być równy 0 bo skut-kuje to niestabilną pracą (przełączanie między załącze-niem wszystkich dławików i wszystkich kondensatorów)→ pojawi się niestabilny przesył mocy biernej i w konse-kwencji może dojść do rozhuśtania generatorów i oscylacjimocy w SEE.

2015-05-02 3


24. Charakterystyka statyczna układu STATCOM

UT – napięcie w węźle, do którego przyłączony jest układSTATCOM, UT zmax, UT zmin – górne i dolne ograniczenienapięciowe, IkLmax, IkCmax – ograniczenie prądowe zwią-zane z prądem członu indukcyjnego i pojemnościowego;UT z – napięcie zadane, sU – statyzm układu STATCOM.

25. Schemat układu SVC typu TCR-FC

USS – układ sterowania susceptancją, RU – regulator na-pięcia, TR – transformator WN/SN, α – kąt zapłonu ty-rystorów TCR, UT z – napięcie zadane, UT – napięcie kon-trolowane, Ik – prąd kompensatora

26. Schemat układu SVC typu TCR-TSC-FC


27. Schemat układu SVC typu TCR-TSR


2015-05-02 4


28. Schemat układu STATCOM


29. Schemat układu UPFC

TR - transformator, PR - przekształtnik (odpowiednikSTATCOM), TS - transformator szeregowy, PS - prze-kształtnik współpracujący z TS (odpowiednik SSSC),strona DC - przekształtniki są ze sobą połączone wspólnabaterią kondensatorów

30. Schemat układu IPFCIPFC wykorzystuje 2 lub więcej przetworniki VSC mające wspólny obwód DC (lub osobne, połączone ze sobą). KażdyVSC„wstrzykuje” energię – z możliwością regulacji amplitudy i fazy kąta - do linii ee poprzez transformator sprzęgła,a także zapewnia kompensacje mocy dla każdej linii indywidualnie. Aktywna kontrolowania aktywnego przepływu mocyw systemie elektroenergetycznym.Schemat IPFC przedstawia układ złożony z dwóch przetworników VSC. W tym system: system sterowania Master służącydo wyrównania zarówno rezystancyjnego i indukcyjnego impedancji systemu elektroenergetycznego linii 1, a także systemkontroli SLAVE służy do regulacji reaktancji Linii 2 i utrzymania wspólnego napięcia w obwodzie pośrednim.

31. Uogólniony schemat układu TCPAR

Układ posiada w swojej strukturze dwa transforma-tory, z których jeden pracuje bocznikowo, a drugi sze-regowo z systemem przesyłowym. Transformator boczni-kowy służy jako źródło zasilania dla wytworzenia odpo-wiednich napięć w transformatorze szeregowym. Wykony-wana więc jest przez to urządzanie regulacja przekładnicałego układu jako regulacja poprzeczna, albo skośna.

2015-05-02 5


32. Schemat układu TSSC

Układy te stanowią nowocześniejszy odpowiednik tra-dycyjnych kondensatorów szeregowych do kompensacjireaktancji długich ciągów przesyłowychUkład może stanowić pojedyncza sekcja TSSC lub kilkasekcji połączonych szeregowo sterowanych przez jedenregulator. Bardzo często w układzie jest też włączony„stały” kondensator szeregowy CF .

33. Schemat układu TCSC

Układ można stosować jako pojedynczy lub jako kilka sek-cji połączonych szeregowo. Stały kondensator szeregowyCF stosowany również w układach TSSC.

34. Schemat układu SSSC

Układ budową przypomina STATCOM, podobna jest teżzasada działania, natomiast inne oddziaływanie na siećelektroenergetyczną.

35. Schematy układu SMES

— zasobnik energii: SMES – cewka nadprzewodnikowazatopiona w kadzi z ciekłym helem;

— jedna lub dwie przetwornice tyrystorowe;— jeden lub dwa transformatory (w zależności od liczby

przetwornic)— regulatory wykonawcze – PQI (SMES) lub PQU

(BESS) - regulator nadrzędny – modulator mocy

2015-05-02 6


36. Schematy układu BESS

— zasobnik energii: BESS – zwykle bateria kondensatorów, lub bateria akumulatorów o dużej zdolności impulsowegooddawania energii;

— jedna lub dwie przetwornice tyrystorowe;— jeden lub dwa transformatory (w zależności od liczby przetwornic)— regulatory wykonawcze – PQU (BESS) - regulator nadrzędny – modulator mocy

37. Schemat układu HVDC monopolarnego

Jest jeden przewód o ujemnej polaryzacji, przewodempowrotnym jest ziemia lub woda. Ujemna biegunowość- ograniczenia zakłóceń radiowych wywołanych zjawi-skiem ulotu.

Należy pamiętać o umieszczeniu na schemacie filtrów. Za-równo po stronie AC jak i dławików po stronie DC. Prze-kształtniki w układach prądu stałego pracują z komutacjąsieciową. W czasie pracy pobierają moc bierną z sieci ACproporcjonalną do przesyłanej mocy czynnej. Prowadzi todo zmian napięcia na szynach stacji przekształtnikowej.W celu ograniczenia poboru mocy biernej z sieci prąduprzemiennego stosuje się w stacjach przekształtnikowychukłady kompensacji mocy biernej. Stosuje się kompensa-tory statyczne składające się z kondensatorów i dławików.Dzięki zastosowaniu tyrystorów możliwa jest płynna regu-lacja mocy biernej dostarczanej dla przekształtników.

38. Schemat układu HVDC bipolarnego

2015-05-02 7


39. Schemat układu HVDC homopolarnego

40. Czym są hybrydowe układy FACTS – cechy charakterystyczne— ich struktura umożliwia pracę całego zespołu jako co najmniej dwa różne układy FACTS,— praca może odbywać się na zasadzie pracy pojedynczej (układ hybrydowy pracuje jako 1 typ układu FACTS) lub

pracy równoległej (1 układ hybrydowy pracuje równocześnie jako kilka, zależnych lub niezależnych, układów FACTS),— zapewnienie możliwie najlepszej regulacji przepływu mocy P i Q w określonym obszarze SEE,— realizują funkcje zabezpieczeń prądowych i napięciowych,— tłumienie kołysań mocy w stanach dynamicznych,— są stosunkowo drogie,— zwiększają możliwości przesyłowe energii elektrycznej,— są wielofunkcyjne, co pozwala na dostosowanie ich konfiguracji do aktualnych potrzeb elektroenergetycznych.

41. Układy SVC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyTSC:Zastosowanie: głównie w zakładach przemysłowych jako kompensatory zakładowe mocy biernej i współczynnika mocy,w sieciach przesyłowych do „korekty” napięcia.Sposób podłączenia do systemu: taki sam, jak dla typowych baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej,(kilka sekcji TSC połączonych równolegle sterowanych przez jeden regulator).Zalety:— Stosunkowo niski koszt urządzenia,— prosty układ sterowania.Wady:— Brak płynnej regulacji pojemności (i napięcia oraz mocy biernej),— nie można stosować do regulacji w stanach dynamicznych.TSR i TCR:Zastosowanie: głównie w zakładach przemysłowych, w których jest zainstalowanych dużo baterii kondensatorów dokompensacji mocy biernej (tam, gdzie okresowo pojawia się przekompensowanie),w sieciach przesyłowych do „korekty”napięcia.Sposób podłączenia do systemu: taki sam, jak dla typowych baterii dławików przeznaczonych do kompensacji nad-miaru mocy biernej lub regulacji napięcia (pojedyncza sekcja lub kilka sekcji połączonych równolegle sterowanych przezjeden regulator, również jako układ mieszany: 1 sekcja TCR + kilka sekcji TSR).Zalety:— Stosunkowo niski koszt urządzenia (najtańszy z SVC, najdroższe są dławiki),— w miarę prosty układ sterowania (TSR – skokowa zmiana inukcyjności, TCR – ciągła regulacja indukcyjności przez

układ),— Możliwe łączenie ze sobą układów TSR i TCR jako jeden kompensator, co zapewnia płynną regulację indukcyjności

w szerokim zakresie.Wady:— TCR wprowadzają do sieci harmoniczne prądu – wymagają filtrów (w praktyce nie pracują samodzielnie – bez filtrów),— TSR są pozbawione możliwości płynnej regulacji indukcyjności, skokowe zmiany napięcia,— bardzo ograniczone zastosowanie przy stanach szybkozmiennych.TCR-FC:Zastosowanie:— w zakładach przemysłowych jako lokalne regulowane kompensatory mocy biernej i/lub regulatory wsp. mocy,— do poprawy jakości napięcia na zaciskach odbiorów „niespokojnych” (o dużej dynamice zmian obciążenia połączonych

z wprowadzaniem do sieci zasilającej harmonicznych prądów),— samodzielne jednostki pracujące w sieciach WN i NN do regulacji poziomów napięć, tłumienia kołysań mocy i ogólnie

regulacji rozpływu mocy biernej i eliminacji zaburzeń napięcia.Sposób podłączenia do systemu: taki sam, jak dla typowych baterii dławików czy kondensatorów do kompensacjimocy biernej – w wybranym węźle w układzie zasilania.Zalety:— budowa modułowa pozwala przystosować strukturę kompensatora do potrzeb punktu przyłączenia,

2015-05-02 8


— możliwość regulacji poziomu napięcia, mocy biernej, współczynnika mocy oraz tłumienia kołysań mocy (w zależnościod kryteriów regulacji wprowadzonych do regulatora).

Wady:— Wprowadzanie do sieci harmonicznych prądów (dławiki regulowane),— znaczny koszt, w dużej mierze uzależniony od napięcia znamionowego i wartości mocy,— poza zakresem regulacji zależność generacji lub poboru mocy biernej od kwadratu napięcia zasilającego.TCR-TSC-FC:Zastosowanie:— samodzielne jednostki pracujące w sieciach WN i NN do regulacji poziomów napięć, tłumienia kołysań mocy i ogólnie

regulacji rozpływu mocy biernej i eliminacji zaburzeń napięcia,— możliwa praca w zakładach przemysłowych jako lokalne regulowane kompensatory mocy biernej i/lub regulatory

współczynnika mocy, a także jako układy do poprawy poziomu napięcia i jakości energii elektrycznej.Sposób podłączenia do systemu: taki sam, jak dla typowych baterii dławików czy kondensatorów do kompensacjimocy biernej – w wybranym węźle w układzie zasilania.Zalety:— budowa modułowa pozwala przystosować strukturę kompensatora do potrzeb punktu przyłączenia,— możliwość regulacji poziomu napięcia, mocy biernej, współczynnika mocy oraz tłumienia kołysań mocy (w zależności

od kryteriów regulacji wprowadzonych do regulatora).Wady:— Wprowadzanie do sieci harmonicznych prądów (dławiki regulowane),— znaczny koszt (najdroższa z konstrukcji SVC), w dużej mierze uzależniony od napięcia znamionowego i wartości

mocy,— poza zakresem regulacji zależność generacji lub poboru mocy biernej od kwadratu napięcia zasilającego.

42. Układy STATCOM – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie: znajdują w szerokim zakresie napięć w elektroenergetyce:— w zakładach przemysłowych jako lokalne regulowane kompensatory mocy biernej i/lub regulatory współczynnika

mocy;— do poprawy jakości napięcia na zaciskach odbiorów „niespokojnych” (o dużej dynamice zmian obciążenia połączonych

z wprowadzaniem do sieci zasilającej harmonicznych prądów);— j do regulacji współczynnika mocy elektrowni wiatrowej;— samodzielne jednostki pracujące w sieciach WN i NN do regulacji poziomów napięć, tłumienia kołysań mocy i ogólnie

regulacji rozpływu mocy biernej.Sposób podłączenia do systemu: taki sam, jak dla typowych baterii dławików czy kondensatorów do kompensacjimocy biernej – w wybranym węźle w układzie zasilania.Zalety:— Zwarta budowa, nie wymagająca zastosowania dużych dławików i filtrów,— mniejsze od SVC przy tych samych możliwościach generacji mocy,— możliwość regulacji poziomu napięcia, mocy biernej, współczynnika mocy oraz tłumienia kołysań mocy (pełnione

funkcje uzależnione od kryteriów regulacji wprowadzonych do regulatora)Wady:— znaczny koszt (większy niż SVC), w dużej mierze uzależniony od napięcia znamionowego i wartości mocy— poza zakresem regulacji zależność generacji mocy biernej liniowo od napięcia zasilającego (w stosunku do SVC można

przyjąć to za zaletę)

43. Układy SVC na bazie STATCOM – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu,zalety, wady

Zastosowanie:Lepsze/szersze niż SVC i zasadniczo takie same jak układów STATCOM.— w zakładach przemysłowych jako lokalne regulowane kompensatory mocy biernej i/lub regulatory współczynnika

mocy;— do poprawy jakości napięcia na zaciskach odbiorów „niespokojnych” (o dużej dynamice zmian obciążenia połączonych

z wprowadzaniem do sieci zasilającej harmonicznych prądów);— do regulacji współczynnika mocy elektrowni wiatrowej;— samodzielne jednostki pracujące w sieciach WN i NN do regulacji poziomów napięć, tłumienia kołysań mocy i ogólnie

regulacji rozpływu mocy biernej.Sposób podłączenia do systemu: taki sam jak dla typowych baterii dławików czy kondensatorów do kompensacjimocy biernej – w wybranym węźle w układzie zasilania.Zalety:— przy tych samych możliwościach generacji i poboru mocy biernej zajmują mniejszą powierzchnię przez cały układ niż

tradycyjne układy SVC,— zastąpienie dławików sterowanych tyrystorowo (TCR) układami STATCOM (niegenerowanie wyższych harmonicznych

= brak silnych odkształceń napięcia),— STATCOM pełni rolę układu TCR (podstawowe zadanie)

2015-05-02 9


— zwiększona szybkość działania układów przy równoczesnym rozszerzeniu zakresu zmian mocy biernej w części pojem-nościowej w stosunku do SVC,

— poza zakresem regulacji generacji mocy biernej zależy liniowo od napięcia zasilającego (w stosunku do SVC jest tozaleta) [cecha STATCOM],

— możliwość regulacji poziomu napięcia, mocy biernej, współczynnika mocy oraz tłumienia kołysań mocy.— filtry, których podstawowym zadaniem było ograniczanie zakłóceń wprowadzanych przez TCR można wykorzystać

jako filtry charakterystycznych harmonicznych wprowadzanych przez odbiory przyłączone do tego samego węzła, wktórym jest kompensator (i nadal traktowane będą one jako dodatkowe źródła mocy biernej).

Wady:— hybryda – najdroższy układ (w stosunku do SVC i STATCOM),

TR – transformator WN/SN, Regulator – regula-tor układu, α – sygnał wysterowania przekształtnikaSTATCOM, UT z – napięcie zadane, UT – napięcie kon-trolowane, Ik – prąd kompensatora, UDC – napięcie wobwodzie DC, IDC – prąd w obwodzie DC.

44. Układy TSSC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie:— kompensacja reaktancji długich ciągów przesyłowych,— bieżąca regulacja przepływu mocy czynnej i biernej płynącej w takiej linii.Sposób podłączenia do systemu: szeregowo w ciąg przesyłowy, może stanowić jedną sekcję lub kilka połączonychszeregowo.

Zalety:— umożliwia szybką regulację reaktancji,— prosty układ sterowania,— modułowa budowa pozwalająca dostosowanie struk-

tury układu do potrzeb.Wady:— brak płynnej regulacji, skokowa regulacja wypadkowej

reaktancji ciągu przesyłowego,— ograniczone zastosowanie przy stanach szybkozmien-

nych ze względu na brak płynnej regulacji,— znacznie koszty urządzeń (szczególnie układów wyso-

konapięciowych).

45. Układy TCSC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie: Nowocześniejszy odpowiednik TSSC oraz tradycyjnych kondensatorów szeregowych do kompensacji re-aktancji długich ciągów przesyłowych. Zastosowanie tyrystorów GTO zwiększyło możliwości sterowania układu (GCSC).Stosowane także do bieżącej regulacji przepływu mocy czynnej i biernej płynącej w ciągu przesyłowym.Sposób podłączenia do systemu: szeregowo w ciąg przesyłowy, może stanowić jedną sekcję lub kilka połączonychszeregowo. Podobnie jak przy TSSC, bardzo często w układzie jest też włączony „stały” kondensator szeregowy CF .Zalety:— szybka regulacja reaktancji,— możliwość regulacji w stanach dynamicznych w SEE,— modułowa budowa pozwalająca dostosowanie struktury układu do potrzeb,— płynna regulacja wypadkowej reaktancji ciągu przesyłowego.Wady:— wprowadzanie do sieci harmonicznych prądów (dławiki regulowane),— wysokie koszty urządzeń (szczególnie WN) - brak możliwości zastosowania TRAFO do obniżenia napięcia.

2015-05-02 10


46. Układy SSSC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie:— kompensacja reaktancji długich ciągów przesyłowych (linii);— bieżąca regulacja przepływu mocy czynnej i biernej przepływającej w ciągu z zainstalowanym SSSC;— możliwość wykorzystania ich do regulacji rozpływu mocy (także dla krótkich ciągów przesyłowych pracujących rów-

nolegle).Sposób podłączenia do systemu: szeregowo w ciąg przesyłowy (identycznie jak w przypadku kondensatorów szerego-wych przeznaczonych do kompensacji reaktancji ciągu przesyłowego).Zalety:— zastosowanie w stanach dynamicznych (szybka regulacja reaktancji);— sterowanie przesyłem mocy ciągami przesyłowymi w stanach ustalonych;— zwarta budowa zawierająca w swojej strukturze transformator, który umożliwia zastosowanie przekształtnika i kon-

densatorów na niższe napięcie;— nowoczesność – łączy w sobie zalety szybkich przekształtników i regulatorów systemowych.Wady:— bardzo wysokie koszty urządzenia;— potrzeba stosowania trafo szeregowego przez który przepływa cała moc (uzwojenie pierwotne – prądy do 2 kA)→ po stronie wtórnej zainstalowane są elementy SN.

47. Układy DVR – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie: Grupa urządzeń przeznaczonych do ograniczania zaburzeń napięcia zasilającego odbiorniki (zapady, przy-siady, chwilowe obniżenia wartości oraz eliminacja innych zaburzeń kształtu krzywej napięcia zasilającego). Pracują tylkow czasie stanów dynamicznych (zakłóceniowych).

Sposób podłączenia do systemu: szeregowo w obwódzasilania odbioru, który ma być chroniony przed zaburze-niami napięcia zasilającego.Zalety:— szybkie działanie;— skuteczne ograniczanie zaburzeń napięcia zasilającego

na zaciskach chronionego odbiornika (ale w ograniczo-nym zakresie).

Wady:— przystosowanie do pracy w zasadzie tylko w stanach

zakłóceniowych;— ograniczenia związane z możliwością gromadzenia

energii;— stosunkowo krótki czas działania (do 1 s przy założeniu

tylko częściowego odtwarzania napięcia).

48. Układy UPFC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie:— płynna regulacja napięcia w węźle do którego układ jest włączony;— sterowanie napięciem (regulacja modułu i kąta);— sterowanie przepływami mocy czynnej i biernej;Sposób podłączenia do systemu: musi uwzględniać sposób pracy, a więc urządzenie włączane jest w węźle systemowymw taki sposób, że część bocznikowa połączona jest z szynami w tym węźle, a część szeregowa wpięta w jeden z ciągówliniowych odchodzących od tych szyn.Zalety:— połączenie wszystkich zalet układów STACOM i SSSC;— może pracować w różnych trybach (tylko funkcje STATCOM, tylko SSSC albo obie);— niezależne sterowanie przesyłaniem moczy czynnej i biernej;Wady:— wysoka cena związana z implementacją do systemu.

49. Układy IPFC – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie:— do regulacji w sposób płynny przepływu mocy w liniach, do których są włączone poszczególne człony szeregowe;— poprzez bezpośrednią regulację przepływu mocy w jednych liniach układ umożliwia pośrednio wpływ na przepływy

mocy w pozostałych liniach podłączonych do tego samego węzła lub węzłów sąsiednich.Sposób podłączenia do systemu: musi uwzględniać sposób pracy, a więc urządzenie włączane jest w węźle systemowymw taki sposób, że część bocznikowa (jeśli ją posiada) połączona jest z szynami w tym węźle, a części szeregowe wpięte

2015-05-02 11


w ciągi liniowe odchodzących od tych szyn. Teoretycznie poszczególne człony tego urządzenia mogą być włączone w różnychwęzłach, ale to oznaczałoby konieczność budowy dodatkowych linii DC pomiędzy tymi węzłami w celu utworzenia połączeńpomiędzy obwodami DC poszczególnych członów.Zalety:— łączą w sobie zalety układów SSSC pracujących we wspólnym węźle,— umożliwiają sterowanie przepływem mocy w kilku ciągach równocześnie powiązanych z różnymi węzłami,— możliwość wykorzystania członu bocznikowego do regulacji napięcia w węźle przyłączenia.Wady:— układy bardzo drogie jeżeli chodzi o instalację,— ich instalowanie w systemie musi być poprzedzone szeroką analizą ich wpływu, ponieważ są w stanie zmieniać w zna-

czący sposób rozpływy mocy w sieci i to na znaczącym obszarze— wykorzystanie jednego urządzenia IPFC do obsługi kilku węzłów wymaga dodatkowych linii DC

50. Układy TCPST (TCPAR) – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety,wady

Zastosowanie: do regulacji w sposób płynny przepływu mocy w ciągu liniowym, do którego są włączone ich członyszeregowe. Poprzez bezpośrednią regulację przepływu mocy w jednym ciągu układ umożliwia również pośrednio wpływna przepływy mocy w pozostałych ciągach pracujących równolegle.Sposób podłączenia do systemu: szeregowo w ciągi liniowe (transformator szeregowy – dodawczy), natomiast trans-formator bocznikowy (zasilający) bocznikowo w ciąg, lub do szyn węzła.Zalety:— umożliwiają regulację przepływu mocy czynnej i biernej w ciągu liniowym,— umożliwiają regulację napięć (jako sposób sterowania przepływem mocy),— mogą tłumić kołysania mocy w stanach dynamicznych (dość skutecznie).Wady:— układy drogie (jak większość FACTS),— mogą wprowadzać zakłócenia (harmoniczne) do prądu, a więc i napięcia (przełączenia w obwodach zawierających duże

indukcyjności)

51. Układy TCVR – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyTCVR (Thyristor Controlled Voltage Regulator): tyrystorowo sterowany regulator napięcia.Zastosowanie: Do regulacji poziomów napięć w punktach przyłączenia, a także do regulacji rozpływu mocy biernej.Sposób podłączenia do systemu: Typowy dla tradycyjnych transformatorów systemowych.Zalety:— Zastosowanie elementów energoelektronicznych pozwala na szybkie przełączanie zaczepów transformatora, co pozwala

na wykorzystanie układu do regulacji w stanach zakłóceniowychWady:— Układy droższe od standardowych przełączników— Przełączniki energoelektroniczne wymagają wciąż (mimo postępu techniki) większej przestrzeni, niż przełączniki kla-

syczne— Na razie rzadko wprowadzane ze względu na nie najlepsze parametry eksploatacyjne

52. Układy SMES – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie: Do eliminacji zapadów napięcia w czasie krótkotrwałych stanów przejściowych, łagodzenia gwałtownych(szybkich) skoków mocy w układzie zasilania. Podstawową funkcją jest tłumienie kołysani mocy w systemie elektroener-getycznym.Sposób podłączenia do systemu: możliwe jest włączenie układu SMES w strukturę układu STATCOM, SSSC lubDVR - odbywa się to przez dołączenie do obwodu napięcia stałego bocznikowo w stosunku do baterii kondensatorów.Zalety:— umożliwiają znaczące tłumienie kołysań mocy,— eliminacja zapadów napięcia w czasie krótkotrwałych stanów przejściowych,— mogą być dołączone do innych układów FACTS jako ich elementy składowe.Wady:— ich możliwości są ściśle ograniczone ilością zgromadzonej energii,— są układami przystosowanymi do pracy tylko podczas stanów przejściowych krótkotrwałych,— bardzo drogie w instalacji, jak również kłopotliwe w eksploatacji.

53. Układy BESS – zastosowanie, sposób podłączenia do systemu, zalety, wadyZastosowanie: do eliminacji zapadów napięcia spowodowanych np. zwarciami, łagodzenia gwałtownych (szybkich) sko-ków mocy w układzie zasilania, lecz podstawową funkcją, dla której zostały zaprojektowane jest tłumienie kołysań mocyw systemie elektroenergetycznym.Sposób podłączenia do systemu: jest zależny od efektu, jaki chcemy uzyskać (eliminacje zapadów napięcia, tłumienieoscylacji mocy) i możliwości. Możliwe jest włączenie układów BESS (i SMES) w strukturę układu STATCOM, SSSC lubDVR – odbywa się to poprzez dołączenie do obwodu napięcia stałego bocznikowo w stosunku do baterii kondensatorów

2015-05-02 12


stanowiącej obciążenie przetwornicy.Zalety:— Umożliwiają znaczące tłumienie kołysań mocy,— eliminacja zapadów napięcia w czasie krótkotrwałych stanów przejściowych,— mogą być dołączane do innych układów FACTS jako ich elementy składowe (STATCOM, SSSC).Wady:— możliwości są ściśle ograniczone ilością zgromadzonej energii,— układy przystosowane do pracy tylko podczas stanów przejściowych krótkotrwałych,— bardzo drogie w instalacji, kłopotliwe w eksploatacji.

54. Cechy układów przesyłowych napięcia stałego.Zalety:— możliwość połączenia ze sobą systemów elektroenergetycznych pracujących asynchronicznie;— niepogarszanie stabilności współpracujących systemów niezależnie od długości zastosowanych linii DC;— nie zwiększanie mocy zwarciowej w żadnym z łączonych systemów elektroenergetycznych;— w przypadku wykorzystywania do przesyłu energii linii napowietrznych: lżejsza konstrukcja słupów, mniejsza liczba

izolatorów, węższy pas terenu zajmowany pod trasę linii, znacznie mniejsze straty powodowane zjawiskiem ulotu,mniejsze zakłócenia radioelektryczne niż w liniach AC;

— w przypadku wykorzystania do przesyłu energii linii kablowych: brak zapotrzebowania na moc bierną indukcyjną,brak strat dielektrycznych, naprężenia w izolacji kabla mogą być większe - w odniesieniu do kabli AC;

— większa niezawodność przesyłu energii w układzie dwubiegunowym DC niż w odpowiadającym mu układzie AC z racjimożliwości wykorzystania niezależnie każdego z dwóch układów przewód-ziemia.

Wady:— znaczny koszt budowy stacji przekształtnikowych;— wprowadzanie do sieci AC i DC, wyższych harmonicznych napięcia i prądu - wymaga stosowania filtrów;— trudniejsze warunki przerywania prądów w obwodach DC, niż w AC;— duży pobór mocy biernej przez stacje przekształtnikowe, co wymaga stosowania kompensatorów dostarczających

lokalnie tę moc lub, w przypadku ich braku, może prowadzić do pogorszenia warunków pracy sieci AC wraz zezmniejszeniem zdolności przesyłowej linii AC;

— wrażliwość układów przekształtnikowych na zakłócenia;— większa wrażliwość izolatorów napowietrznych DC na zabrudzenia, niż w układach AC.

55. Łącza prądu stałego, a zagadnienie mocy biernej.Pobór mocy biernej uzależniony jest od przesyłanej łączem mocy czynnej oraz od kąta wysterowania elementów półprze-wodnikowych przekształtników.Przekształtniki w układach prądu stałego pracują z komutacją sieciową. W czasie pracy pobierają moc bierną z sieci prąduprzemiennego proporcjonalną do przesyłanej mocy czynnej. Prowadzi to do zmian napięcia na szynach stacji przekształt-nikowej. W celu ograniczenia poboru mocy biernej z sieci prądu przemiennego stosuje się w stacjach przekształtnikowychukłady kompensacji mocy biernej. W nowoczesnych układach stosuje się kompensatory statyczne składające się z kon-densatorów i dławików. Dzięki zastosowaniu tyrystorów możliwa jest płynna regulacja mocy biernej dostarczanej dlaprzekształtników.Zmiana kąta załączania tyrystorów w przekształtnikach powoduje zmianę kąta przesunięcia fazowego podstawowej har-monicznej prądu w układzie zasilania względem sinusoidalnego napięcia zasilającego. Ze wzrostem kąta wysterowaniatyrystorów α wzrasta kąt fazowy opóźnienia przebiegu prądu w linii względem napięcia wejściowego przekształtnika, cowskazuje jednoznacznie na to, że sterowane przekształtniki energoelektroniczne są odbiornikami pobiera-jącymi z linii moc bierną zależną od kąta wysterowania.

2015-05-02 13

opracowanie factsy v3

Documents