يک منبع ولتاژ سنکرون عمل ميکند، در حاليکه SVC به عنوان ادميتانس راکتيو کنترلشده عمل ميکند. اين تفاوت باعث ميشود STATCOM از مشخصات عملکرد بهتر و انعطافپذيري بيشتري نسبت به SVC برخوردار باشد. شکل (1-5) مشخصه (STATCOM (V-I و SVC را مقايسه ميکند. همانطور که از شکل پيداست در محدوده عملکرد خطي مشخصه (V-I)، قابليت عملکرد جبرانسازي SVC و STATCOM مشابه است. با درنظرگرفتن محدوده عملکرد غيرخطي، STATCOM قادر است، جريان خروجياش را در محدوده حداکثر جبرانسازي خازني و سلفي به صورت مستقل از ولتاژ AC سيستم کنترل کند. در حاليکه حداکثر جريان جبرانسازي قابل حصول با استفاده از SVC به صورت خطي با ولتاژ سيستم کاهش مييابد. بنابراين در تامين ولتاژ تحت اغتشاشات بزرگ سيستم که در طي آنها ولتاژ سيستم خارج از محدوده خطي است STATCOM بسيار موثرتر از SVC عمل ميکند. قابليت STATCOM در حفظ کامل جريان خروجي خازني در شرايط ولتاژ پايين سيستم، باعث ميشود STATCOM در حفظ پايداري گذراي سيستم بسيار موثرتر از SVC عمل کند.
در مواقعي که نياز به جبرانسازي توان اکتيو است، STATCOM قادر است با استفاده از پايانه DC خود توان را از يک منبع ذخيره انرژي (باطري، بانک خازني و غيره) بگيرد و از پايانه AC خود آنرا به شبکه تزريق کند. در حاليکه SVC اين قابليت را ندارد.
تفاوتهاي اصلي بين SVC و STATCOM در جدول (1-1) بيان شده است.
شکل (1-5): مقايسه مشخصه V-I SVC و STATCOM
جدول (1-1): خلاصه‌اي از مهمترين تفاوتهاي بين SVC و STATCOM
SVC
STATCOM
ويژگي
امپدانسي با عملكرد مناسب در شرايط ولتاژ بالا
منبع جريان با عملكرد مناسب در شرايط ولتاژ پايين
مشخصه V-I
قابل تنظيم در هر محدوده‌اي با شاخه‌هاي مختلف CR/TSR/TSC
متقارن
محدوده كنترل
1 تا 3 سيكل
1 تا 2 سيكل
زمان پاسخ
100
%50-40 در مقايسه با SVC
فضاي مورد نياز
بيش از %99
%98-96
دسترسپذيري
%100
%150-120
هزينه سرمايه‌گذاري
1-3-4- ترانسفورماتور شيفت دهنده فاز (PST/PAR)
شکل (1-6) دياگرام شماتيكي يك PST را نشان مي‌دهد. ترانسفورماتور شيفت دهنده فاز كه به آن تنظيمكننده ولتاژ فاز نيز گفته ميشود به منظور كنترل توان انتقال يافته از خطوط مورد استفاده قرار مي‌گيرد.PST اين كار را با تغيير در دامنه و زاويه فاز ولتاژ انجام مي‌دهد. همانطور كه از شكل پيداست PST از دو ترانسفورماتور و يك مبدل تشكيل شده است. ورودي شيفتدهنده فاز ولتاژ سه فازي است كه توسط ترانسفورماتور تحريك (ET)13 فراهم ميشود و خروجي آن ولتاژ سه فازي (Vp) است كه بوسيله ترانسفورماتور سري تزريق (BT)14 به خط انتقال تزريق مي‌گردد. مبدل نيز دامنه و زاويه فاز ولتاژ تزريقي را تعيين مي‌كند. محدوديتها و مزاياي PST به مشخصات مبدل آن وابسته است. تنظيمكننده‌هاي زاويه فاز سنتي را نيز ميتوان به صورت شکل (6-4(a)) نمايش داد گرچه مبدل آن را سوييچهاي مكانيكي تشكيل مي‌دهد كه در ثانويه ترانسفورماتور قرار دارند و نمي‌توان آنها را واحدي مجزا در نظر گرفت. شکل (1-6(b)) نشان مي‌دهد كه چگونه با تغيير دامنه و فاز ولتاژ تزريقي (Vp) ولتاژ سيستم (V2) نيز تغيير مي‌كند. دايره شکل (1-6 (b)) ناحيهاي كه Vp ميتواند درآن قرار گيرد را نمايش مي‌دهد. بنابراين ميتوان توان اكتيو و يا راكتيو انتقالي از خط را با تزريق ولتاژ ديناميكي كنترل‌پذير مدوله كرد. مدولهكردن توان اكتيو و يا راكتيو ميتواند نوسانات سيگنال كوچك سيستم را ميرا كند و پايداري سيستم در برابر اغتشاشات سيگنال بزرگ را بالا ببرد. مهمترين كاربرد PST كنترل توان حقيقي و ميراسازي نوسانات توان است. معمولاً دامنه تغييرات ولتاژ بوسيله PST ناچيز و قسمت عمده كنترل توان با تغيير در زاويه ولتاژ خط صورت مي‌گيرد. در PSTهاي جديد زاويه ولتاژ تزريقي بين 0 تا 2 قابل تنظيم است.
كاربردهاي حالت ماندگار PST شامل موارد زير است :
– كنترل توان خط انتقال،
– تقسيم مطلوب توان ميان خطوط موازي،
– جلوگيري از گردش حلقوي توان ميان خطوط.
كاربردهاي ديناميكي و گذرا عبارتنداز:
– حذف نوسانات توان بين ناحيهاي،
– بهبود پايداري گذرا،
– كاهش فشارهاي وارد بر شفت ژنراتور در حالت گذرا.
شکل (1-6): PST و نمودار فازوري ولتاژ
1-3-5- جبرانسازي سري سنكرون استاتيك (SSSC)
SSSC يك مبدل منبع ولتاژ سنكرون است كه بطور سري با سيستم انتقال قرار مي‌گيرد و از لحاظ عملكرد مشابه PST است. توان حقيقي موردنياز SSSC جهت تبادل با شبكه قدرت از سوي يك منبع انرژي DC (باتري يا خازن كه در سمت DC مبدل قرار دارد) تأمين مي‌گردد. ولتاژ خروجي در SSSC با كنترل زمان هدايت سوييچهاي واقع در مبدل منبع ولتاژ صورت مي‌گيرد. بنابراين تحت هر شرايطي (ماندگار/گذرا) با تنظيم ولتاژ خروجي SSSC توان خط انتقال كنترل مي‌گردد.
عمده موارد كاربرد SSSC عبارتند از:
– كنترل ديناميكي پخش بار،
– كنترل ديناميكي ولتاژ،
– بهبود پايداري گذرا.
شکل (1-7) ساختار و طرز اتصال SSSC به شبكه را نشان مي‌دهد.
شکل (1-7) ساختار SSSC
1-3-6- كنترلكننده يكپارچه توان (UPFC)
UPFC از اتصال STATCOM و SSSC پديد مي‌آيد. بخشهاي سري و موازي در UPFC مشتركاً با يك خازن DC تغذيه مي‌شوند. از لحاظ توانمندي UPFC كليه اعمال جبرانسازي سري و موازي را با هم انجام مي‌دهد و ميتواند بطور پيوسته زاويه فاز، امپدانس و دامنه ولتاژ را كنترل كند و بنابراين توان حقيقي و راكتيو خط انتقال را مستقلاً كنترل كند. بخشهاي سري و موازي در UPFC عملكرد مستقل دارند. از ديدگاهي UPFC را ميتوان با PST مقايسه نمود با اين تفاوت كه ولتاژ سري تزريق با هر فاز و دامنه (در محدوده تعريفشده) قابل دستيابي است. UPFC قابليتهاي STATCOM و TCSC را يكجا در بر دارد و حوزه عملكرد آن در صفحه توان (P-Q) وسيعتر از سايرين است. شکل (1-8) طرحي از UPFC را نشان مي‌دهد. در اين شكل همچنين حوزه كاري چند عنصر FACTS با يكديگر مقايسه شده است و چنانكه ديده ميشود UPFC نسبت به بقيه برتري دارد. ناحيه هاشور خورده متعلق به UPFC است.
شکل (1-8): UPFC و ناحيه كاري چند نوع FACTS در صفحه P-Q
1-3-7-كنترلكننده توان بين خطوط (IPFC)
مفهوم IPFC را ميتوان توسعه مفهوم جبرانسازي سري سنكرون استاتيك (SSSC) دانست. SSSC وسيله‌اي مبتني بر مبدل منبع ولتاژ (VSC)15 است كه ولتاژي را به صورت سري با خط انتقال به آن تزريق مي‌كند از آنجايي كه شين DC مبدل منبع ولتاژ هيچ منبع توان حقيقي ندارد توان حقيقي تزريقشده بوسيله SSSC به خط انتقال به منظور اطمينان از بهرهبرداري مناسب وسيله بايد صفر باشد (به غير از مقدار كمي توان كه در خود IPFC تلف ميشود). اين نشان مي‌دهد كه ولتاژ تزريقشده هميشه بايد با جريان خط 90 درجه اختلاف فاز داشته باشد و تنها متغير قابل كنترل دامنه ولتاژ است. اگر دو خط از يك شين پست خارج شود و روي هر كدام يك SSSC باشد، شينهاي DC مبدل منبع ولتاژ مي‌توانند تزويج شوند تا اجازه دهند توان حقيقي بين دو VSC تغيير كند. اين آرايش IPFC ناميده ميشود و شکل (1-9) اين ساختار را نشان مي‌دهد. با اين ساختار توان حقيقي ميتواند از يك طرف خط گرفته و به طرف ديگر تزريق شود. بنابراين برخلاف SSSC ديگر لزومي بر عمودبودن ولتاژ تزريقي بر جريان خط وجود ندارد. اين نشان مي‌دهد كه هر دوي دامنه و فاز ولتاژ تزريقشده روي يك خط ميتواند كنترل شود. اگرچه براي كاركرد مناسب عنصر، ولتاژ شين DC بايد ثابت نگه داشته شود و توان تزريقشده به يك خط بايد با توان جذب شده با خط ديگر برابر باشد. بنابراين تنها يكي از متغيرهاي ولتاژ تزريقشده به خط ديگر ميتواند به صورت مستقل كنترل شود. مقادير نامي IPFC ميتواند با دو كميت حداكثر دامنه ولتاژي كه ميتواند تزريق شود و مقدار نامي VA تعيين گردد. وقتي IPFC به توان نامي مي‌رسد كه دامنه ولتاژ تزريقي و جريان خط هر دو در مقدار نامي باشند.
شکل (1-9): ساختار IPFC
1-3-8-جبرانساز استاتيك تغييرپذير(CSC)
تاکنون چند نوع عنصرFACTS معرفي گرديد و ديده شد عناصر مختلفFACTS کاربردهاي مختلفي در شبکه قدرت دارند. به عنوان مثال PST عمدتا براي کنترل توان، SVC براي کنترل سريع ولتاژ و غيره ميباشند. موسسه EPRI به دنبال عنصري بود که بتواند در آن مجموعه خصوصيات عناصر مختلف FACTS را جمع کند تا از اين طريق بر محدوديتهاي انتقال توان بيش از پيش غالب شود. براي اين منظور موسسه EPRI توانست با همکاري NYPA16 عنصر جديدي از خانواده FACTS بسازد که اين عنصر با توجه به نحوه ارتباط عناصر تشکيلدهنده آن به يکديگر و به شبکه ميتواند در مدهاي مختلفي کار کند. با توجه به اينکه کارکرد اين عنصر را با تغيير اتصالات ميتوان تغيير داد به آن جبرانساز استاتيکي تغييرپذير (CSC) گويند.
CSC مذکور از دو مبدل منبع ولتاژ 100 مگا ولت آمپر، يك ترانسفورماتور موازي 200 مگاولت آمپر (با دو سيم‌پيچي ولتاژ پايين هر كدام 100 مگاولت آمپر) و دو ترانسفورماتور سري MVA 100 تشکيل شده است. اين CSC در سال 2003 بر روي خطوط خروجي (2 خط) از پست kV345 مارسي17 نصب گرديد و ميتواند مانند STATCOM، UPFC، IPFC يا SSSC بهرهبرداري شود. از لحاظ عملكرد هر كدام از مبدلهاي MVA 100 متصل به سيستم مانند يك STATCOM 100 مگاولت آمپر عمل خواهد كرد. بسته به نحوه اتصال مبدلها به يكديگر و به شبكه، 11 كاركرد مختلف را ميتوان از CSC انتظار داشت. جدول (2-4) كميتهاي كنترلشده اين ساختارها را نشان مي‌دهد.
جدول (1-2): كميات كنترلشده 10 نوع ساختار CSC
متغيرهاي كنترل شده ساختارهاي CSC
كميت كنترلشده مبدل 2
كميت كنترلشده مبدل 1
ساختار
ـــ
VT
يك STATCOM
VT
VT
دو STOTCOM
ــــ
P1
1 SSSC
P2
ــــ
2 SSSC #
P2
P1
دو SSSC
P2 و Q2 (يا P2)
P1 (يا P1 و Q1)
IPFC
P1
VT
يك STATCOM و1SSSC#
P2
VT
يك STATCOM و 2SSSC#
P1 و Q1
VT
1 UPFC #
P2 و Q2
VT
2 UPFC #
1-4- مزاياي FACTS
استفاده از ادوات FACTS در سيستم انتقال انرژي الكتريكي مزاياي زيادی را دربر دارد. در ادامه مرور مختصري بر برخي از مهمترين آنها شده است:
الف) استفاده موثر از تجهيزات موجود در سيستم انتقال
در بسياري از كشورها افزايش ظرفيت حمل توان و كنترل فلوي توان در خطوط انتقال از اهميت حياتي برخوردار است. به خصوص در محيطهاي تجديد ساختار شده كه موقعيت توليد و مراكز بار ميتواند به سرعت تغيير كند اضافهكردن خطوط جديد جهت پاسخگويي به افزايش تقاضا بوسيله قيود محيطي و اقتصادي محدود است. اداوات FACTS در جهت پاسخگويي به اين نيازها در سيستم انتقال موجود كمك مي‌كند.
جدول (1-3): مودهاي عملكرد PST
گشتاورهاي
گذرا
پايداري
گذرا
فعل و انفعالات هارمونيکي
رزونانس زير سنکرون
مدهاي بين ناحيهاي
توانهاي
چرخشي
تقسيم
بار
پخش
بار
نوع
PST
—-
—-
—-
—-
—-
√
√
√
نوع-A
√
√
—-
√
√
√
√
√
نوع-B
√
√
—-
√
√
√
√
√
نوع-B1
√
√
—-
√
√
√
√
√
نوع-B2
√
√
—-
√
√
√
√
√
نوع- C
√
√
—-
√
√
√
√
√
نوع- C1
√
√
√
√
√
√
√
√
نوع-D
—-
√
√
√
√
√
√
√
نوع-D1
—-
√
√
√
√
√
√
√
نوع-D2
√
√
√
√
√
√
√
√
نوع-E
ب) افزايش قابليت اطمينان و دسترسپذيري18 سيستم انتقال
قابليت اطمينان و دسترسپذيري سيستم انتقال متاثر از عوامل مختلفي است. اگرچه ادوات FACTS نمي‌توانند از وقوع خطا جلوگيري كنند ولي مي‌توانند تاثيرات نامطلوب خطا را به طور قابل توجهي كاهش دهند. به عنوان مثال يك قطع بار عمده منجر به اضافه ولتاژ خط ميشود كه آن نيز به نوبه خود ميتواند باعث خروج خط شود. SVCها و STATCOMها اضافه ولتاژ را خنثي مي‌كنند و از خروج خط جلوگيري مي‌كنند.
پ) افزايش پايداري گذرا و ديناميكي شبكه و كاهش گردش حلقوي توان
خطوط انتقال بلند، شبكه متصل بهم، اثرات تغيير بار و خطاهاي خطوط ميتوان
