FACTS, el component de moda

El ràpid procés de transformació en què es troba el mercat de la energia ha portat als operadors de sistemes de transmissió d'alta tensió, a estudiar i desenvolupar noves oportunitats i nous reptes. Aquests últims són, principalment, com a resultat del gran creixement de la distribució d'energia elèctrica , del lliure mercat i dels límits econòmics i mediambientals per la construcció de noves instal·lacions elèctriques.

 Les xarxes actuals de distribució de corrent altern no es van concebre, en el seu moment, per poder controlar fàcilment la tensió i el flux d'energia en un mercat liberalitzat, el resultat és que apareixen problemes de control en règim permanent, així com problemes d'estabilitat dinàmica.

El desenvolupament dels sistemes FACTS ( Flexible AC Transmissions Systems ), basats en l'electrònica de potència, ofereix un nou i potent mitjà per afrontar amb èxit els nous reptes.

La demanda d'energia elèctrica continua incrementant sense parar en els països que es troben en el llindar de la industrialització. Per diverses raons, la millora de les xarxes d'energia elèctrica i, especialment, la construcció de noves línies de transport no pot mantenir el ritme de l'augment de capacitat de les centrals elèctriques i l'increment de la demanda d'energia. Aconseguir els drets de pas adequats, és especialment difícil en els països industrialitzats i obtenir els permisos necessaris requereix més temps que mai. A més , la construcció de línies de transport d'energia implica immobilitzar capitals que podrien invertir-se en altres projectes.

A causa d'aquesta situació, es busquen formes d'utilitzar més eficientment les línies de distribució de energia existents. 

Hi ha tres camps que requereixen una especial atenció:

1-   Hi ha una necessitat de millorar l'estabilitat de les línies de gran longitud, tant en règim transitori com en règim permanent. Això es deu al fet que algunes línies de distribució no poden rebre una càrrega pròxima a la seva capacitat nominal i molt menys al seu límit tèrmic nominal, i això provoca que els seus límits d'estabilitat són relativament baixos. Les mesures que s'han pres per millorar l'estabilitat durant i després d'una avaria de la línia poden millorar la fiabilitat del sistema.

2-   Cal millorar el flux de càrrega en xarxes interconnectades, ja que, el flux  i condicions de càrrega i de les impedàncies donades de línia , no és necessàriament el flux per les quals les pèrdues de transmissió  són mínimes.

3-   Un altre aspecte és la flexibilitat: la liberalització del mercat de l'energia requereix utilitzar sistemes de transmissió flexibles, per assegurar el compliment dels contractes de
subministrament d'electricitat .

Els sistemes flexibles de transmissió de corrent altern  (FACT) tenen tota la capacitat que necessiten els operadors de xarxes d'energia elèctrica per afrontar els reptes que comporta un mercat energètic en constant canvi.

Límits del transport

El flux energètic al llarg d'un sistema de transport està limitat per una o més de les característiques de la xarxa, que són:

• Límits d'estabilitat
• Límits tèrmics
• Límits de tensió
• Fluxos en bucle

Tècnicament , les limitacions del transport d'energia poden eludir sempre si es afegeix més capacitat de transmissió i / o generació.
Els sistemes FACTS estan dissenyats per superar les limitacions esmentades, de manera que els operadors puguin assolir seus objectius sense necessitat d'afegir nous sistemes. Donat el caràcter dels equips electrònics d'alta potència, l’adopció de les solucions FACTS estarà justificada si l'aplicació requereix un o més dels següents atributs:

• Rapidesa de resposta
• Variació freqüent de la potència subministrada
• Suavitat de regulació de la potència subministrada sistemes flexibles.

Sistemes flexibles de transport

El terme «FACTS» engloba la totalitat de sistemes basats en l'electrònica de potència que s'utilitzen pel transport i distribució d'energia de corrent altern.

Els sistemes principals són:

• Compensador estàtic (SVC)

Condensador en sèrie i controlat per tiristors (TCSC)

• Transformador de desplaçament de fase ( PST ) i PST assistit ( APST )
• Compensador estàtic síncron ( STATCOM )
• Compensador en sèrie estàtic síncron ( SSSC )
• Controlador unificat de flux d'energia ( UPFC )

Compensador estàtic (SVC)

Al llarg dels anys s'han construït compensadors estàtics amb dissenys molt diversos. No obstant això , la majoria d'ells tenen elements controlables similars, els més comuns són:

• Reactància controlada per tiristors ( TCR )
• Condensador commutat per tiristors ( TSC )
• Reactància commutada per tiristors ( TSR )
• Condensador commutat mecànicament ( MSC )

Principi de funcionament:

En el cas del TCR , una bobina de reactància fixa , habitualment del tipus sense nucli magnètic, està connectada en sèrie a una vàlvula de tiristors bidireccional. El corrent amb freqüència fonamental  (50 hz) varia mitjançant el control de la fase de la vàlvula de tiristors.

Un TSC comprèn un condensador en sèrie amb una vàlvula de tiristors bidireccional i una reactància amortidora. La funció del commutador de tiristors és connectar o desconnectar el condensador per un nombre enter de semicicles de la tensió aplicada, el condensador no és de control per fase, sinó que simplement està connectat o desconnectat.

La reactància del circuit del TSC serveix per limitar el corrent en condicions anormals i per ajustar el circuit a la freqüència desitjada. Les impedàncies de reactàncies i condensadors i del transformador de potència defineixen la gamma de funcionament del SVC.

La tensió / intensitat  tenen dues regions de funcionament diferents dins de la gamma de control, la tensió és controlable amb una precisió que ve donada per la pendent. Fora de la gamma de control, la
característica per a baixes tensions és la de una reactància capacitiva i per a tensions altes la d'un corrent constant de manera que el rendiment de baixa tensió pot millorar fàcilment afegint una bateria addicional de TSC

El TSR és un TCR sense control de fase de la corrent, que es connecta o es desconnecta com un TSC. Davant del TRCR , aquest dispositiu té l'avantatge que no es genera corrent harmònica alguna .

El MSC és una derivació sintonitzada que comprèn una bateria de condensadors i una reactància . Està dissenyat per a ser commutat només unes poques vegades al dia, ja que la commutació es realitza per disjuntors . La missió del MSC és satisfer la demanda de potència reactiva en règim permanent.

Configuracions de SVC

En els sistemes de distribució d'energia elèctrica , la compensació controlada de potència reactiva s'aconsegueix normalment amb les següents configuracions de SVC , que poden ser:

Aplicacions del SVC que s’instal·len per a exercir les funcions següents:

• Estabilització de la tensió dinàmica : augment de la capacitat de transferència d'energia , reducció de la variació de tensió.
• Millora de l'estabilitat sincrònica : augment de l'estabilitat en règim transitori, millor amortiment del sistema de transmissió d'energia elèctrica
• Equilibri dinàmic de la càrrega
• Suport de la tensió en règim permanent

Habitualment , els SVC es dimensionen de manera que puguin variar la tensió del sistema ± 5 % com a mínim . Això vol dir que, normalment , la gamma de funcionament dinàmic està entre el 10% i el 20% aproximadament de la potència de curtcircuit.

Vídeo