CIGRÉ OKRUGLI STOL

NAPONSKE PRILIKE U MREŽI 400 kV I STABILNOST EES-a

- doprinos Studijskog komiteta 14 -(Istosmjerni prijenos i energetska elektronika u izmjeničnim energetskim mrežama)

MOGUĆNOSTI POVEĆANJA PRIJENOSNE MOĆI EES-aKORIŠTENJEM KONVENCIONALNIH I FACTS NAPRAVA

Mr. sc. NIJAZ DIZDAREVIĆ, dipl. ing.Zavod za visoki napon i energetiku

Fakultet elektrotehnike i računarstvaSveučilište u Zagreb

Unska 3, HR-10000 Zagreb

Sažetak: U ovom je radu opisana problematika utjecajaFACTS naprava na povećanje prijenosne moći. Pri tomesu korišteni statički i dinamički aspekti rješavanjaproblema stabilnosti napona te problema regulacijenapona i kompenzacije jalove snage. Pregledom jeobuhvaćen EES u uvjetima dužih prijelaznih razdobljasmanjene razine sigurnosti napona koji uključuje FACTSnaprave različitog djelovanja. Opisane su mogućnostiprimjene FACTS naprava obzirom na graniceopteretivosti prijenosnog sustava. Pored kratkog opisa idefinicija naprava, navedeni su primjeri njihove praktičneprimjene. Uspoređena su svojstva i troškovikonvencionalnih i FACTS naprava.

I. UVODNA RAZMATRANJA

Problemi prijenosa električne energije i stabilnosti naponaEES-a u posljednjem su desetljeću postali jedan odglavnih izazova pri planiranju i pogonu EES-a. Stabilnostnapona [1-17], kao jedna od smjernica razvoja EES-akako u svijetu tako i u nas, motivirana je pojavom uvjetaprijenosa različitih iznosa snage između različitih sustavaili dijelova istog sustava. Pri tome se očekuje da jeelektroenergetska mreža sposobna prenijeti najvećimogući iznos snage pri različitim ograničenjimaproizvodnih i prijenosnih elemenata.

Jedan od osnovnih uzroka povećanog zanimanja svjetskeznanstvene i stručne javnosti za probleme ograničenogprijenosa električne energije nalazi se u opasnompribližavanju mnogih sustava granicama stabilnosti uslijedpovećanog opterećenja sustava koje nije praćenoodgovarajućim povećanjem prijenosne moći. Također, uuvjetima malih opterećenja prijenosnih elemenata,prvenstveno zbog prevladavajućih poprečnih kapacitetavodova, moguća je pojava povišenih iznosa napona koji ukonačnici mogu dovesti do ozbiljnih oštećenja pojedinihelemenata rasklopnih postrojenja.

Dakle, problem prijenosa u elektroenergetskim sustavimau kojima se očekuju različite snage prijenosa predstavljaozbiljan inženjerski izazov u fazi projektiranja sustava, alii operaterski pri vođenju sustava. Nedovoljan iznos jalovesnage kompenzacije može uzrokovati značajne problemepa i prekide opskrbe električnom energijom. Uslijed togase velika pozornost posvećuje razumijevanju problemaograničene prijenosne moći u uvjetima povećanenesigurnosti napona te projektiranju različitih načinanjegova izbjegavanja, kako u normalnim uvjetima tako i uuvjetima poremećenog pogona.

Budući da je EES Hrvatske značajno oštećen ratnimrazaranjima uz potpuno transformiranu strukturu sustavaprema longitudinalnoj od koje se očekuje nekolikorazličitih smjerova prijenosa (npr. prijenos snage iz južnogdijela sustava s dominantnim hidroenergetskim izvorima usjeverni dio s kombiniranim hidro i termoenergetskimizvorima korištenjem dugih prijenosnih vodova, zatimprijenos snage iz središnjeg dijela sustava prema istočnomdijelu Slavonije, te prijenos snage između sustavaHrvatske i Mađarske), postoji osnovana bojazan iodređena očekivanja naglašenije pojave navedenogproblema i u prijenosnoj mreži Hrvatske elektroprivrede.Osnovni uzrok tim očekivanjima pronalazi se u činjenicida je u sustavu značajno smanjena razina sigurnostipogona uslijed mnogih prenamjena vodova i ispadapostrojenja izvan provotnog kriterija planiranja. Sustavmože postati ozljediv i pri očekivanom povećanjuindustrijskih opterećenja. Dakle, osim teorijskih izazovapostoje i praktični razlozi razmatranja utjecaja naponskihprilika na mogućnosti prijenosa snage sa stajalištaplaniranja i pogona EES-a.

FACTS (eng. Flexible AC Transmission System)naprave, zasnovane na energetskoj elektronici, poredteorijskog razmatranja doživljavaju posljednjih godina isvoju praktičnu primjenu [18-24]. Putem doprinosaCIGRÉ Studijskog komiteta 14, namjera je informiratistručnu javnost u kojoj mjeri FACTS naprave doprinosepovećanju prijenosne moći sa statičkog i dinamičkog

2

aspekta rješavanjem problema stabilnosti napona teproblema regulacije napona i kompenzacije jalove snage.Ovim pregledom obuhvaćen je EES u uvjetima dužihprijelaznih razdoblja smanjene razine sigurnosti naponakoji uključuje FACTS naprave različitog djelovanja.

II. MOGUĆNOSTI PRIMJENE FACTSNAPRAVA

Većina današnjih elektroenergetskih sustava međusobnoje izrazito povezana prvenstveno iz ekonomskih razloga, usvrhu smanjenja troškova i povećanja pouzdanosti dobaveelektrične energije. Prijenosne veze omogućavajukorištenje raznolikosti opterećenja, raspoloživosti izvora icijene goriva kako bi dobavljale električnu energijupotrošačima s minimalnim troškovima uz zahtijevanurazinu pouzdanosti.

U posljednje doba, prijenosni dio EES-a se sve češćetretira kao alternativa novim energetskim izvorima.Naime, u uvjetima smanjene prijenosne moći postavljajuse povećani zahtjevi za građenjem novih izvora. Time sepoznavanje optimalno uravnotežene izgrađenosti sektoraproizvodnje i prijenosa čini vrlo teškim. Osobito ukoliko ufazi planiranja nisu korištene metode uključenjaprijenosnog sustava u scenarij planiranja ukupnogproizvodno-prijenosnog sustava. Troškovi izgradnjeprijenosnog voda i gubici prijenosa, poredadministrativnih poteškoća u pribavljanju svih potrebnihdozvola za građenje, često ograničavaju ulaganje uizgradnju novih prijenosnih veza čime se uvelikeograničava prijenosna moć. U dereguliranom okruženju,učinkovitost elektroenergetske mreže od vitalnog jeznačenja za uspostavu tržišnog nadmetanja zbog zahtjevaza visokim stupnjem pouzdanosti.

Razmatranjem trenutnog stanja razvijenosti i trendovaprimjene energetske elektronike (uz očekivano smanjenjetroškova, veličine izgradnje i gubitaka) prepoznaje sezapravo tek početna faza korištenja nove tehnologije.Elektroenergetski sustavi današnjice velikom su većinommehanički upravljivi. Bez obzira na široko korištenjemikroelektronike, računala i komunikacijskih sredstavavelikih brzina, ipak kada se upravljački signali šalju uenergetske krugove te kada je potrebno poduzeti krajnjeupravljačko djelovanje razina je mehanička. Na toj razinipostoji vrlo malo mogućnosti brzog upravljanja. Drugiproblem s korištenjem mehaničkih naprava odnosi se nanemogućnost učestalog upravljačkog djelovanja. Naime,mehaničke naprave imaju tendenciju prema bržemtrošenju u usporedbi sa statičkim napravama energetskeelektronike. Sa stajališta dinamičkog i stacionarnogpogona takav sustav je izrazito neupravljiv.

Mogućnosti primjene naprava zasnovanih na energetskojelektronici vrlo su raznolike u sektorima proizvodnje,distribucije i prijenosa.

Sektor proizvodnje. U sektoru proizvodnje, potencijalnaprimjena energetske elektronike najizraženija je kodobnovljivih izvora energije. Fotonaponski izvori i gorivestanice zahtijevaju konverziju iz istosmjernog u

izmjenični sustav. Proizvodnja iz izvora s promjenjivombrzinom vrtnje karakteristična je za vjetroelektrane i malehidroelektrane. Generatori u tim elektranama zahtijevajukonverziju promjenjive izmjenične frekvencije na razinukonstantne frekvencije sustava. U navedenim primjenamaenergetske elektronike, raspon dimenzioniranja pretvaračakreće se između nekoliko kW i nekoliko MW. Brzi razvojtehnologije energetske elektronike zasigurno će utjecati ina dobavu električne energije malim izoliranimpotrošačima, gdje dovođenje standardnog sustava ne bibilo ekonomski isplativo. U termoelektranama, značajandio potrošnje moguće je uštedjeti korištenjem pumpi ikompresora koje imaju pogon s promjenjivom brzinomvrtnje. U idućem razdoblju, očekivanja su takođerusmjerena prema uskladištenju električne energijekorištenjem kondenzatora, baterija i supravodljivihmagneta. Njihova primjena zahtijeva konverziju tipaac/dc/ac u rasponu snage od nekoliko kW do nekolikodesetaka MW.

Sektor distribucije. U sektoru distribucije, mogućnostprimjene rješenja po mjeri potrošača (eng. Custom PowerSolutions) čini se najprihvatljivijom varijantom. Dobavaelektrične energije industrijskim i ostalim velikimpotrošačima time bi se oslobodila od problema poputsmanjene pouzdanosti opskrbe uslijed smanjenog napona,distorziranog napona ili prenapona. Danas je vrlo dobropoznato da smanjenje napona u iznosu od 15-20% itrajanju dužem od nekoliko perioda (uslijed atmosferskogpražnjenja ili isklapanja/uklapanja elemenata uprijenosnom i distribucijskom sustavu) uzrokuje značajnegubitke u visoko automatiziranoj industriji. Konceptrješenja po mjeri potrošača uključuje primjenu napravazasnovanih na energetskoj elektronici čija se nazivnasnaga kreće u rasponu od nekoliko desetaka kW donekoliko desetaka MW. Na strani krajnjih korisnika saširokim rasponom potreba, energetska elektronikapredstavlja područje brzog razvitka već 20-ak godina.Konverzija u impulse i elektromagnetske valoveomogućila je pojavu suvremenih računala i komunikacija.Konverzija u mikrovalove omogućila je pojavumikrovalnih pećnica, industrijskih procesa i radara.Učinkovita rasvjeta, laseri, vizualna pomagala, roboti,medicinska oprema i naravno pogoni s promjenjivombrzinom vrtnje samo su neki od mnogih primjera. Poredrješenja po mjeri potrošača, postoji i cijelo područjetehnologije poboljšanja dobave električne energije kojukoriste krajnji potrošači. To je područje poznato podnazivom kvaliteta dobave (eng. Power Quality). Sustavibesprekidnog napajanja i regulacije napona predstavljajupodručja primjene energetske elektronike s najbržimrastom. Raspon snage kreće se od nekoliko W do nekolikodesetaka MW.

Sektor prijenosa. U sektoru prijenosa, primjenaenergetske elektronike izrazita je u tehnici visokonaponskog istosmjernog prijenosa (eng. HVDC, HighVoltage Direct Current) te kod FACTS naprava. HVDC jedanas u stanju zrelog tehnološkog razvitka i čestoisplativiji način povezivanja nekih EES-a. Osobito onihkoji su locirani u različitim regijama odvojenim velikimudaljenostima (iznad 50 km za podmorske kabele i 1000km za nadzemne vodove). Također, primjena je moguća i

3

kod povezivanja sustava različite frekvencije ili sustavaiste frekvencije, ali različitih načina njezine regulacije.HVDC na jednom kraju izvodi konverziju izmjeničnogsustava u istosmjerni, a na drugom kraju konverziju izistosmjernog u izmjenični sustav. Općenito, snagepotrebne pri spomenutim konverzijama kreću se u rasponuod nekoliko stotina MW do nekoliko tisuća MW. Usvijetu danas postoji više od 50 završenih projekata.Njihova ukupna prijenosna moć iznosi približno 50 000MW (100 000 MW snage konverzije) i to na naponskimrazinama do ±600 kV. Za udaljene i relativno malepotrošače od nekoliko MW, udaljenost pri kojoj je HVDCisplativiji od izmjeničnog prijenosa može biti samo cca100 km. FACTS naprave imaju ulogu poboljšanjaupravljivosti prijenosnom snagom i povećanja prijenosnemoći u prijenosnom sustavu. FACTS naprave uključujukonverziju korištenjem energetske elektronike čija sesnaga kreće u rasponu od nekoliko desetaka MW donekoliko stotina MW.

III. GRANICE OPTERETIVOSTI UNUTARPRIJENOSNOG SUSTAVA

Kako snage prijenosa rastu tako EES postaje sve složenijiza upravljanje. Time se uvelike može smanjiti razinasigurnosti pri većim ispadima. Pri tome se mogu pojavitiveliki tokovi snage s neodgovarajućim stupnjemupravljivosti, preveliki iznosi jalove snage u različimdijelovima sustava i velika elektromehanička njihanjaizmeđu različitih dijelova sustava. Tada je potpunokorištenje prijenosnih veza značajno umanjeno. Mnogiprijenosni sektori suočeni su s ograničenjima jednog iliviše parametara mreže uz već poznatu neupravljivosttokovima snage prema htijenjima dispečera.

Kod izmjeničnih sustava s beznačajnom mogućnostiuskladištenja električne energije, proizvodnja iopterećenje moraju biti konstantno uravnoteženi. Jednimmanjim dijelom, EES može iskazati osobine samo-regulacije. Ako je proizvodnja manja od opterećenja,napon i frekvencija se smanjuju čime se i opterećenjesmanjuje na razinu proizvodnje umanjenu za gubitkeprijenosa. Ipak, samo-regulacija se javlja u margini odnekoliko postotaka. Ako se podigne iznos naponainjektiranjem jalove snage, opterećenje će porasti čime sefrekvencija nadalje smanjuje te se sustav kreće premaslomu frekvencije. Međutim, ako ne postoji dovoljnapotpora jalovom snagom, sustav može ići i prema slomunapona. U uvjetima odgovarajuće raspoloživeproizvodnje, djelatna snaga teče iz područja viška upodručja manjka putem paralelnih veza koje su često vrlovisokog i visokog napona. Često se takav prijenos odvijana velikim udaljenostima, zapravo preko samo nekolikoznačajnih veza i puno više veza manjeg značenja.

Uz pretpostavku da vlasništvo nije upitno, u korištenjusektora prijenosa za cilj se postavlja maksimiziranjemoguće opteretivosti prijenosnog sustava u uvjetimapredvidivih ispada elemenata mreže. Svakako je tadaneophodno znati čime je prijenosna moć ograničena te štoje moguće učiniti ne bi li se uočena ograničenja ublažila.

U osnovi, tri su vrste ograničenja:• termička ograničenja,• dielektrička ograničenja i• ograničenja stabilnosti.

Termička ograničenja. Termička ograničenja nadzemnihvodova ovisna su o temperaturi okoliša, vjetrovitosti,stanju vodiča, čistini ozemlja i prethodnim opterećenjima.Moguće su razlike dvostrukog iznosa u ovisnosti opromjenjivosti okoliša i prethodnim stanjima opterećenja.Nominalno opterećenje voda uobičajeno se određuje nakonzervativnoj osnovi predviđanjem statistički najtežegslučaja stanja okoliša. Marginu dodatnog opterećenjamoguće je koristiti nadzorom u realnom vremenu. Osimtoga, opteretivost je moguće povećati zamjenompostojećih vodiča s onima koji imaju veću nazivnuopteretivost te uvođenjem dvostrukih umjestojednostrukih vodova. U slučaju povećanja termičkeopteretivosti postavljaju se pitanja njezine iskoristivosti.Naime, upitno je hoće li dodatna snaga zaista teći i moželi biti upravljiva, odnosno jesu li naponski uvjetiprihvatljivi u slučaju iznenadnog smanjenja opterećenja.FACTS tehnologija može biti od velike pomoći uučinkovitom korištenju novostvorene prijenosne moći.

Dielektrička ograničenja. Sa stajališta izolacije, mnogi suvodovi projektirani vrlo konzervativno. Pri definiranomnazivnom naponu, često je moguće povećati uvjetenormalnog pogona i za 10% njegovog iznosa. Pozornost jepotrebna pri osiguranju zadovoljenosti uvjeta ograničenjakoje postavlja pojava dinamičkih prenapona. Suvremeniodvodnici prenapona (bez raspora), izolatori s unutarnjimodvodnicima (bez raspora) i tiristorski upravljivipotiskivači prenapona mogu u značajnoj mjeri omogućitipovećanje iskoristivosti voda ili rasklopnog postrojenja.FACTS tehnologija može biti korištena u svrhu osiguranjazadovoljenosti prihvatljivih uvjeta pojave prenapona ivelikih tokova snage.

Ograničenja stabilnosti. Značajan je broj problemastabilnosti koji ograničavaju prijenosnu moć, kako sastajališta kuta rotora sinkronih generatora tako i sastajališta iznosa napona u čvorištima EES-a:• prijelazna stabilnost,• dinamička stabilnost,• stabilnost stacionarnog stanja,• subsinkrona stabilnost,• slom frekvencije i• slom napona.

FACTS tehnologija zasigurno može biti korištena uprevladavanju navedenih problema stabilnosti, nakon čegakao krajnja ograničenja preostaju ona termičke idielektričke prirode.

Odnedavna, sve se veći zahtjevi postavljaju na prijenosnumrežu i za očekivati je da će se ti zahtjevi nastavitipovećavati zbog sve većeg broja malih proizvođača ipovećanog tržišnog natjecanja između elektroprivreda.Štoviše, povećavaju se administrativni problemi pridobivanju svih potrebnih dozvola za izgradnju novihprijenosnih objekata. Povećani zahtjevi, nepostojanje ili

4

nepridržavanje dugoročnih planova te omogućavanjeotvorenog pristupa prijenosnom sustavu svih proizvodnihkompanija i potrošača uzrokom su stvaranja tendencijesmanjenja razine sigurnosti pogona i kvalitete dobaveelektrične energije. FACTS tehnologija je značajna, ali nei jedina mogućnost rješenja problema korištenjaprijenosnog sustava i povećanja pouzdanosti mreže.Nužno je naglasiti da za mnoge potrebe povećanjaprijenosne moći nije moguće izbjeći gradnju novih vodovaili nadogradnju postojećih.

Najzanimljivija osobina FACTS tehnologije u sektoruprijenosa svakako je upravljanje tokovima snage ipoboljšanje iskoristivosti kako postojećih tako i novihvodova. Mogućnost upravljanja strujom voda uzprihvatljive troškove rezultira s velikim povećanjemprijenosne moći postojećih vodova (s dostatnodimenzioniranim vodičima). FACTS tehnologija nijesamo jedna naprave koja rješava postavljani problem, većskup naprava koje mogu biti primjenjene individualno iliu koordinaciji s drugima u svrhu upravljanja s jednim iliviše parametara sustava. U tom svjetlu, upravljanjekorištenjem mehaničkih naprava nije prihvatljivo.Korištenjem svojstva fleksibilnosti FACTS naprava,moguće je postići opterećenje voda koje je vrlo blizutermičkom ograničenju. Upravljanje je mogućezahvaljujući sposobnosti FACTS naprava da nadziruveličine koje su iznimno značajne u prijenosnom sustavu;serijska impedancija, poprečna impedancija, struja, napon,fazni kut te stupanj prigušenja njihanja na različitimfrekvencijama ispod nazivne.

Okosnicu primjene FACTS naprava čini izvor napona kojise injektira u serijsku ili/i poprečnu granu. Promjenominjektiranog napona po iznosu i kutu u odnosu premanaponu čvorišta incidentnog voda, moguće je istodobnoutjecati na tok djelatne i jalove snage.

Obzirom na injektirani izvor napona, značajno je uočitinekoliko elementarnih stavova koji se koriste uupravljanju tokovima snage:

• upravljanje serijskom impedancijom voda omogućavaprovođenje učinkovitog upravljanja tokom struje,

• u relativno čestom slučaju kada kut prijenosa nijevelikog iznosa, upravljanje serijskom impedancijomvoda ili kutem prijenosa značajno utječe naupravljanje tokom djelatne snage,

• upravljanje kutem prijenosa omogućava upravljanjetokom struje i tokom djelatne snage kada kutprijenosa nije velik,

• injektiranjem napona u serijskoj grani koji je uokomici obzirom na tok struje, moguće je mijenjatiiznos toka struje kroz vod (budući da tok strujezaostaje za naponom za 90º, injektiranjem jalovesnage u serijskoj grani upravlja se strujom voda idjelatnom snagom kada kut prijenosa nije velik),

• injektiranjem napona u serijskoj grani, uz bilo kojiiznos kuta tog napona obzirom na napon čvorišta,

moguće je upravljati iznosom i kutem struje voda(injektiranjem fazora napona promjenjivog po kutuistodobno se upravlja se tokovima djelatne i jalovesnage),

• obzirom da su iznosi jediničnih vrijednostiimpedancija voda najčešće samo mali dio linijskognapona, nazivna snaga serijske naprave često je samomali dio ukupne prijenosne moći voda,

• u slučaju kada kut prijenosa nije velik, upravljanjeiznosom jednog ili više napona čvorišta moguće jevrlo učinkovito upravljati tokom jalove snage uinterkonekciji,

• istodobnim kombiniranim upravljanjem serijskomimpedancijom voda pomoću serijske naprave ireguliranjem napona pomoću poprečne naprave,moguće je učinkovito upravljati tokovima djelatne ijalove snage između dva sustava.

Općenito uzevši, FACTS naprave je prema vrstipriključka na prijenosni sustav moguće podijeliti naslijedeći način:

• serijske naprave,• poprečne naprave,• kombinirane serijsko-serijske naprave i• kombinirane serijsko-poprečne naprave.

Serijske naprave. Serijska naprava se izvodi u oblikupromjenjive impedancije (kondenzator ili prigušnica) ilipromjenjivog izvora napona zasnovanog na energetskojelektronici. U osnovi sve serijske naprave injektirajunapon u seriji s vodom (slika III.1). Čak i promjenjivaimpedancija pomnožena sa strujom predstavlja jedan oblikinjektiranja serijskog napona u vodu. Održavajući naponfazno okomitim obzirom na struju koja teče vodom,serijska naprava proizvodi ili troši jalovu snagupromjenjivog iznosa. U slučaju odstupanja faznogpoložaja od okomitog pojavljuje se i djelatna snaga.

Slika III.1 Serijska naprava

Pri definiranim iznosima napona čvorišta, prijenosnusnagu određuje serijska impedancija voda i razlika kutevanapona čvorišta između kojih teče snaga. Serijskakapacitivna kompenzacija u pogonu je već nekolikodesetljeća. Naime, već je odavno poznato kako je snagaizmjeničnog prijenosa na velikim udaljenostimaograničena prvenstveno serijskom induktivnomreaktancijom voda. Primjenom serijskih FACTS napravamoguće je uvesti promjenjivu serijsku kompenzacijuputem učinkovitog upravljanja tokom snage i poboljšanjastabilnosti. Upravljiva serijska kompenzacija predstavljaosnovu razvoja FACTS tehnologije. Primjenjuje se usvrhu postizanja pune iskoristivosti prijenosnog sustavaputem upravljanja tokovima snage u vodovima, uklanjanjapetljastih tokova snage te minimiziranja utjecaja

5

poremećaja korištenjem brzih upravljačkih krugova. Nataj se način ublažavaju zahtjevi stabilnosti zatradicionalnim sigurnosnim marginama pogona.

Osnovna ideja vodilja serijske kapacitivne kompenzacijejest smanjenje ukupne serijske reaktancije između dvijetočke prijenosnog sustava. U jednostavnom dvostrojnomsustavu (slika III.2.a), pomoću serijskog kondenzatorakompenzira se induktivna reaktancija voda premastandardnom vektorskom dijagramu (slika III.2.b). Premaočekivanju, djelatna snaga prijenosa izrazito se povećava spovećanjem stupnja serijske kompenzacije k (slikaIII.2.c). Slično, jalova snaga koju dobavlja serijskikondenzator također se izrazito povećava s povećanjemstupnja kompenzacije te se mijenja u ovisnosti o kutu δ nasličan način kao i jalova snaga voda.

Slika III.2 Kompenzacija pomoću serijske naprave; (a) dvostrojnisustav, (b) vektorski dijagram i (c) ovisnost djelatne i jalove snage o kutu

i stupnju kompenzacije

Nakon predočavanja elementarnih jednadžbi, nužno jeukazati i na dualnost fizikalnog objašnjenja serijskekompenzacije, osobito stoga jer omogućava primjenuFACTS naprava. Prema konvencionalnom objašnjenju,reaktancija serijskog kondenzatora poništava dio serijskeinduktivne reaktancije voda čime se smanjuje ukupnaefektivna serijska reaktancija kao da je vod fizičkiskraćen. Prema drugom objašnjenju, da bi se povećalastruja kroz serijsku induktivnu reaktanciju voda (ujedno isnaga), nužno je povećati napon na toj reaktanciji.Povećanje napona stvara se priključenjem serijskogelementa čija impedancija (uz struju) proizvodi naponsuprotnog smjera naponu serijske induktivne reaktancijevoda. Temeljem drugog objašnjenja slijedi da fizički oblikserijskog elementa nije značajan sve dok element rezultiras potrebnim kompenzacijskim naponom. Stoga elementmože biti u obliku elektroničkog izvora izmjeničnognapona (FACTS naprava) koji izravno injektira potrebninapon kompenzacije u seriji s vodom.

Serijska kapacitivna kompenzacija putem smanjenjaukupne serijske induktivne reaktancije voda utječe naproblem stabilnosti napona. Naime, s primjenom serijskekompenzacije minimizira se promjenjivost napona nakraju prijenosa koji prima snagu, čime se ujedno smanjujemogućnost nastanka sloma napona u radijalnomprijenosnom sustavu (slika III.3.a). Koljenaste točkepredočenih V-P krivulja (slika III.3.b) ukazuju na najvećeiznose snage koje je moguće prenijeti.

Slika III.3 Utjecaj serijske kompenzacije na stabilnost napona; (a)radijalni sustav i (b) V-P krivulja

Očito se s primjenom serijske kompenzacije značajnopovećava najveća snaga prijenosa, čime se utječe i naograničenje postavljeno pojavom problema stabilnostinapona.

Obzirom da primjena serijske kompenzacije uvelikeomogućava upravljanje tokovima snage u vodu, međuFACTS napravama postoje i one naprave koje suiskoristive tijekom pojava vezanih uz prijelaznu stabilnost.Ako je u jednostavnom dvostrojnom sustavu uslučajevima sa i bez serijske kompenzacije snagaprijenosa određena iznosom Pm (slika III.4), isti poremećajuzrokuje različite prijelazne pojave. Prema kriterijujednakih površina, snazi prijenosa Pm odgovaraju kutevi δ1(slika III.4.a, bez kompenzacije) i δs1 (slika III.4.b, skompenzacijom). Tijekom poremećaja, električna snagaprijenosa postaje jednaka nuli dok mehanička snagageneratora Pm ostaje konstantna. Stoga se generatorubrzava od vrijednosti kuteva δ1 i δs1 (ovisno o primjenikompenzacije) do vrijednosti δ2 i δs2 , kada dolazi doprestanka trajanja kvara. Energije ubrzavanjapredstavljene su površinama A1 i As1. Nakon prestankakvara, električna snaga prijenosa nadvisuje mehaničkuulaznu snagu i generator se počinje usporavati. Ipak,akumulirana kinetička energija i nadalje se povećava svedo uspostavljanja ravnoteže između energije ubrzavanja iusporavanja (površine A1 i As1, te A2 i As2 ). Površineizmeđu P-δ krivulje i crte konstantne mehaničke snage Pmu rasponu iznosa kuta od δ3 do δcrit te od δs3 do δscrit,određuju margine prijelazne stabilnosti predočenepovršinama Amargin i Asmargin. Usporedbom njihovihveličina zaključuje se kako je u slučaju primjene serijskekompenzacije margina prijelazne stabilnosti znatno veća.

Teorijski, povećanje margine može biti neograničeno akose serijska induktivna reaktancija voda u potpunostikompenzira. U praktičnim slučajevima, stupanjkompenzacije ne prelazi 75% od serijske induktivnereaktancije voda zbog mogućih poteškoća u upravljanjutokovima snage te visokih struja kratkog spoja. Često sestupanj kompenzacije ograničava na iznose manje od 30%zbog opasnosti od subsinkrone rezonancije.

Slika III.4 Kriterij jednakih površina u primjeni serijske kompenzacije;(a) bez primjene i (b) s primjenom serijske kompenzacije

6

Upravljivu serijsku kompenzaciju moguće je primijeniti iu svrhu prigušenja elektromehaničkih njihanja (slikaIII.5). U tom je slučaju neophodno mijenjati stupanjkompenzacije velikom brzinom, kako bi se utjecalo naubrzavajuće i usporavajuće njihanje generatora uporemećaju. Ako se generator za vrijeme njihanja ubrzavai povećava kut δ (dδ/dt>0), električnu snagu prijenosapotrebno je povećati kako bi se kompenzirao višakmehaničke ulazne snage. U obrnutom slučaju, ako segenerator usporava i smanjuje kut δ (dδ/dt<0), električnusnagu potrebno je smanjiti kako bi se kompenziraomanjak mehaničke ulazne snage. Zahtijevane promjenekuta (a), električne snage prijenosa (b) i stupnja serijskekompenzacije (c) predočene su na slici III.5 za jedanhipotetski slučaj. Uočava se da je stupanj kompenzacijemaksimalnog iznosa kada je dδ/dt>0, a jednak nuli kada jedδ/dt<0. Pri maksimalnom iznosu stupnja kompenzacije,efektivna reaktancija voda je minimalna. Pri nultomiznosu stupnja kompenzacije, efektivna reaktancija vodaje maksimalna. U primjeru je predočena skokovitapromjena stupnja kompenzacije sa samo dvije njegovevrijednosti (maksimalnom i minimalnom), što predstavljavrlo učinkovit pristup u prigušenju velikih njihanja. Upostupku prigušenja malih njihanja, osobito s velikimserijskim kompenzatorom, kontinuirano upravljanjestupnjem kompenzacije može biti bolje rješenje obziromna kut ili snagu.

Slika III.5 Prigušenje njihanja primjenom serijske kompenzacije; (a) kutgeneratora, (b) djelatna snaga prijenosa i (c) stupanj kompenzacije

Primjena serijske kapacitivne kompenzacije može, unekim slučajevima, izazvati pojavu torzijskog naprezanjana frekvencijama manjim od temeljne frekvencije sustava,odnosno subsinkronu rezonanciju. Teorijska suistraživanja pokazala da međudjelovanje serijskikapacitivno kompenziranog voda i mehaničkog sustavaturbine i generatora može uzrokovati pojavu negativnogprigušenja. Kao posljedica javljaju se električne imehaničke (torzijske) oscilacije. Veliki generatori svišestupanjskom parnom turbinom, koji imaju višestruketorzijske modove s frekvencijama ispod temeljne,najugroženiji su u primjeni serijski kapacitivnokompenziranih vodova upravo zbog pojave subsinkronerezonancije. Kako bi se u potpunosti iskoristilemogućnosti koje pruža upravljiva serijska kapacitivnakompenzacija u regulaciji tokova snage, poboljšanjuprijelazne stabilnosti i prigušenju njihanja, neophodno jekod serijskog kompenzatora uvesti dodatnu funkcijuzaštite od pojave subsinkrone rezonancije. Pri tome sezahtjevi postavljaju u širokom rasponu; od minimalnihkoji traže pasivnost serijskog kompenzatora u tim

stanjima, do maksimalnih koji preferiraju aktivnosudjelovanje u potiskivanju subsinkronih njihanja. Serijskikompenzatori koji su zasnovani na energetskoj elektronicizadovoljavaju čak i maksimalne zahtjeve uvođenjemaktivnog prigušnog djelovanja ili nekapacitivnekarakteristike u subsinkronom području. Uz odgovarajućestrukturiranje i upravljanje moguće ih je primijeniti bezbojazni od subsinkrone rezonancije čime se omogućavapotpuno korištenje prijenosne moći.

Poprečne naprave. Kao i u slučaju serijskih naprava,izvedbe poprečnih naprava mogu biti u oblikupromjenjivih impedancija, promjenjivih elektroničkihizvora napona ili njihove kombinacije. U osnovi, svepoprečne naprave injektiraju struju u čvorište povezivanjasa sustavom (slika III.6). Čak i promjenjiva poprečnaimpedancija spojena u čvorištu voda, uzrokuje promjenjivitok struje kroz vod što se može shvatiti kao poprečnoinjektiranje struje. Ako je injektirana struja u položajufazne okomice u odnosu prema naponu čvorištapriključka, poprečna naprava proizvodi ili trošipromjenjivu jalovu snagu. Bilo koji drugi fazni položajuzrokuje pojavu djelatne snage.

Slika III.6 Poprečna naprava

Poznato je da primjena odgovarajuće poprečnekompenzacije jalove snage utječe na povećanje prijenosnemoći i poboljšanje profila napona uzduž voda. Svrhapoprečne kompenzacije nalazi se u mijenjanju prirodnihelektričnih osobina prijenosnog voda kako bi ga se učiniloprilagodljivijim promjenama opterećenja. Stoga sepoprečne prigušnice koriste za snižavanje napona uuvjetima malih opterećenja, a poprečni kondenzatori zapodizanje napona pri velikim opterećenjima. Krajnji ciljprimjene poprečne kompenzacije ipak se nalazi upovećanju prijenosne moći u svrhu poboljšanja osobinasustava u stacionarnim i prijelaznim stanjima. Primjenakompenzacije u sredini (ili negdje između čvorišta) vodaomogućava regulaciju napona u sredini voda u svrhunjegovog segmentiranja, odnosno na kraju radijalnog vodau svrhu izbjegavanja nestabilnosti napona. Također,koristi se za dinamičku regulaciju napona u svrhupoboljšanja prijelazne stabilnosti i prigušenja njihanja.

Na temelju jednostavnog dvostrojnog sustava s idealnimpoprečnim kompenzatorom smještenim u sredini voda(slika III.7.a), moguće je postaviti temeljne jednadžbekoje opisuju prednosti regulacije napona korištenjempoprečnog kompenzatora (slike III.7.b-c). Iz ovisnostidjelatne i jalove snage o kutu prijenosa, uočava se da se sprimjenom idealne poprečne kompenzacije u sredini vodaznačajno povećava snaga prijenosa (udvostručuje najvećuvrijednost), ali uz izrazito povećanje potrebe za jalovomsnagom. Za sustav iz navedenog primjera, izbor sredinevoda kao mjesta primjene poprečnog kompenzatorapredstavlja najbolje rješenje. Naime, pad napona uzduž

7

Slika III.7 Kompenzacija pomoću poprečne naprave; (a) dvostrojnisustav, (b) vektorski dijagram i (c) ovisnost djelatne i jalove snage o kutu

nekompenziranog voda najveći je u sredini. Štoviše,primjenom kompenzacije u sredini segmentira se vod udva jednaka dijela s jednakim maksimalnim prijenosnimsnagama. U slučaju nejednakih segmenata, maksimalnasnaga prijenosa dužeg segmenta određivala bi ograničenjeprijenosa ukupnog voda. Teorijski, najveća snaga koju jemoguće prenijeti udvostručuje se s udvostručenjem brojasegmenata voda. S povećanjem broja segmenata,promjena napona uzduž voda značajno se smanjuje,približavajući se u idealnom slučaju konstantnm profilu.

Prethodni slučaj poprečne kompenzacije smještene usredini voda dvostrojnog sustava moguće je proširiti naposebni slučaj radijalnog prijenosa. Ako se pasivni teretkoji troši snagu P pri naponu Vr priključi na kraj voda, bezprimjene kompenzacije napon u tom čvorištu bio biizrazito promjenjiv obzirom na promjenu tereta i faktorasnage tereta (slika III.8.a). Koljenasta točka V-P krivuljekoja odgovara pojavi najveće snage prijenosa ukazuje naublažavanje ograničenja stabilnosti napona s priključkomkapacitivnog tereta, a pooštravanje s priključkominduktivnog. Poprečna kompenzacija jalove snageučinkovito povećava najveću snagu prijenosadobavljanjem jalove snage teretu i reguliranjem napona učvorištu (slika III.8.b). U ovom je slučaju krajnja točkaprijenosa najbolje mjesto primjene kompenzatora,obzirom da se u tom čvorištu napon najviše mijenja.Poprečna kompenzacija jalove snage često se u praktičnimprimjenama koristi u svrhu regulacije napona u zadanomčvorištu u kojem dolazi do velikih promjena opterećenjaili u svrhu održavanja napona u slučajevima ispadageneratora ili vodova na početnoj strani prijenosa. Vrločesto se jedno područje opterećenja napaja sa strane dvajuili više generatora s nezavisnim prijenosnim vezama.Ispad jednog od izvora može iznenada povećatiopterećenje na preostalom dijelu prijenosnog sustava iuzrokovati ozbiljan pad napona koji se u krajnjem slučajumože razviti do sloma napona.

Slika III.8 Utjecaj poprečne kompenzacije na stabilnost napona; (a) bezi (b) s regulacijom napona u čvorištu

Budući da se s primjenom poprečne kompenzacije jalovesnage povećava najveća snaga prijenosa, racionalno jeočekivati da je uz odgovarajuću brzinu upravljanjamoguće utjecati na promjene tokova snage u prijelaznimstanjima. Na taj bi se način ublažila ograničenjapostavljena prijelaznom stabilnosti. Prema kriterijujednakih površina za slučajeve sa i bez poprečnekompenzacije (objašnjenje slično kao i slučaju serijskekompenzacije) uočava se značajna razlika između veličinemargina prijelazne stabilnosti. Margina u slučaju bezprimjene kompenzacije Amargin (slika III.9.a) znatno jemanja od margine u slučaju s primjenom kompenzacijeApmargin (slika III.9.b), uz pretpostavku primjene idealnogpoprečnog kompenzatora. Time se zapravo pretpostavljada iznos napona u sredini voda ostaje konstantan tijekomcijelog razdoblja razmatranja (osim za vrijeme trajanjakvara) te da njegov fazni kut slijedi njihanje kutageneratora. Dakle, kompenzator ne sudjeluje u razmjenidjelatne snage sa sustavom, ali kontinuirano dobavljajalovu snagu. Potreba za jalovom snagom značajno raste sporastom djelatne snage prijenosa i u uvjetima najvećegprijenosa poprima dvostruko veći iznos od djelatne snage.Zbog ekonomičnosti najveća izlazna jalova snagastvarnog poprečnog kompenzatora značajno je manja odone koju zahtijeva potpuna kompenzacija. Stoga stvarnikompenzatori djeluju kao idealni samo dok su potrebetereta manje od nazivne snage kompenzatora. Iznadnazivne snage, kompenzator postaje konstantnareaktancija ili izvor konstantne jalove struje, ovisno oizvedbi. Snaga kompenzatora određuje se studijskimradovima kako bi se upravljanje tokom snage ostvarilo uzzadovoljavajuću stabilnost u uvjetima ispada elemenata.

Slika III.9 Kriterij jednakih površina u primjeni poprečne kompenzacije;(a) bez i (b) s primjenom kompenzacije

8

U slučaju da sustav ima nedostatan stupanj prigušenja,mali poremećaj može uzrokovati njihanje kuta generatoraoko stacionarne vrijednosti (slika III.10). Njihanje kutarezultira odgovarajućim njihanjem snage. Nedostatakprigušenja u nekim je sustavima izrazito naglašen pa setretira kao ograničavajući faktor prijenosne moći.Obzirom da je njihanje snage dinamička pojava, poprečnakompenzacija treba biti promjenjivog karaktera. Time bise napon u sredini voda mijenjao i prilagođavaoubrzavajućem i usporavajućem njihanju. Ako se generatoru njihanju ubrzava i povećava kut δ (dδ/dt>0), nužno jepovećati električnu snagu prijenosa kako bi sekompenzirao višak mehaničke ulazne snage. U obrnutomslučaju, ako se generator usporava i smanjuje kut δ(dδ/dt<0), električnu snagu potrebno je smanjiti kako bi sekompenzirao manjak mehaničke ulazne snage.Pretpostavlja se da je mehanička ulazna snaga konstantnau vremenskom rasponu razdoblja njihanja. Na temeljuodziva sa i bez primjene upravljanja izlaznom snagomkompenzatora (slika III.10), uočava se da kapacitivni izlazkompenzatora (pozitivna vrijednost) povećava napon usredištu voda kada je dδ/dt>0, a smanjuje (negativnavrijednost) kada je dδ/dt<0. Upravljanje izlaznom snagomkompenzatora u ovom je primjeru skokovito (izlazpoprima samo maksimalnu, minimalnu i nultu vrijednost).U uvjetima velikih njihanja navedena vrsta upravljanja jevrlo učinkovita. U uvjetima prigušenja malih oscilacijapoželjnija je kontinuirana vrsta upravljanja.

Slika III.10 Prigušenje njihanja primjenom poprečne kompenzacije; (a)kut generatora, (b) djelatna snaga prijenosa i (c) izlazna jalova snaga

kompenzatora

Kombinirane serijsko-serijske naprave. Ova kombinacija(slika III.11) ima dva moguća oblika. U prvom obliku se sodvojenim serijskim napravama koordinirano upravlja usustavu s više vodova (slika III.11.a). U drugom se oblikuradi o objedinjenoj napravi kod koje serijske graneomogućavaju neovisnu serijsku kompenzaciju jalovesnage za svaki vod, ali i transfer djelatne snage izmeđuvodova putem postojeće veze (slika III.11.b). Mogućnosttransfera djelatne snage u objedinjenoj serijsko-serijskojnapravi poput regulatora toka snage među vodovima (eng.Interline Power Flow Controller), omogućava ravnotežuizmeđu toka djelatne i jalove snage u vodovima te timemaksimizira iskoristivost prijenosnog sustava. Termin"objedinjeni" u ovom slučaju označava stanje u kojem susvi dc terminali navedene naprave spojeni zajedno u svrhutransfera djelatne snage.

Slika III.11 Kombinirane serijsko-serijske naprave; (a) odvojene ikoordinirano upravljane i (b) objedinjene i povezane s dc vezom

Kombinirane serijsko-poprečne naprave. Ovakombinacija ima oblik razdvojenih poprečnih i serijskihnaprava s kojima se koordinirano upravlja ili oblikobjedinjenog regulatora toka snage (eng. Unified PowerFlow Controller) s objedinjenim poprečnim i serijskimnapravama. U osnovi, kombinirane poprečne i serijskenaprave injektiraju struju u sustav pomoću poprečnenaprave te napon u seriji s vodom pomoću serijskenaprave (slika III.12.a). Kada se poprečna i serijskanaprava objedine javlja se razmjena djelatne snage izmeđuserijske i poprečne naprave putem istosmjerne veze.Moguća je i izvedba kod koje svaki vod zahtijeva posebnuserijsku napravu (slika III.12.b), osobito ako se primjenomželi izbjeći problem ispada voda.

Slika III.12 Kombinirane serijsko-poprečne naprave; primjena serijskegrane samo na jednom vodu (a) i na više vodova (b)

Značajno je napomenuti da serijski spojena naprava utječena napon i time na tok struje odnosno snage. Ako jezadaća upravljati tokom struje/snage i prigušiti njihanjetada je serijska naprava uz zadano nazivnodimenzioniranje nekoliko puta moćnija od poprečnenaprave. Poprečna naprava, s druge strane, predstavljastrujni izvor koji injektira ili povlači struju iz voda. Stogaje poprečna naprava korisna za regulaciju napona učvorištu priključenja putem injektiranja samo jalove snageili kombiniranim injektiranjem djelatne i jalove snage usvrhu učinkovitije regulacije napona i prigušenja njihanjanapona. Time se ne želi reći da serijske naprave nijemoguće koristiti za regulaciju napona. Promjene naponauvelike su posljedica pada napona na serijskoj impedancijivoda. Stoga se dodavanjem ili oduzimanjem napona userijskoj grani može učinkovito poboljšati naponski profil.Poprečna naprava ipak je znatno bolji izbor ako sezahtijeva samo regulacija napona u čvorištu.

Bitna prednost poprečne naprave nalazi se u njezinomutjecaju samo na jedno čvorište neovisno o pojedinačnimvodovima koji su incidentni sa čvorištem priključka. Ipakto nije odlučujući faktor u primjeni poprečne napravebudući da je zahtijevano nazivno dimenzioniranje serijskenaprave maleno u usporedbi s poprečnom napravom.Također, poprečna naprava ne omogućava upravljanje

9

tokom snage u vodu. S druge strane, serijske naprave seprojektiraju tako da imaju i utjecaj na sustav tijekomispada i dinamičkih preopterećenja. Tijekom stanja kvara(kratki spoj), naprave mogu biti privremeno premoštene iliopremljene s odvodnicima ako je struja kvara prevelika.Navedeni argumenti sugeriraju da bi se kombiniranjemserijske i poprečne naprave postigla najbolja svojstva odobje vrste. Time bi se uz regulaciju napona istodobnoomogućilo učinkovito upravljanje tokovima snage.

Zasnovanost FACTS naprava. FACTS napravezasnovane su ili na tiristorima koji nemaju mogućnostisključenja primjenom signala na upravljačku elektrodu(struja se prekida u trenutku prolaska kroz nultu vrijednostsinusoide) ili na onima koji tu mogućnost imaju (eng.GTO, Gate Turn-Off Capability). Naprave koje tumogućnost imaju zasnovane su na dc/ac pretvaračima kojimogu razmjenjivati djelatnu i/ili jalovu snagu s acsustavom. Ako razmjena uključuje samo jalovu snagu,naprava je opremljena s minimalnim uskladištenjem naistosmjernoj strani. Međutim, ako je fazni kut izmeđustruje i napona različit od 90º, uskladištenje naistosmjernoj strani može se razlikovati od minimalnogkoje je potrebno u pogonu pretvarača kao izvora samojalove snage. Dakle, potrebno je skladište energije. Svakaod serijskih, poprečnih ili kombiniranih serijsko-poprečnih naprava, općenito može uključivati u sebiskladište poput kondenzatora, baterije ili supravodljivogmagneta čime se dodaje nova dimenzija FACTStehnologiji (slika III.13). U tim slučajevima korisnost jevrlo značajna. Naprave s dodatnim uskladištenjemučinkovitije upravljaju dinamikom sustava zahvaljujućidinamičkoj izmjeni djelatne snage sa sustavom.

Slika III.13 Naprave s dodatnim uskladištenjem energije; (a) serijska,(b) poprečna i (c) kombinirana serijsko-poprečna naprava

Naprave se mogu također zasnivati i na pretvaračima spulsno-širinskom modulacijom u svrhu smanjenja utjecajaharmoničkih članova. Pretvarač je moguće projektiratitako da proizvodi ispravan valni oblik i time djeluje kaoaktivni filter. Također, njime je moguće upravljati tako dauravnotežuje nesimetrične napone uključujući transferenergije između faza. Sve dodatne funkcije moguće jeizvoditi istodobno ako je pretvarač tako projektiran.

Dakle, moguće je reći da je pri rješavanju zadanogproblema potrebno vrednovati sve opcije u rasponu odserijske i poprečne do kombinirane serijsko-poprečne kaoi opcije sa i bez dodatnog uskladištenja energije.

Kod FACTS naprava zasnovanih na pretvaračima stiristorima koji imaju mogućnost isključenja primjenomsignala na upravljačku elektrodu, moguće je razlikovatidvije vrste: pretvarači s naponskim izvorom (slikaIII.14.a) i pretvarači sa strujnim izvorom (slika III.14.b).Sa stajališta troškova, preferira se pretvarač s naponskimizvorom koji ujedno predstavlja i osnovu za predstavljanjevećine pretvarački zasnovanih FACTS naprava.

Slika III.14 Pretvarač s naponskim (a) i strujnim (b) izvorom

Pretvarač s naponskim izvorom uobičajeno se opisujeparalelnim reverznim spojem diode i GTO tiristora tenjima dodanim istosmjernim kondenzatorom koji služikao izvor napona. Kod ove se vrste istosmjerni naponkondenzatora na izmjeničnoj strani prezentira kaoizmjenični napon putem sekvencijalnog uklapanjanaprave. Uz odgovarajuću topologiju pretvarača mogućeje mijenjati izlazni izmjenični napon po iznosu te također ipo kutu obzirom na napon izmjeničnog sustava. Povratsnage uključuje i povrat struje (ne reverziju napona). Akoje mogućnost uskladištenja u istosmjernom kondenzatorumalena i ako nema drugih skladišta, pretvarač ne možerazmjenjivati djelatnu snagu duže od jednog perioda.Izlazni izmjenični napon održava se pod kutem od 90º uodnosu prema struji voda te se pretvarač koristi samo zarazmjenu jalove snage.

Pretvarač sa strujnim izvorom opisuje se serijskim spojemdiode i GTO tiristora te njima dodanom istosmjernomprigušnicom kao izvorom struje. Kod ove vrste pretvaračaistosmjerna struja se na izmjeničnoj strani prezentira kaoizmjenična struja putem sekvencijalnog uklapanjanaprave. Izmjenična struja promjenjiva je po iznosu temože biti u bilo kojem faznom položaju obzirom na naponizmjeničnog sustava. Povrat snage uključuje reverzijunapona (ne povrat struje).

IV. DEFINICIJE I OPISI FACTS NAPRAVA

Jedan od problema s kojima se susreće FACTStehnologija nalazi se i u usvajanju velikog broja novihpojmova i skraćenica, kako sa strane proizvođača opremetako i sa strane autora raznih teorijskih radova. Prije

10

kratkog opisa svake od FACTS naprava, nužno jepostaviti slijedeće elementarne definicije:

Prilagodljivost prijenosa električne energije.Sposobnost prilagođavanja promjenama uprijenosnom sustavu ili uvjetima pogona uzzadržavanje dostatnih sigurnosnih marginastacionarnog i prijelaznog stanja.

Prilagodljivi izmjenični prijenosni sustav (eng.FACTS, Flexible AC Transmission System).Izmjenični prijenosni sustav s uključenimnapravama zasnovanim na energetskojelektronici te ostalim statičkim napravama kojesluže poboljšanju upravljivosti i povećanjuprijenosne moći. Pojam "ostalih statičkihnaprava" odnosi se na postojanje statičkihnaprava koje nisu zasnovane na energetskojelektronici.

FACTS naprava. Sustav zasnovan naenergetskoj elektronici koji uz ostalu statičkuopremu omogućava upravljanje s jednim ili višeparametara izmjeničnog prijenosnog sustava.

Nakon postavljanja prethodnih definicija slijedi kratkiopis FACTS naprava prema podjeli po osnovnim vrstama.

A. Poprečne naprave

Statički sinkroni kompenzator (eng.STATCOM, Static Synchronous Compensator).Statički sinkroni generator u pogonu kaopoprečno priključeni statički var kompenzator,čija kapacitivna ili induktivna izlazna struja možebiti upravljiva neovisno o naponu izmjeničnogsustava.

STATCOM je jedna od ključnih FACTS naprava. Možebiti zasnovan na pretvaračima naponskog ili strujnogizvora. S općeg stajališta troškova, preferiraju sepretvarači s naponskim izvorom (slika IV.1). Kod njih se sizlaznim izmjeničnim naponom upravlja na način da seautomatskim reguliranjem napona istosmjernogkondenzatora koji služi kao naponski izvor pretvaračautječe na zahtijevanu razinu injektirane jalove struje učvorište izmjeničnog sustava. STATCOM može bitiprojektiran i da djeluje kao aktivni filter u svrhuneutraliziranja harmonika.

Slika IV.1 Statički sinkroni kompenzator, STATCOM

Prema postavljenoj definiciji STATCOM je samo jedančlan u širokom spektru poprečnih naprava u kojem jemoguće uključiti i izvor djelatne snage ili skladišteenergije na istosmjernoj strani tako da injektirana strujamože imati i djelatnu komponentu. Takva naprava definirase kao

Statički sinkroni generator (eng. SSG, StaticSynchronous Generator). Statički samo-komutirani energetski pretvarač napajan izodgovarajućeg skladišta energije i pogonjen usvrhu proizvodnje promjenjivog višefaznogizlaznog napona. Priključen je na izmjeničnisustav kako bi s njim ostvario razmjenu djelatne ijalove snage koje su međusobno neovisnoupravljive.

SSG (slika IV.2) je zapravo kombinacija STATCOM-a iskladišta energije. Naziv, SSG, u sebi uključuje općenitopriključenje bilo kojeg skladišta energije (baterija,zamašna masa, supravodljivi magnet, veliki istosmjernikondenzator, drugi ispravljači…). Uobičajena je primjenaelektroničkog sučelja ("čoper") između skladišta energije ipretvarača. Kod pretvarača s naponskim izvorom,skladište energije koristi se u svrhu odgovarajućekompenzacije pražnjenja kondenzatora kako bi seodržavao zahtijevani napon kondenzatora.

Unutar definicije SSG-a nalazi se i naprava poznata podnazivom

Baterijski sustav uskladištenja energije (eng.BESS, Batery Energy Storage System). Sustavuskladištenja energije na kemijskoj osnovi koji sesastoji od poprečno priključenih pretvarača snaponskim izvorom. Ima sposobnost brzogprilagođavanja količine energije koja serazmjenjuje s izmjeničnim sustavom.

Slika IV.2 Statički sinkroni generator, SSG

Kod primjena u prijenosnom sustavu, veličina BESSskladišne jedinice uglavnom je mala (nekoliko desetakaMWh). Ako je pretvarač dovoljno dimenzioniran mogućega je koristiti u rješavanju problema prijelazne stabilnostina način da kratkotrajno razmjenjuje djelatnu snagu svisokim MW/MWh omjerom. Pretvarač je također

11

moguće koristiti u razmjeni jalove snage s izmjeničnimsustavom u skladu s njegovom nazivnom snagom. Uslučaju u kojem ne dolazi do razmjene djelatne snage sizmjeničnim sustavom, pretvarač se koristi za punjenjebaterije odgovarajućom brzinom.

Slijedeći podskup SSG-a čini naprava poznata kao

Sustav uskladištenja energije pomoćusupravodljivog magneta (eng. SMES,Superconducting Magnetic Energy Storage).Supravodljivi elektromagnetski sustavuskladištenja energije koji sadrži elektroničkepretvarače. U mogućnosti je da brzo injektira iliapsorbira djelatnu i/ili jalovu snagu, odnosno dadinamički upravlja tokom snage u izmjeničnomsustavu.

Budući da se istosmjerna struja magneta ne mijenja brzo,izlazna snaga magneta se mijenja putem upravljanjanaponom magneta uz odgovarajuće elektroničko sučeljeprema STATCOM-u.

Jedna od široko prihvaćenih poprečnih naprava poznata jepod nazivom

Statički var kompenzator (eng. SVC, Static VarCompensator). Statički generator jalove snage upoprečnom spoju koji se koristi u svrhu razmjenekapacitivne ili induktivne struje sa sustavomkako bi održavao ili upravljao sa specifičnimparametrima sustava (uobičajeno s naponomčvorišta).

SVC se općenito odnosi na tiristorski upravljive ilitiristorski uklopive kondenzatore ili neku od kombinacijakondenzatora i prigušnica (slika IV.3). SVC je zasnovantiristorima koji nemaju mogućnost isključenja signalom naupravljačku elektrodu. U njemu je uključena posebnaoprema za razmjenu jalove snage; tiristorski upravljiva ilitiristorski uklopiva prigušnica za apsorbciju jalove snagete tiristorski uklopiv kondenzator za dobavu jalove snage.SVC se uobičajeno tretira kao jeftiniji nadomjestak zaSTATCOM iako to ne mora nužno biti slučaj ako seusporedba zasniva na zahtjevnosti kvalitete pogona, a nesamo na veličini izgradnje.

Slika IV.3 Statički var kompenzator, SVC

Tiristorski upravljiva prigušnica (eng. TCR,Thyristor Controlled Reactor). Tiristorskiupravljiva prigušnica u poprečnom spoju čija jeefektivna reaktancija kontinuirano promjenjivaputem djelomičnog vođenja tiristorskog ventila.

TCR je podvrsta SVC-a kod koje se s vremenom vođenjate posljedično i sa strujom prigušnice upravlja korištenjemtiristorskog prekidača. Tiristori su upravljivi putem kutapaljenja.

Tiristorski uklopiva prigušnica (eng. TSR,Thyristor Switched Reactor). Tiristorskiuklopiva prigušnica u poprečnom spoju čija jeefektivna reaktancija skokovito promjenjivaputem pune ili nulte vodljivosti tiristorskogventila.

TSR je slijedeća podvrsta SVC-a. Naprava je načinjena odnekoliko poprečnih prigušnica koje se uključuju iisključuju tiristorskim prekidačima bez upravljanja kutempaljenja. Time se postižu zahtijevane skokovite promjenejalove snage koja se troši iz sustava. Korištenjemtiristorskih prekidača bez upravljanja kutem paljenjapostižu se niži troškovi i gubici, ali bez mogućnostikontinuirane promjene.

Tiristorski uklopivi kondenzator (eng. TSC,Thyristor Switched Capacitor). Tiristorskiuklopivi kondenzator u poprečnom spoju čija jeefektivna reaktancija skokovito promjenjivaputem pune ili nulte vodljivosti tiristorskogventila.

TSC je također podvrsta SVC-a kod koje se tiristorskiprekidači koriste u svrhu uključivanja i isključivanja (bezregulacije kuta paljenja) poprečnih kondenzatora. Time sepostižu zahtijevane skokovite promjene jalove snage kojase injektira u sustav. Za razliku od poprečnih prigušnica,poprečni kondenzatori ne mogu biti kontinuiranoupravljivi s primjenom regulacije kuta paljenja.

U općem obliku, moguće je definirati napravu poznatupod nazivom

Statički var generator ili trošilo (eng. SVG,Static Var Generator or Absorber). Statičkaelektrična naprava, oprema ili sustav koji jesposoban razmjenjivati upravljivu kapacitivnui/ili induktivnu struju s izmjeničnim sustavom tetime proizvoditi ili trošiti jalovu snagu. Općenitose sastoji of poprečno priključenih tiristorskiupravljivih prigušnica i/ili tiristorski uklopivihkondenzatora.

SVG, prema navedenoj širokoj definiciji, zapravopredstavlja izvor jalove snage koji uz odgovarajućeupravljanje može biti pretvoren u bilo koji specifični ilivišenamjenski poprečni kompenzator jalove snage. Stogasu SVC i STATCOM zapravo statički var generatoriopremljeni s odgovarajućim upravljačkim petljama kakobi izlazna jalova snaga bila promjenjiva u skladu saspecifičnim ciljevima kompenzacije.

12

U najopćenitijem obliku, definira se naprava poznata podnazivom

Statički var sustav (eng. SVS, Static VarSystem). Kombinacija različitih statičkih imehanički uklopivih var kompenzatora skoordiniranim izlaznim veličinama.

Primjer statičkog var sustava predočen je na slici IV.4.

Slika IV.4 Statički var sustav, SVS

U uvjetima prijelazne stabilnosti, često je od velikogznačenja naprava poznata pod nazivom

Tiristorski upravljivi kočni otpor (eng. TCBR,Thyristor Controlled Braking Resistor).Tiristorski uklopivi otpornik u poprečnom spojus kojim se upravlja u svrhu pomoćne stabilizacijesustava ili minimiziranja ubrzavanja rotorageneratora tijekom poremećaja.

TCBR uključuje uklapanje otpornika opremljenog stiristorskim prekidačem s regulacijom kuta paljenja narazini perioda (slika IV.5). U svrhu snižavanja troškova,TCBR može biti samo tiristorski uklopiv, odnosno bezregulacije kuta paljenja. Međutim, uz regulaciju kutapaljenja, upravljanje na razini poluperioda primjenjivo jeu svrhu selektivnog prigušenja njihanja niske frekvencije.

Slika IV.5 Tiristorski upravljivi kočni otpor, TCBR

B. Serijske naprave

Statički sinkroni serijski kompenzator (eng.SSSC, Static Synchronous SeriesCompensator). Statički sinkroni generator upogonu kao serijski kompenzator čiji je izlazninapon (neovisno upravljiv) u okomici sa strujomvoda ako nije uveden vanjski izvor energije.Time se povećava ili smanjuje jalovakomponenta pada napona na vodu i upravljasnagom prijenosa. SSSC može uključivatiskladište energije u svrhu poboljšanja prijelaznihpojava u sustavu korištenjem dodatne privremenekompenzacije djelatne snage (trenutna promjenadjelatne komponente pada napona na vodu).

SSSC, jedna je od najznačajnijih FACTS naprava.Izvedbom podsjeća na STATCOM, ali injektira izvornapona u serijsku granu (slika IV.6.a). Može biti zasnovanna pretvaraču s naponskim ili strujnim izvorom.Uobičajeno je serijski injektirani napon prilično malen uusporedbi s linijskim naponom, dok zahtjevi zadozemnom izolacijom mogu biti prilično visoki. Uzodgovarajuću izolaciju između primara i sekundaratransformatora, pretvaračka oprema je smještena nazemnom potencijalu ukoliko nije na platformi u stanjupotpune izolacije od zemlje. Omjer transformacije seodređuje prema kriteriju najekonomičnije izvedbepretvarača. Bez dodatnog izvora energije, SSSC možeinjektirati samo promjenjivi napon koji je u okomici sastrujom. Skladište energije može biti priključeno naserijsku napravu kako bi injektirao vektor naponapromjenjivog kuta u seriji s vodom (slika IV.6.b).

Slika IV.6 Statički sinkroni serijski kompenzator, SSSC;bez (a) i s (b) dodatnim skladištem energije

Regulator toka snage među vodovima (eng.IPFC, Interline Power Flow Controller).Kombinacija dvaju ili više SSSC-ovapriključenih na zajedničku istosmjernu vezu usvrhu omogućavanja dvosmjernog toka djelatnesnage između izmjeničnih terminala. SSSC-ovisu upravljani kako bi omogućili neovisnukompenzaciju jalove snage, promjenu tokadjelatne snage u svakom od vodova te kako biodržavali odabranu raspodjelu toka jalove snagemeđu vodovima. IPFC struktura može takođeruključivati STATCOM koji se priključuje naIPFC-ovu zajedničku istosmjernu vezu i

13

omogućava poprečnu kompenzaciju jalove snagete razmjenu deficita djelatne snage izmeđukombiniranih SSSC-ova.

Tiristorski upravljivi serijski kondenzator (eng.TCSC, Thyristor Controlled Series Capacitor).Kompenzator s kapacitivnom reaktancijom kojise sastoji od serijske kondenzatorske baterije uparalelnom spoju s tiristorski upravljivomprigušnicom. Omogućava kompenzaciju putemkontinuirano promjenjive ukupne serijskekapacitivne reaktancije.

TCSC je zasnovan na tiristorima bez mogućnostiisključenja signalom na upravljačku elektrodu. Predstavljaalternativu SSSC-u. Prema opisu, promjenjiva prigušnicapoput TCR-a priključena je u paraleli sa serijskimkondenzatorom (slika IV.7). Kada kut paljenja TCR-apostaje 180º, prigušnica je u stanju nulte vodljivosti teserijski kondenzator ima svoju punu impedanciju. Kakokut paljenja opada, kapacitivna impedancija se povećava.S druge strane, kada kut paljenja poprimi vrijednost 90º,prigušnica postaje potpuno vodljiva pa ukupnaimpedancija postaje induktivna, jer se impedancijaprigušnice projektira sa znatno nižim iznosom odimpedancije serijskog kondenzatora. Uz kut paljenja uiznosu od 90º, TCSC pomaže u ograničavanju strujekvara. Izvedba TCSC-a može biti u obliku jedne velikejedinice ili više manjih jedinica kako bi se postiglanadmoćnija izvedba.

Slika IV.7 Tiristorski upravljivi serijski kondenzator, TCSC

Tiristorski uklopivi serijski kondenzator (eng.TSSC, Thyristor Switched Series Capacitor).Kompenzator s kapacitivnom reaktancijom kojise sastoji od serijske kondenzatorske baterije uparalelnom spoju s tiristorski uklopivomprigušnicom. Omogućava skokovito upravljanjesa serijskom kapacitivnom reaktancijom.

Umjesto kontinuiranog upravljanja s kapacitivnomimpedancijom, u ovom se pristupu prigušnica uklapasamo pri kutu paljenja u iznosu od 90º ili 180º, dakle bezmogućnosti upravljanja s kutem paljenja. Time je mogućesmanjiti troškove i gubitke naprave. Često se primjenjujehibridna varijanta prema kojoj jedan od modula imatiristorski upravljivi dio, dok su ostali tiristorski uklopivi.

Tiristorski upravljiva serijska prigušnica (eng.TCSR, Thyristor Controlled Series Reactor).Kompenzator s induktivnom reaktancijom koji sesastoji od serijske prigušnice u paralelnom spojus tiristorski upravljivom prigušnicom.Omogućava uvođenje glatko promjenjive serijskeinduktivne reaktancije.

Kada kut paljenja tiristorski upravljive prigušnice (slikaIV.8) poprimi iznos od 180º, prestaje stanje vođenja paneupravljiva prigušnica djeluje kao limiter struje kvara.Kako se kut smanjuje, ukupna induktivna reaktancijaopada sve dok kut ne poprimi iznos od 90º, kada postajejednaka iznosu reaktancije paralelne kombinacije dvijuprigušnica. Kao i TCSC, TCSR u izvedbi je s jednomvelikom jedinicom ili nekoliko manjih serijskih jedinica.

Slika IV.8 Tiristorski upravljiva serijska prigušnica, TCSR

Tiristorski uklopiva serijska prigušnica (eng.TSSR, Thyristor Switched Series Reactor).Kompenzator s induktivnom reaktancijom koji sesastoji od serijske prigušnice u paralelnom spojus tiristorski uklopivom prigušnicom. Omogućavaskokovito upravljanje sa serijskom induktivnomreaktancijom.

Ova naprava je podvrsta TCSR-a, ali s tiristorskimprekidačima koji su ili u stanju punog vođenja ili nultogvođenja (bez mogućnosti upravljanja kutem paljenja).Omogućava postizanje kombinacije skokovitih serijskihinduktancija.

C. Kombinirane poprečno-serijske naprave

Objedinjeni regulator toka snage (eng. UPFC,Unified Power Flow Controller). Kombinacijastatičkog sinkronog kompenzatora (STATCOM)i statičkog serijskog kompenzatora (SSSC) kojisu spojeni putem zajedničke istosmjerne vezekako bi omogućili dvosmjerni tok djelatne snageizmeđu izlaznog terminala serijskog SSSC-a iizlaznog terminala poprečnog STATCOM-a.

Upravljanje ovom napravom (slika IV.9) omogućavaizvođenje kompenzacije djelatne i jalove komponenteserijske impedancije bez vanjskog izvora električneenergije. UPFC, putem injektiranja serijskog izvoranapona koji nije kutno ograničen, omogućava upravljanje(istodobno ili selektivno) naponom čvorišta prijenosnogvoda, impedancijom i kutem. Alternativno, moguće jeupravljanje s tokovima djelatne i jalove snage voda. UPFCtakođer omogućava izvođenje neovisne poprečnekompenzacije jalove snage.

Slika IV.9 Objedinjeni regulator toka snage, UPFC

14

Kod UPFC-a, djelatnu snagu koja je potrebna serijskojjedinici (SSSC), dobavlja poprečna jedinica (STATCOM)iz voda putem zajedničke istosmjerne veze. Poprečnajednica se istodobno može koristiti za regulaciju napona učvorištu priključka razmjenom jalove snage sa sustavom.Dodavanjem skladišta energije poput supravodljivogmagneta, u krug zajedničke istosmjerne veze posredstvomelektroničkog sučelja, nadalje se poboljšava učinkovitostUPFC-a. Upravljiva razmjena djelatne snage s vanjskimizvorom, poput skladišta, znatno je učinkovitije priupravljanju dinamikom sustava u usporedbi smodulacijom transfera snage unutar sustava.

Tiristorski upravljivi zakretni transformator(eng. TCPST, Thyristor Controlled PhaseShifting Transformer). Zakretni transformatorkoji korištenjem tiristorskih prekidačaomogućava brze promjene faznog kuta.

Općenito uzevši, zakretni transformator se zasniva nadodavanju okomitog vektora napona u seriju s fazom(slika IV.10). Vektor napona se izvodi iz drugih dviju fazakorištenjem poprečnog transformatora. Način na koji seokomiti serijski napon čini promjenjivim ovisi otopološkoj strukturi cijelog sustava. Koncept prema kojemje moguće izvesti reverziranje napona koristi se u svrhuzakreta faznog kuta u bilo kojem smjeru. Naprava koja sekoristi tim konceptom naziva se tiristorski upravljiviregulator faznog kuta (eng. TCPAR, Thyristor ControlledPhase Angle Regulator).

Slika IV.10 Tiristorski upravljivi zakretni transformator, TCPST

Međufazni regulator snage (eng. IPC,Interphase Power Controller). Serijska napravapomoću koje se upravlja djelatnom i jalovomsnagom. Sastoji se, u svakoj fazi, od induktivne ikapacitivne grane koje su priključene nameđusobno odvojene i fazno zakrenute napone.

Djelatna i jalova snaga mogu se neovisno definiratiprilagodbom faznog zakreta i/ili impedancija grana uzkorištenje mehaničkih ili elektroničkih prekidača (slikaIV.11). U slučaju da induktivna i kapacitivna impedancijarezultiraju konjugiranim parom, svaki od terminala IPC-apredstavlja pasivni izvor struje ovisan o naponu nadrugom terminalu. Ovo je primjer široko definiranogkoncepta serijske naprave koji može biti projektiran takoda omogući upravljanje djelatnom i jalovom snagom.

Slika IV.11 Međufazni regulator snage, IPC

D. Ostale naprave

Od preostalih FACTS naprava neophodno je istaknutislijedeće

Tiristorski upravljivi limiter napona (eng.TCVL, Thyristor Controlled Voltage Limiter).Tiristorski uklopivi metal-oksidni varistor(MOV) koji se koristi u svrhu ograničavanjanapona na krajevima priključenja tijekomprijelaznih pojava.

Tiristorski prekidač može biti spojen u seriju sodvodnikom prenapona (bez raspora) ili dio odvodnikaprenapona (10-20 %) može biti premošten s tiristorskimprekidačem (slika IV.12). U potonjem se slučajudinamički snižava razina ograničenja napona.

Slika IV.12 Tiristorski upravljivi limiter napona, TCVL

Općenito uzevši, MOV treba biti znatno moćniji odnormalnog odvodnika prenapona bez raspora, kako biTCVL mogao potisnuti dinamičke prenapone, a koji bi uprotivnom trajali nekoliko desetaka perioda.

Tiristorski upravljivi regulator napona (eng.TCVR, Thyristor Controlled VoltageRegulator). Tiristorski upravljivi transformatorkoji rezultira s kontinuirano upravljivimpromjenjivim naponom (istog faznog kuta).

U praktičnim primjenama, naprava može biti u izvedbi stiristorski upravljivim ac/ac naponskim pretvaračem skojim se injektira promjenjivi izmjenični napon istogfaznog kuta u seriju s vodom (slika IV.13.a) ili kao običantransformator s tiristorski upravljivim prijenosnimomjerom (slika IV.13.b). Navedene relativno ekonomičnenaprave mogu biti vrlo učinkovite u upravljanju tokomjalove snage između dva izmjenična sustava.

15

Slika IV.13 Tiristorski upravljivi regulator napona, TCVR; (a) izvedba snaponskim pretvaračem i (b) transformatorska izvedba

Nakon prethodno provedene diskusije o različitim FACTSnapravama, značajno je napomenuti da u okviru osnovnihzahtjeva sigurnosti navedene naprave omogućavajupostizanje jednog ili više slijedećih doprinosa:

• Upravljanje tokovima snage prema postavljenimzahtjevima. Zahtjevi se mogu odnositi na ugovore,vlastite potrebe elektroprivrede, postizanje optimalnihtokova snage, ponašanje u poremećenim stanjima …

• Povećanje opteretivosti vodova do termičkih idielektričkih ograničenja. Postiže se prevladavanjemdrugih ograničenja te raspodjelom tokova snage međuvodovima prema njihovim mogućnostima prijenosa.Značajno je napomenuti da je termičko ograničenjevoda vrlo promjenjivo i ovisi o uvjetima okoliša iprošlim opterećenjima.

• Povećanje sigurnosti sustava putem podizanja graniceprijelazne stabilnosti, ograničavanjem struje kratkogspoja i preopterećenja, izbjegavanjem kaskadnihraspada sustava i prigušivanjem elektromehaničkognjihanja u sustavu.

• Omogućavanje sigurnog povezivanja spojnim vodomsusjednih sustava i područja, čime se smanjujepotreba za ukupnom rezervom proizvodnje na objestrane.

• Omogućavanje veće prilagodljivosti u planiranjunovih proizvodnih izvora.

• Pojačavanje postojećih vodova.

• Smanjivanje tokova jalove snage čime se omogućavaprijenos većeg iznosa djelatne snage.

• Smanjivanje zamkastih tokova snage.

• Povećanje iskoristivosti proizvodnih izvora snajnižim troškovima. Jedan od osnovnih razlogapovezivanja prijenosnog sustava jest korištenjeproizvodnih izvora s najmanjim troškovima. Uslučaju kada to nije moguće postići, uglavnom sezaključuje da ne postoji dovoljno prijenosne moći.Poboljšanje prijenosne moći stoga bi omogućilopovećanje iskoristivosti najjeftinje proizvodnje.

Obzirom da su napon, struja, impedancija, djelatna ijalova snaga međusobno vrlo ovisne veličine, svaka od

navedenih naprava ima višestruka svojstva u upravljanjunaponom, tokovima snage ili stabilnosti. Naprave moguimati više upravljačkih petlji u svrhu postizanja funkcijecilja. U tablici IV.1 predočena su svojstva svake odnavedenih naprava.

Značajno je napomenuti da su HVDC i FACTS vrlokomplementarne tehnologije. HVDC u osnovi nepredstavlja mrežu za sebe već moguću vezu izmeđuizmjeničnih sustava, gdje bi pouzdana izmjenična vezabila preskupa.

Danas postoji više od 50 HVDC projekata u svijetu koji sedijele u slijedeće kategorije:

• Podmorski kabeli. Izmjenični kabeli imaju visokupoprečnu kapacitanciju uslijed čega zahtijevaju velikustruju nabijanja (jalova snaga), koja je za red veličineveća nego kod nadzemnih vodova. U općenitomslučaju, za duljine podmorskih kabela veće od 30 km,struja nabijanja kabela poprima takav iznos da dovodido njegovog punog opterećenja čime se ne ostavljaniti malo mjesta za prijenos djelatne snage. Strujunabijanja moguće je smanjiti priključenjem poprečnihprigušnica u intervalima 15-20 km, što zahtijevaodgovarajuću zemaljsku lokaciju. S druge strane, uprimjeni HVDC kabela nema sličnih tehničkihproblema koji su povezani s udaljenosti. Štoviše,troškovi prijenosa istosmjernim kabelom znatno suniži od izmjeničnog. Time HVDC dobiva prednost uprimjeni kod podmorskog prijenosa na većimudaljenostima. U tom području, FACTS tehnologija(posebice UPFC) omogućava poboljšanje putemregulacije napona na jednom od krajeva tako da gaizjednačava s naponom na drugom kraju. Timeefektivna duljina kabela sa stajališta struje nabijanjamože biti i prepolovljena. Ovim se pristupom postižeekonomično rješenje na srednjim duljinamapodmorskog prijenosa (do 100 km), ali za većeudaljenosti HVDC prijenos je nezamjenjiv.

• Nadzemni prijenos na velikim udaljenostima. Uslučaju nadzemnog prijenosa na velikimudaljenostima (red veličine 1000 km), ušteda ukapitalnim troškovima i gubicima kod primjeneHVDC-a može biti dovoljna za otplatu dva pretvarača(energetska elektronika kod HVDC-a čini 200% odnazivne snage prijenosa). Ta udaljenost naziva seprekretnom udaljenosti. Na nju utječe veliki brojfaktora, od ekonomskih (troškovi izgradnje) doadministrativnih (dozvole za gradnju). Značajno jeprepoznati da FACTS naprave i u ovom slučaju moguimati istaknutu primjenu, iako ne utječu u većoj mjerina prekretnu udaljenost. FACTS naprave imaju uloguu potpori izmjeničnog prijenosa, gdje HVDC nijeekonomski isplativ.

• Podzemni prijenos. Obzirom na visoke troškovepodzemnih kabela, prekretna udaljenost u ovomslučaju primjene HVDC-a iznosi približno 100 km,dakle znatno manje nego kod nadzemnog prijenosa(1000 km). FACTS tehnologija niti u ovom slučaju neutječe na značajniju promjenu prekretne udaljenosti.

16

Tablica IV.1 Svojstva FACTS naprava

FACTS naprava SvojstvaStatički sinkronikompenzator (STATCOMbez skladišta)

regulacija napona, varkompenzacija, prigušenjenjihanja, stabilnost napona

Statički sinkronikompenzator (STATCOMsa skladištem, BESS,SMES, veliki dckondenzator)

regulacija napona, varkompenzacija, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona, AGC

Statički var kompenzator(SVC, TCR, TSC, TSR)

regulacija napona, varkompenzacija, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona

Tiristorski upravljivi kočniotpor (TCBR)

prigušenje njihanja,prijelazna i dinamičkastabilnost

Statički sinkroni serijskikompenzator (SSSC bezskladišta)

regulacija struje, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona,ograničavanje struje kvara

Statički sinkroni serijskikompenzator (SSSC saskladištem)

regulacija struje, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona

Tiristorski upravljiviserijski kondenzator(TCSC, TSSC)

regulacija struje, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona,ograničavanje struje kvara

Tiristorski upravljivaserijska prigušnica (TCSR,TSSR)

regulacija struje, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona,ograničavanje struje kvara

Tiristorski upravljivizakretni transformator(TCPST ili TCPR)

regulacija djelatne snage,prigušenje njihanja,prijelazna i dinamičkastabilnost, stabilnost napona

Objedinjeni regulator tokasnage (UPFC)

regulacija djelatne i jalovesnage, regulacija napona, varkompenzacija, prigušenjenjihanja, prijelazna idinamička stabilnost,stabilnost napona,ograničavanje struje kvara

Tiristorski upravljivilimiter napona (TCVL)

prijelazno i dinamičkoograničenje napona

Tiristorski upravljiviregulator napona (TCVR)

regulacija jalove snage,regulacija napona,prigušenje njihanja,prijelazna i dinamičkastabilnost, stabilnost napona

Regulator toka snage međuvodovima (IPFC)

regulacija jalove snage,regulacija napona,prigušenje oscilacija,prijelazna i dinamičkastabilnost, stabilnost napona

Do danas nema projekata podzemnog prijenosa navelikim udaljenostima, (izmjeničnih i istosmjernih)budući da je nadzemni prijenos znatno jeftiniji(približno 4 puta, a u nekim slučajevima i više).

• Povezivanje izmjeničnih sustava s različitom ilinekompatibilnom frekvencijom. Dvije su osnovnegrupe frekvencije; 50 i 60 Hz. Područja sfrekvencijom od 60 Hz nalaze se u obje Amerike,osim u Argentini i Paragvaju. Te dvije zemlje ipreostali dio svijeta imaju frekvenciju od 50 Hz.Japan ima obje frekvencije. Budući da su oceanipreveliki i preduboki, tržište za ovaj oblik primjeneHVDC-a vrlo je ograničeno. Znatno veći obimprimjene moguće je očekivati u povezivanjuizmjeničnih sustava koji nemaju kompatibilne sustaveregulacije frekvencije. U tim se slučajevima fazni kutizmeđu dva sustava često zarotira u punom krugu ili uvećem dijelu kruga. Ako učestalost tog događajaiznosi samo jednom ili dva puta na dan (kut iznad60º), mehanički zakretni transformatori više se nesmatraju prihvatljivim rješenjem. Mnogi HVDCprojekti (eng. back-to-back) rješavaju taj problem.Također, postoje i mnoge lokacije u svijetu gdje jesustav regulacije frekvencije kompatibilan, ali uslijedvelike udaljenosti točke priključka od središta inercijesustava nastaju velike promjene faznog kuta tijekomdnevnih promjena opterećenja. FACTS tehnologijamože također biti dio rješenja ovog problema.Dovoljno je napravu koja ima mogućnost upravljanjafaznim kutem postaviti u jednom čvorištu i reguliratitako da u cijelom krugu prati promjene kuta nadrugom kraju.

Veliko potencijalno tržište na kojem je moguća primjenaFACTS naprava najčešće se pronalazi unutar izmjeničnihsustava gdje su:

• postojeći stacionarni fazni kutevi između čvorištaunutar razmjerno normalnih okvira,

• troškovi FACTS naprave niži od troškova HVDC-a i• zahtijevana dimenzioniranja FACTS naprava manja

od nazivne opteretivosti prijenosne veze.

V. PRIMJERI PRIMJENE FACTS NAPRAVA

Početak primjene naprava zasnovanih na energetskojelektronici bilježi se prije 20-ak godina. Naime, statičkivar kompenzator (SVC) primijenjen je po prvi put 1974.godine u Nebraski, USA (General Electric). Već slijedećegodine druga primjena zabilježena je u Minnesoti, USA(Westinghouse). Prva primjena serijske naprave (NGH-SSR, upravljanje impedancijom serijskog kondenzatora usvrhu prigušenja) bilježi se 1984. godine u Californiji,USA (Siemens). Čak i prije pojave SVC-a, postojale sudvije izvedbe statičke prigušnice sa zasićenjem zaograničavanje prenapona.

Prve primjene naprava uzrokovale su veliki broj daljnjihistraživanja i ukazale na postojanje potencijalnihmogućnosti korištenja. Od tada je u primjeni FACTStehnologije, koja je pod tim nazivom poznata od početka

17

1990-ih godina, došlo do brzog razvitka. Na kraju ovograda, priložena je tablica s popisom primijenjenih napravau EES-ima širom svijeta od 1990. godine. Pored primjenau prijenosnom i distribucijskom sektoru, uočava sepostojanje većeg broja industrijskih primjena (željezare,lučne peći, mlinovi) te primjena u željeznici.

U primjeni u prijenosnom sektoru, ističu se četiriinstalacije za koje se procjenjuje da će imati najvećiutjecaj na daljnji razvoj FACTS tehnologije:

• TCSC lociran u Kayenti, Arizona, USA (WAPA).Proizvođačev naziv za ovu napravu je ASC (eng.Advanced Series Capacitor, Siemens) i odnosi se nasustav za serijsku kompenzaciju koji u sebi uključujeTCSC i konvencionalni serijski kondenzator.Instaliran je u 230 kV-nom sustavu u svrhu povećanjaprijenosne moći. Nalazi se u sredini voda ukupneduljine 300 km. Okolni sustav uglavnom se sastoji od500 kV i 230 kV vodova u području s većim brojemvelikih termoenergetskih izvora. U početku jepredmetni 230 kV vod korišten za prijenos cca 300MW, ali je kasnijom izgradnjom paralelnih 500 kVvodova njegovo značenje značajno umanjeno. Zatimje, s primjenom zakretnog transformatora, prvobitnauloga voda ponovno uspostavljena. Na kraju je sprimjenom sustava za serijsku kompenzaciju (70%,110 Ω, 330 Mvar), prijenosna moć dodatno povećanaza 100 MW (ukupno 400 MW), čime se približilatermičkom ograničenju.

• TCSC lociran u Slattu, Oregon, USA (BPA).Naprava je instalirana na 500 kV naponskoj razini useriji s vodom. Na udaljenosti od 25 km nalazi sevelika termoelektrana na ugljen. Obzirom da je ovojedna od prvih primjena ove vrste, lokacija na kojoj jenaprava instalirana nije izabrana da prvenstvenopoveća prijenosnu moć, već da izloži napravuozbiljnim pogonskim uvjetima u svrhu prikupljanjastvarnih iskustava i ponašanja. Postavljeni ciljeviodnose se na proizvodnju višemodulskog TCSC-a,njegovo testiranje i stalni pogon. Uz to što je napravaprimijenjena na do tada najvišem naponu (500 kV),lokacija ima vrlo visoku struju kratkog spoja (20.3kA), a i u neposrednoj blizini nalazi setermoelektrana. Time je projekt korišten i u svrhurazmatranja i izbjegavanja subsinkrone rezonancije.

• STATCOM lociran u Sullivanu, Tennessee, USA(TVA). Naprava je namijenjena kompenzaciji jalovesnage. Postrojenje se napaja s 500 kV i 161 kVnaponske razine, između kojih je 1200 MVAtransformator. Na strani 500 kV razine, česta su stanjapovišenog napona tijekom malih opterećenja. Nastrani 161 kV razine, česta su stanja sniženog naponatijekom vršnih opterećenja. Lokacija je vrlo rijetkaobzirom na pojavu promjenjivog napona tako da jemoguće koristiti cijeli simetrični raspon izlazne snagekompenzatora (od induktivne do kapacitivne) bezprimjene fiksnih kondenzatora ili prigušnica. Lokacijaujedno pruža mogućnost razmatranja prigušenjaelektromehaničkog njihanja obzirom na blizinu spojasa susjednim elektroprivrednim sustavom (TVA-

AEP). STATCOM je namijenjen regulaciji napona na161 kV razini tijekom dnevnog podizanja opterećenjatako da se promjena prijenosnog omjeratransformatora koristi znatno rijeđe. KorištenjemSTATCOM-a očekuje se znatno produženje vijekatrajanja transformatora. Alternativno rješenje umjestoizgradnje STATCOM-a nužno bi uključivaloinstalaciju drugog transformatora ili konstrukciju jošjednog 161 kV voda. Izgradnjom STATCOM-anavedeni veliki troškovi izbjegnuti su na više godina.

• UPFC lociran u Inezu, Kentucky, USA (AEP). PrviUPFC u svijetu, ukupne snage ±320 MVA, u pogonuje od 1998. godine. Zadaća mu je regulirati napon iupravljati tokovima snage u mreži naponske razine138 kV. Šira okolina lokacije primjene naprave imasnagu opterećenja u iznosu od 2000 MW. Snaga seprenosi dugačkim 138 kV vodovima. Napon i jalovasnaga održavaju se korištenjem SVC-a nazivne snage±125 Mvar te većeg broja poprečnih kondenzatorskihbaterija. Obzirom da šire područje ovisi o dugačkim138 kV vodovima koji u normalnom pogonu prenosei po 300 MVA, postoji vrlo malena marginasigurnosti u uvjetima ispada elemenata mreže.Štoviše, razina napona vrlo je niska i iznosi 95% odnazivne. Ispadi vodova uzrokuju sniženi napon i/ilipreopterećenje preostalih vodova. Kao rješenjenametnula se izgradnja teškog 138 kV voda s visokimtermičkim ograničenjem koje se približava termičkomograničenju normalnog 345 kV voda. Međutim,teškim vodom se neće prenositi snaga samo zbogvisoke margine njegove termičke opteretivosti, već ćesnagu prijenosa određivati impedancije i ostaliparametri mreže. U postupku vrednovanja opcija,zaključeno je da kombinirana serijsko-poprečnanaprava poput UPFC-a može zadovoljiti postavljenezahtjeve upravljanja tokovima snage kroz teški vod iregulacije napona u čvorištu.

VI. USPOREDBA TROŠKOVA INSTALACIJE

U fazi planiranja kompenzacije jalove snage neophodno jepotrebno držati se slijedećih preporuka:

• najprije primijeniti mehanički uklopivu poprečnukompenzaciju s niskim troškovima, a zatim udistribuciji kompenzirati blizu jediničnog faktorasnage, na visokom naponu kompenzirati mrežu čiji suvodovi opterećeni iznad prirodne snage, izbjećitransfer jalove snage između različitih naponskihrazina, razmotriti lokacije primjene transformatora spromjenjivim prijenosnim omjerom podopterećenjem, te na kraju razmotriti primjenunaprednijih naprava zasnovanih na energetskojelektronici,

• razmotriti primjenu serijske kompenzacije na dužimvodovima najprije s mehanički uklopivim serijskimkondenzatorima, a zatim i s TCSC ili SSSC(pogotovo ako postoji mogućnost nastankasubsinkrone rezonancije),

• analizirati karakteristike tereta za potrebe primjeneSVC-a i STATCOM-a,

18

• u preliminarnim analizama koristiti V-Q i P-Vmetode proračuna najvećih opterećenja i radnih točki,

• simulaciju u vremenskoj domeni koristiti za konačnuanalizu i koordinaciju upravljanja, i

• kod događaja s ekstremno niskom vjerojatnostinastanka, razmotriti mjere rasterećenja.

Troškovi su svakako jedan od razloga navedenog nizapreporuka. Predvidivi troškovi dobave i instalacije opremeu postojećem postrojenju (od strane BPA) iznose:

• 500 kV serijski kondenzator, $3.0 mil + $14.4/kvar,• 500 kV poprečni kondenzator, $1.4 mil + $5.3/kvar,• 230 kV poprečni kondenzator, $0.3 mil + $5.4/kvar,• 500 kV poprečna prigušnica, $1.7 mil + $10.4/kvar.

Raspon troškova suvremenih naprava predviđa se premaslijedećim poznatim troškovima:

• troškovi SVC-a, koji se sastoji od 100 Mvar TSR i 3 x100 Mvar TSC, iznose $31/kvar (iz 1990. godine),

• troškovi SVC-a snage ±350 Mvar (2 x TCR i 2 xTSC) iznose $35/kvar (podatak iz 1993. godine),

• troškovi STATCOM-a iznose $50/kvar,• troškovi TCSC-a iznose $40/kvar (slično kao SVC),• troškovi serijske grane UPFC-a iznose $50/kW,• troškovi poprečne grane UPFC-a iznose $50/kvar

(jednako kao kod STATCOM-a), i• troškovi sinkronog kompenzatora (Manitoba Hydro)

nazivne snage +300(360)/-165 Mvar iznose $50/kvar.

Navedene troškove različitih kompenzacijiskih uređajamoguće je usporediti s troškovima izgradnjevisokonaponskog prijenosnog voda nazivnog napona 400kV i duljine 100 km. Uz kamatnu stopu od 8% i očekivaniživotni vijek od 30 godina, predvidivi troškovi (ovisni i oizboru trase) iznose:

• troškovi investicije $30 mil + gubici $30/MWh.

VII. PRIMJENJIVOST KOMPENZACIJSKIHUREĐAJA U EES-u HRVATSKE OBZIROMNA NAPONSKE PRILIKE U DALMACIJI

Obzirom na naponske prilike u Dalmaciji [25, 26], gdjepostoje problemi s povišenim naponom na razinama 400kV i 220 kV, ozbiljno se razmišlja o primjenikompenzacijskog uređaja veličine izgradnje 100 - 150Mvar na nekoj od odgovarajućih lokacija (Obrovac,Konjsko). Problem povišenih napona u Dalmacijirazmotren je isključivo sa stajališta slabog opterećenjaprijenosnih vodova. Obzirom da je u budućnosti mogućeočekivati i povećanje prijenosa snage tim vodovima(globalni transfer istok-zapad), problem povišenog naponamože se transformirati i u problem stabilnosti napona(sniženi napon). Prema navedenim radovima nije uočenapotreba preusmjeravanja tokova snage na različitimvodovima, odnosno različitim naponskim razinama.

Na temelju pregleda postojećih FACTS naprava, mogućeje prepoznati poprečne naprave s izrazitim doprinosom u

rješavanju problema regulacije napona (tablica III.1).Među njima se posebice ističu STATCOM, SVC, TCR,TSC i TSR. Učinkovit bi bio SVS sustav koji uz navedenenaprave uključuje i konvencionalne MSC i MSR (slikaIV.4). U slučaju postojanja problema s tokovima snagekoji bi pored regulacije napona zahtijevao i njezinopreusmjeravanje, u razmatranje bi ušle kombiniranepoprečno-serijske naprave poput UPFC i IPFC.

Problem stabilnosti napona iznimno je specifičan.Njegovo rješavanje zahtijeva poznavanje velikog brojascenarija razvoja i nastanka sloma napona. Mjerespriječavanja vrlo su raznolike. U području kompenzacije,pored poprečnih naprava u njegovom izbjegavanjumoguće je koristiti i serijske naprave SSSC, TCSC, TSSC,TCSR, TSSR i TSPST, a stoga i već spomenutekombinirane poprečno-serijske naprave UPFC i IPFC.

VIII. ZAKLJUČAK

FACTS naprave, zasnovane na energetskoj elektronici,nude mogućnost poboljšanja upravljivosti i stabilnosti,čime uvelike utječu na povećanje prijenosne moćiizmjeničnog prijenosnog sustava. Pojedinačno ilikombinirano djelovanje FACTS naprava usmjereno jeprema:• prigušenju elektromehaničkih oscilacija,• regulaciji tokova djelatnih i jalovih snaga,• serijskoj i poprečnoj kompenzaciji te• regulaciji kuta prijenosa.

Na temelju ovisnosti o specifičnim potrebama održavanjasigurnog pogona na problematičnim lokacijama uvisokonaponskoj prijenosnoj mreži, moguće je prepoznatiodređenu vrstu FACTS naprave čijim bi se korištenjemeventualni problemi ublažili, odnosno u potpunostiuklonili. Jasno, zbog visokih troškova (čije se sniženjeočekuje s daljnjim razvojem tehnologije), prethodno jepotrebno iscrpiti sve mogućnosti konvencionalnogrješavanja postavljenog problema.

IX. LITERATURA

[1] Kundur P., Power system stability and control, EPRIMcGraw-Hill, ISBN 0-07-035958-X, 1994

[2] Taylor C., Power system voltage stability, EPRIMcGraw-Hill, ISBN 0-07-063184-0, 1994

[3] Van Cutsem T., Vournas C., Voltage stability ofelectric power systems, Kluwer Academic Publishers,ISBN 0-7923-8139-4, 1998

[4] Taylor C., Reactive power compensation and voltagestability: removing transmission limitations, SeminarBook, February 1997

[5] EES-UETP Course, Stability and control of powernetworks, Electric Power Systems, Royal Institute ofTechnology, Stockholm, Sweden, June 1993

19

[6] CIGRÉ TF 39.02, “Voltage and reactive control,”ÉLECTRA, no. 173, August 1997, pp. 115-141

[7] CIGRÉ TF 38-01-03, Planning against voltagecollapse, Report, 1986

[8] CIGRÉ TF 38-02-10, Modelling of voltage collapseincluding dynamic phenomena, Report, 1993

[9] IEEE, Voltage stability of power systems: conceptsanalytical tools, and industry experience, IEEEcatalogue number 90TH0358-2-PWR, 1990

[10] IEEE, Suggested techniques for voltage stabilityanalysis, IEEE, no. 93TH0620-5 PWR, 1993

[11] CIGRÉ TF 11 WG38.02, Indices predicting voltagecollapse including dynamic phenomena, Report, 1994

[12] CIGRÉ TF 34-08, Protection against voltagecollapse, Report, 1998

[13] CIGRÉ WG 39.04, “Coordination of protective relaysand controls of generating sets under abnormalvoltage conditions on the network,” Proc. of theCIGRÉ Symposium, 3A-03, Montréal, Canada, 1991

[14] IEEE, System protection and voltage stability, Report,ISBN 0-7803-9981-1, June 1993

[15] CIGRÉ TF 38-02-12, Criteria and countermeasuresfor voltage collapse, Report, 1995

[16] IEEE WG K12, Voltage collapse mitigation, Draft4.0, IEEE Power System Relaying Committee, 1996

[17] CIGRÉ TF 38-01-07, Analysis and control of powersystem oscillations, Report, 1996

[18] Hingorani N., Gyugyi L., Understanding FACTS:Concepts and Technology of Flexible ACTransmission Systems, IEEE Press, ISBN 0-7803-3455-8, 2000

[19] CIGRÉ TF 38.01.06, Load flow control in highvoltage power systems using FACTS controllers,Report, 1996

[20] Gyugyi L., Solid-state synchronous voltage sourcesfor dynamic compensation and real-time control ofAC transmission lines, IEEE Emerging Practices inTechnology, IEEE Standards Press, 1993

[21] IEEE FACTS Terms & Definition Task Force,“Proposed terms and definitions for flexible ACtransmission system (FACTS),” IEEE Trans. PowerDelivery, vol. 12, no. 4, October 1997, pp. 1848-1853

[22] IEEE Power Electronics Modeling Task Force &Digital Simulation Working Group, “Guidelines formodeling power electronics in electric power

engineering applications,” IEEE Trans. PowerDelivery, vol. 12, no. 1, January 1997, pp. 505-514

[23] IEEE, FACTS Application, IEEE catalogue number96TP116-0, 1996

[24] CIGRÉ TF 38-01-08, Modeling of power electronicsequipment (FACTS) in load flow and stabilityprograms: a representation guide for power systemplanning and analysis, Report 145, 1999

[25] Lovrić M., Goić R., Problemi i mogući načinirješavanja naponskih prilika u prijenosnoj mrežiDalmacije, Energija, god. 49, br. 3, 2000, str. 171-176

[26] Majstrović M., Bajs D., Majstrović G., Kompenzacijareaktivne snage u prijenosnoj mreži na područjuDalmacije, Energija, god. 49, br. 3, 2000, str. 177-182

PRILOG.

Popis praktičnih primjena FACTS naprava od 1990.godine (SVC instalacije su navedene samo za veličinuizgradnje veću od 100 Mvar).

Skraćenice:

TCR - Thyristor Controlled ReactorTCT - Thyristor Controlled TransformerSR - Saturable ReactorFC - Fixed CapacitorTSC - Thyristor Switched CapacitorMSC - Mechanical Switched CapacitorBSC - Breaker Switched ReactorMSR - Mechanical Switched ReactorSTATCOM - Static Synchronous CompensatorTSSC -Thyristor Switched Series CompensatorTCSC - Thyristor Controlled Series CompensatorUPFC - Unified Power Flow ControllerTCBR - Thyristor Controlled Braking ResistorIPC - Interphase Power ControllerTCPST - Thyristor Cntl Phase Shifting TransformerVC - Voltage ControlFC - Frequency ControlDS - Dynamic StabilityUL - Compensation of Unsymmetrical LoadingFRL - Comp. of Fast Reactive Load VariationsVL - Voltage UnbalancesSS - System Voltage StabilityPC - Power Oscillation ControlDSSR - Damping of Gen. Subsynch. ResonancePFC - Power Flow ControlDT - Demonstrate TechnologyHDS - Hardware Design StudiesSCL - Short Circuit LimiterArc Furn - (eng. Arc Furnace) lučna pećRoll. Mill - (eng. Rolling Mill) metalna industrijaTract. Load - (eng. Traction Load) pružno opterećenjeValve Test - testiranje tiristorskih ventilaDeveloping Concept - razvojne smjernice

20

Br. Zemlja God Vlasnik Mjesto Vrsta Kori-štenje

Naponsust.

Naponpriklj.

Puls Mvar Proizv.

1 Bulgaria 1990 Kremikovtzy Sofia TCR Arc Furn 35kV,50Hz

110

2 USA 1990 KeystoneSteel & Wire

Peoria TCR Arc Furn 34kV,60Hz

165

3 China 1991 TianjimSeamless

Tianjin TCR Arc Furn 34kV,50Hz

120

4 China 1991 WuyangSteelworks

Wuyang TCR Arc Furn 35kV,50Hz

100

5 Germany 1991 Stadtwerke Bremen TCR Roll. Mill 33kV,50Hz

110

6 S. Korea 1991 Kang WonIndustries

Pohang TCR Arc Furn 22kV,60Hz

115

7 Turkey 1991 CucurovaIIA

Izmir TCR Arc Furn 35kV,50Hz

110

8 Turkey 1991 CucurovaIIB

Izmir TCR Arc Furn 35kV,50Hz

110

9 Italy 1992 Ferdofin Brescia TCR Arc Furn 16kV,50Hz

110

10 Malaysia 1992 Antara SteelPasir

Gudang TCR Arc Furn 33kV,50Hz

110

11 Thailand 1992 NTS SteelGroups

Chonburi TCR Arc Furn 22kV,60Hz

110

12 USA 1992 Nucor Blytheville,Ar

TCR DC-ArcFurn

34kV,60Hz

195

13 Iran 1994 NISCO YAZD TCR Arc Furn 33kV,50Hz

115

14 SouthAfrica

1994 ColumbusJoint Venture

Middelburg TCR Arc Furn 33kV,50Hz

165

15 Turkey 1994 ICDAS Istanbul II TCR Arc Furn 35kV,50Hz

105

16 S. Korea 1996 PoscoStainless

Posco TCR Arc Furn 22kV,60Hz

120

17 Brazil 1990 Electronorte Coxipo TCR+TSC 230kV,60Hz

130 ABB

18 Canada 1990 Hydro-Quebec

Chamou-chouane I

TCR+TSC VC+DS+SS

735kV,60Hz

16kV 6 -145 to300

ABB

19 Canada 1990 Hydro-Quebec

Chamou-chouane II

TCR+TSC VC+DS+SS

735kV,60Hz

16kV 6 -145 to300

ABB

20 USA 1990 MaineElectric Pwr.

Chester TCR+TSC 345kV,60Hz

ABB

21 Malaysia 1991 NEB KI North 1 275kV,50 Hz

200

22 Malaysia 1991 NEB KI North 2 275kV,50Hz

200

23 Malaysia 1991 NEB Yong Peng 275kV,50Hz

200

24 India 1992 NTPC Kanpur 1 400kV,50Hz

280

25 India 1992 NTPC Kanpur 2 400kV,50Hz

280

26 USA 1992 AEA Soldatna 115kV,60Hz

110

27 Canada 1993 B.C. Hydro Dunsmuir 132kV,60Hz

300

28 Norway 1993 Statnett Sylling 400kV,50Hz

320

29 USA 1993 BPA Keeler 230kV,60Hz

650

30 USA 1993 BPA MapleValley

230kV,60Hz

650

31 USA 1994 North StatesPower

Forbes 500kV,60Hz

800

32 Canada 1995 HQ Chamou-chouane I

735kV,60Hz

220

33 Canada 1995 HQ Chamou-chouane II

735kV,60Hz

220

34 Norway 1995 Statnett Kristiansand 300kV,50Hz

400

21

Br. Zemlja God Vlasnik Mjesto Vrsta Kori-štenje

Naponsust.

Naponpriklj.

Puls Mvar Proizv.

35 Thailand 1995 EGAT BangSaphan

230kV,60Hz

350

36 Zimbabwe 1995 ZESA Insukamini 330kV,50Hz

300

37 Canada 1996 HQ LaVerendrye I

735kV,60Hz

220

38 Canada 1996 HQ LaVerendrye II

735kV,60Hz

220

39 USA 1996 LANL Los Alamos 115kV,60Hz

150

40 Canada 1997 HQ ChibougamaI

735kV,60Hz

220

41 Canada 1997 HQ ChibougamaII

735kV,60Hz

220

42 Germany 1995 PSAG Salzgitter TCR+FC FRL 30kV,50Hz

30kV 6 0 to110

AEG

43 USA 1992 AppalachianPower

RoanokeSteel

TCR+FC FRL ArcFurn

34.5kV 34.5kV 6 -42 to169

Cegelec/CANA

44 UK 1992 TransmancheLink

Folkstone TCR+FC UL TractLoad

132kV,50Hz

26.3kV 6 -126 to174

Cegelec/CANA

45 USA 1995 AEP SteelDynamics

TCR+FC FRL ArcFurn

34.5kV 34.5kV 6 0 to250

Cegelec/CANA

46 USA 1995 AEP SteelDynamics

TCR+FC FRLRoll.Mill

34.5kV 34.5kV 6 5 to175

Cegelec/CANA

47 USA 1996 CenteriorEnergy

North Star/BHP

TCR+FC FRL ArcFurn

34.5kV 34.5kV 6 0 to150

Cegelec/CANA

48 Mexico 1998 CFE Hylsa,Monterrey

TCR+FC FLR ArcFurn

34.5 34.5 6 -50 to100

Cegelec/CANA

49 Zaire 1990 SNEL Kirvenza TCR+TSC+FC

VC 220kV,60Hz

10.5kV 6 130 CogelexAlsthom

50 U.K. 1990 CEGB Exeter TCR+TSC+FC

VC+SS 400kV,50Hz

400kV 6 -75 to150

GEC

51 Japan 1991 Kansai BiletCenter

TCR+FC FRL 77kV 33kV 6 0.1735 FujiElectric

52 Thailand 1994 SiamYamato Steel

TCR+FC FRL 115kV 22kV 6 8 to108

FujiElectric

53 Japan 1995 Tokyo Steel Utsunomia TCR+FC FRL+SS 154kV 33kV 6 24 to119

FujiElectric

54 Japan 1995 Tokyo Steel Utsunomia TCR+FC FRL+SS 154kV 33kV 6 24 to119

FujiElectric

55 U.K. 1996 CEGB Ninfield SR+FC+MSC

VC+SS 400kV,50Hz

56.6kV 18 -150 to150

GEC

56 U.K. 1991 NationalGrid Co.

St. John'sWood I

TCR+TSC+FC

VC+SS 275kV,50Hz

275kV 6 -106 to150

GECAlsthom

57 U.K. 1992 NationalGrid Co.

St. John'sWood II

TCR+TSC+FC

VC+SS 275kV,50Hz

275kV 6 -106 to150

GECAlsthom

58 U.K. 1990 NationalGrid Co.

Exeter 3 TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

400kV 6 -0.5 GECAlsthom

59 U.K. 1991 NationalGrid Co.

Lovedean TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

400kV 6 -0.5 GECAlsthom

60 U.K. 1992 NationalGrid Co.

Exeter 5 TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

400kV 6 -0.5 GECAlsthom

61 U.K. 1992 NationalGrid Co.

Mannington TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

400kV 6 -0.5 GECAlsthom

62 U.K. 1993 NationalGrid Co.

Mannington TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

400kV 6 -0.5 GECAlsthom

63 U.K. 1994 NationalGrid Co.

Cellarhead TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

7.9kV 6 -0.5 GECAlsthom

64 USA 1994 WAPA Watertown TCR+FC+MSR+MSC

SS+VC 230kV,60Hz

20 kV 6 -0.75 GECAlsthom

65 U.K. 1995 NationalGrid Co.

Cellarhead TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

7.9kV 6 -0.5 GECAlsthom

66 U.K. 1995 NationalGrid Co.

Willington TCR+TSC+FC

SS+VC 400kV,50Hz

7.9kV 6 -0.5 GECAlsthom

67 Japan 1990 ChubuSteel Co.

NagoyaSteel Works

INVERTER FRL 22kV,60Hz

1.0kV 36 -1 Mitsu-bishi

68 Japan 1991 KansaiElectric Pwr.

InuyamaSW/S

INVERTER DS+VU+SS+PC

154kV,60Hz

2.0 kV 48 -1 Mitsu-bishi

22

Br. Zemlja God Vlasnik Mjesto Vrsta Kori-štenje

Naponsust.

Naponpriklj.

Puls Mvar Proizv.

69 Japan 1993 CentralJapan Rlwy.

Shin-Biwajima

INVERTER VC+UL+VU

77kV,60Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

70 Japan 1993 CentralJapan Rlwy

Shin-Biwajima

INVERTER VC+UL+VU

77kV,60Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

71 Japan 1994 MitsubishiSteel Co.

MuroranSteel

INVERTER FRL 22kV,50Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

72 Japan 1994 CentralJapan Rlwy

Shimizu INVERTER VC+UL+VU

154kV,50Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

73 Japan 1994 CentralJapan Rlwy

Shimizu INVERTER VC+UL+VU

154kV,50Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

74 Japan 1994 CentralJapan Rlwy

Shimizu INVERTER VC+UL+VU

154kV,50Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

75 Japan 1995 CentralJapan Rlwy

Shin-Biwajima

INVERTER VC+UL+VU

77kV,60Hz

2.0 kV 18 -1 Mitsu-bishi

76 Japan 1995 ChubuSteel Co.

Nagoya SeelWorks

INVERTER FRL 22kV,60Hz

2.0kV 24 -1 Mitsu-bishi

77 Japan 1995 SumitomoSteel Co.

Osaka SteelWorks

INVERTER FRL 22kV,60Hz

1.2kV 24 -1 Mitsu-bishi

78 Brazil 1993 Eletronote,Brazil

Sao Luis TCR+TSR VC 500kV,50Hz

20kV 6 -140 to200

Siemens

79 Brazil 1993 Eletronote,Brazil

Sao Luis TCR+TSR VC 500kV,50Hz

20kV 6 -140 to200

Siemens

80 U.K. 1991 CEGB,U.K.

Pelham TCR+TSC VC 400kV,50Hz

14kV 6 -80 to150

Siemens

81 U.K. 1991 CEGB,U.K.

Pelham TCR+TSC VC 400kV,50Hz

14kV 6 -80 to150

Siemens

82 U.S.A. 1992 SPS,Amarillo,Tx,

EddyCounty

TCR+TSC VC+SS 230kV 8.5kV 6 -54 to144

Siemens

83 SaudiArabia

1992 Voest Alpinefor SaudiI&S Co.

HADEEDAl Jubail

TCR VC+FRL 34.5kV 34.5kV 6 -50 to110

Siemens

84 Indonesia 1992 P.T. Krak-atau Steel

Kota Baja TCR VC+FRL 30kV,50 Hz

30kV 6 -65 to115

Siemens

85 U.K. 1993 NationalGrid Co.

Harker TCR+TSC VC+PC 275kV,50Hz

14kV 6 -80 to150

Siemens

86 U.K. 1993 NationalGrid Co.

Harker TCR+TSC VC+PC 275kV,50Hz

14kV 6 -80 to150

Siemens

87 U.K. 1993 NationalGrid Co.

Drakelow TCR+TSC VC 275kV,50Hz

14kV 6 -80 to150

Siemens

88 U.K. 1994 NationalGrid Co.

Feckenham TCR+TSC VC 275kV,50Hz

14 kV 6 -80 to150

Siemens

89 Luxem-bourg

1994 ArbedSchifflingen

ArbedSchifflingen

TCR VC+FRL 33kV,50Hz

33kV 6 -40 to150

Siemens

90 India 1994 ESSAR ESSAR TCR VC+FRL 33kV 33kV 6 0 to150

Siemens

91 India 1994 ESSAR ESSAR TCR VC+FRL 33kV 33kV 6 0 to150 Siemens92 Turkey 1994 EGE-

METALEGE-METAL

TCR VC+FRL 34.5kV 34.5kV 6 0 to125

Siemens

93 SouthAfrica

1994 ESKOM Impala TCR VC 275kV,50Hz

15kV 6 -50 to100

Siemens

94 SouthAfrica

1994 ESKOM Illovo TCR VC 275kV,50Hz

15kV 6 -50 to100

Siemens

95 SouthAfrica

1995 ESKOM Athene TCR VC 400kV,50Hz

15kV 6 -50 to100

Siemens

96 Belgium 1994 Marcinelle Arc Furnace TCR VC+FRL 30kV 30kV 6 -10 to120

Siemens

97 U.S.A. 1994 GallatinSteel

Ft. Mitchell,Ky

TCR VC+FRL 34.5kV 34.5kV 6 0 to150

Siemens

98 U.S.A. 1995 L. A. Dept.Water&Pwr.

Adelanto TSC VC+PC+DS

500kV 16kV 6 388 Siemens

99 U.S.A. 1995 L.A. Dept.Water&Pwr.

Marketplace TSC VC+PC+DS

500kV 16kV 6 388 Siemens

100 India 1995 ESSAR DC-ArcFurnace

TCR VC+FRL 33kV 33kV 6 0 to150

Siemens

101 Japan 1990 JapanRailway

TokaiIwabuchi

TCR VC 154kV,60Hz

0 to120

Toshiba

102 Japan 1990 NisshinSeikou

SinnannyouWorks

STATCOM FRL 22kV -20 to20

Toshiba

23

Br. Zemlja God Vlasnik Mjesto Vrsta Kori-štenje

Naponsust.

Naponpriklj.

Puls Mvar Proizv.

103 Japan 1991 ChiyodaKoute

TokyoWorks

STATCOM FRL 22kV -15 to15

Toshiba

104 Brazil 1991 Energ. deMinas Gerais

Ouro Preto 2 TCR VC 138kV,60Hz

0 to100

Toshiba

105 Japan 1991 TokyoElectric Pwr.

ShinShinano

STATCOM PC 66kV,50Hz

525 kV -50 to50

Toshiba

106 Japan 1991 TokyoSeitetsu

OkayanaWorks

STATCOM FRL 33kV -49.5to 49.5

Toshiba

107 Japan 1992 HokkaidoElectric Pwr.

Teine STATCOM FRL 66kV,50Hz

-20 to20

Toshiba

108 Austria 1992 ETZ, AG Durnrohr TCR VC 400kV,50Hz

-150 to0

Toshiba

109 Japan 1992 Tokyo SteelCo.

Okayama TCR FRL 110kV,60Hz

0 to191

Toshiba

110 U.A.E. 1992 Water &Electr.Dept.

Al Ain TCR VC 220kV,50Hz

-80 to180

Toshiba

111 Japan 1993 JapanRailway

Sintakatsuka STATCOM VC 154kV -48 to48

Toshiba

112 Japan 1994 DaidouTokushukou

ShibukawaWorks

STATCOM FRL 22kV -16.5to 16.5

Toshiba

113 Japan 1994 MukoyamaKoujyou

MukoyamaWorks

STATCOM FRL 22kV -22 to22

Toshiba

114 Japan 1995 DaidouTokushukou

ChitaWorks

STATCOM VC 22kV -27 to27

Toshiba

115 Japan 1995 NihonKinzoku

KinuuraWorks

STATCOM FRL 22kV -18 to18

Toshiba

116 USA 1996 TennesseeValleyAuthority

Sullivan, Tn INVERTER -STATCOM

VC+DT 161kV,60Hz

6.6kVDC

48 -100 to100

Westing-house

117 USA 1997 StructuralMetals

Seguin, Tx INVERTER -STATCOM

FRL 15kV,60Hz

10.4kVDC

48 -80 to80

Westing-house

118 USA 1997 AmericanElectricPower

Inez,Ky INVERTER -UPFC (Shunt)

Shunt partof UPFC

138kV,60Hz

20.9kVDC

48 -160 to160

Westing-house

119 USA 1998 AmericanElectricPower

Inez, Ky INVERTER -UPFC(Series)

Seies partof UPFC,& PFC+PC+HDS

138kV,60Hz

20.9kVDC

48 -160 to160

Westing-house

120 USA 1998 Pacific Gas& Electric

Paul Sweet INVERTER -STATCOM

VC 115kV,60Hz

10.2kVDC

24 -20 to60

Westing-house

121 USA 1991 AmericanElectricPower

KanawhaRiver

TSSC Valve Test 345kV ABB

122 USA 1992 WAPA Kayenta, Az TCSC -SingleModule

PFC+DT 15ohm,1kA,16.2kV

Siemens

123 USA 1993 BPA Slatt, Or TCSC -Six Module

PFC+PC+DSSR+DT

500kV 8ohm,2kA,26.7kV

GeneralElectric

124 USA 1993 WAPA TCPST DevelopingConcept+PC

GeneralElectric

125 USA 1994 MinnesotaPower &Light

NorthDakotaCoal Fields

TCBR StabilityStudies

230kV 100-500MW

126 France 1997 EdF UPFC PFC+HDS 225kV -7 to 7 GE/GECAlsthom

127 Canada 1996 HydroQuebec

IPC PFC+SCL 161kV 200 CITEQ/ABB