Меню

Косвенная компенсация колебаний напряжения

Как компенсировать реактивную мощность: виды компенсаторов, принцип работы

Содержание

Батареи статических конденсаторов (БК) могут работать только как источники реактивной мощности. Они выпускаются на различие номинальные напряжения и мощности. БК на напряжение до 1000 В обычно включаются по схеме треугольника, так как при этом конденсатору приложено линейное напряжение и в три раза увенчивается реактивная мощность по сравнению со случаем соединения в звезду.

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до и выше 1000 должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок.

Виды компенсации реактивной мощности

При этом возможны следующие виды компенсации (рис. 9.9):

  1. индивидуальная — с присоединением конденсаторов наглухо к зажимам электроприемника. В этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть системы электроснабжения. Этот вид компенсации применяется чаще всего на напряжении до 1000 В. Неполное использование конденсаторов в связи с изменением нагрузки электроприемника в настоящее время компенсируется автоматикой;
  2. групповая — с присоединением конденсаторов к распределительным пунктам сети (шкафы, шинопроводы). В этом случае распределительная сеть до электроприемников не разгружается от протекания РМ, но эффективнее используется батареи статических конденсаторов;
  3. централизованная — с подключением БК на шины 0,38 и (или) 6—10 кВ РП или ГПП. При таком подключении БК разгружается только вышележащая часть сети.

Достоинства БК: малые удельные потери активной мощности (0,0025…0,0050 кВт/квар); простота производства монтажных работ (малые габаритные размеры и масса, не требующие фундамента); простота эксплуатации; возможность их установки в центре реактивных нагрузок и в любом сухом помещении; возможность постепенного увеличения мощности

Батареи статических конденсаторов

Недостатки БК: зависимость генерируемой РМ от напряжения; недостаточная прочность при КЗ и перенапряжениях; наличие остаточного заряда; возможность повреждения изза перегрева при повышении напряжения и высших гармоник; ступенчатость регулирования РМ.

В качестве источников реактивной мощности широко применяются статистические тиристорные компенсаторы (СТК), которые могут работать по принципу прямой или косвенной компенсации.

Прямая компенсация предусматривает генерирование реактивной мощности статическим компенсатором. Различают ступенчатое и плавное регулирование реактивной мощности. В первом случае различное количество секций БК подключают с помощью тиристорных ключей. Во втором случае используются преобразователи частоты, преобразователи с искусственной коммутацией тиристоров.

При ступенчатом регулировании по мере увеличения потребления нагрузкой реактивной мощности необходимое количество БК подключается тиристорными ключами. С увеличением числа ступеней БК регулирование реактивной мощности становится более плавным. Для снижения тока переходного процесса при подключении очередной ступени компенсатора ее включение осуществляется при равенстве напряжений на БК и сети. При этом в момент включения секции напряжение сети равно своему амплитудному значению, что соответствует переходу через нуль тока конденсатора.

Этот способ уменьшения переходного процесса требует предварительной зарядки конденсаторов. Тиристорный ключ в отключенном состоянии находится под действием удвоенного амплитудного напряжения сети, вследствие чего расчетная мощность тиристоров увеличивается в два раза.

Для трехфазных схем расчетная мощность тиристоров при схеме соединения в треугольник составляет SR = 2,54Q.

В связи с тем что включение БК осуществляется в строго определенные моменты времени, быстродействие рассматриваемого компенсатора невелико. Максимальное запаздывание при частоте сети 50 Гц может достигать 10 мс.

В качестве источников реактивной мощности для прямой компенсации также используются компенсаторы с искусственной коммутацией тиристоров.

Этот компенсатор представляет собой параллельное соединение двух трехфазных преобразователей. Изменение знака угла управления тиристоров достигнуто искусственной коммутацией тока в вентильных контурах напряжениями коммутирующих конденсаторов, а не напряжением сети.

Косвенная компенсация реактивной мощности заключается в том, что параллельно нагрузке включается стабилизатор реактивной мощности, обеспечивающий неизменную величину суммарной реактивной мощности с помощью БК.

В качестве стабилизаторов в настоящее время используются тиристорные компенсаторы реактивной мощности.

Наиболее широкое распространение получили компенсаторы с фазоуправляемыми тиристорными ключами. На рис. 9.10 представлена схема однофазного тиристорного фазоуправляемого регулятора ключа. Угол управления изменяется в диапазоне от 0 до 2.

При допущении равенства нулю активного сопротивления реактора для интервала проводимости тиристоров можно записать:

Источник

Эволюция технологий и устройств компенсации реактивной мощности

Если абстрагироваться от дат публикаций ряда важных ранних теоретических исследований в области снижения негативного влияния перетоков реактивной мощности на качество генерируемой/транспортируемой электрической энергии, то текущий год знаменует столетие реального практического использования устройств компенсации реактивной мощности в энергопередающих сетях разного уровня напряжения.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения снэ 500

Впервые вне исследовательских лабораторий для компенсации реактивной мощности в 1914 году были использованы шунтирующие конденсаторы (H. Frankand S. Ivner, «Thyristor-ControlledShuntCompensationinPowerNetworks», ASEA Journal, 1981), подключаемые в сеть последовательно с нагрузкой, а к началу текущего тысячелетия эволюционировали не только устройства и технологии для коррекции коэффициента мощности, но и сама концепция — сегодня электрическая сеть уже рассматривается не, как пассивное сооружение для транспорта электроэнергии, а как активное устройство, участвующее в управлении режимами генерации, транспорта и потребления электрической энергии.

Переход к управляемым (гибким) системам электропередачи переменного тока (FACTS — Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystem – термин формализован Институтом электроэнергетики EPRI в США) обусловил разработку и внедрение в энергосистемы новых типов устройств коррекции коэффициента мощности и стабилизации сетевого напряжения —управляемых шунтирующих реакторов, статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности, синхронных статических компенсаторов реактивной мощности типа СТАТКОМ (StaticSynchronousCompensator — STATCOM), синхронных статических продольных компенсаторов реактивной мощности на базе преобразователей напряжения, управляемых тиристорами устройств продольной емкостной компенсации, управляемых фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока на базе преобразователей напряжения, объединенных регуляторов потока мощности, асинхронизированных машин, электромашинновентильных комплексов и т.д., а также управляющих систем — глобального мониторинга, защиты и управления (wide-areamonitoring, protection, andcontrolsystems — WAMPAC), глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU), диспетчерского управления и сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и пр.

Вместе с тем, во всяком случае в сетях низкого и среднего напряжения РФ по-прежнему достаточно эффективно используются традиционные устройства компенсации реактивной мощности, имеющие свои достоинства и недостатки в сравнении с устройствами, агрегатами, комплексами и системами FACTS.

Типовые топологии схем компенсации реактивной мощности

Вне зависимости от типа устройств компенсации реактивной мощности традиционными на текущий момент стали две топологии схем их присоединения к сетям электропередачи с переменного тока с линейными и нелинейными нагрузками:

  • параллельная (или поперечная) компенсация реактивной мощности, при которой генерируемая параллельно подключенным в сеть устройством компенсации реактивной мощности не зависит от напряжения в точке присоединения.

Рис. Параллельная (поперечная) компенсация реактивной мощности электродвигателя (индуктивной нагрузки): а — схема без компенсации, б — схема с компенсацией

К достоинствам схем параллельной (поперечной) компенсации реактивной мощности относят:

  • независимость генерируемой реактивной мощности от напряжения в точке присоединения;
  • возможность плавного регулирования потока реактивной мощности для компенсации;
  • эффективная стабилизация сетевого напряжения.

Недостатком параллельной (поперечной) компенсации является ограниченная возможность демпфирования быстрых изменений (колебаний) активной составляющей мощности;

  • последовательная (продольная) компенсация реактивной мощности, при которой генерирующее (или потребляющее при коррекции перенапряжения) реактивную энергию устройство подключено в сеть последовательно и балансирует реактанс передающей линии.

Рис. Параллельная (продольная) компенсация реактивной мощности электродвигателя: а —схема без компенсации, б — схема с компенсацией. Рис. Типовая схема устройства последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности с защитой от перенапряжения

Достоинствами схем последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности считают: возможность оптимизации потоков реактивной энергии по разным фазам напряжения;

значительную степень компенсации; простоту интеграции в сеть компенсирующих устройств. Недостатки последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности — отсутствие возможности регулирования сетевого напряжения, сложность управления устройствами при переменных нагрузках, большие риски перенапряжения во время резких изменений нагрузки из-за задержки срабатывания устройства.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности

Статические или механически переключаемые устройства компенсации реактивной мощности.

Это типовые релейные (контакторные) установки КРМ, УКРМ и т.д. с механическим (ручным) включением/отключением ступеней батарей силовых конденсаторов. Включение или отключение каждой ступени даже с современными вакуумными контакторами занимает время, часто критическое при динамических, быстро изменяющихся нагрузках, что определяет значительные риски, как перенапряжений, так и провалов сетевого напряжения. Условная «плавность» регулирования величины генерируемой реактивной энергии зависит от числа ступеней в установке и мощности каждой ступени, а потому в сети с динамической нагрузкой всегда напряжение нестабильно и может превышать или быть ниже оптимального разности в объемах генерируемой и потребляемой реактивной мощности.

Читайте также:  Что понижает сопротивление ток или напряжение

Дополнительным недостатком релейных (контакторных) установок компенсации реактивной мощности с механическим переключением является практически полная неспособность к компенсации мощности искажений, возникающей в цепях с нелинейными нагрузками из-за искажений синусоиды основной частоты тока синусоидами гармоник тока более высокого порядка и показывающей несоответствие синусоидальности кривых тока/напряжения. Причем фильтры гармоник в статических/механически переключаемых устройствах компенсации реактивной мощности остаются малоэффективными из-за нестабильности сети по теку и напряжению, а прогрессивные импульсно-модуляционные преобразователи (ИМП), ориентированные на компенсацию мощности искажений, пока имеют ограниченное применение, как из-за большой стоимости, так и несовершенства алгоритмов адаптации в конкретных сетях с конкретной нелинейностью нагрузки.

Рис. Типовая топология компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с: а) емкостным и б) индуктивным накопителями энергии

Рис. Диаграммы напряжений и токов компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с нагрузкой сложного характера, где: а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети; б) напряжение фазы А — UA и токи фазы А — линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн, компенсатора IAк.

Установки синхронной компенсации реактивной мощности

Установки синхронной компенсации реактивной мощности используются в энергосетях развитых стран мира уже более 50 лет, однако из-за больших потерь в сравнении с статическими устройствами компенсации реактивной мощности и стоимости (в том числе систем защиты от токов короткого замыкания) установки синхронной компенсации реактивной мощности постепенно заменяются более прогрессивными устройствами. Кроме того, установки синхронной компенсации реактивной мощности, а по факту — синхронные двигатели специальной конструкции, работающие на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерирующие реактивную мощность — являются средствами пассивной компенсации и не могут быть адаптированы в системах FACTS.

Переключаемые тиристорные установки компенсации реактивной мощности типа TSC. Это статические конденсаторные установки с различным числом ступеней, управляемые тиристорными переключателями, обеспечивающими быстрое подключение/отключение ступеней в момент равенства напряжений на конденсаторных блоках и в сети. Впервые статические установки компенсации реактивной мощности типа TSC были использованы ASEA в 1971 году, имели среднюю задержку переключения от половины до цикла колебаний по току/напряжению, по факту не генерировали гармоник и отличались простотой конструктивных решений.

Рис. Переключаемая тиристорами конденсаторная установка компенсации реактивной мощности. Вместе с тем, устройства типа TSC остались ступенчатыми, а значит дискретными по потокам генерируемой мощности, а каждая батарея конденсаторов оборудовалась своим тиристорным переключателем, что делало установку материалоемкой и финансово затратной.

Отчасти недостатки финансовой доступности установок типа TSC были устранены применением тиристорно-диодных схем, к тому же выгодно отличающихся почти полным отсутствием импульсных токов при переключении, однако имеющих запаздывание включения/отключения ступени не менее одного цикла в сравнении половиной цикла у установок TSC.

Рис. Бинарные тиристорно-диодные переключатели статических установок компенсации реактивной мощности.

Рис. Диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки компенсации реактивной мощности, где: а — d — токи по В1 — В4; е — результирующая кривая тока установки. Управляемые тиристорами реакторы.

Управляемые тиристорами реакторы (тип TCR), как правило, имеют батареи статических конденсаторов, фильтры гармоник низшего порядка и управляемую тиристорами индуктивность (собственно реактор), интегрируемую в каждую фазу питающей сети. Управляемая тиристорами индуктивность используется для демпфирования избытка реактивной мощности, генерируемой конденсаторами, что исключает риски перенапряжения. В то же время тиристорное управление, как конденсаторными блоками, так и индуктивностью позволяет формировать достаточно плавную компенсацию реактивной мощности, хотя для получения реально плавной на практике компенсации используют:

  • дорогие управляемые тиристорные генераторы, построенные по трех-, шести и более импульсной топологии.

Рис. Трех импульсные (слева) управляемые тиристорами реакторы с пассивными фильтрами низкоуровневых гармоник и двенадцати импульсные (справа) управляемые тиристорами реакторы типа TCR с трансформатором для смещения фаз, позволяющего устранить гармоники 5 и 7 порядка без использования пассивных фильтров.

  • комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с управлением тиристорным переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов.
Читайте также:  Реле напряжения рн 104 однофазное 40а 220в din рн 104

Рис. Типовая топология комбинированной установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR.

  • тиристорно-управляемые установки последовательной (продольной) компенсации TCSC (ThyristorControlledSeriesCompensator).

Рис. Типовая топология тиристорно-управляемой установки последовательной (продольной) компенсации TCSC.

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности – прогрессивные полупроводниковые устройства, способные к генерированию или поглощению реактивной мощности, и включающие статические синхронные компенсаторы, объединенные энергетические регуляторы потока (unifiedpowerflowcontrollers — UPFC) и динамические восстановители напряжения (dynamicvoltagerestorers — DVR).

Рис. Моделируемый ток и формы волны напряжения само коммутируемого преобразователядля компенсации реактивной мощности, где a — топология установки, b — моделируемый ток иформа волны напряжения (VMOD> VCOMP ); с — моделируемый ток и форма волны напряжения (VMOD

Источник



33.Косвенная компенсация реактивной мощности.

При такой компенсации параллельно нагрузке включается стабилизатор Q, обеспечивающий неизменную величину суммарной реактивной мощности

где QH(t) — реактивная мощность нагрузки; QCT(t) — реактивная мощность стабилизатора.

Суммарная реактивная мощность QΣ компенсируется с помощью тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Наиболее широкое распространение получили компенсаторы с фазоуправляемыми тиристорными ключами. Угол управления α изменяется в пределах от 0 до π/2.

В качестве источника реактивной мощности при косвенной компенсации также используют стабилизаторы с синхронизированными тиристорными ключами.

При изменении реактивной мощности нагрузки подключается различное количество реакторов. Для снижения тока ПП включение и отключение реакторов производится при α = π/2, когда проходящий ток равен нулю. В связи с этим запаздывание на включение и отключение реактора не превышает 10 мс.

Достоинством этого компенсатора является отсутствие высших гармоник в спектре тока

34.Источники реактивной мощности.

а) генераторы электростанций и синхронные двигатели; б) воздушные и кабельные линии электрических сетей; в) дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов поперечного включения, вентильные установки специального назначения.

6. Предусмотренные в утвержденном проекте компенсирующие устройства устанавливаются в обязательном порядке; их отсутствие или недостаточное количество является основанием для запрещения к подключению установки.

8. Энергосистема должна задавать организации, проектирующей присоединяемую к сети энергосистемы электроустановку, значения величин реактивной мощности, передаваемых из сети системы для режимов наибольшей и наименьшей активных нагрузок системы, а также для послеаварийных режимов.

9. Для наиболее экономичного использования компенсирующих устройств некоторая их часть должна иметь устройства регулирования реактивной мощности. В первую очередь устройствами автоматического регулирования реактивной мощности (возбуждения) должны снабжаться синхронные двигатели, а при их отсутствии или недостаточной их мощности — конденсаторные батареи. Суммарная мощность нерегулируемых батарей не должна превышать величину наименьшей реактивной нагрузки.

10. Нерегулируемые конденсаторные установки в сетях до 1000 В должны размещаться в цехах у групповых распределительных пунктов, если окружающая среда допускает такую установку

36.Компенсация реактивной мощности с использованием сд.

а) возможность использования их в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших дополнительных первоначальных затратах, поскольку при работе с опережающим коэффициентом мощности полная мощность СД SHОM-CH, определяющая его стоимость, растет в гораздо меньшей степени, чем его компенсирующая способность:

б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов; при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах;

в) меньшая зависимость вращающего момента от колебаний напряжения; у СД момент пропорционален напряжению в первой степени, у АД — во второй степени;

г) более высокая производительность рабочего агрегата при синхронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки;

д) меньшие потери активной мощности, так как к. п. д. синхронных двигателей выше, чем к. п. д. асинхронных двигателей.Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и током возбуждения. С уменьшением тока возбуждения ниже номинального компенсирующая способность двигателя снижается. Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигателей на валу составляет (50—100)% от номинальной. При такой нагрузке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электродвигателю, можно использовать электроприводы с СД в качестве компенсаторов реактивной мощности при работе их с опережающим коэффициентом мощности.

Источник