Диссертация (Разработка и исследование статических компенсаторов реактивной мощности на основе тиристорно-переключаемых схем), страница 3

При этом, ветви с низким номинальным током имеюттехнические трудности при реализации [11].К преимуществам ТПРГ можно отнести:1. ТПРГ с конденсатором может обеспечить компенсацию реактивной мощности какиндуктивного, так и емкостного характера;2. Имеет высокое быстродействие при управлении реактивной мощностью;3.Имеетвозможностьуправлениянапряжением,обеспечиваетвспомогательныестабилизирующие свойства и индивидуальное управление фазой в многофазных системах;4.

Возможность умеренной перегрузки компенсатора;145. Отсутствие высших гармоник в регулируемом токе является основным преимуществомэтого типа СКРМ.Стоит отметить, что особенностью ТПРГ является дискретный характер его управления.Более того, разница номинальных значений реакторов увеличивается с увеличением количестваступеней регулирования.3.4 Тиристорно-переключаемые конденсаторные группы (ТПКГ)На рис.10 показана базовая схема статического компаратора типа ТПКГ, впервыевведенного в эксплуатацию в 1971 году компанией ASEA. Для увеличения количества ступенейрегулирования организуют параллельное включение нескольких конденсаторов. [12].

Каждая ветвьТПКГ состоит из двух основных компонентов: конденсатора C и тиристорных переключателей Sw 1and Sw2. Кроме того, последовательно с конденсатором и группой ключей подключен небольшойреактор L, целью которого является ограничение скорости нарастания тока через тиристоры ипредотвращение резонанса с сетью. Для статических компенсаторов типа ТПКГ характерныследующие свойства: ступенчатое управление, задержка управления в половину периода(максимум один период) и отсутствие генерации высших гармоник [13].Рис.10 Принципиальная схема ТПКГИзвестные традиционные топологии ТПКГ имеют следующие недостатки:1.ТПКГ имеет только емкостный диапазон регулирования;2.Сложные алгоритмы переключения ступеней;3.Ограниченный диапазон регулирования;4.Слабая устойчивость к перегрузкам;5.Хотя бинарная ТПКГ обеспечивает плавное изменение реактивной мощности,высокая разница в номинальных значениях параметров ветвей ТПКГ представляет техническиетрудности при еереализации.4 Новые направления исследований в развитии СКРМСуществует несколько направлений исследований по разработке уже существующихтопологий СКРМ, которые в основном фокусируются на уменьшении или устранении создаваемых15высших гармоник при работе СКРМ.

Генерируемые гармоники могут быть исключены путемустановки фильтров [13], что потребует дополнительных затрат. Как было показано компаниейABB [14] установка дополнительного ТУРГ потребует установки фильтров, рассчитанных навысокие номинальные параметры. Опыт установки систем СКРМ компанией General Electric [15]иллюстрирует необходимость установки фильтров, требующих дополнительных затрат ипространства на подстанции.

Большинство уже реализованных проектов компании SIEMENS [16]также требуют дополнительных фильтров высших гармоник. Количество фильтров можетдостигать в определенных проектах до трех единиц (Richards Bay, South of Africa от SIEMENS).В некоторых исследованиях основное внимание уделяется разработке системы управленияуже существующими топологиями СКРМ.

Исследования проводятся с целью повышения ихпроизводительности при различных режимах работы энергосистемы. Таким образом, дляразработки СКРМ-систем необходимы исследования на уровне разработки новых схем СКРМ сцелью уменьшения или устранения большого количества высших гармоник, генерируемых имипри управлении реактивной мощностью. Приведенный краткий обзор устройств СКРМдемонстрирует основные недостатки уже существующих на рынке СКРМ. Основные мероприятияпо разработке топологий СКРМ можно обобщить следующим образом:1.

Устранение высших гармоник;2. Повышение дискретности регулировочных характеристик ТПРГ и ТПКГ;3. Уменьшение разброса номинальных значений компонентов ТПРГ и ТПКГ;4. Разработка и совершенствование систем управления СКРМ с целью их интеграции вактивно-адаптивную энергосистему.5Цели и задачи диссертации, и ее содержаниеЦелью диссертационной работы является разработка принципов построения СКРМ наоснове тиристорно-переключаемых схем, а также их систем управления, обеспечивающихотсутствие высших гармоник в токе во всем диапазоне его регулированияВ диссертации решаются следующие задачи:1. Разработка тиристорно-переключаемых схем СКРМ, обеспечивающих нулевой уровеньгармонических составляющих, а также высокий уровень дискретизации при регулированииреактивной мощности;2.Решение задачи оптимизации параметров реактивных элементов для каждой израссматриваемых схем СКРМ с целью обеспечения равномерной регулировочной характеристикиреактивной мощности;3. Разработкаиисследованиеалгоритмовуправленияновымисхемамиучитывающих особенности процессов, как в индуктивных, так и емкостных блоках СКРМ;СКРМ,164.

Разработка и исследование способов построения систем управления, реализующихтребуемые алгоритмы управления СКРМ;5. Разработка моделей и подходов к исследованию электромагнитных процессов в линииэлектропередачи при работе с предложенными схемами построения СКРМ в среде моделированияMATLAB / SIMULINK;6. Создание физической модели СКРМ и его системы управления для исследованиярежимов работы СКРМ на основе тиристорно-переключаемых схем.Диссертация была разделена на четыре главы:Глава 1: Разработка и оптимизация новых топологий статических тиристорныхкомпенсаторов реактивной мощности.

В этой главе предложены новые схемы построения СКРМна тиристорах с отсутствием высших гармоник в регулируемом токе. Проанализированы структураи свойства каждой предложенной схем. Разработан метод оптимизации параметров реактивныхэлементов силовых схем преобразователей с целью достижения плавного регулированияреактивной мощности СКРМ. Предложены алгоритмы управления тиристорными ключами дляреакторной и конденсаторной составляющей СКРМ.Глава 2: Разработка систем управления СКРМ с ТПРГ.

Во второй главе объясняютсяосновные различия в структуре системы управления между известными традиционными типамиСКРМ и новыми разработанными схемами СКРМ. В этой главе описывается структура, требованияи параметры основных элементов блок-схемы системы управления для новых схем СКРМГлава 3: Моделирование режимов работы СКРМ, построенных на основе тиристорнопереключаемых схем. В этой главе представлена имитационная модель новых схем СКРМ,позволяющая анализировать процесс компенсации реактивной мощности в энергосистеме.Проводится исследования влияние параметров системы управления СКРМ на режимы работыэнергосистемы.Глава 4: Физическое моделирование и анализ процессов в тиристорно-переключаемыхСКРМ.

В главе приведено описание реализованной физической модели новой топологии СКРМ. Спомощью физической модели проведена верификация и проверка аналитических выражений,полученных в диссертации.17ГЛАВА 1. РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ НОВЫХ ТОПОЛОГИЙ СТАТИЧЕСКИХТИРИСТОРНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ1.1 Постановка задачи разработки новых статических тиристорных компенсаторовреактивной мощностиИзвестные статические компенсаторы реактивной мощности (СТК) как правило состоят изконденсатора постоянной емкости C и тиристорно-управляемого реактора (TУР) с реактором Leq(Рис.1.1) [17]. Известно, что TУР является одним из основных источников гармоник вэлектроэнергетических системах, которые достигают 14,2% от амплитуды тока основнойгармоники (рис.6) [1].

Для уменьшения количества гармоник можно заменить ТУР в СТК натиристорно-переключаемые реакторные группы (ТПРГ) [18].ImLeqVsCT1T2Рис.1.1 Упрощенная схема СТКСуществующие на настоящий момент ТПРГ имеют разные уровни компенсации реактивноймощностив зависимостиотсоединения разных параллельных ветвей, состоящих издвунаправленных тиристоров и реакторов. Параллельно подключаемые ветви ТПРГ могут иметьреакторы с одинаковыми номиналами (рис.1.2) или реакторы с разными номиналами (рис.1.3) [19].ТПРГ имеет дискретный характер управления реактивной мощностью.

Для повышениядискретности регулирования необходимо соответствующим образом подобрать параметрыэлементов СКРМ [3]. Число дискретных уровней компенсации ТПРГ с реакторами одинаковыхноминалов на параллельных ветвях ограниченно количеством одновременно включаемых ветвей.Топологии ТПРГ, имеющие на параллельных ветвях реакторы с различными номиналами(бинарныетопологии),имеютбольшеечислоуровней(ступеней)регулирований,и,соответственно, большее количество дискретных уровней регулирования реактивной мощности.Но при этом появляется большая разница между величинами токов в разных ветвях, к которымприложено одно и то же напряжение [20].