Диссертация (Новые подходы и оптимизации режимов работы трехфазных сетей), страница 3

Из-за действия реактивных компонентов, таких как индуктивности и конденсаторыуменьшается коэффициент мощности цепи [20]. Чем меньше коэффициентмощности и, соответственно, чем больше реактивная мощность, тем большеедействующее значение электрического тока в цепи необходимое для передачинагрузке той же мощности нагрузки P. Этот ток вызывает потери мощности идополнительное падение напряжения на линии. Таким образом, компенсацияреактивной мощности необходима, чтобы уменьшить потери.Мощность в цепях переменного тока *  P  jQS  UI(1.1)P  UI cos (1.2)Активная мощностьКомпенсация реактивной мощности в трехфазных системах, в дополнении к снижению потерь также имеет целью снижения асимметрии трехфазнойсистемы.

Чтобы уменьшить влияние дисбаланса, можно предпринять несколько действий разной степени технической сложности.Первое и самое основное - перераспределить нагрузки таким образом,чтобы система стала более сбалансированной. Для некоторых применений су-15ществует возможность уменьшения дисбаланса путем изменения рабочих параметров.Уменьшение влияние токов обратной последовательности, вызывающего падение напряжения обратной последовательности в напряжении питания, требуется низкого импеданса системы. Это может быть достигнуто подключением несимметричных нагрузок в точках с более высоким уровнем токов короткого замыкания или другими системными мерами для уменьшениявнутреннего импеданса. Однако применение этого способа в сельских, например, сетях осложняется тем, что довольно трудно подобрать однофазную автоматически переключаемую нагрузку соответствующей мощности. Поэтомуневозможно существенно уменьшить несимметрию нагрузок и, кроме того,при использовании симметрирующего устройств этого типа происходит снижение надежности электроснабжения однофазной переключаемой нагрузки;измерительный и коммутационный комплекс этих устройств представляетсядовольно сложным [21].Другим типом метода смягчения дисбаланса является использованиеспециальных симметрирующих трехфазных трансформаторов или трансформаторов Скотта и Штейнмеца [22], [23].

Симметрирующий трехфазный трансформатор позволяет сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник и уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Этот трансформатор предназначен для повышения надежности автономных генераторов и потребителей,когда нагрузки несимметричны и для симметрирования фазных напряженийза счёт снижения сопротивления нулевой последовательности, благодарячему, устраняется перекос фаз по напряжению, который бывает, в основномиз-за несимметрии токов нагрузки по фазам.С помощью трансформаторов Скотта и Штейнмеца, принцип работы которых основан на перемагничивании обмоток, нагрузка по одной фазе воспринимается электрической сетью как трехфазная, что способствует восстановлению симметрии нагрузок.

Скотт-трансформатор состоит из двух однофазных16трансформаторов со специальными коэффициентами связи обмоток, подключенных к трехфазной системе. Они соединены таким образом, что на выходесоздается двухфазная система ортогональных напряжений, позволяющая подключать две однофазные системы. Эта настройка обеспечивает сбалансированную трехфазную мощность сети.Рис. 1.3 Схема соединении трансформатора СкоттаРис. 1.4 Векторная диаграммаU U12  U (1  j 0) ,U V12  U (0  j1) ,U L12  U U12 , 113133U L23   U U12 U V12   U (1  j 0) U (0  j1)  U    j,222222 113133U L31   U U12 U V12   U (1  j 0) U (0  j1)  U    j222222Штейнмец-трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор с дополнительной нагрузкой для балансировки мощности, состоящий из17конденсатора и индуктора, рассчитанного пропорционально однофазнойнагрузке (рис.

1.5). Когда номинальная мощность реактивной мощности индуктора и конденсатора равна активной мощности нагрузки, деленной на3,трехфазная сеть видит сбалансированную нагрузку. Трехфазная номинальнаямощность трансформатора равна активной мощности однофазной нагрузки.Однако балансировка идеально подходит только для нагрузок с активной мощностью, равной значению, используемому при проектировании системы.Рис.

1.5 Однофазная нагрузка, подключенная к трехфазной сетке с использованием конфигурации трансформатора ШтейнмецаКомпенсация реактивной мощности может быть выполнена с помощьюсинхронного генератора, используемого для потребления реактивной мощности [24], [25], [26], [27], [28], [29], но это метод имеет тот недостаток, что стоимость устройства и стоимость его технического обслуживания являются высокими. Синхронные генераторы часто используются для компенсации совместно с большой емкостью. Недостатком здесь является малая пропускнаяспособность всей системы и ее чувствительность к изменениям напряжения.Наконец, специальные силовые электронные схемы быстрого действия,18такие как «Статические компенсаторы VAR» [30], [31], [32] могут быть сконфигурированы для ограничения дисбаланса. Они ведут себя так, как если быони быстро меняли дополнительные импеданс, компенсируя изменения импеданса нагрузок на каждой фазе.

Кроме того, они способны компенсировать нежелательную реактивную мощность. Это также дорогостоящие устройства ииспользуются только для больших нагрузок (например, дуговых электропечей), когда других решений недостаточно.Статические компенсаторы VAR (SVC) с треугольник-подключеннымиреакторами с тиристорными управлением (∆-TCR) и фиксированными конденсаторами могут использоваться для устранения основных токов фазовой обратной последовательности и улучшения коэффициента мощности [33] [34].Однако традиционный ∆-TCR не может компенсировать токи с фазой нулевойпоследовательности.

В [35] [36] описана разработка балансировочного наборанагрузки для электрической системы железнодорожного туннеля. Балансировочный набор нагрузки представляет собой SVC с Y-подключенным TCR (YTCR). Однако балансировочный набор нагрузки железнодорожного туннелипо-прежнему действует как система для устранения токов фазой нулевой последовательности. Авторы [37] предложили метод компенсации реактивноймощности с Y-подключенным SVC (Y-SVC) и ∆-подключенным SVC (∆-SVC),где ∆-SVC используется для устранения токов фазовой обратной последовательности, а Y-SVC устраняет токи нулевой последовательности и мнимуючасть токов прямой последовательности. В этой статье авторы продемонстрировали эффективность комбинации двух методов Y-SVC и ∆-SVC.

Однако,при использовании только одного из двух методов, асимметрия является относительно большой. Реактивная компенсация в трехфазных системах снейтральным проводником более сложна, чем такая же компенсация в трехпроводных системах. Количество компенсирующих компонентов компенсатора, необходимое для полной компенсации, может даже удвоиться. Тем неменее, реактивный ток всегда может быть полностью скомпенсирован, и19нагрузка может быть полностью сбалансирована для любой линейной, не зависящей от времени несбалансированной нагрузки, питающейся симметричным и синусоидальным напряжением [38].В [39], авторы предложили комбинацию бинарного компенсатора тиристора и силового фильтра PWM-IGBT для распределительных сетей, способную устранять гармоники, корректировать несбалансированные нагрузки и генерировать или поглощать реактивную мощность.

Система основана на комбинации тиристорного двоичного компенсатора и биполярного транзисторного фильтра активной мощности. Тиристорный двоичный компенсатор компенсирует основную реактивную мощность и уравновешивает нагрузку, подключенную к системе. Фильтр активного мощности устраняет гармоники икомпенсирует небольшие дисбалансы нагрузки или коэффициент мощности,который тиристорный двоичный компенсатор не может устранить.

Тиристорный двоичный компенсатор основан на цепочке из двоично-масштабированных конденсаторов и одной индуктивности на фазу.Применение комбинированных симметрирующих устройств всегда даетлучший результат, тем не менее, они становятся все более сложными при расчете и количество компенсирующих компонентов компенсатора, необходимоедля полной компенсации возрастает. Затраты на систему компенсации, такжеувеличивается.Использование других типов компенсаторов (их достаточно много), которые могут работать с несбалансированными системами, также в той илииной мере сопряжено с проблемами стоимости, эксплуатации, качества электроэнергии, однако они активно разрабатываются, хотя еще не и готовы дляобщего применения.