6. Введение, раздел 1-2 (1193840), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Существует множество технических преимуществ СТАТКОМ над СТК, среди которых, прежде всего, выделяют следующие аспекты:
- быстрый ответ на изменение параметров сети;
- меньший объем конструкции, так как громоздкие пассивные компоненты (например, реакторы) устраняются;
- модульность и возможность перемещения самих установок;
- возможность сопряжения с реальными источниками питания, такими как батареи, топливные элементы или сверхпроводящий магнитный накопитель энергии;
- высокая производительность даже при пониженном напряжении, и реактивный ток может поддерживаться постоянным (в СТК емкостный ток снижается линейно с достижением напряжением предела).
Возможно даже увеличение значения реактивного тока в СТАТКОМ при переходных процессах, если устройство предполагает временные перегрузки. В СТК максимальный реактивный ток определяется номиналом пассивных компонентов, реакторов и конденсаторов.
На базе изложенного описания каждого устройства КРМ резюмируем основные их технические характеристики и области применения в таблице 2.1. Знаком «+» в таблице 2.1 обозначили наличие рассматриваемой функции у устройства КРМ, а знаком «–» - его отсутствие.
Таблица 2.1 – Сравнение устройств КРМ
| Показатели | Тип устройства КРМ | |||||
| БСК | СК | ФКУ | СТК | СТАТКОМ | ||
| Приведение ПКЭ к ГОСТ [1] | Отклонение частоты | – | – | – | – | – |
| Медленные изменения напряжения | + | + | + | + | + | |
| Колебания напряжения | – | – | + | + | + | |
| Фликер | – | – | + | + | + | |
| Несинусоидальность напряжения | – | – | + | + | – | |
| Несимметрия напряжения | – | – | + | + | + | |
| Напряжения сигналов, передаваемых по сети | – | – | + | – | – | |
| Прерывания напряжения | – | – | + | – | + | |
| Провалы напряжения и перенапряжения | – | – | + | + | + | |
| Импульсные напряжения | – | – | + | – | + | |
| Оптимизация потокораспределения по потерям, загрузке, параметрам устойчивости | – | + | + | + | + | |
Окончание таблицы 2.1
| Показатели | Тип устройства КРМ | ||||
| БСК | СК | ФКУ | СТК | СТАТКОМ | |
| Стоимость | Низкая | Средняя | Высокая | Средняя | Высокая |
| Удельные потери (от ном. мощности), % | 0,5-1 | 3-12 | 1-2 | 1-3 | 1,5-4,5 |
| Регулирование | Ступенчатое, ручное | Плавное, ручное | В реальном времени, автоматическое | Плавное, автоматическое | Плавное, автоматическое |
| Быстродействие | нет | нет | <1мс | <20мс | <1мс |
| Габариты и монтаж | Малые габариты, простота монтажа | Крупные габариты, трудоемкость монтажа | Малые габариты, трудоемкость монтажа | Средние габариты, трудоемкость монтажа | Малые габариты, трудоемкость монтажа |
На основании данных таблицы 2.1, приходим к выводу, что устройства динамической компенсации реактивной мощности с управлением при помощи силовой электроники наиболее полностью удовлетворяют всем критериям, ранее выдвинутых нами к устройствам КРМ и представленным на рисунке 2.2. Эти устройства обеспечивают улучшение работы систем передачи и являются признанными эффективными средствами компенсации реактивной мощности среди других устройств, так как имеют следующие неоспоримые преимущества над обычными LC-фильтрами продольной и поперечной компенсации:
- быстродействие и пофазное регулирование, что необходимо в условиях быстроизменяющейся несимметричной нагрузки;
- плавность и точность регулирования;
- компактность и мобильность конструкций;
- уменьшение влияния гармоник напряжений и токов;
- достаточный диапазон регулирования и потребления реактивной мощности;
- малые пусковые токи, что увеличивает срок службы оборудования;
- безынерционность регулирования реактивной мощности, что способствует улучшению условий статической устойчивости энергосистемы в целом.
Отметим, что существующее в настоящее время большое разнообразие технологий FACTS обеспечивает надёжные решения для большинства имеющихся и возникающих вновь требований при передаче электроэнергии в сетях различного уровня напряжения.
Комбинация динамичной и обычной коммутируемой компенсации реактивной мощности часто приводит к экономичным решениям для работы в установившемся режиме и при переходных процессах в электрической системе. FACTS на основе преобразователей напряжения будут использоваться более широко, особенно в диапазоне малых и средних мощностей. Следовательно, в проблемных сетях 6-35 кВ наиболее целесообразно использовать устройство динамической фильтрации, которое убирает несимметрию и несинусоидальность, а также компенсирует реактивную мощность.
Вопросам компенсации реактивной мощности посвящены работы многих ученых, результаты их описаны в патентных разработках. Рассмотрим некоторые из них.
Так, например, известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети [26]. Устройство содержит инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации и регулятором напряжения накопительного конденсатора. Устройство позволяет повысить уровень качества электрической энергии в сети с нелинейной нагрузкой с помощью параллельного активного фильтра, осуществляющего компенсацию высших гармоник тока и напряжения с использованием алгоритма прогнозирования при анализе спектрального состава напряжения и тока сети и формировании компенсационного тока. Устройство также способно осуществлять компенсацию реактивной мощности.
Недостатком данного устройства является сложная система управления активным фильтром, содержащая в себе фазовый преобразователь напряжения, фазовый преобразователь тока и блок фазовой синхронизации, что снижает надежность работы устройства и удорожает его.
Известен также активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности [27]. Он содержит систему преобразования входной информации, буферный каскад, импульсный усилитель мощности и LC-фильтр, отличающийся тем, что система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки, выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором, выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора, а к выходу широтно-импульсного модулятора подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключен LC-фильтр, выходы которого подсоединены к фазе питающей сети с присоединенной к ним мощной нелинейной нагрузкой.
Наряду с трехфазными активными фильтрами находят свое применение и однофазные фильтры. Примером такого изобретения является однофазный активный электрический фильтр [28]. Он содержит систему преобразования входной информации, буферный каскад, импульсный усилитель мощности, LC-фильтр, отличающийся тем, что система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки, выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором, выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ), а к выходу ШИМ подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключена входная цепь LC-фильтра, выходы LC-фильтра подсоединены к фазе питающей сети.
Устройством, имеющим наилучшие характеристики, является активный фильтр [29]. Полезная модель может быть использована в трехфазных сетях, в устройствах компенсации высших гармонических составляющих тока, тока несимметрии (обратной последовательности токов), а также реактивной мощности. Устройство выполнено на основе трехфазного мостового инвертора на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, фазных реакторов и емкостного накопителя.
В графической части (МД 13.04.02 021 001) представлена схема подключения устройства динамической фильтрации и система его управления. Далее рассмотрим работу этого устройства.
Несимметричная нелинейная нагрузка 1, которая является источником реактивной мощности, высших гармоник, токов несимметрии. Устройство динамической фильтрации содержит фазные реакторы 2, обеспечивающие непрерывность протекания тока, а также фильтрации гармоник самого устройства, трехфазный мостовой инвертор напряжения 3, выполненный на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, обеспечивающими протекание тока при отключенном встречно-параллельном ему ключе, емкостной накопитель 4 на стороне постоянного тока инвертора. Кроме этого, активный фильтр содержит датчики напряжения 6 для измерения мгновенных значений сетевого напряжения, датчики тока 7 нагрузки и датчик тока 8 активного фильтра, датчик напряжения 5 на емкостном накопителе в цепи постоянного тока.
Система управления, реализованная на микропроцессоре, состоит из блоков 9 и 10 математического преобразования токов нагрузки и активного фильтра из статических координат в синхронные d-q, по прямому методу Кларка и Парка-Горева. На основе данных с датчиков токов и напряжений сети регулятор 11 выполняет пересчет к опорным напряжениям на выходе инвертора, чтобы добиться компенсации нежелательных составляющих тока и стабилизации напряжения на конденсаторном накопителе. Блок 12 преобразует опорные сигналы выходного напряжения инвертора из синхронной к статической системе координат abc по обратному методу Кларка и Парка-Горева. Блок 13 по входным сигналам формирует управляющие сигналы на транзисторные преобразователи S1-S6. Скважность управляющих импульсов на S1-S6 определяется значением управляющего сигнала, а частота этих импульсов равна несущей частоте модулятора блока 13. Блок 14 выполняет фазовую автоподстройку частоты. Потери в ключах инвертора и фазных реакторах вызывают разряд конденсатора, поэтому для его подзарядки необходим дополнительный контур регулирования мощности.
Токи нагрузки Iabc, компенсационные токи Iabc0 активного фильтра и напряжение Ес на емкостном накопителе поступают в систему управления для определения сигналов, формирующих выходные напряжения Ua0, Ub0, Uc0. На основе этих сигналов формируются импульсы управления ключами S1-S6, причем каждая фаза независима от двух других. Формирование управляющих импульсов осуществляется с помощью известных алгоритмов формирования -релейного принципа регулирования - ШИМ по заданному сигналу. В результате полученный ток активного фильтра в каждой фазе не зависит от двух других и компенсирует заданный ток нагрузки. Система управления определяет компенсационный ток и выполняет поддержание заряда на емкостном накопителе.
Таким образом, устройство динамической фильтрации в силу заявленных преимуществ наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к устройствам КРМ в распределительных сетях 6÷35 кВ, и будет взято нами в качестве технического решения для дальнейшей работы. Далее перейдем к оценке параметров работы конкретной высоковольтной ЛЭП.
49
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
