СТАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СТК И СТАТКОМ

Введение

 

Статические тиристорные компенсаторы (СТК) [1 – 4] использовались для компенсации реактивной мощности с середины 1970-х годов, сначала для компенсации дуговых печей, а затем в системах передачи электроэнергии. Один из первых СТК 40 МВар был применен на Шаннонской подстанции энергосистемы Minnesota Power and Light в 1978 г.

Преимущества СТК заключаются в следующем:

• стабилизация напряжения;
• улучшение устойчивости в переходном режиме;
• демпфирование колебаний в энергосистеме.

Несмотря на то, что существует множество вариантов СТК, наиболее традиционным считается вариант на основе тиристорно или механически переключаемых конденсаторов и тиристорно-управляемых реакторов (рис. 1а). Координируя работу конденсатора и реактора подходящим образом (см. рис. 1b) можно непрерывно и быстро управлять реактивной мощностью в пределах ее емкостных/индуктивных значений. Это позволяет поддерживать значение статического и динамического напряжения в заданных пределах, в некоторой степени управлять устойчивостью [9], но не на столько, чтобы управлять потоком активной мощности. Подробный список литературы по применению СТК приведен в [11].

В последние годы вследствие развития тиристоров GTO и транзисторов IGBT был разработан новый статический компенсатор. В более ранних исследованиях его называли «Усовершенствованным статическим компенсатором реактивной мощности». Однако работа данного устройства была более похожа на работу вращающегося синхронного компенсатора, но без большого времени реакции и механической инерции, поэтому он стал называться «Статический синхронный компенсатор (STATCON)» [12, 13]. В настоящее время он известен как «Статический компенсатор СТАТКОМ».

 

Рис. 1 – Статический компенсатор реактивной мощности (СТК)

СТАТКОМ превосходит традиционный СТК по следующим причинам:

- сокращение внешнего оборудования вследствие отсутствия объемных емкостных/реакторных батарей, необходимых для СТК;

- улучшение динамических характеристик и устойчивости вследствие возможности кратковременного увеличения генерации реактивной мощности;

- улучшение характеристик при уменьшенных рабочих напряжениях вплоть до 0, 15 отн.ед. (ограниченных только рассеиванием трансформатора);

- ослабление требований к фильтро-компенсирующим устройствам (ФКУ).

СТАТКОМ формирует трехфазное напряжением с управляемыми амплитудой и фазным углом. При превышении (принижении) выходного напряжения инвертора на шине, электрический ток опережает (отстает), а разница в амплитудах определяет значение этого тока. Это позволяет управлять реактивной мощностью.

На рис. 2а показан СТАТКОМ, реализованный на 6-пульсном инверторе напряжения, включающим в себя GTO-тиристоры с питанием от накопительного конденсатора (аккумуляторной батареи, СПИНЭ). Для уменьшения генерации гармоник и формирования практически синусоидального тока применяются многопульсные схемы. На рис. 2b приведена вольт-ампер характеристика этого компенсатора.

СТАТКОМ способен управлять выходным током независимо от напряжения на линии напряжения, в отличие от СТК, где ток изменяется с изменением напряжения на линии. Поэтому СТАТКОМ эффективнее СТК с точки зрения поддержания напряжения и улучшения устойчивости.

 

Рис. 2 – Статический компенсатор СТАТКОМ

 

Характеристики СТК зависят от напряжения, в то время как СТАТКОМ способен вырабатывать емкостной ток независимо от напряжения. Кроме того, выходной ток может временно превышать номинальные значения установившегося режима. Значения амплитуды и времени таких возможных перегрузок зависят от характеристик охлаждающих радиаторов и минимального тока выключения GTO-тиристоров. В зависимости от конструкции преобразователя переходные характеристики СТАТКОМ меняются в пределах 120-180% от значений в установившемся режиме. Сравнение характеристик СТК и СТАТКОМ приведено в табл. 1.

Разработана модификация СТАТКОМ на основе IGBT-транзисторов с коммутационной частотой до 2 кГц. Базовые элементы этого изделия, включающие в себя IGBT-вентили, конденсаторы, систему управления и систему охлаждения вентилей, могут быть размещены в контейнере размера 10х20 м. Внешнее оборудование ограничено теплообменниками, коммутационными реакторами без стали и силовым трансформатором.

Типовой СТАТКОМ способен работать в режиме генерации/потребления ± 100 MВар. Для увеличения номинальных мощностей несколько СТАТКОМ могут работать параллельно.

Модульная конструкция СТАТКОМ позволяет в случае необходимости легко перестраивать систему. Время переходного процесса СТАТКОМ очень мало (~ четверть цикла). Вследствие высокой частоты коммутации такой компенсатор может работать без фильтров подавления гармоник или, а в случае необходимости, с фильтром верхних частот небольшой емкости. Поэтому риск возникновения резонансных условий незначителен. Более того, существует возможность активной фильтрации гармоник, присутствующих в сети.

 

Таблица. Сравнение СТАТКОМ и СТК

 

№	СТАТКОМ	СТК
1	Работает как источник напряжения	Работает как реактивный проводник
2	Нечувствителен к гармоническому резонансу системы передачи	Чувствителен к гармоническому резонансу системы передачи
3	Больший динамический диапазон	Малый динамический диапазон
4	Слабее генерация гармоник	Сильнее генерация гармоник
5	Быстрее реакция (в пределах мс) и лучше характеристики при переходном режиме	Отчасти медленнее реакция
6	Возможны индуктивные и емкостные режимы	В основном емкостной режим работы
7	Возможность поддерживать стабильность напряжения даже в слабых системах	Трудности при работе в слабых системах
8	Может быть использован как накопитель небольшого количества энергии
9	Способность выдерживать длительные перегрузки, обеспечивает улучшенную устойчивость системы

 

Недавно был разработано новое устройство СТАТКОМ на основе преобразователя, описание которого приводится ниже.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: