Сравнение поперечных компенсаторов

SVC и STATCOM характеризуются одинаковыми возможностями по компенсации мощности, при этом основы их функционирования фундаментально различаются. STATCOM работает как параллельный источник синхронного напряжения, в то время как SVC – как параллельное управляемое реактивное сопротивление. Данное различие определяет преимущества STATCOM в функциональности, эффективности и гибкости реализации схем на его основе по сравнению с SVC.

В линейном диапазоне вольтамперная характеристика (рисунок 7) и возможности по компенсации мощности STATCOM и SVC аналогичны. Однако в нелинейном диапазоне STATCOM способен осуществлять регулирование выходного тока сверх максимальных диапазонов емкости и индуктивности независимо от системного АС напряжения, в то время как максимально достижимый компенсационный ток SVC линейно уменьшается с уменьшением АС напряжения. Таким образом, STATCOM является более эффективным по сравнению с SVC в задачах стабилизации напряжения при действии значительных возмущений, во время которых отклонения напряжения могут находиться далеко за пределами линейного диапазона работы компенсатора. Способность STATCOM к поддержанию полностью емкостного выходного тока при низких системных напряжениях также определяет его преимущества по сравнению с SVC в задачах обеспечения динамической устойчивости.

 

                                                 a)                                                                                              б)

Рисунок 7 – Вольтамперные характеристики STATCOM (a) и SVC (б)

 

Достижимое время переходного процесса и полоса пропускания замкнутого контура стабилизации напряжения STATCOM также значительно лучше, чем у SVC.

В задачах обеспечения компенсации активной мощности STATCOM способен взаимодействовать с соответствующими накопителями энергии (конденсаторами большой емкости, батареями и т.п.). SVC в принципе не обладает такой возможностью. STATCOM обладает большим быстродействием, чем SVC.

4.3.Принцип действия и устройство статических продольных
компенсаторов

Продольная компенсация является высокоэффективным средством как для управления потоком мощности, так и для повышения устойчивости. С помощью продольной компенсации может быть значительно уменьшено полное эффективное сопротивление линии передачи, влияющее на значение передаваемой мощности ( ). Такая способность к управлению мощностью может быть эффективно использована для повышения динамической устойчивости и обеспечения демпфирования колебаний.

 

Последовательный (продольный) конденсатор (добавочная емкость)
с тиристорным переключением (Thyristor-Switched Series Capacitor – TSSC)

Основным элементом TSSC является конденсатор, включенный параллельно обходному вентилю, как показано на рисунке 8.

 

Рисунок 8 – Кривая напряжения на конденсаторе для основного элемента TSSC

 

Подключение конденсатора в линию осуществляется при закрытии вентиля тиристора в момент времени, когда ток равен нулю. Для минимизации тока перегрузки (импульсного тока) открытие вентиля происходит в момент времени, когда напряжение на конденсаторе равно нулю. Таким образом, возможно осуществить задержку открытия вентиля вплоть до одного полного периода колебаний.

При подключении конденсатора во время первого полупериода происходит его заряд от нуля до максимального значения и разряд от максимального значения до нуля во время второго полупериода. Данные процессы показаны на рисунке 9.

 

 

Рисунок 9 – Последовательный конденсатор с тиристорным управлением

 

TSSC состоит из нескольких таких элементов, соединенных последовательно (рисунок 9). Степень продольной компенсации регулируется ступенчато путем уменьшения или увеличения количества подключенных конденсаторов. TSSC может быть использован для управления потоком мощности и демпфирования колебаний мощности.

TSSC можно рассматривать как управляемое реактивное сопротивление, включенное последовательно реактивному сопротивлению линии, как показано на рисунке 10 а). Степень компенсации определяется как отношение реактивного сопротивления, вводимого TSSC, к реактивному сопротивлению линии

                                                         .                                                                

 

   

                                              a)                                                                                                 б)

Рисунок 10 – a) Двухмашинная система с TSSC и б) Зависимость передаваемой мощности
от транспортного угла

 

Передаваемая активная мощность определяется из формулы:

                               .                                         

Зависимость передаваемой активной мощности от транспортного угла для TSSC приведена рисунке 10 б). Можно заметить, что максимальная передаваемая мощность зависит от значения .

 

Последовательный (продольный) конденсатор (добавочная емкость)
с тиристорным управлением (Thyristor-Controlled Series Capacitor – TСSC)

TCSC: компенсатор емкостного сопротивления, состоящий из последовательно включенной конденсаторной батареи и шунтирующего реактора с тиристорным управлением, предназначенного для бесступенчатого изменения емкостного сопротивления.

Схема TCSC приведена на рисунке 11. Коэффициент , характеризующий работу TCSC, определяется как отношение резонансной частоты (частоты настройки) к частоте сети:

                                                          ,                                                                  

где  и .

Как правило, значения  находятся в интервале от 2 до 4.

Режимы работы TCSC характеризуются с помощью коэффициента

                                                       ,                                                                  

где  – кажущееся реактивное сопротивление (apparent reactance) .

 

 

Рисунок 11 – Последовательный конденсатор с тиристорным управлением (TCSC)

 

1. Режим блокировки: Вентиль тиристора закрыт, тиристоры остаются в непроводящем состоянии. Ток проходит только через конденсаторную батарею ( ). Коэффициент  равен единице. В данном режиме TCSC функционирует подобно добавочной постоянной емкости.

2. Режим шунтирования: Тиристор постоянно находится в проводящем состоянии. В данном режиме TCSC функционирует подобно параллельно соединенным добавочной емкости и индуктивности. Так как

                                                ,                                                    

напряжение имеет индуктивный характер, а  отрицателен. При значениях  намного превышающих единицу амплитуда  значительно меньше, чем в режиме блокировки. Таким образом, режим шунтирования используется для уменьшения влияния конденсатора при возмущениях.

3. Режим емкостного разгона. При приложении отпирающего импульса к тиристору, находящемуся под прямым напряжением, непосредственно перед моментом пересечения кривой напряжения на конденсаторе нулевой отметки, разрядный импульс тока конденсатора поступает в линию через параллельно включенную индуктивность. Затем он вызывает появление дополнительного напряжения на конденсаторе, которое суммируется с напряжением, вызванным основным током в линии. Это приводит к увеличению максимального напряжения на конденсаторе пропорционально току, протекающему по цепи тиристора, зависящему от угла отпирания  (рисунок 12).

 

Рисунок 12 – Графики в режиме емкостного разгона при различных

 

При этом  определяется согласно выражению

            .                         

Множитель  определяет асимптотический характер кривой при . TCSC работает в режиме емкостного разгона при . Пример зависимости  от угла отпирания показан на рисунке 13.

 

Рисунок 13 – Зависимость  от угла отпирания

 

4. Режим индуктивного разгона ( inductive boost ). При увеличении угла отпирания больше  режим разгона изменяется от емкостного к индуктивному (рисунок 13). В режиме индуктивного разгона в тиристоре могут протекать большие токи. На рисунке 14 приведены графики токов и напряжения при трех различных значениях углов отпирания. Кривая напряжения на конденсаторе сильно искажена по отношению к желаемой синусоидальной форме. Вследствие этого искажения, а также высоких перегрузок на вентиле режим индуктивного разгона менее благоприятен для использования в установившихся режимах.

 

 

Рисунок 14 – Кривые напряжения при различных  в режиме индуктивного разгона

 

Так как принцип действия TCSC аналогичен TSSC, зависимости передаваемой мощности от транспортного угла и  имеют вид, приведенные на рисунке 10 б).

Последовательный конденсатор с управлением на запираемом тиристоре
(GTO Thyristor-Controlled Series Capacitor –GCSC)

Простейший GCSC, схема которого приведена на рисунке 15, состоит из конденсатора постоянной емкости и запираемого тиристора. Целью GCSC является управление АС напряжением на конденсаторе  при заданном токе . Когда тиристор закрыт ; когда открыт  достигает своего максимального значения. Для управления напряжением на конденсаторе закрытие и открытие вентиля осуществляется каждый полупериод синхронно с системной частотой. Вентиль тиристора настроен на автоматическое закрытие при нулевом значении напряжения на конденсаторе. Управление закрытием вентиля осуществляется по углу задержки  в соответствии с максимальными значениями тока в линии. Таким образом, управление напряжением на конденсаторе может производиться один раз в полупериод, как показано на рисунке 15. При этом достигается эффект, подобный эффекту конденсатора с управляемым реактивным сопротивлением.

Рисунок 15 – Последовательный конденсатор с управлением на запираемом тиристоре

 

 

Как можно увидеть из рисунков 1 и 15, графики тока, протекающего через индуктивность TCR, и напряжения на конденсаторе GCSC идентичны, что позволяет говорить о дуальности TCR и GCSC. Очевидно, что при управлении GCSC по углу задержки закрытием вентиля формируются гармоники, аналогичные возникающим при управлении TCR по углу задержки открытием вентиля. Амплитуды гармоник определяются выражением

                         ,                                  

где

Частоты гармоник могут быть значительно уменьшены путем сокращения гармоник, генерируемых TCR, с помощью метода «последовательного управления», описанного в п. 2.1.1.

В отличие от TCR, схема построения которого по экономическим причинам предусматривает небольшое количество параллельных ветвей, в данном случае с технической точки зрения предпочтительнее один высоковольтный вентиль разбивать на четыре или более последовательных блоков.

График зависимости передаваемой мощности от транспортного угла также совпадает с графиком TSSC, приведенным на рисунке 10 б).

Статический синхронный продольный компенсатор
( Static Synchronous Series Compensator – SSSC )

Статический синхронный продольный компенсатор (SSSC): статический синхронный компенсатор, работающий без внешнего источника энергии, в качестве продольного компенсатора с независимо регулируемым выходным напряжением, сдвинутым по фазе на  относительно линейного тока, с целью увеличения или уменьшения суммарного падения напряжения на линии, с помощью чего осуществляется управление передаваемой мощностью. SSSC может содержать накопитель или поглотитель энергии для улучшения динамических характеристик энергосистемы путем временной компенсации активной мощности с целью мгновенного увеличения или уменьшения суммарного активного (резистивного) падения напряжения на линии.

SSSC – продольный компенсатор на основе преобразователя напряжения. Принцип действия SSSC на примере двухмашинной системы показан на рисунке 16.

 

 

Рисунок 16 – Компенсация с использованием синхронного источника напряжения

 

Из векторной диаграммы видно, что источник напряжения увеличивает значение напряжения на индуктивности, т.е. линии, и, следовательно, увеличивает значение тока , что приводит к увеличению потока мощности. Это соответствует эффекту последовательного конденсатора. Обеспечивая зависимость выходного напряжения источника напряжения  от тока , можно обеспечить компенсацию, аналогичную компенсации с помощью конденсатора:

                                                  ,                                                             

где  – реактивное сопротивление конденсатора. Однако с помощью источника напряжения можно поддерживать постоянное значение компенсирующего напряжения независимо от изменений линейного тока. Путем изменения полярности инжектируемого АС напряжения SSSC способен как увеличивать, так и уменьшать поток мощности. Схема продольной реактивной компенсации с переключающимся силовым преобразователем в качестве источника синхронного напряжения называется статическим синхронным продольным компенсатором.

SSSC инжектирует компенсационное напряжение независимо от линейного тока. Так как SSSC является реактивным источником, вектор  перпендикулярен проходному (пропускному) току (throughput current). Таким образом:

        

Разность  соответствует векторной (комплексной) разности между  и . Без источника напряжения она будет совпадать с падением напряжения на реактивном сопротивлении . Вектор инжектируемого напряжения  имеет тоже направление, что и вектор напряжения источника, определяемое членом . Выбор вектора  в качестве опорного, т.е. , , позволяет определить характеристику пропускания из следующего выражения:

                         .                                  

С учетом

                                 ,                                          

приходим к формуле:

                        .                                   

Таким образом, передаваемая мощность  зависит от инжектируемого напряжения . График зависимости передаваемой мощности от транспортного угла приведен на рисунке 17.

 

 

Рисунок 17 – Зависимость передаваемой мощности SSSC от транспортного угла

 

При равенстве напряжений  формула (26) сводится к выражению

                                            .                                            

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: