Общая тенденция формирования гибких управляемых систем передачи переменного тока FACTS (Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystem) существенно изменила современную концепцию устройств для компенсации реактивной мощности.
Статические (или механически переключаемые) релейные (контакторные) установки КРМ, УКРМ и их аналоги, управляемые тиристорами модуля типа TCSC (ThyristorControlledSeriesCapacitor — устройства компенсации реактивной мощности с тиристорным переключением), синхронные компенсаторы (SynchronousCondenser), реакторы с тиристорным управлениемTCR (ThyristorControlledReactor) и конденсаторные батареи с тиристорным переключениемTSC (ThyristorSwitchedCapacitor), в том числе создаваемые на их базе и в комбинации компонентов TCR и TSC системы статической компенсации реактивной мощности SVC (Static VAR Compensator) не лишены недостатков, часто критических и понемногу начинают уступать свое положение самокоммутируемым преобразователям напряжения, способным, как к генерации, так и поглощению реактивной мощности, а также другим устройствам, поддерживающим системы FACTS — статическим синхронным компенсаторам серий STATCOM и SSSC, унифицированным электроэнергетическим регуляторам потока (UPFC) и интерлайн-регуляторам потока (IPFC), сверхпроводящим электромагнитным запоминающим устройствам (SMES) и т.д.
Таблица. Сравнение свойств базовых устройств компенсации реактивной мощности.
| Свойство | Синхронные компенсаторы | Статические компенсаторы | Самокоммутируемые компенсаторы | |
| Типа TCR | Типа TSC (и в комбинации с TCR) | |||
| Точность компенсации | Хорошая | Очень хорошая | Хорошая (очень хорошая для систем с TCR) | Отличная |
| Гибкость управления | Хорошая | Очень хорошая | Хорошая (очень хорошая для систем с TCR) | Отличная |
| Особенности генерируемой мощности | Опережение / отставание | Отставание / (косвенно) опережение | Опережение / (косвенно) отставание | Опережение/отставание |
| Управление | Непрерывное | Непрерывное | Дискретное | Непрерывное |
| Время срабатывания | Большое | От 1/2 до 2 циклов | От 1/2 до 2 циклов | Очень малое |
| Стойкость к гармоникам | Очень хорошая | Нужны фильтры | Хорошая | Хорошая |
| Потери энергии | Умеренные | Средние | Средние | Малые, но увеличиваются с ростом частоты |
| Способность баланса фаз | Ограничена | Хорошая | Ограничена | Очень хорошая |
| Стоимость | Высокая | Средняя | Средняя | Ниже средней |
Прогрессивные устройства компенсации реактивной мощности, поддерживающие системы FACTS. Если абстрагироваться от управляемых фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока на базе преобразователей напряжения, объединенных регуляторов потока мощности, асинхронизированных машин иэлектромашинновентильных комплексов, ориентированных преимущественно на электростанции и линии/станции сверхвысокого напряжения, то в сетях высокого, среднего, а часто и низкого напряжения сегодня популяризуются:
- самокоммутируемые преобразователи напряжения. По сути, самокоммутируемые преобразователи напряжения наиболее наглядно демонстрируют базовую технологию систем FACTS – способность поглощать и генерировать реактивную мощность, что позволяет нивелировать риски, как перенапряжений, так и провалов сетевого напряжения.
Рис. Самокоммутируемые преобразователи напряжения, где V0 — напряжение вторичной обмотки трансформатора, Vg — основная гармоника напряжения на выходе преобразователя.
Управление самокоммутируемыми преобразователями напряжения осуществляется в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ, англ. аналог PWM — PulseWidthModulation), ключом которой является синфазность напряжения сетиV0 и напряжения на выходе преобразователя. Превышение или падение напряжения на выходе преобразователя в сравнении с напряжением вторичной обмотки трансформатора обуславливает изменение напряжения на соответствующем реакторе продольной компенсации, что в итоге определяет работу самокоммутируемого преобразователи или в режиме поглощения реактивной мощности (Vg< V0 — индуктивный режим), или в режиме генерации реактивной энергии (Vg> V0 — емкостной режим);
- статическиесинхронныекомпенсаторытипа STATCOM (STATicsynchronousCOMpensator).
Статические синхронные компенсаторы типа STATCOM имеют ряд типовых топологий, основанных на твердотельном источник напряжения (инверторе), связанным с энергетической системой через реактор, по факту — это многоуровневые самокоммутирующиеся преобразователи, отличительной чертой которых является перераспределение реактивной энергией между фазами, что определяет базовую способность СТАТКОМа к генерации и поглощению реактивной мощности.
Рис. Типовые топологии статических синхронных компенсаторов типа STATCOM.
В отличие от статических тиристорных компенсаторов систем SVC (Static VAR Compensator) (TCR,TSC в комбинации с TCR) мощность тиристорного преобразователяSTATCOM на 20-30 % больше, мощность реакторов и конденсаторов компенсаторов STATCOM составляет 15-20 % и 10-12 % от мощности всего устройства (в SVCмощность реакторов и конденсаторов — 1005 устройства), STATCOM отличается большим быстродействием, практически мгновенно изменяет реактивную мощность, не инерционный и исключает перегрузки.
- статический синхронный компенсатор типа SSSC (StaticSynchronousSeriesCompensator).
Статический синхронный компенсатор типа SSSC считают усовершенствованным устройством тиристорно-управляемых установок последовательной (продольной) компенсации TCSC (ThyristorControlledSeriesCompensator), исключающим главный недостаток TCSC — переход к индуктивному режиму работы только после отключения емкостного. Плавная смена режимов в SSSC реализована с помощью управления в режиме широтно-импульсной модуляции PWM, а также применения базовых принципов систем динамического восстановления напряжения DVR (DynamicVoltageRestorer);
- динамический восстановитель напряжения DVR (DynamicVoltageRestorer).
Системы динамического восстановления напряжения DVR ориентированы на формирование стабильного напряжения нагрузки вне зависимости от изменений напряжения в сети. В случае перенапряжения или провала напряжения на зажимах нагрузки динамический восстановитель напряжения компенсирует изменения фаз по амплитуде и углам сдвига фаз путем генерирования или поглощения реактивной мощности, осуществляемой преобразователем напряжения IGCT, причем напряжение каждой фазы регулируется отдельно с помощью широтно-импульсной модуляции PWM. Ключевые компоненты DVR — распределительное устройство, вольтодобавочный трансформатор, гармонический фильтр, исходный преобразователь напряжения IGCT, система управления и система защиты, накопитель реактивной энергии ( батарея конденсаторов);
- унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC (UnifiedPowerFlowController).
Унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC может генерировать или поглощать реактивную энергию и тем самым осуществляется непосредственное управление напряжением нагрузки. Как правило, унифицированный регулятор потока мощности UPFC включает поперечный, продольный компенсатор и фазосдвигающее устройство, два независимых инвертора, шунтирующий преобразователь и трансформатор тока, блоки управления широтно-импульсной модуляции PWM. Часто унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC называют комбинацией в одном устройстве статических синхронных компенсаторов STATCOM и SSSC с их достоинствами и минимумом недостатков.
Компания «Нюкон»
