Анонс: Особенности новых разработок технических средств компенсации реактивной мощности в инашей стране. Основные направления совершенствования тиристорных конденсаторных установок и реакторов для компенсации реактивной мощности.
В условиях, а вернее в преддверии пока «пробуксовывающей» из-за пандемии и стагфляции цифровой трансформации электросетей активизировались научно-практические исследования в направлении совершенствования типовых топологий и конструкций технических средств компенсации реактивной мощности с упором на быстродействующее управление на полупроводниковых схемах.
Причем в нашей стране разработки новых продуктов стараются адаптировать не только под требования цифровых сетей, пока так и не определенных совокупно в одном нормативно-правовом акте, но и под текущее весьма нестабильное финансовое состояние превалирующего большинства отечественных предприятий.
Поэтому силовые и управляющие блоки прогрессивных конденсаторных установок и реакторов для компенсации реактивной мощности преимущественно строятся на тиристорных вентилях, достаточно недорогих в сравнении с полевыми транзисторами и уже (в целом) регламентированных утвержденным ГОСТ Р 59029.2-2020. Параллельно разработчики стараются найти выход из проблем, характерных для технических средств компенсации реактивной мощности с дискретной генерацией реактивной энергии (риски пере-/недокомпенсации, резонансов, перенапряжения при коммутации, эмиссия гармоник и пр.) с «малой кровью» без существенного увеличения массогабаритов, стоимости и тем более, дополнительной интеграции в сеть очень дорогих активных фильтров гармоник.
Основные направления совершенствования тиристорных конденсаторных установок и реакторов для КРМ
На текущий момент ключевой задачей разработок совершенствования тиристорных конденсаторных установок и реакторов на тиристорных вентилях является выход на максимально возможную плавную генерацию реактивной энергии с минимальными искажениями параметров сети при коммутации дискретных ступеней (ветвей). Есть разработки с пассивным решением снижения дискретности генерации за счет дробления и увеличения числа элементов генерации (конденсаторов/батарей в установках УКРМТ, индуктивностей (распаек) в реакторах), однако их следует признать малоперспективными, поскольку увеличивается материалоемкость, габариты устройства, повышается цена, а управление коммутацией становится все более сложным.
К более прогрессивным направлениям последних лет относят переход на формирование ступеней в конденсаторных установках или ветвей в реакторах с мощностями генерации, пропорциональными порядку двоичного кода, которые нашли свое применение в технологиях FACTS (Flexible AC transmission system) сетей среднего и высокого напряжения.
В таких устройствах (на тиристорах, тиристорах-диодах — см. схему ниже) полная реактивная мощность Q распределяется по генерации ступеней в двоичном порядке последовательных «n» шагов, удовлетворяющих уравнению Q=2nC+2n−1C+...+22C+21C+20C, что позволяет в итоге обеспечить (по заявлению разработчика) достаточно плавную компенсацию с временем отклика на управляющие сигналы менее 20 мс и практически без переходных процессов или эмиссии гармоник.
Вместе с тем довольно сомнительной выглядит плавность генерации реактивной энергии, поскольку алгоритмы коммутации здесь сложные, диапазон регулирования реально ограничен, риски перегрузки по напряжению, току большие, а отношение тока в минимальной и максимальной (по мощности генерации) ступенях равно 16, что повышает риски аварийности.
Более практичными выглядят отечественные разработки тиристорных установок компенсации реактивной мощности и переключаемых тиристорными вентилями реакторов, где при бинарной последовательности мощностей ступеней (ветвей реактора) многовариантность генерации достигается изменением топологии коммутации. Так, схема всего с четырьмя конденсаторами или реакторами на семи тиристорных вентилях специальной топологии коммутации дает 25 вариантов генерации реактивной мощности, с пятью конденсаторами и восемью вентилями — 50 вариантов, в то время, как традиционные типовые УКРМТ с четырьмя батареями и четырьмя тиристорами — пять вариантов коммутации, с пятью тиристорами/ступенями — шесть, а бинарные с четырьмя батареями и четырьмя тиристорами — 16, а с пятью тиристорами/ступенями — 32.
Очевидно, что дифференциация диапазона генерации установки не за счет увеличения числа ступеней, а благодаря использованию специальной топологии и большего количества тиристорных вентилей не только экономична, но и эффективна в отношении более плавного регулирования генерацией мощности и вполне возможно, что именно за такими бинарными УКРМТ будущее отечественных силовых сетей.
