Правильное планирование работ по улучшению качества электроэнергии. Некоторые популярные сегодня технические средства на преобразователях и накопителях энергии для стабилизации напряжения в силовых сетях.
В случае снижения качества электроэнергии в силовой сети и максимально возможного устранения первопричины искажений опорных параметров электропитания подразделение энергетика объекта (или аналогичная по направлению служба) исследует и обоснует организационные и технические решения проблемы, а в число последних входит выбор оборудования, устройства, эффективно и экономично обеспечивающего стабилизацию напряжения в силовой сети.
Несмотря на впечатляюще емкий список из «традиционных» и новых технических решений устранения искажений сетевого напряжения (см. более детально в этом материале) превалирующая доля оборудования, устройств – узкоцелевые, как в контексте оптимального сочетания эффективности и инвестиций (в закупку, установку, обслуживание), так и практической возможности интеграции в конкретную силовую сеть. Причем очень важным здесь будет и обоснованный способ нивелирования искажений – индивидуальный (возле единичной нагрузки), групповой (на ветке группы оборудования), централизованный (в точке общего присоединения в балансовой принадлежности Абонента), что, по сути, определяет необходимую мощность преобразователя, емкость накопителя энергии и т.д.
Некоторые популярные сегодня технические средства стабилизации напряжения в силовых сетях
Превалирующее большинство технических средств для стабилизации сетевого напряжения базируются на преобразователях и накопителях энергии, причем сегодня на смену традиционным электрохимическим накопителям (аккумуляторные батареи) приходят суперконденсаторы (конденсаторы с двойным электрическим слоем – КДЭС), гибридные решения (с использованием АКБ и модулей КДЭС), сверхпроводящие накопители магнитной энергии (Superconducting magnetic energy storage – SMES).
Источники бесперебойного питания в стабилизации сетевого напряжения
Источники бесперебойного питания (ИБП, англ. UPS – uninterruptible power supply) имеют много технических решений, но практически все они базируются на блоках выпрямитель-инвертор двойной конвертации электроэнергии (Double conversion) и их (условно для упрощения) можно разделить на:
- активные (On-line UPS), в которых питание нагрузки всегда осуществляется ИБП. В таких решениях сначала переменный ток преобразуется выпрямителем в постоянный, заряжающий накопитель (обычно АКБ), а затем с помощью инвертора – снова в переменный, питающий нагрузку.
При сбоях в сети, просадках напряжения инвертор использует накопитель, однако и выпрямитель, и инвертор должны иметь мощность больше мощности нагрузки, а постоянная двойная конвертация энергии обуславливает достаточно большие и неоправданные (при нормальном уровне сетевого напряжения) потери;
- интерактивные (Line Interactive, иногда Standby), для которых характерен режим «ожидания» (Standby mode) при нормальных параметрах силовой сети, т.е. питание нагрузки идет «в обход» блока выпрямитель-АКБ-инвертор, что снижает потери электроэнергии.
В случае сбоев, просадок, перенапряжений автоматический переключатель переводит нагрузку на питание от ИБП, однако включение/отключение блока выпрямитель-АКБ-инвертор обуславливает переходные процессы с их негативами для силовой сети;
- гибридные (Hybrid UPS), в которых питание нагрузки On-line выполняет феррорезонансный трансформатор, демпфирующий колебания напряжения в достаточно широком диапазоне, а блок выпрямитель-АКБ-инвертор подключается при сбоях и провалах, но тоже через трансформатор.
Мотор-генераторные установки и «супермаховики»
Мотор-генераторные установки (Motor-Generator – M-G) бывают самых разных размеров и конфигураций, но концепция защиты от провалов, перенапряжений у этих технических средств одна - электродвигатель, питаемый от сети, приводит в движение генератор, к которому подключена нагрузка, а маховики на одном валу обеспечивают большую инерцию, что дает возможность работы генератора в течение нескольких секунд (в случае синхронного генератора – до 15 секунд при полной нагрузке).
Вместе с тем, M-G установкам характерны потери энергии (электрические, механические), продолжительность «поддержки» питания сравнительно небольшая, а по мере замедления вала происходит падение напряжения и частоты.
«Супермаховики» или Flywheel energy storage systems – электромашинные (электромеханические) преобразователи с силовой электроникой, обеспечивающие полную гальваническую развязку с питающей сетью, поскольку здесь электрическая энергия преобразуется в механическую, накапливается в форме кинетической энергии вращающегося маховика, а при необходимости снова конвертируется в электрическую.
В устройстве используется синхронный электродвигатель (объединяет M-G), подключенный к обратимому преобразователю и расположенный в специальной «вакуумной» камере с маховиком на одном валу. При работе M-G в качестве двигателя происходит раскрутка маховика и накопление кинетической энергии, в случае сбоев, изменений напряжения электродвигатель выполняет функцию генератора, а вращение ротора обеспечивается инерцией маховика. Для повышения эффективности и снижения потерь сами маховики сегодня делают из композитов на базе карбонового волокна, на валу используют магнитные подшипники, а в «камере» с M-G и маховиком обеспечивают технический вакуум.
