Параллельный статический компенсатор. Статический тиристорный компенсатор реактивной мощности

Статический синхронный компенсатор (СТАТКОМ) для энергетических компаний — SVC Light®

Предназначен для регулирования электрических нагрузок за счет генерирования и поглощения реактивной мощности. Часто существенные изменения передаваемой в нагрузку мощности происходят в течение нескольких часов. Соответствующим образом изменяется и баланс реактивной мощности в сети. Это может приводить к недопустимым изменениям амплитуды напряжения, в том числе к резкому провалу или даже лавине напряжения.

Аналогично системе статической компенсации реактивной мощности SVC данный СТАТКОМ способен мгновенно и длительно обеспечивать регулируемую реактивную мощность в соответствии с переходными напряжениями, поддерживая стабильность напряжения сети. В основу работы СТАТКОМа положены принципы действия источника напряжения с использованием метода уникальной ШИМ (широтно-импульсная модуляция) с коммутацией на транзисторах IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), что дает непревзойденный КПД и быстродействие устройства. В специальных модификациях СТАТКОМ может выполнять активную фильтрацию высших гармоник и подавление фликера. Поскольку установка этого СТАТКОМа и его компонентов требует чрезвычайно мало места, АББ запатентовала это малогабаритное высокопроизводительное устройство под названием SVC Light.

Включение устройства СТАТКОМ в одном или нескольких узлах сети позволяет увеличить пропускную способность электросети за счет повышения стабильности напряжения и уменьшения амплитуды его колебаний в различных электрических сетях. Кроме того, СТАТКОМ дает возможность улучшить качество электроэнергии.
​

Технология СТАТКОМ/SVC Light

SVC Light действует на той же технологической платформе, которая используется в системах высоковольтной передачи постоянного тока (HVDC), а именно в технологии HVDC Light®. Самым важным компонентом системы является модульный преобразователь источника напряжения (VSC), оборудованный биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), которые управляются методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Преобразователь VSC способен как генерировать, так и поглощать реактивную мощность. При необходимости преобразователь VSC может использоваться с переключаемыми или фиксированными реакторами с воздушными сердечниками и высоковольтными конденсаторами переменного тока в качестве элементов дополнительной реактивной мощности для достижения любого необходимого диапазона.

Принцип действия СТАТКОМ/SVC Light

SVC Light может рассматриваться как источник напряжения с внутренним сопротивлением. Физически он представляет собой модульный многоуровневый инвертер, действующий с распределенной вставкой постоянного тока или при постоянном напряжении постоянного тока (в зависимости от топологии преобразователя VSC). Он генерирует или поглощает реактивную мощность, электронным образом перерабатывая кривые напряжения и тока в преобразователе напряжения (сеть воспринимает устройство как синхронную машину с безынерционными процессами). В результате SVC Light не требуются конденсаторные батареи и шунтирующие реакторы для генерирования и поглощения реактивной мощности, что позволяет получить устройство компактной конструкции и с малой площадью основания. Высокая общая эффективность частоты коммутации транзисторов IGBT позволяют предельно быстро регулировать значения выходного напряжения. Эти характеристики особенно важны для выполнения таких задач, как подавление фликера, порождаемого дуговыми сталеплавильными печами, балансировка напряжения, фильтрации гармоник и восстановление напряжения в сети. Встроенные конденсаторы постоянного тока служат для поддержки и стабилизации управляемого напряжения постоянного тока, необходимого для работы преобразователя. Преобразователи источника напряжения, подключенные в конфигурации с расположением вплотную между двумя шинами переменного тока, могут регулировать активную мощность, реализуя схему двойного назначения устройств. За счет расположения вплотную преобразователи могут передавать активную мощность между двумя сетями переменного тока (синхронными или асинхронными и даже с различными частотами) и одновременно с этим обеспечивать в них контроль реактивной мощности.

С появлением мощных высоковольтных полностью управляемых приборов типа IGCT и IGBT началось внедрение нового типа устройств, называемых СТАТКОМ (статический синхронный компенсатор), задачей которых является улучшение качества электроэнергии и повышение эффективности систем ее передачи и распределения за счет компенсации реактивной мощности , регулирования напряжения и повышения устойчивости работы энергосистем. По сравнению с СТК и другими традиционными устройствами компенсации реактивной мощности СТАТКОМ имеет ряд преимуществ, приведенных ниже:
. Лучшие динамические характеристики;
. Возможность поддержания номинального емкостного выходного тока при низком напряжении системы, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую динамическую устойчивость передачи по сравнению с СТК;
. Благодаря высокой частоте переключения приборов, СТАТКОМ может осуществлять активную фильтрацию гармонических токов нагрузки;
. Требует меньше места для установки (приблизительно в два раза по сравнению с СТК);
. Меньший уровень активных потерь.

1 Теория СТАТКОМа

СТАТКОМ представляет собой управляемый источник напряжения (УИН) с внутренним сопротивлением, практически равным нулю. Его подключение к сети производится через линейный реактор, обеспечивающий преобразование разности напряжений сети и УИН в выходной ток СТАТКОМа, т.е. превращения источника напряжения в источник тока (рис.1).

Рис. 1. Однолинейная схема подключения СТАТКОМа к сети

Векторная диаграмма напряжений, иллюстрирующая режимы работы СТАТКОМа, показана на рисунке 2. В режиме потребления реактивной мощности выходное напряжение преобразователя меньше напряжения линии и находится с ним в фазе. В режиме генерации - выходное напряжение преобразователя больше напряжения на линии и так же в фазе с ним.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений в различных режимах работы СТАТКОМа

Наша компания производит два типа СТАТКОМа:
. Одноуровневые типа D-СТАТКОМ с подключением к шинам 6-10 кВ через понижающий трансформатор. Такие устройства используются в распределительных сетях промышленных предприятий и энергосистем для решения локальных задач улучшения показателей качества электроэнергии, симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности.
. Многоуровневые бестрансформаторные СТАТКОМы, подключаемые непосредственно на шины среднего напряжения от 6 до 35 кВ. Многоуровневые СТАТКОМы применяются для снижения вредного воздействия на сеть мощных быстропеременных нагрузок типа дуговых сталеплавильных печей и повышения динамической устойчивости в сетях высокого напряжения. .

Описание D-СТАТКОМа

Пример однолинейной схемы D-СТАТКОМа представлен на рис 1. Схема включает в себя трехфазный инвертор напряжения с номинальным напряжением 550 - 600 В, понижающий трансформатор, сетевой фильтр и коммутационную аппаратуру.

Рис.1. Однолинейная схема СТАТКОМа

Перечень основного оборудования, входящего в объем поставки комплекта СТАТКОМ, приведен в таблице 1.

В комплект поставки оборудования СТАТКОМ также входят

• комплектующие и материалы для монтажа внутренних соединений преобразователя;
• запасные части на время проведения пуско-наладочных работ;
• комплект эксплуатационной документации на оборудованиеСТАТКОМ

Система управления СТАТКОМа

Система управления СТАТКОМа осуществляет непрерывный контроль сетевого напряжения и тока нагрузки, осуществляет симметрирование активной мощности, компенсацию реактивной мощности нагрузки и стабилизацию напряжения на шинах среднего напряжения, а также мониторинг состояния оборудования СТАТКОМа и его защиту в аварийных ситуациях.
Система управления поставляется в шкафном исполнении.
Класс защиты шкафа от попадания твердых предметов и воды - IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Цвет шкафа - RAL 7035.

• Ширина 1200 мм
• Глубина 1000 мм
• Высота 2300 мм
• Вес 500 кг

Примерный вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) с системой управления представлен на рис. 2.

Рис.2. Внешний вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) и системы управления СТАТКОМ.

Система водяного охлаждения

Система водяного охлаждения СТАТКОМ оборудована двумя насосами, один из которых является резервным, фильтрами грубой и тонкой механической очистки деионизированной воды, а также средствами измерения и контроля основных параметров теплоносителя.
Основными параметрами, контролируемыми автоматикой системы охлаждения, являются:
- температура теплоносителя,
- проводимость теплоносителя,
- расход теплоносителя,
- давление в контуре охлаждения тиристорного преобразователя (инвертора).
Класс защиты шкафа системы охлаждения от попадания твердых предметов и воды - IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Предварительные габаритные размеры шкафа:

• Ширина 950 мм
• Глубина 2100 мм
• Высота 1793 мм
• Вес, не более 1000 кг

Условия эксплуатации:
Высота над уровнем моря: не более 1000 м
Климат: континентальный
Мин/Макс. температура окружающей среды:
для оборудования внутренней установки: +20°С/+30°C
Уровень загрязнения: средний
Уровень влажности: 30-100%, без конденсата

Описание многоуровневого СТАТКОМа

В случае прямого (бестрансформаторного) подключения СТАТКОМа к сетям среднего класса напряжения применяются многоуровневые преобразователи. Одним из таких преобразователей является преобразователь на основе Н-мостов. Важнейшим достоинством данной конфигурации является её модульность, что позволяет легко производить масштабирование СТАТКОМа при переходе к различным уровням напряжения и облегчает условия эксплуатации и обслуживания электроустановки.
На рисунке 1 в качестве примера показана фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма его выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности. Для каскадного многоуровневого инвертора полное выходное напряжение является суммой выходных напряжений отдельных модулей H-мостов. Каждое отдельное выходное напряжение получается с использованием ШИМ модуляции со сдвигом фазы коммутации для каждого моста. Особенностью данной конфигурации преобразователя является то, что при увеличении класса напряжения, а, следовательно, и числа последовательно включенных Н-мостов, форма выходного напряжения все более приближается к идеальной синусоиде.

Рис. 1. Фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности.

Пилотный проект многоуровневого СТАТКОМа был реализован в 2011 г. в энергосистеме China Southern Power Grid. Установка, содержащая 2 СТАТКОМа, была смонтирована на ПС 500 кВ энергосистемы China Southern Power Grid (Китай).
В таблице 1 представлены основные характеристики установки.

Каждая фаза преобразователя содержит 26 последовательно соединенных модулей HBMU, два из которых являются избыточными. Предусмотрено автоматическое шунтирование поврежденного модуля при его отказе. На рис.2-а приведена топология СТАТКОМА. Принцип смещенной ШИМ-модуляции обеспечивает эквивалентную частоту коммутации 10 кГц при частоте коммутации одного моста 400 Гц, что минимизирует содержание высших гармоник в выходном напряжении и токе, форма которых приведена на рис.2-б.

Рис. 2. Топология СТАТКОМа (а) и форма выходного тока и напряжения (б)

Фаза преобразователя, состоящая из 26 модулей HBMU (фото на рис. 3) монтируется в виде одной конструкции и помещается внутри одного контейнера. Там же размещается система жидкостного охлаждения. Общая система управления установлена в отдельном контейнере. Два преобразователя с фазными реакторами подключаются к сети 500 кВ через специальный трансформатор 500/35 кВ.

Рис. 3. Фото одной фазы преобразователя

Рис. 4. Общий вид установки

Функциональные испытания пилотного образца, включающего два СТАТКОМа на напряжение 35 кВ и номинальную мощность ±100 Мвар, дали следующие результаты:

1. . Время отклика (задержки) на ступенчатое изменение уставки не превышает 4 мс;
2. . Полное восстановление работы СТАТКОМА происходит через 0,26 сек после пробоя любого моста.
3. . Суммарный уровень высших гармоник до 50 порядка в выходном токе составил около 1,2%.
4. . Суммарные потери не превысили 2,1 МВт или 1,05% от полной реактивной мощности установки.

Параллельно подключенный к шинам ПС преобразователь напряжения может выполнять функции компенсатора реактивной мощности, называемого в зарубежной практике Statcom (Статком).
Как следует из рассмотрения режимов работы ПН, режим работы компенсатора характеризуется углом управления.
В реальных схемах (рис. 1) в качестве источника постоянного напряжения используется конденсаторная батарея Cd, напряжение на которой изменяется кратковременным переводом преобразователя в выпрямительный или инверторный режим, вследствие чего в токе id появляется постоянная составляющая, которая заряжает или разряжает батарею до нужного напряжения. Отметим, что в традиционных СТК осуществляется обмен электромагнитной энергии между сетью и реактивными элементами (конденсаторы и реакторы), что требует равенства мощности его элементов и компенсирующей мощности. В ПН и Статкоме тиристорный коммутатор осуществляет обмен реактивной мощности между фазами, что значительно снижает установленную мощность реакторов и конденсаторной части.

Рис. 1. Схема Статкома
Так, мощность реакторов составляет 15-20%, а конденсаторов - около 10% мощности компенсатора. В сетевом токе одномостового ПН содержатся гармоники, кратные 6ft ± 1, среди которых наибольшими являются 5-я и 7-я гармоники. Их устранение осуществляется несколькими путями:
организацией многомостовых 12-фазных (два преобразователя) или 24-фазиых (четыре преобразователя) схем, в которых преобразователи к емкости С(1 подключаются параллельно;
созданием многоуровневых преобразователей, форма напряжения которых соответствует 12-фазной схеме;
введением широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в систему управления, которая по специальному алгоритму делает два дополнительных переключения запираемых тиристоров, образуя разрывы в ступенях фазного напряжения.
Возможна конструкция вентиля, блоки управления тиристорных ячеек которого питаются от силового напряжения на вентиле (рис. 2). Быстродействие Статкома
иллюстрируется осциллограммой перехода реального одномостового компенсатора из режима генерации в режим потребления реактивной мощности (рис. 3). Продолжительность перехода составляет менее 20 мс.

Рис. 2. Питание блоков управления

В начале 80-х годов в АО ВНИИЭ была разработана научно- методическая основа расчетов параметров элементов Статкома, а также создан экспериментальный образец мощностью 1,7 Мвар на напряжение 10 кВ. Проведенные экспериментальные исследования этой установки подтвердили высокую эффективность данного класса преобразователя при использовании в качестве компенсатора реактивной мощности.
Работы в этом направлении проводились и ведутся в США и Японии. Научно-технический центр корпорации Westinghouse Electric с участием института EPRI и энергокомпании TVA разработал и создал эксперимепталыю-промышлеппую установку Statcom. Установка включена в эксплуатацию в ноябре 1995 г. на подстанции Sullivan в Tennessee Valley Authority (TVA).
Статком содержит восемь параллельных преобразователей мощностью 12,5 Мвар каждый, образующих 48-пульсную схему, что позволяет получать практически синусоидальную форму трехфазного напряжения компенсатора. Общая мощность компенсатора ±100 Мвар, диапазон регулирования 200 Мвар. Статком через трансформатор 5,1/161 кВ подключен к шинам 161 кВ подстанции. Номинальное выпрямленное напряжение на конденсаторе преобразователей, подключенных к нему параллельно, составляет 6,6 кВ.

Рис. 3. Осциллограмма переходного процесса Статкома
Каждый вентиль инвертора состоит из пяти последовательно соединенных модулей - один из них избыточный. Запирание тиристоров автоматически выполняется так, чтобы обеспечивалось равномерное распределение напряжений между тиристорами. Тиристоры имеют номинальное напряжение 4 500 В и ток 4 000 А (максимум отключаемого тока) и охлаждаются водой. Общее число тиристоров 200. Общая занимаемая установкой площадь имеет размеры 30X16 м.
Подстанция Sullivan расположена на периферии энергетического региона, обслуживаемого TVA, и имеет достаточно слабые связи с системой по сети 500 кВ. Шины 500 кВ подстанции связаны с шинами 161 кВ через трансформатор мощностью 1 200 MB*А. Подстанцию питают также четыре линии 161 кВ. В периоды малых нагрузок наблюдается повышение напряжения на шинах 500 кВ из-за зарядной мощности сети, а в периоды максимальных нагрузок Напряжение на шинах 161 кВ оказывается пониженным. Установленный на подстанции Статком обеспечивает необходимый диапазон регулирования реактивной мощности. Устранение колебаний напряжения с помощью Статкома позволило резко снизить число переключения устройств РПН на трансформаторах 500 кВ, что Существенно снизило их повреждаемость.
Для расширения диапазона изменения реактивной мощности Статком дополнен конденсаторной батареей 84 Мвар, которая управляется с помощью выключателя общей системой регулирования.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 На правах рукописи Пешков Максим Валерьевич Разработка и исследование системы управления статическим компенсатором реактивной мощности типа СТАТКОМ для электроэнергетических систем Специальности: «Электростанции и электроэнергетические системы» «Силовая электроника» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 г.

2 Работа выполнена в филиале ОАО «НТЦ электроэнергетики» - «ВНИИЭ», г. Москва. Научный руководитель: Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Кочкин Валерий Иванович. доктор технических наук, старший научный сотрудник Челазнов Александр Алексеевич доктор технических наук, профессор Розанов Юрий Константинович Ведущая организация: ОАО НИИПТ «Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения» Защита диссертации состоится 28 апреля 2009 г. в на заседании диссертационного совета Д при Открытом акционерном обществе «Научно-технический центр электроэнергетики» (ОАО «НТЦ электроэнергетики») по адресу: , г. Москва, Каширское шоссе, д. 22 корп. 3. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д по адресу: , г. Москва, Каширское шоссе, 22 корп. 3, ОАО «НТЦ электроэнергетики». С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке филиала ОАО «НТЦ электроэнергетики» - «ВНИИЭ» Автореферат разослан марта 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д д.т.н. Новиков Н.Л. 2

3 Общая характеристика работы Актуальность. Научно-технический прогресс в области систем передачи электроэнергии развивается в направлении повышения их управляемости, устойчивости и надежности при обеспечении высокого качества энергоснабжения потребителей. Наиболее оптимально и комплексно указанные цели могут быть достигнуты путем применения технологии гибких (управляемых) линий электропередачи переменного тока (FACTS), содержащих современные многофункциональные устройства и, в частности, устройства регулирования реактивной мощности - СТАТКОМ. СТАТКОМ представляет собой управляемое статическое устройство, выполненное по схеме преобразователя напряжения (ПН), включенное в электрическую сеть параллельно. На базе СТАТКОМ могут быть реализованы другие устройства FACTS: вставка постоянного тока (ВПТ), управляемая продольная компенсация (УПК), объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ), компенсаторы активно- реактивной мощности (КАРМ). Вопросу разработки алгоритмов управления СТАТКОМ посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов: Казачков Ю.А., Иванов А.В., Климов В.И., Крутяков Е.А., Левин В.Н., Зиновьев Г.С., Попов В. И., Кобзев А.В., N.G. Hingorani, A. Nabae, I. Takahashi, H. Akagi и других авторов. Между тем, в опубликованных работах указанных авторов не раскрыты все аспекты функционирования преобразователя напряжения, подключенного к электроэнергетической сети по схеме СТАТКОМ. Алгоритмы управления таким преобразователем должны, с одной стороны, обеспечивать высокие показатели качества работы преобразователя в установившихся режимах (низкие потери, удовлетворяющий требованиям ГОСТ гармонический состав напряжения), а, с другой стороны, обеспечивать работоспособность и высокое быстродействие СТАТКОМ в аварийных и послеаварийных режимах сети. Кроме того, актуальной является задача разработки алгоритмов симметрирования напряжения в электрической сети средствами СТАТКОМ. Целью работы является разработка и исследование алгоритмов системы управления СТАТКОМ, предназначенного для регулирования напряжения на подстанциях электроэнергетических систем в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах сети и симметрирования напряжения в точке подключения. Алгоритмы системы управления должны обеспечивать СТАТКОМ соответствие предъявляемым к нему со стороны электроэнергетических систем требованиям по быстродействию, уровню высших гармоник тока, генерируемых в электрическую сеть, и уровню потерь в собственном оборудовании СТАТКОМ. 3

4 Достижение цели предполагает решение следующих основных задач: - разработка алгоритмов независимого регулирования активной и реактивной мощности и алгоритмов симметрирования сетевого напряжения средствами СТАТКОМ; - разработка алгоритмов быстродействующего управления преобразователем напряжения; - разработка алгоритмов уменьшения потерь в преобразователе напряжения СТАТКОМ; - разработка цифровой модели преобразователя напряжения, подключенного к сети по схеме СТАТКОМ, и модели системы управления для исследования разработанных алгоритмов управления СТАТКОМ в электроэнергетических системах; - исследование работы СТАТКОМ в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах электроэнергетической системы; - исследование влияния основных параметров алгоритмов управления СТАТКОМ на гармонический состав напряжения и на уровень электрических потерь в преобразователе напряжения. Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории электроэнергетических систем, электрических цепей, линейной алгебры, элементы дифференциального и интегрального исчисления, методы математического моделирования. Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в следующем: - разработан алгоритм быстродействующего управления СТАТКОМ, выполненного на базе преобразователя напряжения нового типа; - разработаны алгоритмы снижения потерь в вентилях преобразователя; - разработан алгоритм симметрирования напряжения в точке подключения средствами СТАТКОМ; - разработана цифровая модель «Узел», включающая модель электрической сети и модель СТАТКОМ, для исследования работы СТАТКОМ. Разработана цифровая модель «Тепло» системы IGBT-модуль/охладитель для расчета потерь в вентилях и тепловых процессов протекающих в них; - проведены исследования работы СТАТКОМ с разработанной системой управления в нормальных и аварийных режимах электроэнергетической системы, которые подтвердили эффективность СТАТКОМ при регулировании и симметрировании напряжения в точке подключения, а так же показали высокое 4

5 быстродействие СТАТКОМ, достаточное для устойчивой работы СТАТКОМ в аварийных режимах энергосистемы; - разработана методика расчета тепловых процессов в вентилях преобразователя с определением пиковых значений температур кристаллов полупроводниковых приборов. - проведена оптимизация параметров алгоритмов системы управления СТАТКОМ с целью получения баланса между качеством гармонического состава генерируемого в сеть тока и уровнем потерь в преобразователе. Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Основные результаты диссертационной работы получены лично автором. Достоверность полученных результатов подтверждается: - использованием классических положений теоретической электротехники и математики; - корректностью выполнения теоретических построений; - совпадением результатов с экспериментальными данными. Практическая значимость основных результатов диссертационной работы. Разработанные алгоритмы управления преобразователем напряжения используются в системе управления преобразователем напряжения в составе быстродействующих компенсаторов реактивной мощности типа СТАТКОМ 50Мвар, 15,75кВ, а так же могут использоваться для управления и другими устройствами FACTS. Материалы отдельных глав использовались в научно-исследовательских работах, проводимых по договорам ВНИИЭ с ОАО «ФСК ЕЭС»: «Разработка ТЗ на СТАТКОМ мощностью 50 Мвар напряжением 15,75 кв и основные виды его силового оборудования. Разработка, изготовление и испытание узлов силовой части СТАТКОМ. Разработка технических решений на устройства силового оборудования.», «Разработка, изготовление и испытание макетов СУРЗА. Разработка технических решений на узлы микропроцессорной системы управления(сурза). Разработка рабочей документации на силовое оборудование СТАТКОМ.» Разработанная цифровая модель преобразователя напряжения может найти применение при проектировании устройств FACTS на базе преобразователя напряжения для выбора и уточнения параметров основного оборудования, при отладке алгоритмов управления и защитных комплексов, а также при настройке их параметров и уставок в процессе пусконаладочных работ в СТАТКОМ в электроэнергетических системах. 5

6 Разработанная методика расчета тепловых процессов и потерь в вентилях преобразователя позволяет определять параметры системы охлаждения для них. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: - конференция молодых специалистов электроэнергетики РАО ЕЭС (г. Москва, 2003 г.); - всероссийской конференции по итогам конкурса молодых специалистов организаций НПК ОАО РАО «ЕЭС России» (с. Дивноморское, 2005 г.); - конференция «Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008» (г. Москва сентябрь 2008). Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, содержащего 50 наименований. Текстовая часть изложена на 159 страницах содержательной части (рисунков 78,таблиц 4) Краткое содержание работы Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются задачи, решению которых посвящена диссертация, формулируется цель диссертации, излагаются подход и методы исследования, отмечаются научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе проведен обзор существующих средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения в электрических сетях: традиционные устройства и устройства на основе новых технологий гибких линий электропередачи переменного тока. Приведена общая классификация устройств компенсации и отмечено особое место в ней СТАТКОМ, поскольку он может использоваться в качестве базового блока при создании целого ряда современных многофункциональных устройств FACTS. Произведен выбор структуры преобразователя напряжения для СТАТКОМ, сформулированы требования к СТАТКОМ и к его системе управления. Поставлена задача исследований по разработке системы управления СТАТКОМ. СТАТКОМ как источник реактивной мощности осуществляет: повышение пропускной способности электрических сетей разного класса напряжения; поддержание напряжения на подстанциях в протяженных и сильно загруженных сетях в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах; ограничение коммутационных перенапряжений; симметрирование напряжений; 6

7 Работа СТАТКОМ в аварийных и послеаварийных режимах сети предъявляет к его системе управления (СУ) жесткие требования по быстродействию регулирования реактивной мощности и реакции СТАТКОМ на возмущения, возникающие в сети (к.з. и коммутации линий). Система управления должна обеспечивать в данных режимах работу СТАТКОМ без аварийных отключений. Поскольку предполагается использование СТАТКОМ как в качестве самостоятельного устройства, так и в качестве базового элемента при создании других устройств FACTS, то целесообразно иметь универсальное решение по схеме СТАТКОМ, которое позволит использовать его для указанных устройств FACTS без значительных переработок. На рис.1 изображена усовершенствованная схема мостового трех уровневого 18ти вентильного преобразователя напряжения СТАТКОМ, предложенная специалистами ВНИИЭ отдела 5, которая отвечает поставленному требованию универсальности и обеспечивает максимальную единичную мощность СТАТКОМ в сравнении с другими известными мостовыми схемами. Рис. 1 Схема инновационного мостового трехуровневого 18ти вентильного преобразователя для СТАТКОМ 7

8 Выбор новой схемы преобразователя СТАТКОМ подразумевает и разработку новых алгоритмов управления для него. СТАТКОМ как источник реактивной мощности, имея лучшие статические и динамические характеристики по сравнению с традиционным СТК, должен иметь сопоставимый с ним уровень гармоник тока и потерь. Удовлетворительный гармонический состав напряжения на выходе выбранного преобразователя можно получить, применяя алгоритмы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой коммутации много большей частоты сети. Более высокая частоты коммутации позволяет улучшить гармонический состав напряжения на выходе преобразователя и дает возможность применять менее мощный фильтр для подавления высших гармоник в области частоты коммутации. Однако увеличение частоты коммутации вентилей приводит к росту потерь в них, что должно учитываться при выборе ее оптимальной величины. Примерно 80% электрических потерь в СТАТКОМ составляют потери, выделяемые в вентильной части преобразователя. Они определяют один из важнейших эксплуатационных показателей СТАТКОМ его КПД, а также перегрузочную способность СТАТКОМ. Возможность форсировки реактивной мощности как в СК является важным свойством СТАТКОМ при решении задач поддержания напряжения на подстанциях в аварийных и послеаварийных режимах сети. Уровень потерь в вентилях для выбранной схемы преобразователя напряжения во многом определяется применяемым алгоритмом ШИМ и его параметрами. В связи с чем, актуальной является разработка алгоритмических средств снижения потерь в вентилях преобразователя и оптимизация параметров алгоритма ШИМ с целью поиска компромисса между уровнем электрических потерь и уровнем генерируемых в сеть высших гармоник тока. Другой задачей СТАТКОМ в части улучшения показателей качества электроэнергии является симметрирование сетевого напряжения. Система управления СТАТКОМ должна включать в себя соответствующие алгоритмы. СТАТКОМ позволяет обеспечить раздельное управление активной и реактивной мощностями, что имеет принципиальное значение для устройств КАРМ, ОРПМ, ВПТ, выполненных на базе СТАТКОМ. В случае использования СТАТКОМ в качестве компенсатора реактивной мощности, канал управления активной мощностью используется в СТАТКОМ для регулирования напряжения стороны постоянного тока преобразователя. Суммируя вышесказанное можно сформулировать требования к системе управления СТАТКОМ, которая должна: - осуществлять независимое регулирование активной и реактивной мощности и включать в себя алгоритмы симметрирования сетевого напряжения; 8

9 - обеспечивать высокое быстродействие СТАТКОМ в переходных режимах и его работоспособность в аварийных и послеаварийных режимах электроэнергетической системы; - обладать средствами снижения электрических потерь в преобразователе СТАТКОМ; - обеспечивать приемлемое качество гармонического состава тока на выходе СТАТКОМ. Анализ существующих систем управления показал их несоответствие поставленным требованиям, из-за отсутствия единого решения, сочетающего высокое быстродействие в динамике с хорошими показателями качества в установившихся режимах. Во второй главе рассмотрены разработанные принципы управления СТАТКОМ, включающие алгоритмы широтно-импульсной модуляции и алгоритмы уменьшения числа коммутаций вентилей преобразователя. Получены следующие аналитические выражения для активной и реактивной мощности СТАТКОМ:, (1) (2) где U 1 и U 2 амплитуды прямой и обратной последовательности напряжения в точке подключения СТАТКОМ, I 1 и I 2 - амплитуды прямой и обратной последовательности фазного тока СТАТКОМ, γ - угол между напряжением сети и фазным током СТАТКОМ по прямой последовательности, β-угол между напряжением сети и фазным током СТАТКОМ по обратной последовательности. Из (1) и (2) следует, что управление активной и реактивной мощностью может проводиться ортогональными векторами фазного тока, независимо друг от друга. Работа СТАТКОМ поясняется на векторной диаграмме, изображенной на рис.2. В сети в общем случае присутствует прямая и обратная последовательность напряжения. Поддержание уровня напряжения в точке подключения осуществляется путем генерации/потребления в сеть реактивного тока прямой последовательности и создания регулируемого вектора напряжения, а уменьшение амплитуды обратной последовательности напряжения сети осуществляется за счет потребления реактивного тока обратной последовательности, и создания вектора. Реализация алгоритмов управления показана на приведенной на рис.3 блок схеме системы управления СТАТКОМ. 9

10 Рис. 2 Векторная диаграмма работы СТАТКОМ Рис.3 Блок схема алгоритмов управления СТАТКОМ 10

11 Блок «вычислитель параметров напряжения сети» определяет значения амплитуд прямой U 1 и обратной последовательности U 2 напряжения сети и их фазы α и β относительно эталонного вектора. Блоки Г1 и Г2 являются генераторами эталонных единичных синусоид и косинусоид прямой последовательности, которые используются в abc\dq преобразовании фазных напряжений сети по формулам: где a,b,c мгновенные значения фазных напряжений сети, а, (3) Значения d и q фильтруются интегральным фильтром второй гармоники Ф2. Блок Б1 вычисляет амплитуду и фазу прямой последовательности напряжения по усредненным значениям d и q. Блок Б2 определяет проекции вектора обратной последовательности на эталонные вектора синуса и косинуса. Блок Б3 вычисляет амплитуду и фазу обратной последовательности напряжения. Блок «регулятор напряжения сети на шинах ПС» осуществляет регулирование амплитуды прямой последовательности напряжения. Уставка реактивной мощности СТАТКОМ задается пропорциональным регулятором по закону: (U U) рад. Qmax Q = уст 1 U, (4) где U уст уставка напряжения прямой последовательности;u 1 напряжение прямой последовательности сети; Q max = 3 U уст I max - максимальная мощность, выдаваемая преобразователем, I max максимально допустимый фазный ток преобразователя. Статизм регулятора определяется максимальным отклонением напряжения U от напряжения уставки. Блок «регулятор несимметрии напряжения сети» представляет собой пропорциональный регулятор, на выходе которого формируется уставка тока симметрирования I 2. Блок «регулятор напряжения стороны постоянного тока преобразователя U d» состоит из блока вычисления уставки напряжения Ud (ВУН КБ) и регулятора активной мощности (ПИ). Регулирование напряжения стороны постоянного тока преобразователя СТАТКОМ позволяет уменьшить уровень потерь и частоту выходов из строя полупроводниковых приборов высоковольтных вентилей. 11

12 Уставка напряжения на стороне постоянного тока преобразователя в блоке ВУН КБ вычисляется по формуле Ud = U Л / k M, где k M коэффициент модуляции преобразователя напряжения, а U Л максимальное из линейных напряжений преобразователя, рассчитанных по формулам:. (5), (6), (7) где U i1 и U i2 амплитуды прямой и обратной последовательности первой гармоники напряжения на выходе преобразователя в установившемся режиме: U i1 =U 1 +I q ωl, (8) U i2 =U 2 +I 2 ωl, (9) где L индуктивность фазных реакторов СТАТКОМ. По разности реального напряжения на КБ и уставки, регулятор активной мощности формирует уставку активной мощности СТАТКОМ P. Регулятор активной мощности представляет собой ПИ регулятор. Блок «генератор уставок фазных токов» по уставкам активной, реактивной мощности и по уставке симметрирующего тока формирует мгновенные значения ожидаемого фазного тока уставки фазных токов, по уравнениям:, где Iq - модуль реактивной составляющей фазного тока прямой последовательности, Ip - модуль активной составляющей фазного тока прямой последовательности, I 2 -модуль симметрирующего тока. Вычисленные уставки фазных токов далее подаются в блок алгоритмов ШИМ и алгоритмы уменьшения числа коммутаций вентилей преобразователя (АУЧК). В разработанных алгоритмах применяется новый подход к управлению СТАТКОМ, при котором он работает в режиме квази источника тока. Такое управление обеспечивает СТАТКОМ высокое быстродействие и устойчивость по току, что позволяет ему успешно функционировать в переходных режимах, включая и режимы внешних коротких замыканий. Режим квази источника тока, 12

13 обеспечивается алгоритмом токовой широтно-импульсной модуляции. В данном алгоритме ШИМ импульсы управления рассчитываются таким образом, чтобы формируемое на фазных реакторах L преобразователя напряжение создавало на расчетном такте заданную производную фазных токов i (рис.4). Тем самым, обеспечивается равенство реального фазного тока i Ф и уставки фазного тока i УСТ на границах расчетного такта. Такое управление преобразователем приближает СТАТКОМ к управляемому источнику тока, что исключает работу защиты СТАТКОМ от превышения допустимого уровня коммутируемого вентилем тока с выводом СТАТКОМ из работы при возникновении в энергосистеме значительных возмущений (коммутации, К.З.). Расчетный такт τ X S UA L ia X ПН X S UB L ib Y Ν X S UC L i C Z Рис. 4 Алгоритм широтно-импульсной модуляции по приращениям тока Важной характеристикой преобразователя является его перегрузочная способность, определяемая текущим температурным режимом полупроводниковых приборов, и уровнем электрических потерь в транзисторных модулях. Кроме того, уровень потерь в модулях определяет общий КПД СТАТКОМ. Поэтому задача снижения потерь имеет большое значение. Возможным способом уменьшения потерь в вентилях без уменьшения амплитуды фазных токов является снижение коммутационной составляющей потерь за счет уменьшения числа коммутаций вентилей. В главе рассмотрены разработанные алгоритмы уменьшения числа коммутаций вентилей. Для сравнения, на рис. 5 приведены кривые токов полюсных вентилей полученных по алгоритму токовой ШИМ без алгоритмов 13

14 уменьшения числа коммутаций и с ними. По кривой тока полюсного вентиля можно судить о количестве коммутаций во всем преобразователе. Видно, что алгоритмы уменьшения числа коммутаций исключили 16 коммутаций в фазе на периоде основной частоты Рис. 5 Кривые токов, протекающих через полюсные модули ПН Верхний рисунок: моменты коммутаций рассчитаны по алгоритму токовой ШИМ без алгоритмами уменьшения числа коммутаций.; Нижний рисунок: моменты коммутаций рассчитаны по алгоритму токовой ШИМ с алгоритмами уменьшения числа коммутаций. В третьей главе проводятся исследования работы СТАТКОМ в простой электроэнергетической системе (рис. 6) в нормальных и аварийных режимах энергосистемы. Исследования проводились на разработанной цифровой модели «Узел» (рис.7), представляющей собой 3-х фазную модель сети и модель подключенного к ней компенсатора реактивной мощности типа СТАТКОМ с повентильным представлением преобразователя напряжения и детализированной моделью системы управления. Рис. 6 Однолинейная схема подключения СТАТКОМ к электроэнергетической системе 14

15 Рис 7 Математическая модель «Узел» PS модель электроэнергетической системы; CS- система управления; M1 и М2- измерители токов и напряжений. Проверялись следующие характерные режимы работы СТАТКОМ в электроэнергетической системе: - генерация\потребление номинальной реактивной мощности СТАТКОМ; - работа СТАТКОМ на сеть в несимметричном режиме; - режим реверса мощности СТАТКОМ; - глубокая посадка напряжения в точке подключения СТАТКОМ до уровня 50%; - междуфазное короткое замыкание в точке подключение СТАТКОМ. Исследования работы СТАТКОМ в данных режимах подтвердили эффективность алгоритмов регулирования напряжения сети, симметрирования напряжения, а так же показали высокое быстродействие СУ, достаточное для работы СТАТКОМ в аварийных и послеаварийных режимах сети. В качестве примера на рис. 8 показаны кривые токов и напряжений при работе СТАТКОМ в несимметричном режиме сети. В начальный момент времени СТАТКОМ работал в режиме холостого хода, регулятор напряжения сети и регулятор несимметрии напряжения сети были отключены. В момент времени t 1 регуляторы были включены. Амплитуда прямой последовательности напряжения сети возросла, а амплитуда обратной последовательности уменьшилось в соответствии с текущими уставками регуляторов. 15

16 U M1, кв 12,88 кв 10,27 кв 0,495 кв U M2, кв 0,25 кв i f, А 3,1 ка t 1 Рис. 8 Работа СТАТКОМ на сеть в несимметричном режиме U M1 амплитуда прямой последовательности напряжения сети, U M2 амплитуда обратной последовательности напряжения сети, i f фазные токи СТАТКОМ. Для оценки быстродействия системы управления в части регулирования реактивной мощности проведен опыт реверса мощности СТАТКОМ из режима потребления в режим генерации номинальной реактивной мощности (рис. 9). Изменение величины напряжения на КБ отражает переход СТАТКОМ в режим генерации. На диаграмме токов видно характерное изменение фазы, связанное с изменением режима мощности. Время переходного процесса tp=0,03c. Такого быстродействия достаточно для успешного решения системных задач, стоящих перед СТАТКОМ. На рис. 10 изображена осциллограмма опыта мгновенной посадки напряжения до уровня 50%. Посадка напряжения происходит в момент времени t=0,2c. Опыт проводился с целью исследования способности разработанной системы управления управлять СТАТКОМ в режиме квази источника тока в переходных процессах с быстрой динамикой. Регулятор напряжения сети для проведения данного опыта был отключен. Система управления формировала постоянную уставку реактивного тока. Процесс глубокой посадки напряжения не повлиял на форму фазных токов преобразователя. Преобразователь 16

17 функционировал как управляемый источник тока, что исключает работу защиты СТАТКОМ от превышения допустимого уровня коммутируемого вентилем тока с выводом СТАТКОМ из работы x x в) а) б) Рис. 9 Режим реверса мощности (из режима потребления в режим генерации) а фазные токи; б и в напряжения на плечах конденсаторной батареи x Рис 10 Опыт мгновенной посадки напряжения сети до уровня 50% На верхней диаграмме изображены фазные токи преобразователя, на нижней диаграмме изображены линейное напряжение в точке подключения и линейное напряжение на выходе преобразователя. 17

18 На рис. 11 изображен опыт междуфазного короткого замыкания сети в точке подключения СТАТКОМ. Режимы внешних близких КЗ требуют от СУ СТАТКОМ максимального быстродействия в части скорости ее реакции на возмущения, возникающие в сети. Система управления должна обеспечивать в данных режимах устойчивою работу СТАТКОМ с максимальной реактивной мощностью без аварийных отключений. До момента возникновения КЗ СТАТКОМ находился в режиме генерации номинальной реактивной мощности. Короткое замыкание не привело к броскам фазных токов и аварийному отключению СТАТКОМ. После возникновения короткого замыкания СТАТКОМ стремиться поддержать уровень прямой последовательности сети, которая в данном режиме уменьшается. Регулятор реактивной мощности вышел на максимальный допустимый уровень амплитуды фазного тока (3100 А). СТАТКОМ в данном режиме может длительно оставаться в работе. Рис 11 Опыт междуфазного короткого замыкания в точке подключения СТАТКОМ верхняя диаграмма - линейные напряжений сети в точке подключения ПН; нижняя диаграмма - фазные токи преобразователя. В четвертой главе проведено исследование влияния параметров системы управления на гармонический состав напряжения в точке подключения СТАТКОМ. Для расчета гармонического состава напряжения ПН использовалась математическая модель «Узел». Кривые напряжений в процессе расчета записывались и затем подвергалась гармоническому анализу. 18

19 Расчет гармонического состава напряжений проводился с допущением, что преобразователь напряжения является единственным источником высших гармоник, а сеть - источник синусоидального напряжения с частотой 50 Гц. Анализ зависимостей гармонического состава напряжения ПН от параметров алгоритма управления вентилями позволил сделать вывод о предпочтительности более высокой частоты коммутации, поскольку при этом первый максимум в спектре напряжения ПН отодвигается в область частот с большей кратностью. Это дает возможность использовать более легкий фильтр для подавления высших гармоник в точке подключения преобразователя к сети. Однако увеличение частоты коммутации приводит к росту потерь в вентилях преобразователя. Предварительный подсчет потерь в вентилях показал, что число коммутаций в полюсном вентиле в режиме генерации реактивной мощности не должно превышать 5-ти. При таком количестве коммутаций суммарные потери СТАТКОМ не превысят 1 % от его номинальной мощности. Поставленному требованию обеспечить не более 5 коммутаций полюсного вентиля на максимуме тока удовлетворяют частоты: 1650Гц, 1350Гц, 1050Гц. Наилучший гармонический состав напряжения ПН имеет место при частоте коммутации f k =1650Гц. Использование алгоритма уменьшения числа коммутаций благоприятно сказывается на гармоническом составе напряжения, а также позволяет добиваться минимально-возможного количества коммутаций в вентилях при меньшем коэффициенте модуляции k M. Это в свою очередь позволяет получить лучший гармонический состав напряжения ПН при меньшем уровне потерь. В пятой главе разработаны методика и модель «Тепло» для расчета потерь, выделяемых в вентилях, и анализа тепловых процессов в них. Исследуется влияние параметров системы управления на потери в вентилях преобразователя. Модель «Тепло» включает в себя два основных блока: вычислитель потерь и тепловую модель IGBT транзистора. Вычислитель потерь выполняет расчет мгновенных значений потерь в диодном и транзистором чипе IGBT-модуля. Блок «тепловая модель IGBT транзистора» является тепловой моделью системы IGBTмодуль/охладитель и предназначен для определения температур p/n переходов кристаллов диодных и транзисторных чипов модуля. Потери открытого состояния и коммутационные потери рассчитываются по разработанной методике определения потерь в вентилях, на основе экспериментальных данных, полученных от завода изготовителя полупроводниковых приборов. На рис. 12 изображена эквивалентная электрическая схема тепловой модели модуля с двухсторонним охлаждением. Источники тока P IGBT и P DIODE моделируют 19

20 мощности потерь, выделяемые в структурах модуля. Источник напряжения Tinlet воспроизводит температуру охлаждающей жидкости. Параметры RC цепочек рассчитываются по экспериментальным данным. С помощью созданной модели были получены зависимости уровня мощности потерь, выделяемых в вентилях, а так же пиковых значений температур p/n переходов модулей от параметров алгоритма управления. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными, полученными на реальном образце СТАТКОМ, показало, что погрешность вычислений на модели «Тепло» не превышает 1%. Исследования показали, что применение алгоритма уменьшения числа коммутаций приводит к снижению уровня потерь, выделяемых в вентилях преобразователя в среднем на 100кВт, и, как следствие, к уменьшению пиковых значений температуры кристаллов полупроводниковых приборов преобразователя. TIGBT TDiode Ri1 Ci1 Cd1 Rd1 Ri2 Ci2 Cd2 Rd2 PIGBT PDiode Ri3 Ci3 Ri4 Ri4 Cd3 Rd3 Rvlet Ci4 Cd4 Tinlet Рис. 12 Эквивалентная электрическая схема тепловой модели модуля с двухсторонним охлаждением Кроме меньшего уровня потерь в вентилях, алгоритм уменьшения числа коммутаций дает возможность распределять потери по вентилям различных групп. Величиной, характеризующей текущий режим алгоритма распределения коммутаций, является коэффициент деления kd. Если kd=0, то коммутации исключаются из транзисторной части полюсного вентиля, если kd=1, то коммутации исключаются из транзисторной части нулевого вентиля. В случае, 20

21 когда kd=0,5, коммутации делятся поровну между полюсными и нулевыми вентилями. При изменении коэффициента деления kd от 0 до 1-цы уровень потерь в транзисторах полюсного и нулевого модуля меняется на 12х900Вт. Алгоритм позволяет временно переносить потери из перегруженного вентиля в вентиль другой группы, который загружен в меньшей степени. Исследования зависимости уровня потерь от частоты коммутации показали правильность произведенного в главе 3 выбора частоты коммутации f k =1650Гц. Суммарные потери в оборудовании СТАТКОМ на данной частоте коммутации ШИМ алгоритма составляют ~480кВт, т.е. 0,96% от номинальной мощности СТАТКОМ. По данному показателю СТАТКОМ с разработанной СУ занимает промежуточное место между синхронными компенсаторами, потери у которых составляют ~1,5%, и статическими тиристорными компенсаторами, потери которых ~0,7%. Надо отметить, что заявленные потери в производимых компаниями SIEMENS и ABB устройствах СТАТКОМ составляют ~2%. Таким образом, использование новой схемы преобразователя в совокупности с разработанным алгоритмом уменьшения числа коммутаций вентилей позволило снизить потери в оборудовании СТАТКОМ в 2 раза по сравнению с известными аналогами. Расчет пиковых значений температур p/n кристаллов вентилей, для режимов генерации/потребления выше номинальной мощности показал, что СТАТКОМ допускает 1,5 кратную перегрузку по мощности. Возможность форсировки реактивной мощности является важным свойством СТАТКОМ при решении им задач поддержания напряжения на подстанциях в аварийных и послеаварийных режимах сети. Основные результаты работы Главный итог работы разработаны, исследованы и оптимизированы алгоритмы системы управления статическим компенсатором реактивной мощности типа СТАТКОМ для электроэнергетических сетей. При этом получены следующие результаты: 1 Проведен обзор существующих устройств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения в электроэнергетических системах. 2 Сформулированы требования к СТАТКОМ и его системе управления для работы в электроэнергетической системе. Проведен обзор известных систем управления СТАТКОМ, выявлены их недостатки и поставлена задача разработки новых алгоритмов управления. 3 Разработан быстродействующий алгоритм управления СТАТКОМ для электроэнергетических систем, который обеспечивает работоспособность 21

22 СТАТКОМ в аварийных и послеаварийных режимах энергосистемы и при коммутациях в энергосистеме. 4 Разработаны алгоритмы снижения потерь в преобразователе напряжения СТАТКОМ, которые снизили суммарные электрические потери в оборудовании СТАТКОМ до 0,96% от его номинальной мощности, что в два раза меньше заявляемых потерь в известных зарубежных аналогах, и занимает промежуточное место между уровнем потерь в СК (~1,5%), и потерями в СТК (~0,7%). Низкий уровень потерь в преобразователе позволяет СТАТКОМ с разработанными алгоритмами управления кратковременно работать с 1,5 перегрузкой по реактивной мощности, что является важным свойством СТАТКОМ при решении задач поддержания напряжения на шинах подстанции в аварийных и послеаварийных режимах электроэнергетической системы. 5 Разработан алгоритм раздельного управления активной и реактивной мощности СТАТКОМ в зависимости от напряжений и токов прямой и обратной последовательности, который позволяет с помощью СТАТКОМ осуществлять симметрирование напряжения на шинах подстанции в несимметричных режимах электроэнергетической системы. 6 Разработана цифровая модель «Узел» включающая в себя модель электроэнергетической системы, модель СТАТКОМ с повентильным представлением преобразователя напряжения и детализированной моделью системы управления, и тепловую модель системы IGBT-модуль/охладитель «Тепло». Модель может найти применение при проектировании устройств FACTS на базе СТАТКОМ для выбора и уточнения параметров основного оборудования, при отладке алгоритмов управления и защитных комплексов, а также при настройке их параметров и уставок в процессе пусконаладочных работ СТАТКОМ в электроэнергетических системах. 7 Произведены исследования работы СТАТКОМ в электроэнергетической системе в нормальных и аварийных режимах сети. Показано успешное решение задач регулирования напряжения сети и симметрирования сетевого напряжения с помощью СТАТКОМ. Исследования подтвердили высокое быстродействие СТАТКОМ с разработанной системой управления, что позволяет ему работать в аварийных и послеаварийных режимах энергосистемы. 8 Разработана методика расчета потерь в IGBT модулях преобразователя на основе экспериментальных данных, предоставленных заводом изготовителем полупроводниковых приборов, погрешность которой не превышает 1%, что позволяет на этапе проектирования с высокой точностью 22

23 определять один из важнейших показателей СТАТКОМ, работающего в электроэнергетической системе его КПД. 9 Проведены исследования влияния параметров алгоритма управления на гармонический состав напряжения на выходе СТАТКОМ и на потери в вентилях преобразователя. На основе исследований была проведена оптимизация алгоритма управления СТАТКОМ. 10 В системе управления компенсатора реактивной мощности типа СТАТКОМ мощностью 50 Мвар напряжением 15,75 кв, изготовленного отделом 5 ОАО «ВНИИЭ» для подстанции 400/330 кв Выборгская использованы разработанные автором алгоритмы управления. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих публикациях. 1. М.В. Пешков. Технические средства регулирования напряжения и потоков активной и реактивной мощности в линиях электропередач. Вторая научнотехническая конференция молодых специалистов электроэнергетики. Сборник докладов. г. Москва 2003 г. 2. В.И. Кочкин, М.В. Пешков, Д.В. Романенко. Линии электропередачи с параллельной и последовательной компенсацией реактивной мощности Вестник ВНИИЭ 2004 г. Москва 3. В.И. Кочкин, М.В. Пешков, Д.В. Романенко. Преобразователь напряжения как управляемый элемент электрических сетей. НИИ Постоянного тока г. Санкт Петербург. 4. М.В. Пешков. Разработка и исследование модели 3-х уровневого преобразователя напряжения с алгоритмом токового ШИМ модулятора. Вторая научно-техническая конференция молодых специалистов электроэнергетики. Сборник докладов. п. Дивноморское 2005 г. 5. К.С.Кошелев, М.В Пешков. Выбор параметров статического компенсатора реактивной мощности типа СТАТКОМ. Электротехника, 7,2008 г. 6. М.В. Пешков. Алгоритм управления высоковольтным преобразователем напряжения ПОЛИШИМ: оптимальный для статики и быстродействующий в динамике. Конференция «разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008». Сборник докладов. г. Москва, сентябрь 2008 г. 7. С.В. Еньков, В.И. Кочкин, М.В. Пешков. Оценочный и точный расчет потерь вентильной части преобразователя напряжения при проектировании. Электротехника, 10, 2008 г. 23

АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ С СИММЕТРИРОВАНИЕМ ТОКА СЕТИ И НОВЫМ ПРИНЦИПОМ УПРАВЛЕНИЯ Климаш В.С., докт. техн. наук, Светлаков Д.П. КнАГТУ, г. Комсомольск-на-Амуре Для

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический

Лабораторная работа 3 Статический компенсатор на базе преобразователя напряжения Цель работы: исследование режимов работы трехфазного статического преобразователя напряжения как элемента статического компенсатора

СТАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ Статические тиристорные компенсаторы реактивной

Безтрансформаторный СТАТКОМ 35 кв 100 МВА на базе многоуровневого инвертора напряжения для электросетей / Tranformerless STATCOM 35 kv 100 MVA based on multilevel voltage source converter for grid application

УДК 621.314 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Лепанов М.Г., Киселев М.Г. Национальный исследовательский университет «МЭИ» В трехфазных системах электроснабжения основными параметрами,

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. 2007. 4(50). 81 86 УДК 621.314.527 МНОГОУРОВНЕВЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЧЕТВЕРТОЙ СТОЙКОЙ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА А.В. ГЕЙСТ

Управление режимами ЭЭС на базе силовой электроники Лабораторная работа 1 Исследование тиристорно-управляемого реактора Цель работы: Исследование однофазного тиристорно-управляемого реактора как элемента

Основные технические решения по моделированию преобразователей напряжения в расчетной модели электрической сети, используемой для расчета уставок устройств РЗА Инженер отдела электроэнергетических систем

70 УДК 62.33.3.025. Современные технологии транспорту С. В. Кузьмин ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Известные

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ПЕРЕЧЕНЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ (МОДУЛЕЙ) ДИСЦИПЛИНЫ п/п Модуль дисциплины Лекции, ч\заочн 1 Введение 0.25 2 Линейные электрические цепи постоянного тока 0.5 3 Линейные электрические

ОТЧЕТ о вводе в эксплуатацию двух статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности типа СТК-5/40-11 для ПС 220 кв «Горелое» МЭС Востока (г. Дальнегорск) 1. Введение В октябре 2013 г. ЗАО «Нидек

Влияние режимов работы энергосистем на несинусоидальность и несимметрию напряжений в магистральных электрических сетях М. А. Силаев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов Инструментальное исследование качества

Тема 3. Статическая устойчивость генераторов возобновляемых источников энергии (2 часа) Основные понятия и определения статической устойчивости Деление режимов электрической системы на установившиеся и

Научно-практическая конференция «Опыт и перспективы применения силовой электроники и электропередач постоянным током для повышения надежности электрических сетей и реализации международных проектов». Моделирование

ОТЗЫВ официального оппонента Лебедева Владимира Дмитриевича на диссертационную работу ОНИСОВОЙ Ольги Александровны на тему «Совершенствование релейной защиты электроэнергетических систем с малыми распределёнными

Лекция 4. Постановка задач математического моделирования физических процессов в устройствах высокого напряжения на основе анализа электрических полей и регулирования полей при проектировании энергетического

ОТЗЫВ официального оппонента, д.т.н. профессора, заведующего кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий» ФГБОУ ВО «СКГМИ (ГТУ)» Клюева Романа Владимировича на диссертационную работу Махмадджонова

РОСАТОМ ФГУП «Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина» Состояние и перспективы применения передач постоянного тока Преимущества ЛЭП/вставок постоянного тока (ППТ ВН) Сокращение затрат

На правах рукописи Матинян Александр Маратович ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СОВРЕМЕННЫМИ КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ Специальность 05.14.02 Электрические станции и электроэнергетические

Работа линейного УШРТ конструкции АО «НТЦ ФСК ЕЭС» в цикле ОАПВ линии 5 кв АО «НТЦ ФСК ЕЭС» Матинян А.М., Пешков М.В., Карпов В.Н., Алексеев Н.А. Москва - 216 год Общие сведения об УШРТ конструкции АО

Предисловие... 3 Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ... 4 1.1. Общие сведения... 4 1.2. Электрические параметры электроэнергетических систем... 7 1.3. Напряжения электрических

УДК 621.314.6+ 621.314.228 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕКОМПЕНСИРОВАННЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ С ПОВЫШЕНИЕМ ФАЗНОСТИ ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Ю.И. Хохлов, В.И. Сафонов, П.В. Лонзингер Рассмотрены две схемы 24-фазных

Круглый стол «Умные сети умная энергетика умная экономика» г. Санкт-Петербург Высоковольтное электротехническое оборудование для развития «интеллектуальной» Единой энергосистемы России Макаревич Л.В. генеральный

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕКТОРОВ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Игнатенко В.В. ПрЭ-1106. гр.361-3 Проблема коррекции коэффициента мощности Неэффективное использование электроэнергии, помехи в электросети, вызванные подключенными

1 УДК 621.314.6 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ С КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Карасев А. В., Смирнов В. М. ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»,

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2005 р. Вип. 15 УДК 621.311.004 УПРАВЛЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫМИ КОМПЕНСАТОРАМИ НЕАКТИВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ Колб А.А.* Предложен релейно-векторный

Научно-практическая конференция «Опыт и перспективы применения силовой электроники и электропередач постоянным током для повышения надежности электрических сетей и реализации международных проектов». Стратегии

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Технологии управляемой компенсации Для электрической сети в целом требуется равенство генерации и потребления активной и реактивной мощности. Основным нормативным

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Литвинова Артема Валерьевича «Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов», по специальности 05.22.07 «Подвижной

Климова Галина Николаевна к.т.н., доцент кафедры ЭПП ТПУ Томский политехнический университет На примере продукции Минского трансформаторного завода им. Козлова http://www.metz.by Трансформаторы серии ТМГСУ

Управляемый подмагничиванием трансформатор С.С. Смирнов, А.Б. Осак В качестве управляемого источника реактивной мощности предлагается использовать 3-х фазную группу однофазных управляемых подмагничиванием

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на диссертационную работу Рыбина Ю.К. на тему: Аналоговые генераторы измерительных сигналов произвольной формы, представленную на соискание ученой степени доктора технических

Отзыв официального оппонента Львова Юрия Николаевича на диссертацию МЕЛЬНИКОВОЙ Ольги Сергеевны «Диагностика главной изоляции силовых маслонаполненных электроэнергетических трансформаторов по статистическому

Э л е к т р о э н е р г е т и к а УДК 61.315 ПРИМЕНЕНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ГИБКИХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ Засл. деятель науки и техн. РБ, докт. техн. наук, проф. ПОСПЕЛОВ Г. Е.,

Современные высоковольтные преобразователи частоты переменного тока - мощные комплектные регулируемые электроприводы VCH ООО "ЭЛПРО-М" совместно с ЗАО «Восток-Электро» предлагает поставку современных высоковольтных

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е.

ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ (ОНМА) На правах рукописи ДАО МИНЬ КУАН УДК 629.5.064.5:621.313.332 СОВЕРШЕСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СУДОВОГО АСИНХРОННОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА 05.05.03 двигатели и энергетические

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 3 Глава 1. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ОСНОВНОЙ СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 1.1. Предмет преобразовательной техники... 5 1.2.

Выбор устройств компенсации реактивной мощности Выбор и разработка системы компенсации реактивной мощности сводится к следующим этапам определения: 1. Общих исходных параметров - оптимальное место включения,

1 Качество электрической энергии В. В. Суднова, к.т.н., ст. научн. сотр. «НИЦ Тест-Электро» Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью

УДК 621.11 УПРАВЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Канд. техн. наук, доц. КАЛЕНТИОНОК Е. В., асп. ФИЛИПЧИК Ю. Д. Белорусский национальный

УДК 61.311 СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ А.С. Енин., К.Б. Корнеев, Т.И. Узикова Новая редакция Федерального закона 61-ФЗ от 3 ноября 009 года «Об энергосбережении и о повышении

Лекция 1. Динамическая устойчивость простейшей системы Переходные режимы разделяют на нормальные (эксплуатационные) и аварийные. В любых переходных процессах происходят закономерные последовательные изменения

Развитие электроэнергетических сетей неизбежно оборачивается двумя проблемами. Во-первых, получившаяся сложнозамкнутая и многоуровневая система не может функционировать без жестких механизмов управления (автоуправления). Во-вторых, дальнейшее развитие системы требует вовлечения новых земель, что в условиях введения частной собственности на землю, оказывается весьма дорогим удовольствием. В сложившихся условиях весьма многообещающе выглядит идеология интеллектуальных сетей (Smart Grid), которая позволяет обеспечить управляемость и повысить передающую способность сетей. Ряд специалистов уже высказались в том ключе, что повышение интеллектуальности (управляемости) сетей является малобюджетной альтернативой строительства новых Л.Э.П.. Собственно, с некоторых пор движение в сторону управляемых сетей стало официально объявленной политикой российских сетевиков. 29 мая 2006 г. появился приказ РАО «ЕЭС России» №380 «О создании управляемых линий электропередачи и оборудования для них».

Что такое FACTS

В лексиконе российских энергетиков понятие «управляемые линии» фактически тождественно термину «гибкие линии» или FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems - гибкие системы передачи переменного тока). В свою очередь FACTS можно считать подсистемой «умных линий» SmartGrid. Чаще всего SmartGrid разделяют на следующие направления:1) Экономически эффективные технологий малой и средней генерации, включая альтернативные источники.2) Новое поколение устройств автоматизации (АСУ ТП, РЗА и пр.).3) Информационно-технологических системы для центров управления энергосистем.4) Активное электротехническое сетевое оборудование (FACTS), способное гибко менять характеристики передачи или преобразования электрической энергии с целью оптимизации режимов сети сразу по нескольким критериям: пропускная способность, уровень технологических потерь, устойчивость, перераспределение потоков мощности, качество электрической энергии и пр.В данной статье разговор пойдет только о последней (по списку, но не по значимости) составляющей умных сетей – об оборудовании для гибких линий (они же FACTS). Его применение позволяет повысить пропускную способность линий (по некоторым оценкам – до 20%), обеспечить устойчивую работу энергетические системы, обеспечить заданные диспетчером параметры сети, что предотвращает потери электрической энергии (до 40%). FACTS.Как замечает заместитель генерального директора, научный руководитель ОАО «НТЦ электроэнергетики», научный руководитель ВНИИЭ Юрий Шакарян , управляемые электропередачи, благодаря высокому быстродействию силовой электроники, способны воздействовать на происходящие в электроэнергетических системах процессы в режиме on-line, благодаря чему электропередачи превращаются из пассивных средств транспорта электрической энергии в активные устройства управления режимами работы.Юрий Шакарян предлагает такой вариант деления устройств FACTS на группы:- различного рода статические преобразователи в электропередачах переменного тока;- вставки постоянного тока и электропередачи постоянного тока;- электромашинные комплексы, состоящие из электрических машин переменного тока или ТС в комбинации с устройствами силовой электроники.В данной статье рассматриваются только статические устройства – то есть представители первых двух групп. Всего существует несколько десятков устройств FACTS: статические синхронные компенсаторы, управляемые реакторы и конденсаторные батареи как с тиристорным, так и с механическим переключением и т.д. Наиболее же распространены сегодня устройства компенсации реактивной мощности, а так же устройства, выполняющие несколько функций, одной из которых опять же является компенсации реактивной мощности.Снижение перетоков реактивной мощности в сети позволяет снизить потери активной энергии и напряжения, регулировать напряжение в энергосистеме, снизить загрузку Л.Э.П. и ТС. К устройствам компенсации реактивной мощности относится следующее оборудование: кондесаторные батареи (БСК); шунтирующие реакторы; фильтры высших гармоник; статические тиристорные компенсаторы (СТК) и пр.

Управляемые шунтирующие реакторы

Управляемые шунтирующие реакторы (УШР) – наиболее широко внедряемые устройства FACTS. УШР обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности) в режиме реального времени.В простейшем виде реактор – это катушка индуктивности, потребляющая реактивный ток индуктивного характера. УШР – это переменное индуктивное сопротивление, плавно регулируемое подмагничиванием ферромагнитных элементов магнитной цепи. Данное устройство дополнительно выполняет функции полупроводникового ключевого прибора, что достигается за счет работы магнитной системы реактора в области глубокого насыщения. На холостом ходу реактора величина потребляемой реактивной мощности не превышает 3% номинального значения. Для увеличения загрузки реактора необходимо дополнительное подмагничивания магнитной системы. Оно происходит при подключении регулируемого источника постоянного напряжения к обмоткам управления (находятся на стержнях, установленных по два на фазу). Поток подмагничивания, в соседних стержнях направлен в разные стороны. Его нарастание вызывает насыщение стержней в соответствующие полупериоды тока, что в свою очередь, приводит к возникновению и возрастанию тока в сетевой обмотке. Изменение величины тока подмагничивания приводит к изменению тока сетевой обмотки, за счет чего обеспечивается плавное изменение уровней напряжения в точке подключения УШР и величина потребляемой им реактивной мощности.Шунтирующие реакторы компенсируют избыток реактивной мощности, снижают ее переток, при этом уменьшается ток в линиях, снижаются активные потери. В транзитных сетях с резко переменным графиком нагрузки, кроме того сокращается число коммутаций неуправляемых устройств. Помимо оптимизации режима работы сетей, результатом работы УШР становится увеличение срока службы оборудования. Наибольший эффект установки УШР проявляется в сетях 220 килоВ и выше на межсистемных Л.Э.П. с реверсивными перетоками активной мощности, загрузка которых в течение суток может меняться от нуля до предельно допустимой по пропускной способности.

Рис. 1 УШР на подстанции «Кудымкар» сетей Пермэнерго

Статические компенсаторы реактивной мощности Статические компенсаторы реактивной мощности (СКРМ) основаны на использовании управляемых реакторов и конденсаторных батарей. При параллельном их включении мощность всего устройства равна алгебраической сумме мощностей реактора и конденсаторной батареи (рис. 2). Весьма полезным свойством компенсаторов реактивной мощности на базе УШР является возможность подключения в точку необходимой компенсации реактивной мощности без использования промежуточных устройств. Это особенно важно для создания гибких линий электропередач с применением плавно-регулируемых устройств компенсации реактивной мощности по концам линии. Перспективно использование СКРМ в сетях с реверсивными перетоками активной мощности, в системах со слабыми межсистемными связями и в протяженных распределительных сетях.

Рис. 2 Принципиальная схема СКРМ на базе УШР

Статические тиристорные компенсаторы Статические компенсаторы, где реактор регулируется с помощью тиристорного ключа, получили название статических тиристорных компенсаторов (СТК). Эти устройства могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. Регулирование реактивной мощности происходит плавно и в широких пределах. С другой стороны, при работе тиристорных ключей возникают высшие гармоники, что требует введения в схему фильтров. Кроме того, СТК неэффективны в слабых сетях.Применение СТК в энергосистеме позволяет решить проблему изменения реактивного тока и сгладить колебания напряжения в узлах нагрузки и непосредственно у потребителя. Срок окупаемости затрат на СТК составляет в среднем от 0,5 до 1 г.. Например, применение СТК на одном из российских металлургических предприятий увеличило коэффициент мощности нагрузки с 0,7 до 0,97, снизило колебания напряжения питающей сети в 3 раза, снизило время одной плавки металла со 150 мин. до 130 мин. и удельный расход электрической энергии на тонну выплавленной стали на 4%.

Рис. 3 СТК российского производства в Анголе

СТАТКОМ

СТАТКОМ – статический компенсатор реактивной мощности. Он предназначен для регулирования реактивной мощности в широких пределах (плюс-минус 100%). СТАТКОМ отличается от описанного выше СКРМ иным устройством, увеличенным набором функций и улучшенными характеристиками. Упрощенно, СТАТКОМ, это преобразователь напряжения на управляемых силовых тиристорах (или транзисторах), включенный через ТС параллельно линии в узле сети, к которому подключена линия (рис. 4). Принцип работы СТАТКОМ идентичен принципу работы агрегатов бесперебойного питания: из напряжения источника постоянного тока за счет широтно-импульсной модуляции и использования фильтра гармоник формируется синусоидальное напряжение частотой 50 Гц±3 Гц. Главное свойство СТАТКОМ – способность генерировать ток любой фазы относительно напряжения сети. То есть СТАТКОМ обеспечивает регулирование значения выходного напряжения и его фазы. Регулирование происходит за счет изменения реактивной мощности, потребленной или выданной в сеть.

Рис. 4 Схема СТАТКОМ

Специалисты считают, что сегодня СТАТКОМ – наиболее совершенное статическое устройство FACTS. Он обладает высоким быстродействием, малым содержанием высших гармоник, малыми габаритами, может использоваться в любых электрических сетях. Использование СТАТКОМ позволяет не только регулировать напряжение, но и увеличивать пропускную способность сети, оптимизировать потоки мощности, улучшать форму кривой напряжения и т.д. Модификация СТАТКОМа – активный фильтр – позволяет компенсировать все высшие гармоники в сетях.

Рис. 5 Внешний вид СТАТКОМ

Фазоповоротные устройства

Фазоповоротное устройство (ФПУ) воздействует на угол передачи и соответственно на изменение передаваемой по линии мощности. Простейшая схема ФорсПУ (рис. 6) состоит из двух ТС: параллельного Т1 и последовательного Т2, создающего вектор дополнительного напряжения в линии, перпендикулярно направленного к вектору U1, что формирует фазовый сдвиг по отношению к основному напряжению на некоторый регулируемый угол. Вариант ФорсПУ с тиристорным управлением обладает быстродействием, способен влиять не только на распределение потоков активной мощности, но и на пределы динамической устойчивости.

Рис. 6 Схема фазоповоротного устройства

При включении в сеть ФорсПУ, электроэнергия распределяется по линиям электропередач пропорционально косинусу разности фазовых углов напряжения на входе и выходе линии. Там, где между двумя точками существуют параллельные цепи с разной емкостью, прямое управление величиной фазового угла позволяет контролировать распределение потока электрической энергии между ними, предотвращая перегрузки.Следует заметить, что ФорсПУ принципиально отличается от описанных выше статических тиристорных компенсаторов (СКРМ, СТК, СТАТКОМ). Хотя все эти устройства изменяют передаваемую по линии мощность, но они воздействуют на разные параметры. Статические компенсаторы воздействуют на напряжение, а ФорсПУ – на угол передачи.

Вставки постоянного тока

Вставка постоянного тока (ВПТ) – это преобразовательная ПС, в которой инверторы (устройства для преобразования постоянного тока в переменный) и выпрямители находятся в одном месте. ВПТ предназначена для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты или двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов.Самая известная в Рф и самая крупная в мире (передаваемая мощность – 1400 МВт) вставка постоянного тока установлена на подстанции Выборгская (Ленинградская область), построенной специально для передачи электрической энергии в Финляндию. На энергообъекте установлены четыре блока комплектных выпрямительно-преобразовательных устройств (КВПУ) по 350 МегаВт. В отличие от большинства других ВПТ, устройство в Выборге может передавать электроэнергию только в одну сторону – от энергетические системы Рф в энергосистему Финляндии.