Технические характеристики и области применения статического динамического устройства компенсации реактивной мощности типа TCR 

I.Обзор

С быстрым развитием высокотехнологичных инноваций, в частности информационных технологий, в сетях широко используется электрическое оборудование и энергосистемы, управляемые компьютерами и микропроцессорами. Однако электронные устройства более чувствительны к системным помехам, чем электромеханическое оборудование, что требует более высоких стандартов качества электропитания. В случае возникновения проблем с качеством электропитания последствия могут варьироваться от сбоев в работе оборудования или его отключения до катастрофических повреждений всей системы, что приводит к неисчислимым убыткам.

Основные причины ухудшения качества электроэнергии двояки: во-первых, широкое внедрение современного оборудования на основе технологии силовой электроники, предназначенного для повышения эффективности производства, экономии энергии и снижения загрязнения окружающей среды. Например, тяговые нагрузки от электрифицированных железнодорожных локомотивов представляют собой выпрямительные нагрузки и являются типичными источниками гармоник. Они работают от однофазного переменного тока с частотой сети, что делает их типичными источниками отрицательной последовательности. В то же время их колебательный и непредсказуемый характер делает их типичными источниками колебаний напряжения и мерцания. Кроме того, в последние годы широкое применение нелинейных нагрузок на стороне потребителя стало еще одним значительным фактором ухудшения качества электроэнергии. Это включает в себя все, от низковольтных бытовых приборов малой мощности до высоковольтных промышленных устройств преобразования переменного/постоянного тока большой мощности, включая различные статические преобразователи. Они работают в импульсном режиме, вызывая искажение форм тока и напряжения в сети. И наоборот, крупномасштабное оборудование, основанное на дуговом принципе, такое как электродуговые печи и аппараты для дуговой сварки, также стало значительным источником воздействия и гармоник в системе электросети.

Традиционные статические системы компенсации реактивной мощности и статические пассивные фильтры гармоник не могут одновременно выполнять требования по компенсации реактивной мощности, фильтрации гармоник и улучшению коэффициента мощности. Широкое внедрение технологии динамической компенсации реактивной мощности предлагает жизнеспособное решение. Устройства динамической компенсации реактивной мощности динамически переключают банки L-C фильтров в режиме онлайн в реальном времени в соответствии с условиями нагрузки системы, обеспечивая быстрое отслеживание в реальном времени для компенсации основной реактивной мощности и одновременной фильтрации гармонической реактивной мощности. Это обеспечивает надежную работу энергосистем.

II.Примеры применения

Нагрузка на вторичную шину 10 кВ на заводе по производству холоднокатаного листа включает в себя электрооборудование, в том числе выравнивающие устройства, устройства продольной и поперечной резки, устройства травления, обезжиривания, гидрооксилирования и лужения. Рассчитанная нагрузочная способность составляет: P30 = 7029,9 кВт, Q30 = 7936,7 кВАр, S30 = 10602,4 кВА, с естественным коэффициентом мощности COSφ = 0,663.

Уравнивающий блок, поперечный блок и блок травления составляют шестиимпульсные фазорегулируемые нагрузки. Генерируется определенное количество гармонических токов. Первоначальная шина секции II 10 кВ была оснащена пятью комплектами фильтрующих устройств (одночастотный фильтр 5-й гармоники, одночастотный фильтр 7-й гармоники, одночастотный фильтр 11-й гармоники, одночастотный фильтр 13-й гармоники, высокочастотный фильтр 15-й гармоники), выполняющих функции компенсации реактивной мощности и фильтрации. Однако следующие проблемы остаются нерешенными:

В ходе нормального производства коэффициент мощности шины 10 кВ секции II значительно колеблется от 0,41 до 0,71, при этом средний коэффициент мощности составляет 0,625. При включении фильтров 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармоник коэффициент мощности колеблется от 0,92 до 0,85. Уровняющие устройства составляют примерно 40 % от общей нагрузки на шину 10 кВ секции II. Следовательно, когда эти устройства прекращают работу, если компенсационная мощность включается без регулировки, 2260 кВАр реактивной мощности возвращается в сеть. COSφ = 0,819.

Когда все основные агрегаты выходят из строя, компенсационная мощность включается без регулирования, в результате чего в сеть возвращается 2976 кВАр реактивной мощности. Коэффициент мощности COSφ = 0,658.

С учетом вышеуказанных обстоятельств система шин 10 кВ секции II прошла **испытания и анализ**, в результате чего были получены точные и подробные исходные данные. На основании этих испытательных данных предлагается следующее изменение:

Изменить схемы фильтрации 5-й и 7-й гармоник, изменив емкость с исходных 2×1,8 МВАр + 2×1,2 МВАр на 1,8 МВАр + 1,2 МВАр; установить схему фильтрации 4-й гармоники с компенсационной емкостью 1,2 МВАр; добавить 8 МВАр TCR для динамического балансирования реактивной мощности и улучшения коэффициента мощности.

Эффекты применения: средний коэффициент мощности повышен до 0,95; быстрое отслеживание изменений нагрузки с динамической компенсацией реактивной мощности, достигая времени отклика менее 20 миллисекунд; улучшенная стабильность электрооборудования и систем, продлевающая срок их эксплуатации; подавление гармоник и улучшенное качество электроэнергии, обеспечивающее бесперебойную и плавную работу производства; снижение потерь реактивной мощности в сети, повышение эффективности электроэнергии со значительной экономической выгодой; эксплуатация без необходимости технического обслуживания.

III.аключение

Устройство динамической компенсации реактивной мощности TCR коренным образом решает проблемы качества электроэнергии в электрических системах. Его эксплуатационные преимущества проявляются в первую очередь в следующих аспектах:

(1) Увеличение пропускной способности электрической системы. После установки устройств SVC в точках нагрузки для компенсации реактивной мощности, реактивная мощность, потребляемая нагрузками из системы, значительно снижается. В результате, общая мощность, поставляемая системой для этих нагрузок, уменьшается, что позволяет системе распределять эту избыточную мощность на другие вновь добавленные нагрузки. Таким образом, пропускная способность системы увеличивается без изменения структуры линий электропередачи.

(2) Снижение потерь энергии в линии. Во время работы электросети потери мощности и энергии возникают при прохождении тока через компоненты сети. Активная мощность для нагрузок должна поставляться генераторами, в то время как реактивная мощность может компенсироваться локально, что позволяет значительно снизить потери в линии по всей сети.

(3) Улучшение коэффициента мощности. Чтобы стимулировать предприятия к улучшению коэффициента мощности, органы, ответственные за электроснабжение, установили систему ежемесячной корректировки тарифов на электроэнергию для промышленных потребителей на основе среднемесячного коэффициента мощности, предусматривающую как поощрения, так и штрафы. Очевидно, что предприятия, внедряющие установки SVC, могут получить значительные экономические выгоды.

(4) Подавление гармоник для устранения опасностей. Вредное воздействие гармоник проявляется в основном двумя способами: во-первых, они вызывают помехи в линиях связи; во-вторых, они наносят ущерб оборудованию в целом. Нельзя недооценивать вред, наносимый оборудованию гармониками.

Кроме того, устройство SVC эффективно подавляет колебания системы и повышает переходную устойчивость.