1.5.3. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности

В отличие от частоты напряжение в разных точках энергосистемы различно и его значение определяется целым рядом факторов. Напряжение на зажимах электроприемников регламентируется стандартом качества электроэнергии, а напряжения в различных точках энергосистемы определяются, прежде всего, режимами перетоков реактивной и активной мощности.

Как уже отмечалось, режим активной мощности в основном определяет частоту в системе, а режим реактивной мощности – режим напряжения.

Задачи автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности следующие:

- обеспечение оптимального режима по напряжению и реактивной мощности производства, передачи и распределения электроэнергии;

- обеспечение качества электроэнергии у потребителей.

Оптимальный режим по напряжению и реактивной мощности определяется в основном условием минимума потерь электроэнергии. Обеспечение качества электроэнергии определяется ГОСТ 13109-97.

Оптимизация режима по напряжению и реактивной мощности осуществляется путем планирования и поддержания соответствующих уровней напряжения в заранее выбранных контрольных точках, определяемых на основе решения комплексной задачи оптимизации электрических режимов.

Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности осуществляется:

- автоматическим регулированием возбуждения синхронных генераторов электростанций;

- регулированием возбуждения синхронных компенсаторов и синхронных электродвигателей;

- регулированием мощности управляемых статических источников реактивной мощности;

- автоматическим регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов.

Напряжение не является общесистемным параметром, а представляет собой характеристику определенной точки электрической сети, т.е. это местный критерий, который для каждого узла нагрузки и каждой ступени номинального напряжения могут отличаться.

В настоящее время наблюдается рост стоимости сооружения новых линий электропередач, поэтому особую актуальность приобретает максимальное использование пропускной способности существующих линий.

Токи и напряжения сети зависят от полной мощности, передаваемой по линиям передачи. Как известно, мощность состоит из активной и неактивной составляющих. Последняя включает в себя реактивную мощность, мощность искажения и мощность несимметрии.

Реактивная мощность передается реактивным током, который приводит к увеличению потерь активной мощности в сети. Мощность искажения сопровождается несинусоидальностью, при этом также возникают дополнительные потери, перегружаются конденсаторные батареи токами высших гармоник, появляются помехи для устройств автоматики, телемеханики и связи. Мощность несимметрии определяется несимметрией напряжений, при которой протекают токи обратной последовательности, создающие моменты вращения, встречные основному вращающему моменту электрической машины.

В идеальном случае неактивные составляющие должны быть полностью исключены. В реальных условиях их можно было бы свести к минимуму с помощью компенсатора реактивной мощности, выполненного на основе преобразователя напряжения типа «СТАТКОМ», краткие сведения о котором будут приведены ниже.

Режим напряжения определяется в основном реактивной мощностью, поэтому регулирование осуществляется системой автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности.

Институт «Энергосетьпроект» разработал типовую систему автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности подстанции.

Система предназначена для:

- автоматического ведения режима подстанции по напряжению и реактивной мощности;

- возможного привлечения подстанции к участию в автоматическом системном регулировании.

Современные средства регулирования напряжения:

- синхронный генератор;

- синхронный конденсатор;

- статические компенсирующие устройства:

- батареи конденсаторов;

- шунтирующие реакторы;

- статические тиристорные компенсаторы (СТК);

- статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ).

Рассмотрим кратко статические компенсирующие устройства. Батареи конденсаторов применяются на низком и высоком напряжениях, имеют малые потери активной мощности (0,0025-0,005 кВт/квар), сравнительно небольшую стоимость. Вместе с тем батареи конденсаторов имеют недостатки: возможность использования только для генерации реактивной мощности, зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения, невозможность плавного регулирования реактивной мощности, чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

Шунтирующие реакторы применяются для компенсации зарядной мощности линий высоких классов напряжений (330 кВ и выше) и в некоторых случаях в сетях низких классов напряжения. Установленная мощность шунтирующего реактора составляет обычно 60-80% зарядной мощности компенсируемой линии электропередачи.

СТК представляют собой комбинацию конденсаторных батарей и шунтирующих реакторов, СТК могут быть:

- с реактором, управляемым тиристорами;

- с конденсаторной батареей, коммутируемой тиристорами;

- с реактором, управляемым тиристорами и конденсаторной батарей, коммутируемой тиристорами.

СТАТКОМ – это новый класс преобразователей напряжения на базе мощных биполярных транзисторов с изолированным затвором (JGBT), запираемых тиристоров (GTO, GCT, JGCT) и быстродействующих диодов (напряжение 1-6 кВ, отключаемый ток 1,5-4 кА).

СТАТКОМ представляет собой электронный генератор электродвижущей силы промышленной частоты, регулируемый по амплитуде и обеспечивающий выдачу и потребление реактивной мощности.

СТАТКОМ более компактен и дешев по сравнению с СТК, характеризуется более высокой скоростью управления – время перехода от максимальной выдаваемой реактивной мощности к максимальной потребляемой реактивной мощности составляет полпериода основной частоты.

СТАТКОМ может компенсировать неактивные составляющие мощности, выполняя функции фильтров высших гармонических, симметрирующих устройств и источников реактивной мощности.