Технологии компенсации реактивной мощности: Обзор состояния дел

JUAN DIXON, SENIOR MEMBER, IEEE, LUIS MORÁN, FELLOW, IEEE,

JOSÉ RODRÍGUEZ, SENIOR MEMBER, IEEE, AND RICARDO DOMKE

Специальный документ

Эта статья представляет собой обзор состояния дел в области технологий компенсации реактивной мощности. Представлены принцип работы, технические характеристики и примеры применения Вар компенсаторов, осуществляемых на тиристорах и самокоммутируемых преобразователях. Статические Вар генераторы используются для улучшения регулирования напряжения, стабильности и коэффициента мощности переменного тока в передающих и распределительных системах. Также описаны примеры, полученные из соответствующих приложений описания использования компенсаторов реактивной мощности, осуществляемых на основе новых статических Вар технологий.

I. Введение

Вар компенсация определяется как управление реактивной мощностью для повышения производительности энергетической системы переменного тока. Концепция Вар компенсации охватывает широкие и разнообразные области системных и проблем потребителя, особенно связанных с вопросами качества электроэнергии, так как большинство проблем качества электроэнергии могут быть ослаблены или решены с помощью адекватного контроля реактивной мощности. В общем, проблема компенсации реактивной мощности рассматривается в два аспекта: компенсация нагрузки и поддержание уровня напряжения. Также целью компенсации является: повышение показателей энергетической системы, сбалансирование реальной мощности от сети переменного тока, компенсация регулирования напряжения, устранение высших составляющих гармоник тока, производимых большими и нелинейными колебаниями промышленных нагрузок. Поддержка уровня напряжения, как правило, требует уменьшения колебаний напряжения в данной части передающей линии. Компенсация реактивной мощности в системах передачи улучшает устойчивость системы переменного тока за счет увеличения максимальной активной мощности, которая может быть передана. Она также помогает поддерживать плоской профиль напряжения на всех уровнях электропередачи, она улучшает производительность терминала преобразования высокого напряжения постоянного тока (HVDC), увеличивает эффективность передачи, контролирует стационарные и временные перенапряжения, и может избежать разрушительных отключений.

Продольная и поперечная Вар компенсации используются для изменения естественных электрических характеристик систем питания переменного тока. Продольная компенсация изменяет передающие или распределительные параметры системы, в то время как поперечная компенсации меняет эквивалентное сопротивление нагрузки. В обоих случаях реактивная мощность, которая течет через системы, может быть эффективно контролируема, повышая общую эффективность системы переменного тока.

Традиционно, вращающиеся синхронные компенсаторы и неуправляемые или механически коммутируемые конденсаторы или индуктивность использовались для компенсации реактивной мощности. Тем не менее, в последние годы, статические компенсаторы Вар (SVC) с использованием тиристорной коммутации конденсаторов (TSCS) и тиристорным управлением реакторами (TCR), предоставляющие или поглощающие необходимую реактивную мощность были разработаны. Кроме того, использование самокоммутируемой длительности импульса модуляции (ШИМ) преобразователя с соответствующей схемой управления разрешает использование статических компенсаторов, способных генерировать или поглощать реактивные составляющие тока с временем отклика быстрее, чем основной цикл электросети.

На основе использования надежной высокоскоростной силовой электроники, мощных аналитических инструментов, передового контроля и микрокомпьютерных технологий, гибкие системы передачи переменного тока (FACTS) были разработаны и представляют собой новую концепцию для эксплуатации систем передачи электроэнергии. В этих системах использование SVC с быстрым временем отклика играет важную роль, позволяющую увеличить количество реальной передачи энергии через существующие линии, близко к ее тепловой мощности, без ущерба для ее предела стабильности. Эти возможности возникают благодаря возможностям специальных SVC для настройки взаимосвязанных параметров, которые регулируют работу систем передачи, в том числе шунтирующих сопротивлений, тока, напряжения, угла сдвига фаз и затухания колебаний. Эта статья представляет собой обзор современных статических Вар технологий. Описан статический компенсатор, реализованный на тиристорных и самокоммутируемых преобразователях. Их принцип работы, характеристики компенсации и производительность представлены и проанализированы. Также представлено сравнение различных характеристик генератора Вар компенсации. Новые статические компенсаторы, такие как контроллеры единого потока энергии (UPFC) и динамические востановители напряжения (DVR) обязаны компенсировать современную систему распределения электроэнергии, также представлены и описаны.