III. Традиционные var генераторы

В общем, Вар генераторы классифицируются в зависимости от технологии, используемой в их реализации и пути их подключения к энергосистеме (поперечно или продольно). Вращающиеся и статические генераторы широко используются для компенсации реактивной мощности. В последнее десятилетие были предложено и разработано большое количество различных статических Вар генераторов с использованием силовых электронных технологий. Есть два подхода к реализации силовой электроники в основе Вар компенсаторов: тот, что использует тиристорную коммутацию конденсаторов и реакторов с регулируемыми трансформаторами и другой, который использует самокоммутируемые статические преобразователи. Краткое описание наиболее часто используемых поперечных и продольных компенсаторов представлено ниже.

А. Фиксированные ​​или механически коммутируемые конденсаторы

Шунтирующие конденсаторы были впервые использованы для корректировки коэффициента мощности в 1914 году. Опережающий ток, потребляемый от шунтирующих конденсаторов, компенсирует отставание тока от нагрузки. Выбор шунтирующих конденсаторов зависит от многих факторов, наиболее важным из которых является сумма отстающей реактивной мощности принятой нагрузки. В случае широкого колебания нагрузки реактивная мощность также изменяется в широком диапазоне. Таким образом, фиксированный набор конденсаторов может часто приводить либо к перекомпенсации, либо недокомпенсации. Переменная Вар компенсация достигается с помощью коммутации конденсаторов. В зависимости от общего Вар требования, конденсаторные банки включаются или выключатся из системы. Гладкость управления зависит только от числа конденсаторов, на которые используются коммутационные аппараты. Переключение, как правило, осуществляется с помощью реле и выключателей. Тем не менее, эти методы, основанные на механических переключателях и реле, имеют ряд недостатков: небыстродействие и ненадежность. Также они порождают высокие пусковые токи и требуют частого обслуживания.

Б. Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторов играют важную роль в контроле напряжения и реактивной мощности уже более чем 50 лет. Функционально синхронный конденсатор-это просто синхронная машина, подключенная к энергосистеме. После синхронизации, ток возбуждения регулируется либо генерацией, либо поглощением реактивной мощности в соответствии с требованиями системы переменного тока. Машина может обеспечить непрерывный контроль реактивной мощности при использовании надлежащей схемы автоматического возбудителя. Синхронные компенсаторы были использованы как при распределении, так и электропередачи для повышения стабильности и для поддержания напряжения в заданных пределах при изменяющихся нагрузочных условиях и чрезвычайных ситуациях. Тем не менее, синхронные компенсаторы используются редко, потому что они требуют значительных вложений и большого количества запусков и защитного оборудования. Они также способствуют току короткого замыкания, и они не могут контролироваться достаточно быстро, чтобы компенсировать резкие изменения нагрузки. Кроме того, их потери гораздо выше, чем у статических компенсаторов, а стоимость намного выше по сравнению со статическими компенсаторами. Их преимущество заключается в их высокой временной перегрузочной способности.

В. Тиристорные Вар компенсаторы

Как и в случае с синхронными компенсаторами, главная цель-достижение точного контроля над всей реактивной мощностью во всем диапазоне была выполнена с развитием статических компенсаторов с преимущественно более быстрым временем отклика. SVC, состоят из стандартных шунтирующих элементов реактивной мощности (реакторов и конденсаторов), которые контролируются для обеспечения быстрой и переменной реактивной мощности. Они могут быть сгруппированы в две основные категории, TSC и TCR.

1) TSCs: Рис. 4 показана принципиальная схема статического компенсатора TSC типа. Впервые представленный на ASEA в 1971 году набор шунтирующих конденсаторов разделен на отдельные группы, которые индивидуально включаются или выключаются с использованием двунаправленных тиристорных переключателей. Каждая однофазная группа состоит из двух основных частей- конденсаторов C и тиристорных переключателей Sw1 и Sw2.

Кроме того, есть вспомогательный элемент индуктивность L, целью которого является ограничение скорости нарастания тока через тиристоры и для предотвращения резонанса в сети (обычно 6% по сравнению с Xc). Конденсатор может быть включен с минимальным переходом, если тиристор включен в момент, когда напряжение конденсатора и напряжение сети имеют одинаковые значения. Статический компенсаторы TSC типа обладают следующими свойствами: ступенчатый контроль, средняя задержка в половину цикла (максимум один цикл), не генерация гармоник, так как текущие переходные процессы могут быть эффективно ослаблены.

Ток, который течет через конденсатор в данный момент времени t, определяется по следующей формуле:

где Xc и XL емкостное и индуктивное сопротивления, Vm источник максимального мгновенного напряжение, а напряжение фазового угла, под которым конденсатор подключен, и wr система резонансной частоты, Vco напряжение на конденсаторе в t=0-.

Это выражение было получено в предположении, что эквивалентное сопротивление системы незначительно по сравнению с системой реактивного сопротивления. Это предположение справедливо для высоковольтных линий электропередачи. Если конденсатор подключен на момент максимального напряжения источника и Vco равно пиковому значению источника напряжения Vm ( ), то токовая переходная составляющая равна нулю. Несмотря на привлекательную теоретическую простоту коммутации конденсаторной схемы, ее популярность была затруднена рядом практических недостатков: Вар компенсация не является непрерывным процессом, каждая конденсаторная группа требует отдельного тиристорного коммутатора, и поэтому строительство не является экономичным, постоянно приложенное напряжение через непроводящей тиристорный переключатель в два раза превышает пиковое напряжение питания, и тиристор должен быть рассчитан на защиту внешними средствами от скачков напряжения в линии и токов короткого замыкания. Привлекательным решением для устранения недостатков использования TSC является замена одного из тиристорных коммутаторов диодом. В этом случае, пусковые токи будут устранены, когда тиристоры выключены в нужное время, и более непрерывная реактивная мощность может быть достигнута, если номинальная мощность каждой конденсаторной батареи выбрана в следующей двойной комбинации, как описано в…Эта конфигурация показана на рис. 5. На этом рисунке Lmin катушки индуктивности используются для ограничения любого пускового тока, производя зажигание импульса вне времени.

Для подключения каждой ветви зажигающий импульс подается на вход тиристора, но только тогда, когда напряжение достигает своего максимального отрицательного значения. Таким образом, получается плавное подключение. Ток будет увеличиваться, начиная с нуля без искажений по синусоиде, и после завершения цикла напряжение на конденсаторе будет равно напряжению -Vm и тиристоры автоматически блокируются. При такой работе, как подключение так и отключение ветви будет плавным и без искажений. Если подача импульсов и напряжение -Vm правильно отрегулированы, то ни гармоники, ни пусковые токи не генерируются, так как достигаются два важных условий: ​​1) dv/dt в V=-Vm равно нолю и 2) напряжение от анода к катоду тиристора близко к нулю. Предполагая, что является источником напряжение, Vco начальное напряжение на конденсаторе, а напряжение анода к катоду тиристора, право подключения ветви будет, когда , то есть

Когда , тогда

В , тиристор включается, и конденсатор С начинает разряжаться. На данный момент, и для будет .Компенсирующий конденсатор, начиная с текущего t0 будет

Уравнение (4) показывает, что ток начинается с нуля, как синусоидальный сигнал без искажений и/или пускового компонента. Если вышеуказанные условия коммутации выполнены, индуктивность L может быть сведена к минимуму или даже устранена.

Экспериментальные осциллограммы рис. 6 показывают, как двойные связи многих ветвей позволяют почти непрерывно компенсировать изменения тока.

Эти экспериментальные кривые тока были получены в 5-квар лабораторном прототипе. Преимущества данной схемы в том, что многие уровни компенсации могут быть реализованы с несколькими ветвями, позволяющими непрерывное изменение без искажений. Кроме того, схема является более простой и экономичный по сравнению с TSC. Основным недостатком является то, что она имеет время задержки одного полного цикла по сравнению с половиной цикла TSC.