V. Новая технология вар компенсаторов

На основе силовой преобразовательной электроники и схемы цифрового управления компенсаторы реактивной мощности на базе самокоммутируемых преобразователей были разработаны, чтобы компенсировать не только реактивную мощность, а также для регулирования уровня напряжения, мерцания гармоник, активной и реактивной мощности, полного сопротивления линии передачи и фазового угла. Важно отметить, что хотя конечный эффект и заключается в повышении производительности энергетической системы, управление изменяется во всех случаях основной реактивной мощности. При использование самокоммутируемых преобразователей следующие высокопроизводительные контроллеры системы питания были реализованы: СТАТКОМ, статический синхронный продольный компенсатор (SSSC), DVR, UPFC, линейный регулятор потока мощности (IPFC), и сверхпроводящий магнитный накопитель энергии (SMES). Принципы работы и цепи питания каждой из схем описаны ниже.

А. СТАТКОМ

Статком основан на твердотельных источниках напряжения, реализованный с преобразователем и подключаемый параллельно мощности системы через реактор связи по аналогии с синхронной машиной, создавая сбалансированный набор из трех синусоидальных напряжений на основной частоте, с регулируемой амплитудой и фазовым углом. Это оборудование, однако, не имеет инерции и перегрузочной способности. Примеры этих схем рис. 16, 18 и 19.

Б. SSSC

VSC также может быть использован как продольный компенсатор, как показано на рис. 23. SSSC подводит напряжение последовательно к линии, сдвинутое на 90 по фазе с током нагрузки, действующее в качестве управляемого продольным конденсатором. Основное отличие, по сравнению с продольным конденсатором, является то, что напряжение подаваемое SSSC не связано с линией тока и может быть независимо контролируемым.

В. DVR

DVR, как показано на рис. 24, представляет собой устройство, подключенное параллельно с энергосистемой и используется для поддержания напряжения на нагрузке постоянным, независимо от колебаний напряжения источника.

Когда перекосы напряжения или скачки присутствуют на нагрузке терминалов, DVR отвечает, вводя три напряжения переменного тока последовательно с поступающими трехфазовыми сетевыми напряжениями, компенсируя разницу между нарушенным и предварительно нарушенным напряжением. Каждый фаза вводного напряжения может быть контролируема по отдельности (то есть их величина и угол). Активная и реактивная мощности, необходимые для создания этих напряжений поставляемых VSC, питаются от постоянного тока, как показано на рис. 24. Для того чтобы иметь возможность смягчить просадку напряжения, DVR должен представить быстрое реагирование управления. Ключевые компоненты DVR являются:

• распределительные устройства; • усилитель трансформатор; • фильтр гармоник; • IGCT VSC; • постоянного тока зарядного устройство постоянного тока; • система управления и защиты; • источник энергии, то есть набор накопительного конденсатора.

Когда условия электропитания остаются нормальными, DVR может работать в качестве резерва с низким уровнем потерь, со стороны конвертора из закороченного вольтодобавочного трансформатора. Поскольку VSC модуляция не имеет места, то DVR производит только потерю проводимости. Использование технологий IGCT минимизирует эти потери. SSSC и DVR могут быть объединены, чтобы получить систему, способную контролировать поток мощности линии электропередачи во время устойчивого состояния и обеспечения динамической компенсации напряжения и токов короткого замыкания во время сбоев системы.

Г. UPFC

UPFC, как показано на рис. 25, состоит из двух переключаемых преобразователей, работающих от общего звена постоянного тока, обеспеченных накопительным конденсатором постоянного тока.

Один из них связан последовательно с линией, а другой параллельно. Этот механизм функционирует как идеальный преобразователь в сети переменного тока, в которой реальная мощность может свободно течь в любом направлении между клеммами переменного тока из двух преобразователей, и каждый преобразователь может самостоятельно генерировать (или поглощать) реактивную мощность на своем выходе терминала переменного тока. Продольные преобразователи UPFC вводит через продольный трансформатор напряжение переменного тока с управляемой величиной и углом сдвига фаз продольно линии передачи. Поперечный преобразователь снабжает или поглощает реальную мощность, требуемую от продольного преобразователя через связующее звено постоянного тока. Инвертор, соединенный последовательно, выполняет основную функцию UPFC путем введения переменного напряжения с регулируемой величиной (0< < ) и фазовым углом , на промышленной частоте, продольно линии через трансформатор. Ток линия электропередачи протекает через последовательный источник напряжения, в результате чего происходит обмен активной и реактивной мощностями между ним и системой переменного тока. Активная энергия, обмененная на терминале переменного тока, которая в терминале связи трансформатора преобразуется инвертором в энергию постоянного тока, которая появляется в цепи постоянного тока как положительный или отрицательный спрос на активную электроэнергию. Реактивная мощность, обмененная на терминале переменного тока, генерируется отдельно от инвертора. Основной функцией преобразователя, соединенного параллельно (инвертор 1) является поставка или поглощение активной мощности, необходимой от инвертора, соединенного последовательно с системой переменного тока (инвертор 2), в общей цепи постоянного тока. Инвертор 1 может также создавать или поглощать контролируемую реактивную мощность, если это требуется, и тем самым он может обеспечить независимую поперечную реактивную компенсацию для линии. Важно отметить, что в то время как существует замкнутый "Прямой" путь к активной мощности под действием продольного напряжения, вводимого через инвертор 1 и обратно в линию, соответствующая обмененная реактивная мощность поставляется или поглощается в местном масштабе инвертором 2, и поэтому это не течет через линию. Таким образом, инвертором 1 можно управлять в единстве коэффициента мощности или управлять, чтобы иметь обмен реактивной мощности с линией независимо от обмененной реактивной мощности инвертором 2. Это означает, что не существует непрерывного потока реактивной мощности через UPFC.

Д. IPFC

IPFC, как показано на рис. 26, состоит из двух последовательных VSCS, чьи конденсаторы постоянного тока связаны, что позволяет активной мощности циркулировать между различными линиями электропередачи. При работе ниже своей номинальной мощности, IPFC находится в режиме регулирования, позволяющем регулирование потоков P и Q на одной линии и P потока на другой линии. Кроме того, генерация активной энергии двух связанных VSCS равна нулю, пренебрегая потерями мощности.

Е. SMES

Система SMES, показанная на рис. 27, представляет собой устройство для накопления и мгновенной выгрузки большого количества энергии.

Он хранит энергию в магнитном поле, создаваемом протеканием постоянного тока в катушке из сверхпроводящего материала, имеющего криогенное охлаждение. Эти системы использовались в течение нескольких лет, чтобы улучшить качество промышленной мощности и обеспечить высококачественное обслуживание для индивидуальных клиентов, чувствительных к колебаниям напряжения. SMES перезаряжается в течение нескольких минут и может повторить заряд/разряд последовательно тысячи раз без ухудшения магнита. Время зарядки может быть ускорено для удовлетворения специальных требований в зависимости от пропускной способности системы. Это значит, что МСП на 97%-98% эффективнее и намного лучше в обеспечении требуемой реактивной мощности. Рис. 28 показывает другую схему SMES с использованием трехуровневого преобразователя.

Первое коммерческое применение SMES в 1981 году на 500-кВ Тихоокеанского Сети, которая соединяет Калифорнию и Северо-Запад. Цель устройства была в том, чтобы продемонстрировать возможность SMES улучшать передаваемую мощность, заглушая межобластные модальные колебания. С того времени, много исследований было проведено и разработаны прототипы для установки SMES для повышения пропускной способности линий и их производительности. Основным показателем стоимости для SMES было количество запасенной энергии. Предыдущие исследования показали, что SMES может существенно увеличить пропускную способность линии, когда энергоисточники применяют относительно небольшое количество запасенной энергии и большую номинальную мощность (более 50 МВт). Еще одно интересное применение SMES –это стабилизация частоты в сочетании с SSSC.

Ж. Вар генерация с использованием соединительных трансформаторов

Энергетика находится в постоянном поиске наиболее экономичного способа для передачи больших мощностей по заданной схеме. Это может быть достигнуто только путем независимого управления потоками активной и реактивной мощности в линии передачи. Традиционные решения: такие как поперечная или продольная индуктивность/емкость и регуляторы фазы угла влияют одновременно на активный и реактивный поток мощностей в линии передачи. При использовании UPFC, основанной на VSC, активный и реактивный потоки мощности в линии могут также самостоятельно регулироваться. Тем не менее, новая концепция с использованием проверенных трансформаторных схем изучается: SEN трансформатора. ST, которая показанная на рис. 29, представляет собой новое семейство контролируемых поток мощности трансформаторов, которое отвечает новым требованиям независимого управления потоками активной и реактивной мощности в линии передачи. Использование обзор состоянии в области современной техники управления потоком мощности, ST перенаправляет активную и реактивную мощности от перегруженных линий и предлагает эффективное управление потоком мощности. Основным преимуществом ST по сравнению с UPFC является его низкая стоимость, но недостатком этого варианта является его низкие динамические характеристики.

Продольная компенсация, показанная на рис. 29, представляет собой последовательное соединение из трех фаз вторичных обмоток трансформатора. Эта связь позволяет независимый контроль величины напряжения и сдвига фаз в каждой из трех фаз.