Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология передач и вставок постоянного тока. Ч.1. Общие принципы технологии передач и вставок постоянного тока. Учебное пособие
.pdf
В 6-импульсной схеме СПТ ток в цепи постоянного тока протекает
только в одном направлении. При этом переход в открытое (проводящее) состояние каждого из шести вентилей будет определяться разностью потенциалов на его аноде и катоде. Графическая иллюстрация такого алгоритма работы СПТ представлена на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Последовательность открывания полупроводниковых вентилей
6-импульсной схемы при естественной коммутации
Для управления током (передаваемой активной мощностью), а
также режимом работы преобразователя (выпрямитель/инвертор) вводится задержка сигнала на управляющий электрод относительно точки
естественной коммутации. Данная задержка, выраженная в электрических градусах, представляет собой угол управления (открытия) – α.
В выпрямительном режиме α может изменяться в пределах от 0° до 90°.
В инверторном – от 90° до 180° (рис. 1.4).
Последовательное (каскадное) соединение мостов применяется для
повышения выпрямленного напряжения и для обеспечения 12-пульсного
режима преобразования или более, которое обеспечивается питанием
мостов от вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов,
соединенных в звезду, треугольник, зигзаг и т. д., обеспечивающих
сдвиг векторов фазных напряжений на 30°, 15°, 7°, 5°эл. В настоящее
11
время наиболее принято каскадное соединение 2-х преобразовательных
мостов, включаемых и отключаемых одновременно, обеспечивающих
12-пульсное преобразование.
Применение 12-импульсных схем позволяет снизить содержание
высокочастотных гармоник в сигналах переменного тока и постоянного
напряжения. В ряде литературных источников рассматривается возможность применения 24- и 48-импульсных схем, однако данные схемы
не используются на практике ввиду низкой экономической эффективности [14, 15]. Так как основу 12, 24 и 48 схем составляет 6-импульсный
преобразователь, разработка модели преобразовательного блока на базе
6-импульсной схемы позволит реализовать любой из рассмотренных
типов преобразователей путем объединения их физических входов/выходов по аналогии с реальным силовым оборудованием.
Рис. 1.4. Зависимость величины выпрямленного напряжения
от угла открытия силовых вентилей
12-импульсная схема ПТ
Схема состоит из двух последовательно соединенных
6-импульсных мостов, подключенных со стороны системы переменного
тока через отдельные трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены в треугольник и звезду, либо через трехобмоточный трансформатор (рис. 1.5).
12
Использование различных схем соединения вторичных обмоток
позволяет снизить содержание высших гармоник за счет обеспечиваемого 30° сдвига между выходными сигналами токов и напряжений. Согласно [7] угол сдвига может быть 30° или 150° в зависимости от группы соединения YY0, YD5.
При этом 12-импульсная схема позволяет значительно уменьшить
влияние 5-й и 7-й гармоник тока на стороне переменного тока и 6-й
гармоники напряжения на стороне постоянного тока [1].
Рис. 1.5. 12-импульсная схема ПТ
Преобразователи на традиционных тиристорах имеют следующие
особенности:
• Выпрямленные напряжение и ток содержат не только постоян-
ную, но и переменную составляющие (кратность гармоник по отноше-
13
нию к частоте переменного тока примыкающих ЭЭС составляет n = km,
где k = 1, 2, 3,…, а m – пульсность преобразователя). Высшие гармоники
генерируются также в сеть переменного тока, от которой питаются преобразователи, и имеют порядок n = km ± 1.
В линии ППТ и на стороне переменного тока гармоники тока оказывают отрицательное воздействие на линии связи, проходящие вблизи
ВЛ ППТ; вызывают дополнительные потери энергии, могут явиться
причиной резонансных явлений в сети, вызвать вибрации и перегрев
электрических машин.
Устройства для фильтрации высших гармоник:
1) на стороне постоянного тока – включение реакторов в линию
ППТ, активные и пассивные фильтры на входе линий;
2) на стороне переменного тока фильтрация гармоник осуществ-
ляется
цепочками LC, каждая из которых настроена в резонанс с одной
из фильтруемых высших гармоник.
• Потребление реактивной мощности преобразователями из сети
переменного тока. Из-за отставания тока от напряжения и в режиме выпрямителя, и в режиме инвертора преобразователи как нагрузка сети
переменного тока имеют индуктивный характер.
Физическая причина появления отставания фазного
тока от фазно-
го напряжения поясняется рис. 1.6–1.8.
На рис. 1.6 приведены кривые фазного тока и фазного напряжения
трехфазного шестипульсного мостового преобразователя в выпрямительном режиме, которые были бы зафиксированы при условии, что
угол включения α (случай реальный) и угол коммутации γ (случай нереальный) выпрямителя равны нулю. Между током и напряжением
отсутствует фазовый сдвиг, следовательно преобразователь не потребляет реактивную мощность.
На рис. 1.7 представлена кривая фазного тока и фазного напряжения уже для реального случая с нулевым углом включения α и с углом
коммутации γ, не равным нулю.
При допущении линейного изменения тока на интервале коммутации между напряжением и током
коммутации γ зависит от выпрямленного тока I
появляется сдвиг на угол φ = γ/2. Угол
, сопротивления контура
d
коммутации (в основном сопротивления преобразовательного трансформатора) Х
и коммутирующего напряжения (напряжения на шинах
т
преобразовательного трансформатора, приведенного к напряжению
вентильной обмотки) U
.
ф
14
Рис. 1.6. Кривые фазного напряжения и фазного тока трехфазного
шестипульсного мостового преобразователя в выпрямительном режиме
при нулевом угле включения α и нулевом угле коммутации тока γ
Рис. 1.7. Кривые фазного тока и фазного напряжения при работе
выпрямителя с нулевым углом включения α и углом коммутации γ,
не равным нулю
15
Рис. 1.8. Кривые фазного тока и фазного напряжения выпрямителя
с углом включения α и углом коммутации γ, отличными от нуля
На рис. 1.8 приведены кривые фазного тока и фазного напряжения
при работе преобразователя с углом включения α и углом коммутации
γ, отличными от нуля. Этот рисунок отображает кривые тока и напряжения, приближенные к реальным, при работе преобразователя в выпрямительном режиме. Из осциллограммы видно, что сдвиг между током и напряжением
составляет угол φ = α + γ/2.
На рис. 1.9 приведены кривые фазных тока и напряжения для инверторного режима преобразователя. Из рисунка следует, что угол
φ = 180 – (δ + γ/2). Таким образом, в режиме выпрямителя преобразователь потребляет активную и реактивную мощность, а в режиме инвертора преобразователь выдает активную мощность и потребляет реактивную.
Часть необходимой реактивной мощности преобразователей покрывается фильтрами высших гармоник, устанавливаемыми на шинах
переменного тока и имеющих емкостный характер проводимости на
промышленной частоте. Поэтому эти устройства принято называть
фильтрокомпенсирующими (ФКУ). Полная компенсация реактивной
мощности достигается применением дополнительных батарей конденсаторов (БК), синхронных или статических компенсаторов (СК или СТК
соответственно). Установка
ФКУ и дополнительных источников реактивной мощности требует значительных затрат и усложняет устройство
преобразователей, снижая в то же время суммарную надежность.
16
Рис. 1.9. Кривые фазного тока и фазного напряжения при работе
инвертора с углом выключения δ и углом коммутации γ
ППТ могут выполняться с униполярной или биполярной линиями
электропередачи (рис. 1.10, а, б). В первом случае линия имеет один
провод, а в качестве второго провода используется либо земля, либо вода (если ППТ предназначена для преодоления водного пространства).
Для подсоединения полюсов к земле (или воде) ППТ оснащается рабочим заземлением (заводнением).
Существенными
недостатками использования земли (воды) в качестве токопровода являются возможность постепенного коррозионного
разрушения подземных (подводных) металлических сооружений вблизи
заземлителя (заводнителя) и экологическое воздействие на обитателей
водной среды.
ППТ с биполярной линией имеет две полуцепи, что позволяет не
полностью терять всю передачу в случае отключения одной из полуцепей. Другая полуцепь
продолжает работать с номинальной мощностью
или даже некоторое время с перегрузкой. Возможно выполнение ППТ с
промежуточным отбором мощности (с промежуточными подстанциями). Такие ППТ получили название «многоподстанционные ППТ»
(МППТ). Для МППТ с большой мощностью концевых и промежуточных подстанций применяется только параллельный отбор мощности.
Для ППТ малой мощности возможен отбор
с последовательным соеди-
нением концевых и промежуточных подстанций.
17
а
б
Рис. 1.10. ППТ с униполярной (а) и биполярной (b) линиями электропередачи
Вставки постоянного тока могут иметь различные схемы соедине-
ния преобразователей на стороне постоянного тока:
а) с заземлением нижнего полюса и сглаживающим реактором в
верхнем плюсе (рис. 1.11, а);
б) с заземлением нижнего полюса между сглаживающими реакто-
рами в этом же полюсе (рис. 1.11, б);
в) с заземлением средней точки 12-фазного преобразователя со
стороны
инвертора и сглаживающим реактором в обоих полюсах ВПТ
(рис. 1.11, в).
18
а
б
в
Рис. 1.11. Схемы ВПТ на стороне постоянного тока:
а – с заземлением нижнего полюса и сглаживающим реактором в верхнем полюсе;
б – с заземлением нижнего полюса между сглаживающими реакторами в этом
же полюсе; в – с заземлением средней точки 12-фазного преобразователя
со стороны инвертора и сглаживающими реакторами в обоих полюсах ВПТ
19
Схема по рис. 1.11, а имеет следующие особенности. Изоляция
вентильных обмоток верхних мостов преобразователей и сглаживающего реактора в длительном номинальном режиме находятся под полным
напряжением ВПТ.
В случае перекрытия верхнего полюса преобразователя, работающего в выпрямительном режиме, имеют место большие токи короткого
замыкания в оборудовании выпрямителя.
Схема по рис. 1.11, б имеет
следующие особенности. Изоляция
сглаживающих реакторов, по сравнению со схемой рис. 1.11, а, может
быть выбрана на меньшее напряжение, однако необходимо считаться с
расчетным режимом для выбора изоляции этого реактора при перекрытии на землю верхнего полюса преобразователей, когда данный реактор
подвергается перенапряжению, численно равному выпрямленному
напряжению преобразователя.
В данной схеме может
иметь место влияние коммутации вентиля в
верхнем плече верхнего моста выпрямителя на угол δ отключаемого
вентиля верхнего плеча верхнего моста инвертора при неблагоприятном
сдвиге фаз в одноименных фазах питающих напряжений на шинах систем переменного тока.
Схема по рис. 1.11, в имеет следующие особенности. Изоляция вен-
тильных обмоток мостов преобразователей и сглаживающих
реакторов
в длительном режиме находится под половинным напряжением ВПТ.
В случае перекрытия верхнего полюса преобразователя выпрямителя токи короткого замыкания в оборудовании преобразователей будут
значительно меньшем, чем в аналогичной ситуации (рис. 1.11, а).
Отсутствие влияния коммутаций вентилей в преобразователях выпрямителя и инвертора друг на друга, которое имеет место в схеме на
рис. 1.11, б.
Близкой к схеме, отображенной на рис. 1.11, в, является схема, по
которой выполнены блоки Выборгской преобразовательной подстанции.
1.2. Основное оборудование
преобразовательной подстанции
На рис. 1.12 представлена типовая схема преобразовательной подстанции (ПП) биполярной передачи постоянного тока с использованием
преобразователей тока [16].
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]