2.5. Преобразовательные установки

Потребление РМ преобразовательными установками с полупроводниковыми вентилями обусловлено в основном двумя причинами: естественным коммутационным процессом и искусственной задержкой момента открытия вентиля с целью регулирования выпрямленного напряжения.

Процессы коммутации рассмотрим на примере трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный. При естественной коммутации вентилей вентиль фазы В открывается в момент времени, когда напряжение UВ становится равным, а затем превышает напряжение фазы А. Однако ток вентиля Id достигает установившегося значения с некоторым запаздыванием, обусловленным индуктивностью Ld преобразователя. На рис.2.5,а ток вентиля представлен в виде трапеции, время коммутации характеризуется углом коммутации γ. Угол

сдвига между вторичным напряжением U2 и вторичным током i2 ( Id ) преобразователя (на рис. 2.5,а - между максимумом напряжения UB и серединой импульса тока Id) равен

В управляемых преобразователях для регулирования выпрямленных значений напряжения и тока создается искусственная задержка момента открывания вентиля на угол α (рис. 2.5,б). Соответственно угол сдвига между напряжением U2 и вторичным током i2 (Id) преобразователя (на рис.2.5, б между максимумом напряжения UВ и серединой импульса тока Id) равен

18

U,Ι

UB

Ia

t

0

á)

Рис.2.5

•

Приблизительно на такие же углы сдвинут первичный ток I1 относительно напряжения

•

U1 преобразовательного трансформатора, чем и определяется реактивная нагрузка

преобразователя. РМ, потребляемая преобразовательным агрегатом, складывается из потерь QT в преобразовательном трансформаторе и из расхода QВ на коммутацию и регулирование

напряжения в выпрямителе:

где РП.А. - номинальная активная мощность выпрямителя.

Коэффициент мощности λ преобразовательного агрегата, с учетом несинусоидальности первичного тока определяется по формуле

где ν - коэффициент искажения первичного тока I1.

Таким образом, преобразовательные агрегаты, широко применяемые в разных отраслях промышленности (прокатные станы, электролиз и т.д.), являются крупными потребителями РМ.

19

Режим ее потребления имеет свои особенности, связанные с нестабильностью и нелинейностью параметров нагрузки.

Эффективным средством снижения потребления из сети РМ преобразователями является применение таких преобразователей, которые не только не потребляли бы, но и генерировали ее, например, компенсированные преобразователи.

2.6. Потребители реактивной мощности в СЭС со специфическими нагрузками

К специфическим нагрузкам относятся нелинейные, резкопеременные и несимметричные нагрузки. На современных ПП такими нагрузками являются мощные станы горячего и холодного проката с вентильными преобразователями, дуговые сталеплавильные и руднотермические печи, мощные сварочные и индукционные установки и др. Нагрузки регулируемых вентильных преобразователей характеризуется большим потреблением РМ, а следовательно высоким tgϕ. Например, для вентильных преобразователей прокатных станов

tgφ = 1...3.

Резкопеременный характер потребления РМ вызывает колебания напряжения как в сетях самого ПП, так и энергосистемы. Набросы РМ могут превышать 100Мвар, причем скорость наброса и сброса dQ/dt потребляемой РМ достигает для станов горячего проката 400 Мвар/с, для станов холодного проката - до 2000 Мвар/с. При питании таких электроприводов колебания напряжения в сети 6, 10 кВ могут достигать более 20 % UН, a в сети 110, 220 кВ даже при мощности к.з., равной 3500..5000 MBА, могут превышать 1...3 % UH. Кроме того, вентильные преобразователи значительно искажают форму кривой питающего напряжения. Подобные характеристики имеют и дуговые сталеплавильные печи (ДСП) особенно в период расплавления шихты.

Указанные особенности потребителей со специфическими нагрузками предъявляет дополнительные требования к компенсации РМ, существенно отличавшейся от общепринятых для сетей с так называемой "спокойной" нагрузкой:

1.Ввиду большой величины коэффициента реактивной мощности потребителей и резкопеременного характера нагрузки необходимо осуществлять компенсацию как постоянной, так и переменной составлявших РМ. Компенсация постоянной составляющей РМ необходима для уменьшения tgϕ и отклонений напряжения в

питающей сети, а компенсация переменной составляющей - для снижения колебаний этого напряжения.

2.Ввиду быстрых изменений потребляемой РМ необходимо применение быстродействующих компенсирующих устройств, способных изменять генерируемую РМ со скоростью, соответствующей скорости наброса и сброса потребляемой РМ. Необходимое быстродействие ориентировочно должно быть dQ/dt = 100...2000 Мвар/с.

3.Из-за неравномерного потребления РМ по фазам необходимо и пофазное управление компенсирующими устройствами.

4.Из-за наличия высших гармоник тока и напряжения при работе потребителей с нелинейными нагрузками, вызывающими значительные перегрузки батарей конденсаторов, необходимо применение фильтрокомпенсирующих устройств.

20