Дипломная работа: Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения с преобразовательными установками
Рисунок
10 – Осциллограммы, полученные на физической модели (рис.7): а – тока в
конденсаторной батарее (С = 70 мкФ);б – фазного напряжения в точке 1, КНС =
44 %
В
токе конденсаторной батареи І1 = 100 %,
І5 = 160 %, І7 = 60 % І1. Перегрузка
конденсатора по току составляет 200 %[22].
Таким образом, непосредственное
применение батарей конденсаторов в целях компенсации реактивной мощности в
сетях с вентильными нагрузками проблематично. В каждом конкретном случае
необходим расчет токовой перегрузки батарей резонансной группой гармоник. В
некоторых случаях такие расчеты необходимо производить до гармоник достаточно
высокого порядка, особенно при малых емкостях конденсаторных батарей[6].
1.4.2 Особенности компенсации реактивной мощности в сетях со специфическими
нагрузками
На
основании указанного выше можно сделать вывод о том, что в сетях со
специфическими нагрузками (к ним относят нелинейные, несимметричные и
резкопеременные нагрузки) существуют определенные особенности компенсации
реактивной мощности, которые заключаются в следующем:
1.
Из-за
низкого коэффициента мощности потребителей и резкопеременного характера
нагрузки необходимо осуществлять компенсацию как постоянной, так и переменной
составляющей реактивной мощности. Компенсация постоянной составляющей
реактивной мощности необходима для улучшения cosj
и для уменьшения отклонений напряжения в питающей сети. Компенсация переменной
составляющей реактивной мощности преследует цель уменьшения колебания
напряжения в питающей сети.
2.
Из-за
быстрых изменений потребляемой реактивной мощности необходимо применение
быстродействующих компенсирующих устройств, способных изменять регулирующую
реактивную мощность со скоростью, соответствующей скорости наброса и сброса
потребляемой реактивной мощности. Необходимое быстродействие таких
компенсирующих устройств можно ориентировочно определить как dQ/dt
= 100–2000 Мвар/с.
3.
Из-за
неравномерного потребления реактивной мощности по фазам необходимо и пофазное управление
компенсирующими устройствами.
4.
Ограничивается
применение батарей конденсаторов для компенсации постоянной составляющей
реактивной мощности в сети с резкопеременной вентильной нагрузкой. Это
обусловлено наличием в сети высших гармоник тока и напряжения при работе
нелинейных нагрузок. Высшие гармоники приводят к значительным перегрузкам
батарей конденсаторов по току[12].
Вообще
говоря, положение, сложившееся в стране с компенсацией реактивной мощности в
электрических сетях, в том числе и в сетях, питающих преобразовательную
технику, остается весьма напряженным. Компенсированность наших электрических
сетей в 2–3 раза ниже, чем в развитых странах мира. Следует заметить, что
решение этой задачи не является простым. С одной стороны это связано с большой
потребностью и острым дефицитом конденсаторных батарей, а с другой стороны – с
тем, что в условиях преобразовательных подстанций традиционный способ
компенсации путем непосредственного включения конденсаторов в сеть
сопровождается массовым выходом их из строя из-за перегрузки токами высших
гармоник при возникновении резонансных явлений.
Не
лучше дело обстоит и с гармоническим воздействием преобразовательных подстанций
на питающие сети. На подавляющем числе предприятий указанных выше производств
коэффициенты несинусоидальности напряжений и токов существенно превышают
требования ГОСТ.
Основными
техническими средствами компенсации реактивной мощности и улучшения спектров
токов и напряжений на преобразовательных подстанциях являются:
а)
синхронные компенсаторы;
б)
тиристорные компенсаторы реактивной мощности;
в)
пассивные фильтрокомпенсирующие устройства;
г)
активные фильтры;
д)
параметрические источники тока;
е)
выпрямительные агрегаты с повышенными энергетическими показателями.
Несмотря
на применение на ряде предприятий синхронных компенсаторов, интерес к этому
способу компенсации в условиях преобразовательной нагрузки заметно упал.
Наоборот,
во всем мире проводятся исследования и разработка статических (в основном
тиристорных) компенсаторов реактивной мощности. Зачастую на эти же устройства
дополнительно возлагаются функции фильтрации высших гармоник и снижения степени
несимметрии питающих напряжений.
Повышенное
внимание в настоящее время уделяется также совершенствованию схемных решений,
методам расчета и вопросам практического применения фильтрокомпенсирующих
устройств.
Новым
направлением повышения качества напряжения в электрических сетях является
использование активных силовых фильтров. Такие фильтры могут быть построены на
базе схем типа инвертор тока с импульсной модуляцией интервалов проводимости
вентилей; управляемых с помощью высокочастотной импульсной модуляции
индуктивностей и емкостей; обращенного инвертора напряжения и др. В результате
могут быть реализованы фильтры с перестраиваемыми параметрами и адаптивные
фильтры, при необходимости и соответствующей установленной мощности решающие и
проблему компенсации реактивной мощности.
Существенную
роль в решении указанной выше проблемы способны сыграть индуктивно-емкостные
преобразователи, в частности, параметрические источники тока. При
преобразовании потребляемой из питающей сети энергии переменного тока в энергию
стабилизированного постоянного тока в условиях изменения напряжения на нагрузке
в широких пределах, когда в обычных преобразователях наблюдаются набросы
реактивной мощности и заметные искажения сетевого тока, параметрический
источник тока резко снижает указанный отрицательный эффект[16].
1.4.3
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности
При
наличии быстрых и резкопеременных нагрузок становится перспективным применение
статических компенсаторов реактивной мощности, обеспечивающих возможность
безынерционного регулирования реактивной мощности. При этом улучшаются условия
статической устойчивости энергосистемы в целом, что обеспечивает дополнительную
экономию за счет повышения технико-экономических показателей работы
электроустановок.
Статические
компенсаторы реактивной мощности (СКРМ) являются перспективным средством
рациональной компенсации реактивной мощности в силу присущих им положительных
свойств, таких, как быстродействующее регулирование, подавление колебаний
напряжения, симметрирование нагрузок, отсутствие вращающихся частей, плавность
регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть. Кроме того, эти
устройства могут осуществлять плавное и оптимальное распределение напряжений,
обеспечивая тем самым снижение их потерь в распределительных электросетях[9].
На
рисунке 11 приведены основные варианты статических компенсирующих устройств.
Они содержат фильтры высших гармоник и регулируемый дроссель в различных
исполнениях.
Рисунок
11 – Схемы статических компенсирующих устройств[6]
В
настоящее время известно большое количество вариантов схем, которые разделяют
на три группы:
1)
мостовые
источники реактивной мощности с индуктивным накопителем на стороне постоянного
тока (рис. 11,а);
2)
реакторы
насыщения с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рис.11,б);
3)
реакторы
с линейной вольт-амперной характеристикой и последовательно включенными
встречно-параллельными управляемыми вентилями (рис. 11,в).
СКРМ
обеспечивают одновременно компенсацию реактивной мощности основной частоты,
фильтрацию высших гармонических, компенсацию изменений напряжения, а также
симметрирование напряжения сети. Они состоят из управляемой части,
обеспечивающей регулирование реактивной мощности, и энергетических фильтров,
обеспечивающих фильтрацию высших гармоник тока нелинейной нагрузки.
Статические
компенсирующие устройства обладают следующими преимуществами:
1)
высокое
быстродействие изменения реактивной мощности;
2)
достаточный
диапазон регулирования реактивной мощности;
3)
возможность
регулирования и потребления реактивной мощности;
4)
минимальные
искажения питающего напряжения.
Основными
элементами статических компенсирующих устройств являются конденсатор и дроссель
– накопители электромагнитной энергии – и вентили (тиристоры), обеспечивающие
ее быстрое преобразование.
Принцип
работы статических источников реактивной мощности состоит в том, что выпрямленным
током преобразователя индуктивность (реактор или дроссель с железом) заряжается
магнитной энергией, которая инвертируется в сеть переменного тока с опережающим
коэффициентом мощности[8].
В
СКРМ при полном открывании вентилей реактивная мощность установки определяется
разностью между мощностью, генерируемой фильтрами, и мощностью, потребляемой
реакторами. По мере закрытия вентилей мощность, потребляемая реакторами,
уменьшается, и при их полном закрытии мощность, генерируемая ИРМ, становится
равной мощности фильтров.
На
рисунке 12,а показана однолинейная схема включения статического компенсирующего
устройства с преобразовательной нагрузкой, а на рис. 12,б – ее расчетная схема
замещения.
Рисунок
12 – Принципиальная схема присоединения СКРМ к системе электроснабжения (а) и
расчетная схема замещения (б)[1]
В
ряде случаев помимо резонансных цепей фильтров, настраиваемых на частоты
доминирующих высших гармоник тока нагрузки, в состав ТКРМ вводят параллельно
присоединяемые конденсаторные батареи для фильтрации гармоник, порядок которых
выше частоты настройки резонансных фильтров.
Быстрое
развитие мирового производства статических тиристорных компенсаторов (СТК)
определяется их преимуществами по отношению к традиционным средствам
компенсации реактивной мощности в решении ряда актуальных задач
электроэнергетики. К числу таких задач относится необходимость компенсации
реактивной мощности в местах потребления электроэнергии и на промежуточных
подстанциях длинных линий с целью повышения стабильности напряжения у
потребителей, снижения потерь в линиях электропередач и сетях электроснабжения
потребителей, повышения пропускной способности электропередач.
Рост
протяженности, мощности и класса напряжения дальних электропередач выдвигает в
число важнейших задач обеспечение средствами компенсации ограничения внутренних
перенапряжений, статической и динамической устойчивости, эффективности
автоматических повторных включений (АВК)[14].
В
отечественной практике для уменьшения колебаний напряжения применяются
быстродействующие синхронные компенсаторы типа СК-10000-8 мощностью 7,7 Мвар на
напряжение 10 кВ и мощностью 10 Мвар на напряжение 6 кВ. Максимальная скорость
изменения реактивной мощности, выдаваемой в сеть, по данным завода составляет
130 Мвар/с, возможна кратковременная работа с 2-кратной перегрузкой.
Компенсаторы успешно работают на некоторых металлургических заводах, в
частности в системе электроснабжения станов горячего проката.
Установленная
мощность синхронного компенсатора при одном и том же графике реактивной
нагрузки будет меньше, чем установленная мощность статического компенсирующего
устройства. Синхронные компенсаторы обладают всеми недостатками вращающихся
машин и имеют меньшее быстродействие по сравнению со статическими
компенсаторами. Кроме того, в статических компенсирующих устройствах возможно
пофазное управление.
На
зарубежных металлургических заводах для снижения влияния на питающую сеть
резкопеременных нагрузок применяются синхронные компенсаторы с высокой
кратностью форсировки напряжения возбуждения и быстродействующей системой
регулирования.
Фирма
Simens (ФРГ) выпускает синхронные компенсаторы мощностью 10MBА с ударной
мощностью 30 MBА. Обмотка возбуждения компенсатора питается от нереверсивного
тиристорного преобразователя с кратностью форсировки возбуждения по напряжению
13,2.
Фирма
Fuji
Electric Co совместно с Nisshin Electric Co (Япония) выпускает синхронные
компенсаторы мощностью 8 MBА с ударной мощностью 16 MBА. Компенсатор имеет
бесщеточную систему возбуждения с кратностью форсировки по напряжению, равной
2.
Фирма
ASEA (Швеция) выпускает синхронные компенсаторы номинальной мощностью 7,5 Мвар
с ударной мощностью 30 Мвар.
В
таблице 1 представлено качественное сравнение быстродействующих синхронных
компенсаторов со статическими компенсирующими устройствами прямой и косвенной
компенсации.
Таблица
1 – Сравнение параметров компенсирующих устройств
Параметры
сравнения |
Специальный
синхронный компенсатор |
Статические
компенсирующие устройства |
прямой
компенсации |
косвенной
компенсации |
Скорость
регулирования,
с
|
Более
0,06 |
Менее
0,02 |
Менее
0,01 |
Регулирование |
Плавное |
Ступенчатое |
Плавное |
Строительная часть |
Массивные
фундаменты |
Фундаменты
не требуются, большая гибкость монтажа |
Обслуживание |
Смазка,
охлаждение и т. д. |
Обслуживания
практически не требуется |
Отношение
Qуст
к
Qmax, отн. ед.
|
0,5–0,7,
имеется возможность перегрузки до 2-х кратной |
1,0;
перегрузка не допускается |
2,0;
регулируемая индуктивная часть 1,0; емкостная нерегулируемая часть 1,0 |
Работа
на несимметричную нагрузку |
Показное
управление практически невозможно |
Осуществляется
пофазное управление практически без дополнительных затрат |
Потери
от номинальной мощности, % |
2,5
– 4,0 |
0,5
– 1,0 |
1,0
– 2,0 |
Искажение
питающего напряжения |
Нет |
Нет |
Управляемый
тиристорами ре-актор является источником высших гармоник |
Статические
компенсирующие устройства обладают рядом преимуществ по сравнению с
быстродействующими синхронными компенсаторами. Основным преимуществом является
их большее быстродействие. Существенна и возможность осуществления пофазного
управления, что необходимо в сетях с быстроизменяющейся несимметричной
нагрузкой.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
|