Konspekt_lektsy

Рисунок 4.17. 24-х импульсный преобразователь. [8]

Пример схемы 48-ми импульсного преобразователя приведен на рисунке 4.18.

81

Рисунок 4.18. 48-ми импульсный преобразователь. [8]

В последние годы одним из перспективных направлений развития многоуровневых преобразователей стало использование многоячейковых структур или каскадных преобразователей. Каждая ячейка такой структуры состоит из однофазных мостовых преобразователей, выполненных на полностью управляемых ключах и получающих питание от изолированных источников питания постоянного тока, в общем случае имеющих разное напряжение. Все ячейки соединяются последовательно на стороне переменного тока в каскады.

Схема силовых цепей многоуровневого преобразователя выполненного по принципу многоячейковых структур приведена на рисунке 4.19.

82

Рисунок 4.19. Схема силовых цепей многоячейкового преобразователя напряжения на IGCT тиристорах [8]

Выходное напряжение многоячейкового преобразователя содержит несколько ступенек, равное числу используемых элементарных ячеек.

Топология схемы преобразователя, состоящего из нескольких последовательного включенных ячеек, показана на рисунке 4.20 (одна фаза преобразователя). Там же приведена форма фазного напряжения при использовании АИМ.

а)

б)

Рисунок 4.20. Преобразователь напряжения, состоящий из нескольких последовательно соединенных модулей: а) обобщенная структурная схема; б) форма выходного напряжения [8]

83

Преобразователи большой мощности (50 – 100 МВА) состоят из восьми – десяти модулей, поэтому выходное напряжение имеет форму, близкую к синусоидальной. На рисунке 4.21 показано напряжение восьмимодульного преобразователя с частотой коммутации ключевых элементов, равной частоте сети. Модули обычно имеют общий накопитель (батарея электролитических конденсаторов) на стороне постоянного тока и поэтому включаются последовательно при помощи трансформаторов. Однако возможно включение модулей без использования трансформаторов, что уменьшает габариты устройства, но при этом у каждого модуля должен быть свой накопитель.

Рисунок 4.21 Напряжение, полученное с помощью АИМ и ШИМ [8]

84

Лекция 5 Управляемые устройства продольной компенсации реактивной мощности

Продольные устройства представляют собой управляемое реактивное сопротивление, например конденсаторная батарея или реактор либо регулируемый источник на полупроводниковых элементах с частотой сигнала равной или кратной частоте сети или равной подсинхронной частоте (частота вращения, при которой при включении произойдет надежное вхождение в синхронизм). В целом принцип действия устройств продольного включения основан на последовательном включении реактивного сопротивления в линию и при протекание через него тока представляет собой последовательный источник напряжения. При цифровом моделировании процессов и режимов в электроэнергетической системе устройство продольной компенсации может быть представлено источником напряжения.

Куправляемым устройствам продольной компенсации первого поколения относятся тиристорные устройства продольной компенсации (ТУПК). Реактивное напряжение, формируемое на ТУПК, определяется величиной протекающего тока и углом управления тиристоров. Чем меньший ток протекает, тем меньшее напряжение может быть сформировано, то есть меньшая степень компенсации реактивной мощности принципиально может быть обеспечена.

Куправляемым устройствам продольной компенсации второго поколения относится СТАТКОМ продольного включения с различными вариантами реализации накопителя энергии на выпрямленной стороне статического преобразователя.

ТУПК и продольные компенсаторы на базе СТАТКОМ предназначены или могут быть использованы для решения следующих задач:

-увеличение пределов статической устойчивости вплоть до предела по нагреву;

-управление перетоками мощности по параллельным связям;

-демпфирование электромеханических колебаний в энергосистеме;

-ограничение токов КЗ.

85

УУПК начали использовать сравнительно недавно, первое устройство было установлено на подстанции Stode в Швейцарии в 1997 г., на сегодняшний день в мире установлены уже сотни таких устройств.

Обычно устройства продольной компенсации устанавливаются на магистральных линиях электропередачи, выбор местоположения и мощности установки определяются на основе оценки экономичности и надежности энергосистемы. По отношению к индуктивности линии электропередачи степень компенсации обычно составляет 20–70%, что составляет 100–1000 МВА.

Поскольку устройства продольной компенсации взаимодействует с индуктивностью электропередачи, то при возникновении возмущений возникают колебания, частота которых определяется степенью компенсации. Колебания могут входить в резонанс с системами регулирования генераторов, что необходимо учитывать при проектировании компенсации линии.

Примеры принципиальных схем ТУПК приведены на рисунке 5.1. последовательно с ТУПК для ступенчатого управления могут быть включены конденсаторные батареи, шунтируемые выключателями.

Рисунок 5.1. Принципиальные схемы ТУПК

86

Согласно принципиальным схемам ТУПК могут быть реализованы по принципу шунтирования конденсаторной батареи либо встречнопараллельными тиристорами, либо тиристорно-реакторной группой. Последний принцип позволяет реализовать как емкостный, так и индуктивный характер формирующегося на ТУПК напряжения.

Диаграмма режимов работы ТУПК с конденсатором, шунтируемым тиристорно-реакторной группой, приведена на рисунке 5.2.

xэкв		Область
	Область	резонанса
	индуктивного		Рабочая
	сопротивления
			область
			α1 < α < π
		α1	α
			Область
			емкостного
			сопротивления

Рисунок 5.2. Зависимость эквивалентного сопротивления от угла управления тиристорной установки продольной компенсации

При полностью закрытых тиристорах (режим блокирования импульсов управления) напряжение на ТУПК имеет емкостный характер (рисунок 5.3).

Здесь и далее на рисунках 5.3-5.13 используется следующая цветовая схема маркировки сигналов:

Красный – напряжение на ТУПК;

Синий – ток конденсаторной батареи;

Зеленый – ток реактора;

Черный – ток линии.

87

Рисунок 5.3. Осциллограммы токов и напряжений ТУПК в режиме блокирования импульсов управления тиристорами

При полностью открытых тиристорах напряжение имеет индуктивный характер (рисунок 5.4)

Рисунок 5.4. Осциллограммы токов и напряжений ТУПК в режиме минимального угла открывания тиристоров

В этих режимах напряжения и токи изменяются практически по гармоническому закону, то есть компенсатор не ухудшает качество электроэнергии. При углах управления близких к области резонанса ТУПК наблюдается значительная несинусоидальность сигналов токов и напряжений (рисунок 5.5, 5.6).

88

Рисунок 5.5. Осциллограммы токов и напряжения при угле открывания тиристоров α=70°

Рисунок 5.6. Осциллограммы токов и напряжения при угле открывания тиристоров α=45°

Пунктирными линиями показаны первые гармоники сигналов токов и напряжений, горизонтальными – значения амплитуд первых гармоник токов и напряжений при минимальных углах управления и при блокировке импульсов (рисунки 5.6 и 5.5 соответственно). Увеличение токов в реактивных элементах, относительно токов в указанных режимах, происходит по причине приближения к области резонанса, при этом ток протекает между конденсатором и реактором.

89

Работа ТУПК в области резонанса невозможна по причине увеличения токов сверх максимально допустимых значений и возникновения напряжения на УПК, вызванных протеканием больших токов. Кроме того, по мере приближения к области резонанса увеличивается длительность колебаний в переходных процессах, вызванных изменением угла управления.

Рисунок 5.7. Осциллограммы токов и напряжения при переходе в резонанс

Для УПК на базе СТАТКОМ подобного эффекта не наблюдается, и СТАТКОМ способен формировать напряжение любой амплитуды емкостного и индуктивного характера, за исключением, возможно, параметрического резонанса СТАТКОМ и линии электропередачи.

Как уже отмечалось ранее, СТАТКОМ подключается в рассечку ЛЭП первичной обмоткой трансформатора присоединения. Структурная схема последовательного СТАТКОМ приведена на рисунке 5.8.

Аналогично поперечно подключаемому СТАТКОМ, последовательный создает реактивный характер нагрузки, но в данном случае формирует не ток, а реактивное напряжение или ЭДС первичной обмотки TV.

90