Управление нормальными режимами

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 18

Тиристор в цепи переменного тока

При включении тиристора в цепь переменного тока возможно осуществление следующих операций:

•включение и отключение электрической цепи с активной и активно-реактивной нагрузкой (тиристорный ключ);

•изменение среднего и действующего значений тока через нагрузку за счёт того, что имеется возможность регулировать момент подачи сигнала управления (регулирование тока и напряжения в цепи).

Так как тиристорный ключ способен проводить электрический ток только в одном направлении, то для использования тиристоров на переменном токе применяется их встречно-параллельное включение.

Среднее и действующее значения тока варьируются за счёт изменения момента подачи на тиристоры VS1 и VS2 открывающих сигналов, т.е. за счёт изменения угла альфа. Значения этого угла для тиристоров VS1 и VS2 при регулировании изменяется одновременно при помощи системы управления. Угол альфа называется углом управления или углом отпирания тиристора.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 19

Flexible Alternate Current Transmission System (FACTS). Гибкие системы электропередачи переменного тока

Термин и понятие FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System – гибкие управляемые системы электропередачи переменного тока) введены в обращение Институтом электроэнергетики EPRI (США).

FACTS является одной из наиболее перспективных электросетевых технологий, которая позволяет электрическую сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превратить в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей.

•устройства поперечного включения (СТК, СТАТКОМ, УШР);

•устройства продольного включения (ФПУ, ПСТАТКОМ);

• передачи и вставки постоянного тока (ВПТ, ППТ);

• объединенный регулятор перетока мощности (ОРПМ)..

Основными проблемами Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) в ЕЭС являются:

•недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих линий электропередачи, ограничиваются возможности удовлетворения требований ОРЭМ;

•ограничения по выдаче мощности ряда крупных электростанций;

•слабая управляемость сети, недостаточный объем устройств регулирования напряжения, как следствие, повышенные до опасных значений напряжения в периоды суточного и сезонного снижения нагрузки;

•неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям различного класса напряжений, как следствие, недоиспользование сетей, рост потерь в сетях.

Многие из указанных проблем могут быть решены с помощью нового класса электротехнического оборудования – силовых электронных устройств и/или другого статического оборудования, которое обеспечивает управление одним или несколькими схемными и/или режимными параметрами электропередачи переменного тока, называемых гибкими системами электропередачи переменного тока (Flexible Alternate Current

Transmission System) или устройствами FACTS.

Управляемые электропередачи, благодаря высокому быстродействию силовой электроники, способны воздействовать на происходящие в электроэнергетических системах процессы в темпе процесса («on-line»). Благодаря этому электропередачи превращаются из «пассивных» средств транспорта электроэнергии в «активные» устройства управления режимами работы. Не рассматривая это технологическое направление в целом, покажем некоторые типичные примеры его применения.

Устройства FACTS могут быть разделены на три группы:

•устройства поперечного включения;

•устройства продольного включения;

•передачи и вставки постоянного тока;

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

• комбинированные устройства продольного и поперечного включения.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 20

FACTS. Статический тиристорный компенсатор (СТК)

Статические компенсаторы, где реактор регулируется с помощью тиристорного ключа, получили название статических тиристорных компенсаторов (СТК). Основная схемная конфигурация СТК включает в себя набор фильтров высших гармоник - фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ), постоянно подключенных к сети или коммутируемых выключателями, и включенные параллельно им в треугольник три фазы управляемых тиристорами реакторов - тиристорно-реакторная группа (ТРГ). Угол зажигания тиристоров ТРГ может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме. Применение СТК в энергосистеме позволяет решить проблему изменения реактивного тока и сгладить колебания напряжения в узлах нагрузки и непосредственно у потребителя.

Система управления и защиты СТК обеспечивает быструю компенсацию реактивной мощности нагрузки и поддержание регулируемого параметра в соответствии с заданной уставкой, выполняет защиту оборудования СТК, контроль и сигнализацию отказов. Время реакции системы регулирования СТК на изменение регулируемого параметра составляет 5 мс для нагрузок типа дуговых сталеплавильных печей и 25-100 мс для общепромышленных нагрузок и сетевых подстанций.

СТК имеет уровень автоматизации, обеспечивающий его работу без постоянного присутствия персонала. Управление СТК осуществляется от пульта дистанционного управления (ПДУ СТК) или от АСУ ТП через внешний интерфейс. Номинальная мощность и схема СТК выбирается для конкретного объекта в зависимости от параметров системы электроснабжения, вида и мощности компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии и выполняемым функциям. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ, и определяется их состав.

Эти устройства могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. Регулирование реактивной мощности происходит плавно и в широких пределах. С другой

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

стороны, при работе тиристорных ключей возникают высшие гармоники, что требует введения в схему фильтров. Кроме того, СТК неэффективны в слабых сетях.

Срок окупаемости затрат на СТК составляет в среднем от 0,5 до 1 года.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 21

FACTS. Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ)

1 - электромагнитная часть (фаза) СО – сетевая обмотка; КО – компенсационная обмотка; ОУ – обмотка управления;

2 – тиристорный блок ТБ1 с системой управления СУРЗА; 3 – фильтры гармоник и корректор формы тока (без обозначений).

Управляемый шунтирующий реактор – это переменное индуктивное сопротивление, плавно регулируемое подмагничиванием ферромагнитных элементов магнитной цепи. Фаза управляемого реактора — это по существу двухобмоточный трансформатор с расщепленным стержнем. Одна из обмоток, сетевая, подключена к электрической сети (UСО), вторая — управляющая, подключена к регулируемому по величине источнику постоянного напряжения (UУ). Секции сетевой и управляющей обмоток включены встречно параллельно и не имеют прямой электромагнитной связи. Каждая из обмоток фазы создает свои магнитные потоки: сетевая обмотка - переменный поток промышленной частоты; управляющая - постоянный, регулируемый по величине поток подмагничивания.

1 - электромагнитная часть (фазы) (СО – сетевая обмотка для потребления реактивной мощности; КО – компенсационная обмотка для компенсации высших гармоник; ОУ – обмотка управления для подмагничивания стержней магнитопровода); 2 – тиристорный блок ТБ1 с системой управления СУРЗА; 3 – фильтры гармоник и корректор формы тока (без обозначений).

Способен работать только на поглощение реактивной мощности, обладает высоким быстродействием. Управление осуществляется изменением величины тока в обмотке управления, чем достигается изменение намагничивания ярма УШРТ.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 22

FACTS. Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ)

Кривая намагничивания ферромагнетика

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи (закон полного тока)

Постоянный поток подмагничивания смещает переменный поток в область насыщения кривой намагничивания стали, что и приводит к изменению индуктивного сопротивления устройства.

При подключении к обмоткам управления регулируемого источника постоянного тока происходит нарастание потока подмагничивания, который вызывает насыщение стержней УШР в соответствующие полупериоды напряжения. По мере увеличения насыщения стержней магнитопровода снижается индуктивность расположенной на них сетевой обмотки, т.е. снижается ее индуктивное сопротивление. Это приводит к возрастанию тока в сетевой обмотке за счет уменьшения индуктивного сопротивления реактора. За счет этого обеспечивается плавное изменение уровней напряжения в точке подключения УШР и величина потребляемой реактором реактивной мощности.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 23

FACTS. Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ)

Управляемый шунтирующий реактор 180 МВАр, 500 кВ на п/ст «Таврическая», Россия 2005 год. Основные технические характеристики:

Номинальное напряжение 525 кВ; Номинальная мощность 180 Мвар; Диапазон изменения мощности 1…240 Мвар; Время изменения мощности 0,3 с; Потери:

- холостого хода 200 кВт - номинальные 900 кВт

Мощность управления 5,4 МВА Высшие гармоники в токе ≤ 3%

Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ) является одним из видов управляемых реакторов и предназначен для установки на подстанциях линий электропередач высокого напряжения 110…500 кВ для реализации следующих функций:

плавного быстродействующего регулирования реактивной мощности с целью разгрузки оборудования сетей и подстанций от реактивной мощности и снижения потерь в них;

стабилизации напряжения на шинах подстанции;

демпфирования качаний активной мощности по линии;

повышения статической и динамической устойчивости энергосистемы.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 24

FACTS. Статический синхронный компенсатор (СТАТКОМ )

СТАТКОМ обеспечивает поддержание заданных уровней напряжения посредством генерации или потребления реактивной мощности в точке его присоединения, при этом не требуется установки ни реакторов, ни батарей конденсаторов.

Принцип работы данного СТАТКОМ состоит в следующем. Заряженный конденсатор С обеспечивает постоянным (выпрямленным) напряжением преобразователь напряжения Управляя моментами коммутации вентилей со стороны переменного тока преобразовательного моста, из выпрямленного напряжения генерируется трехфазное синусоидальное напряжение промышленной частоты с управляемыми амплитудой и фазой. Обмен реактивной мощностью между преобразователем напряжения и системой переменного тока можно регулировать с помощью изменения амплитуды напряжения U на выходе преобразователя.

Если амплитуда напряжения U на выходе преобразователя больше, чем амплитуда напряжения Uт системы переменного тока, то создается опережающий по фазе ток, СТАТКОМ действует как генератор реактивной мощности. Если амплитуда напряжения U на выходе преобразователя меньше, чем амплитуда напряжения Uт системы переменного тока, то создается отстающий по фазе ток, т.е. СТАТКОМ действует как потребитель реактивной мощности.

Если амплитуды U и Uт равны, то СТАТКОМ не потребляет и не генерирует реактивную мощность. При этом СТАТКОМ потребляет из сети переменного тока небольшое количество активной мощности для компенсации потерь в преобразователе напряжения и зарядки конденсатора на стороне постоянного тока.

Основными преимуществами СТАТКОМ являются:

быстродействие, не превышающее 0,01 сек. (время перехода из режима максимальной генерации в режим максимального потребления реактивной мощности);

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

максимальный выходной (емкостной или индуктивный) ток СТАТКОМ не зависит от напряжения сети переменного тока, а определяется характеристиками регулирования

тиристоров; Такая конструкция СТАТКОМ в принципе позволяет осуществлять обмен не только

реактивной, но и активной мощностью с системой переменного тока. Для этого на стороне постоянного тока необходимо подключить источник активной мощности или накопитель энергии (например, мощную конденсаторную батарею), а на стороне переменного тока осуществлять регулирование амплитуды и фазы напряжения.