Закрити

  Авторизація

Логін
Пароль
Запам'ятати на 2 тижні?

Забули пароль?
Якщо ви незареєстровані, пройдіть реєстрацію
Останні новини
Останні новини
Сонячні батареї уже встановили 1 600 родин
25.09.2017р.

За останні 3 роки в українські проекти «чистої»...

На ЧАЕС у ядерному сховищі хазяйнують роботи
25.09.2017р.

Ядерне паливо у новому сховищі на Чорнобильській АЕС...

Найбільший електромобіль у світі
22.09.2017р.

Група швейцарських компаній створила найбільший...

Домашні сонячні станції продають у супермаркетах
22.09.2017р.

Комплект з шести сонячних батарей, куди входять...

Британці байдужі до «зеленої» енергетики та енергоефективності
22.09.2017р.

Дослідження соціологічної онлайн-служби YouGov...

Опитування
Опитування

Вам подобається оновлений портал?

4730
09.04.2009р. |
Технології підвищення якості електроенергії

Основою досягнення високої якості електроенергії з метою поліпшення умов життя населення й підвищення ефективності виробництва є три складові: виробництво електроенергії високої якості, безперебійна передача й розподіл її по надійних мережах. У статті розглядаються якість напруги при її передачі й розподілі, тому що зараз спостерігається тенденція до їх взаємопроникнення внаслідок розвитку децентралізованого виробництва електроенергії. Звичайно, безперебійність електропостачання також є одним з основних параметрів загальної концепції якості електроенергії, але це окрема тема.

ОСНОВНІ ВИДИ ЗБУРЕНЬ

Збурювання, що знижують якість напруги, можуть виникати як при передачі, так і при розподілі електроенергії.

Збурення при передачі

Через значну довжину на повітряні лінії електропередачі впливають атмосферні явища. Різні види розрядів атмосферної електрики (блискавок) є причинами різноманітних типів збурень, стрибків, зменшення мережевої напруги, повного припинення подачі електроенергії. Тривалість і ступінь збурень залежать від структури мережі й часу, необхідного на її реконфігурацію. Причини виникнення перенапруг через удари блискавок, зазвичай, розглядаються як зовнішні стосовно мережі.

Інші види збурень виникають у процесі керування мережею при несподіваних зменшеннях або наростаннях навантаження. Хоча останній вид збурень трапляється рідко, оскільки переважно великі навантаження під’єднуються до мережі поступово. Це не стосується раптових зменшень навантаження, які, найчастіше, є наслідком аварій.

Мережеві джерела збурень:

- Резонанс. Сюди відносяться характерні для даної мережі коливання або коливання, що виникають між різними елементами мережі, наприклад, фільтрами. Зрозуміло, для запобігання їм вживаються всі можливі заходи, але вони можуть іноді виникати при змінах конфігурації мережі.

- Нестійкість при передачі. Найчастіше вона пов’язана з кутом передачі (або внутрішнім, або транспортним кутом). Можливе також виникнення підсинхронних коливань, що може призвести до катастрофічного впливу на силові генератори електростанцій.

- Ферорезонанс. Нелінійні коливання, що виникають при насиченні силових або вимірювальних трансформаторів.

- Комутації. Перенапруги виникають внаслідок під’єднання або від’єднання елементів мережі, фільтрів, конденсаторних батарей або трансформаторів.

- Ушкодження «фаза/земля».

Збурювання при розподілі

Зараз ми маємо справу із дедалі більшою кількістю електричних навантажень, що погіршують якість енергії в мережі як на побутовому, так і на промисловому рівні, і з активною діяльністю щодо стандартизації якості енергії. Остання тенденція досить неоднозначна, тому що на початковому етапі вона призводить до штрафних санкцій стосовно виробників і навіть до споживачів, у той час як організації, зайняті розподілом енергії, як правило, не відповідають за потужність короткого замикання або структуру повного опору мережі.

Силова електроніка погіршує якість енергії, але порівняно з іншими видами перетворення вона має власні засоби боротьби із цим погіршенням. Протягом багатьох років пасивні фільтри використовувалися разом з потужними тиристорними або діодними перетворювачами. Зараз на ринку з’явилися електронні елементи, що замикаються, – IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором), GTO (тиристор, що замикається) або IGCT (тиристор, що замикається з інтегрованим блоком керування), які дали змогу виробляти перетворювачі, здатні поліпшувати якість енергії. Стали реальністю активні фільтри для низьких напруг, доведена можливість їхнього застосування на середніх напругах, і ця технологія в найближчі роки буде активно розвиватися.

Погіршення якості електроенергії зумовлено не тільки гармоніками. Його спричиняють зміни напруги, зменшення напруги й збурення, пов’язані з коливаннями напруги, так званим «мерехтінням» або «флікер-ефектом», із частотою від 1 до 30 Гц і максимумом збурень при частоті 9 Гц. Електроніка більших потужностей у стані запропонувати рішення для боротьби з останніми трьома видами збурень.

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ПЕРЕДАЧІ

Загалом, при передачі енергії виникають три основні проблеми:

- стійкість передачі, значною мірою пов’язана з величиною транспортного кута;

- контроль напруги й зростання напруги за відсутності навантаження;

- підсинхронний резонанс, що може вивести з ладу генераторні установки електростанцій.

Будівництво нових ліній електропередачі пов'язано зі значними витратами й часто неможливе з причин екологічного характеру. Тому доводиться збільшувати потужність енергії, передаваної існуючими лініями, в основному за рахунок збільшення сили струму. Цього можна досягти тільки при таких умовах:

- коли немає теплових обмежень;

- є надійне керування розподілом потоків енергії між лініями, що живлять певну місцевість.

При дотриманні цих умов можна підвищити передавану потужності в режимі максимальної надійності, залишаючись у припустимих межах стійкість, тобто при значеннях транспортного кута не вище 40°. Для керування величиною транспортного кута використовуються різні пристрої, наприклад, поперечні (шунтувальні) й поздовжні компенсатори.

Поздовжня компенсація

Лінії високої напруги мають індуктивний опір: що вище спадання напруги на ньому, то вищий транспортний кут. Ідея збільшення передаваної потужності проста. Величина індуктивного опору повинна компенсуватися послідовно ввімкненою ємністю. Нині для цього використовується кілька конструктивних рішень.

Рис. 1. Конденсатор постійної ємності.

Рис. 2. Конденсаторна батарея з тиристорним перемиканням.

Рис. 3. Конденсаторна батарея з тиристорним керуванням.

У конденсаторі постійної ємності (рис. 1) ступінь компенсації постійний. Можна підвищувати передавану по лінії потужність, поки не будуть досягнуті обмеження по тепловиділенню. Такі системи не здатні придушувати появу підсинхронних коливань генераторів електростанцій, навпаки, при такому способі компенсації можуть створюватися умови, сприятливі для їхнього виникнення.

У конденсаторній батареї з тиристорним перемиканням (рис. 2) ступінь компенсації змінюється східчасто. Всі зауваження до рішення, зображеного на рис. 1, залишаються справедливими й для цього рішення.

У конденсаторній батареї з тиристорним керуванням (рис. 3) ступінь компенсації регулюється практично в будь-яких межах. Тут теж можна керувати стабільністю передачі й придушувати виникнення підсинхронних коливань. Тиристори працюють у режимі підлаштування фази. Модуль TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) – конденсаторна батарея з тиристорним керуванням – у процесі роботи є або конденсатором змінної ємності, або дроселем змінної індуктивності. Однак перемикання з режиму ємності в режим індуктивності й назад неможливо без проміжного вимкнення через резонансні явища. Модулі TCSC звичайно мають достатню динаміку для придушення підсинхронних коливань.

Поперечна компенсація

Пристрій, увімкнений у середню точку лінії й здатний поглинати й повертати реактивну потужність, забезпечує сталість напруги в цій точці. При цьому транспортний кут зменшується вдвічі й відповідно може бути збільшена передавана потужність. Такі пристрої були розроблені понад 30 років тому. Рішення полягає в під’єднанні до лінії ємності, а паралельно їй - регульованого пристрою, здатного компенсувати надлишкову реактивну потужність для підтримування постійного значення напруги в точці під’єднання (рис. 4).

 

Рис. 4. Схема пристрою поперечної компенсації в лінії: I(t)Frms – діюче значення струму; Urms – діюче значення напруги; L - індуктивність реактора; С - ємність батареї конденсаторів; w - кутова частота; b - кут пропускання струму; QC – потужність конденсаторної батареї;
QL – потужність реактора; QSVC – потужність статичного тиристорного компенсатора.

 

Рис. 5. Схема пристрою SVC.

 

Рис. 6. Залежність потужності від кута δ: Vs – напруга джерела; Vr – напруга приймача; X - реактор, що має чисто індуктивний опір.

Індуктивність змінюється за рахунок використання тиристорів. Такі системи називаються SVC (Static VAR Compensator) - ССКРП (система статичної компенсації реактивної потужності).

Статичний контактор, який керує силою струму в реакторі, генерує в мережі гармоніки. Це послужило першою причиною для встановлення ємностей у систему фільтрів. Існують й інші причини, пов’язані зі структурою мережі, в основному, з виникненням паралельного резонансу через наявність ємностей в установці SVC. У загальному вигляді схема установки SVC показана на рис. 5. До неї входять коло керування реактором TCR (Thyristor Controlled Reactor – реактор з тиристорним керуванням) і коло ступінчастого під’єднання елементів конденсаторної батареї TSC (Thyristor Switched Capacitor - конденсаторна батарея з тиристорним перемиканням).

Через брак коштів часто важко встановити значну фіксовану ємність. Це потребує також встановлення модуля TCR великої потужності. Тому використовують кілька конденсаторних батарей. TSC можуть під’єднуватися або з’єднуватися окремо, а TCR значно меншої потужності має функцію «верньєра» для забезпечення постійного керування реактивною потужністю. Необхідно відзначити, що мережеві SVC, зазвичай, мають достатню динаміку для того, щоб придушувати виникнення підсинхронних коливань. Коли в мережі відсутнє навантаження, через розподілену ємність лінії відбувається зростання напруги. Для його обмеження необхідно поглинати реактивну потужність. Саме тому установки SVC часто проектуються з урахуванням необхідності працювати й як поглинальні пристрої.

Фазозсувальний трансформатор

Кут δ (між напругами) є найважливішим параметром регулювання потужності (рис. 6).

Фазозсувальні трансформатори використовуються з 80-х років для керування енергопотоками в мережах. У зв’язку зі обмеженням державного втручання в керування енергомережами, з розвитком торгівлі електроенергією й зв’язків між енергосистемами різних країн, нині завдання керування енергопотоками стає особливо актуальним. Залежність величини переданої потужності P від кута зсуву фаз, забезпечуваного фазозсувальним трансформатором, виражається в такий спосіб:

P = V2/X • sin (δ – σ).

Регулюючи кут зсуву фаз, можна керувати активною потужністю. При подальшому ускладненні технології можливі регулювання й амплітуди, що дає змогу керувати реактивною потужністю. На рис. 7 показана схема фазозсувального трансформатора.

 

Рис. 7. Схема фазозсуваючого трансформатора.

Рис. 8. Принцип роботи FACTS.

Сучасні FACTS (гнучкі системи передачі енергії змінного струму)

 

Рис. 9. Схема STATCOM.

Системи FACTS з'явилися близько 15 років тому. Передумовою їхньої розробки була поява на ринку електронних компонентів високої потужності, що замикаються, – IGBT, GTO, IEGT. Дотепер широко застосовуються класичні системи FACTS, засновані на використанні тиристорів (керування за струмом). Сучасні системи FACTS використовують компоненти, які можуть керуватися командами за напругою. Найважливіша властивість FACTS – їхня здатність поглинати або повертати реактивну потужність – показана на рис. 8. На малюнку V0 – напруга вторинної обмотки трансформатора, Vg – основна гармоніка напруги на виході перетворювача. Перетворювач керується в режимі PWM (Pulse Width Modulation – широтно-імпульсної модуляції – ШІМ). Це виправдує наявність фільтра між перетворювачем і мережею. Напруга мережі V0 і напруга на виході перетворювача співфазні. Виникнення будь-якого розходження між цими напругами викликає спад напруги на відповідному реакторі поздовжньої компенсації, яка також співфазна з напругою мережі (UL). Знак цієї напруги відповідає знаку різниці V0 – Vg. Підсумковий струм IL зсунений щодо цієї напруги на 90°. При Vg < V0 система працює в індуктивному режимі, при Vg > V0 – у ємнісному. Відповідно до описаної структури розроблялися й уже застосовуються сучасні пристрої поздовжньої й поперечної компенсації.

Поперечна компенсація – STATCOM (STATic synchronous COMpensator - статичний синхронний компенсатор)

Хоча компенсатори STATCOM (рис. 9) здатні поглинати й повертати реактивну потужність Q, їхнє застосування, зазвичай, обмежується статичною компенсацією внаслідок браку коштів.

Звичайно Qmax = QF + QSTATCOM і Qmin = QF – QSTATCOM, причому QSTATCOM трохи вище від величини QF, щоб забезпечити можливість поглинання реактивної потужності за відсутності навантаження в мережі. Коли напруга в точці підключення залишається постійною, компенсатор STATCOM поводиться, як компенсатор SVC. Однак у режимі обмеження потужності компенсатор STATCOM стає джерелом струму, тоді як компенсатор SVC набуває властивості конденсатора. Компенсатори STATCOM можуть також поводитися, як активні фільтри. Зрозуміло, що за додаткову функціональність компенсаторів STATCOM доводиться й додатково платити. Серед безлічі функцій цих компенсаторів класичними є наступні:

- регулювання напруги шляхом поглинання або повернення реактивної потужності;

- придушення підсинхронних коливань.

При зниженні напруги SVC поводиться, як конденсатор, і реактивна потужність падає пропорційно квадрату напруги. Система STATCOM у такій же ситуації переходить у режим постійного джерела струму. Напруга на виводах конденсатора може підтримуватися постійною.

Поздовжня компенсація – SSSC (Static Synchronous Series Compensator - статичний синхронний поздовжній компенсатор)

У цих системах вдається уникнути таких недоліків систем TCSC (конденсаторна батарея з тиристорним керуванням), як неможливість плавного переходу від ємнісного режиму до індуктивного.

SSSC (рис. 10) може повертати тільки реактивну потужність за винятком випадків, коли контур постійного струму одержує живлення від накопичувача енергії. У розподілі енергії використовується такий самий принцип, що одержав назву DVR (Dynamic Voltage Restorer – система динамічного відновлення напруги), хоча за функціональністю вони трохи різняться. Тут метою є підтримка найбільш уразливих споживачів мережі при короткочасних збурюваннях. Потужність наявних на ринку установок DVR не перевищує 1 МВА.

 

Рис. 10. Схема SSSC.

Рис. 11. Схема UPFC.

Універсальна компенсація – UPFC (Unified Power Flow Controller - уніфікована система керування енергопотоками)

Потужності систем STATCOM й інших типів SSSC настільки високі, що використання їх без накопичувачів енергії достатньої ємності неможливе. Якщо таких накопичувачів немає, має бути змога керувати величиною транспортного кута, як у випадку використання фазозсувального трансформатора, але зі значно вищою швидкодією.

Система UPFC робить цю проблему реальною без використання будь-якого накопичувача енергії. Система UPFC – це не що інше, як об'єднання систем STATCOM і SSSC (рис. 11).

Це найскладніша із систем FACTS. Вона дає змогу здійснювати такі функції:

- безпосередньо керувати напругою. Додавати або віднімати напруги, фазованих вузлом поперечної компенсації з реактивною потужністю;

- поперечну компенсацію – шляхом керування поперечним перетворювачем з переведенням останнього в режим поглинання або повернення реактивної потужності. Напруга повинна підтримуватися постійною;

- поздовжню компенсацію – шляхом додавання послідовної напруги, зі зсувом на 900 стосовно струму зв’язку. При цьому необхідно керувати вихідною напругою й реактивною потужністю на виході;

- зсув фаз фазозсувальним пристроєм: якщо величина й фаза поздовжньої напруги такі, що при її підтримці на виході модуля вона зменшує величину зсуву фаз стосовно входу. Це має важливе значення при керуванні передаваною активною потужністю.

Нарешті, можна одночасно використовувати всі функцій – кількість ступенів свободи системи дає змогу це робити, – коли необхідно керувати реактивною, й активною потужністю. Переваги системи UPFC очевидні. Хоча нині система не дуже поширена, найближчим часом ця технологія буде активно розвиватися, здебільшого, в містах, де особливо складно будувати додаткові лінії.

За матерілами Всеукраїнської галузевої газети "Електротема"

http://www.eltema.com.ua/ 

Теги та ключові фрази
• http, лсновні функції пристрою на обмеження потужності реактора, якість електроенергії STATKOM, види енергии високои якости, поздовжня і поперечна компенсація реактивної потужності, підвищення якості електроенергії, ПОПЕРЕЧНА КОМПЕНСАЦІЯ, Нарешті, можна одночасно використовувати всі функцій – кількість ступенів свободи системи дає змогу це робити, – коли необхідно керувати реактивною, й активною потужністю. Переваги системи UPFC очевидні. Хоча нині система не дуже поширена, найближчим часом, підвищення якість електроенергії, www.electrotema.com.ua+4210
Більше статей за тегами


Поділіться цією інформацією в соцмережах, дякуємо за популяризацію порталу:
Також Ви можете:

Додати до закладок Підписатись Версія для друку




Інші статті
17.11.2010р.

Електричні щити 2

Електричний щит - це початок всієї електричної частини будівлі, і не важливо, що це - величезний завод у мегаполісі або скромний будиночок у селі. Скрізь є електричні щити

18.08.2010р.

Пристрій для плавного пуску електродвигуна

Одним із самих головних недоліків асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором є наявність у них великих пускових струмів. І якщо теоретично методи їх зниження були добре розроблені вже досить давно, то ось практично всі ці розробки застосовувалися дуже в рідкісних випадках

Більше статей за тегами
При використанні матеріалів посилання на www.proelectro.info (для інтернет ресурсів з гіперссилкою) обов'язкове.