Интенсивное развитие силовой полупроводниковой преобразовательной техники и ее использование в тиристорных электроприводах переменного и постоянного тока, вентильных преобразователях для электротермических и электротехнологических установок различного назначения привело к ухудшению показателей качества электроэнергии.
В условиях возрастающего использования вентильных преобразователей эта проблема сопровождается ощутимым технико-экономическим ущербом. Для ее устранения существует два пути: внешняя и внутренняя компенсация.
Внешняя компенсация основана на применении различных компенсирующих устройств, генерирующих реактивную мощность в сеть – конденсаторных батарей, синхронных компенсаторов, регулируемых и нерегулируемых источников реактивной мощности. К ним относятся также фильтрокомпенсирующие устройства, выполненные на базе реакторов и конденсаторов.
Внутренняя компенсация предполагает уменьшение как потребления реактивной мощности, так и генерации высших гармоник тока посредством изменений в самом преобразователе.
В сетях с повышенным содержанием высших гармоник, генерируемых резкопеременными нелинейными нагрузками с повышенным потреблением реактивной мощности (например, вентильные преобразователи), применение обычных средств компенсации реактивной мощности, рассчитанных на синусоидальные токи и напряжения, наталкивается на серьезные технические трудности.
Расчеты показывают, что установка широко применяемых для компенсации реактивной мощности конденсаторных батарей в системах электроснабжения промышленных предприятий при наличии вентильной нагрузки может оказаться недопустимой.
Поэтому на предприятиях с вентильной нагрузкой вопросы компенсации реактивной мощности до конца не решены.
Таким образом, 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.
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.
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.
В связи с этим применительно к сетям с симметричными и несимметричными нелинейными нагрузками ведутся разработки и изготовление комплектных фильтрокомпенсирующих и фильтросимметрирующих устройств, обеспечивающих одновременно компенсацию дефицита реактивной мощности основной частоты, фильтрацию высших гармонических, компенсацию отклонений и колебаний напряжения, а также симметрирование напряжения сети.
При наличии быстрых и резкопеременных толчковых нагрузок становится перспективным применение статических компенсаторов реактивной мощности, обеспечивающих практически 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 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 и т. д. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание их разработке и освоению как в нашей стране, так и за рубежом.
Быстрое развитие мирового производства статических тиристорных компенсаторов 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.
На основании проведенного в работе исследования можно сделать вывод, что статические тиристорные компенсаторы открывают новые возможности по повышению надежности и качества электрических систем, обеспечивая помимо компенсации реактивной мощности ограничение коммутационных перенапряжений и соответствующее облегчение координации изоляции оборудования ультравысоковольтных передач, повышение предела мощности по длинным линиям, симметрирование режима, снижение потерь в линиях, компенсацию влияния резкопеременной нагрузки, фильтрацию высших гармоник.
При современном уровне развития высоковольтной преобразовательной техники предпочтительной схемой СТК является шести- или двенадцатипульсная тиристорно-реакторная схема с необходимым набором фильтрокомпенсирующих цепей.
Среди всех рассмотренных выше средств компенсации реактивной мощности особое место принадлежит компенсированным выпрямителям. Это специальные преобразовательные системы с усложненными законами управления отдельными мостами или вентильными группами. Действительно, не умаляя достоинств других средств повышения энергетических показателей, следует признать, что они не являются тождественно альтернативными компенсированным выпрямителям. Эти средства, как правило, уступают компенсированным выпрямителям по эффективности использования компенсирующих устройств, что в условиях отмеченного выше дефицита мощности конденсаторов во многих практических случаях имеет решающее значение.
Другим, характерным только для компенсированных выпрямителей, важным достоинством является то, что компенсация реактивной мощности осуществляется непосредственно в месте ее потребления. Последнее позволяет совершенствовать основные характеристики самих выпрямителей и эффективно доводить характеристики всей подстанции до такого уровня, который недостижим при других способах компенсации.
Такие схемы рекомендуется использовать в первую очередь для мощных электроприводов, так как система управления преобразователями оказывается сложнее и дороже.
В данной работе проведен синтез устройства компенсации реактивной мощности. Устройство проектировано на основе статического источника реактивной мощности, состоящего из индуктивности, регулируемой тиристорными преобразователями, и батареи конденсаторов.
Для управления тиристорными преобразователями в работе применена система импульсно-фазового управления, позволяющая преобразовать напряжение управления, подаваемое на ее вход, в импульсы управления тиристорами.
Устройство позволяет регулировать генерируемую в сеть энергоснабжения промышленного предприятия реактивную мощность, контролировать текущие значения напряжения, тока и коэффициента мощности в сети, измерять значение генерируемой в систему реактивной мощности и поддерживать заданную потребителем величину коэффициента мощности в сети.
Достоинством проектируемого устройства является плавное регулирование генерируемой в систему реактивной мощности, что достигается за счет использования в качестве регулирующих элементов тиристорных преобразователей.
1. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 472с.
2. Минин Г.П. Реактивная мощность. – М.: Энергия, 1978. – 88с.
3. Коновалова Л.А., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528с.
4. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для учащихся техникумов. – М.: Высшая школа, 1981. – 376с.
5. Дирацу В.С. и др. Электроснабжение промышленных предприятий. – К.: Вища школа, 1974. – 280с.
6. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2т. Т.1. Электроснабжение / Под общ. ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 568с.
7. Зимин Е.Н., Кацевич В.Л., Козырев С.К. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями. – М.: Энергоиздат, 1981. – 192с.
8. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1973. – 584с.
9. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 136с.
10. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях.– К.: Техніка, 1981. – 160с.
11. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / Под ред. В.М. Перельмутера. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319с.
12. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368с.
13. Добрусин Л.А. Широкополосные фильтрокомпенсирующие устройства для тиристорных преобразователей // Электричество. – 1985. – №4. – с. 27-30.