46
Ïðîåêòû ïîäñòàíöèé
ÏÐÎÁËÅÌÀÒÈÊÀ È ÀÊÒÓÀËÜÍÎÑÒÜ ÂÎÏÐÎÑÀ
(ÏÐÅÄÏÎÑÛËÊÈ ÑÎÇÄÀÍÈß ÎÒÅ×ÅÑÒÂÅÍÍÎÃÎ
ÑÒÀÒÊÎÌ, ÀÍÀËÎÃÈ STATCOM)
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
Новые
технологии
управления
режимами
работы
линий
электропередачи
(
ЛЭП
)
высокого
напряжения
на
основе
силовой
электроники
позволяют
одновре
-
менно
воздействовать
на
напряжение
,
угловое
положе
-
ние
фаз
и
величину
реактивной
составляющей
сопро
-
тивления
ЛЭП
,
что
помимо
повышенного
быстродей
-
ствия
приводит
к
принципиально
новому
качеству
—
адаптивности
режимов
работы
электрической
сети
к
изменившимся
условиям
работы
и
переходу
от
сегод
-
няшнего
скалярного
к
векторному
регулированию
ре
-
жимов
работы
энергосистем
.
Развитие
полупроводниковой
техники
открыло
в
начале
90-
х
годов
путь
к
изготовлению
запираемых
ти
-
ристоров
(
например
, GT
О
— Gate Turn-Off thyristor),
шкала
параметров
которых
охватывает
напряжения
от
2500
до
6000
В
и
отключаемый
ток
от
1500
до
4000
А
.
Альтернативой
запираемым
тиристорам
являются
мощные
биполярные
транзисторы
с
изолированным
затвором
(IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistor)
на
напряжения
1200—3300
В
и
токи
2400—1200
А
.
Новая
элементная
база
дала
возможность
присту
-
пить
к
созданию
и
освоению
в
производстве
нового
класса
мощных
преобразователей
—
преобразовате
-
лей
напряжения
(
ПН
).
В
зависимости
от
спо
-
соба
подключения
ПН
к
линии
или
шинам
под
-
станции
(
ПС
)
различа
-
ют
следующие
компен
-
саторы
:
параллельный
,
последовательный
и
параллельно
-
последо
-
вательный
.
Параллельно
под
-
ключённый
к
шинам
ПС
преобразователь
напря
-
жения
может
выполнять
функции
компенсатора
реактивной
мощности
,
называемого
в
зарубеж
-
ной
практике
STATCOM
(
СТАТКОМ
).
Схема
СТАТКОМ
представле
-
на
на
рис
. 1.
ÖÅËÈ È ÇÀÄÀ×È ÑÎÇÄÀÍÈß ÑÒÀÒÊÎÌ È
ÓÑÒÐÎÉÑÒÂ ÍÀ ÅÃÎ ÁÀÇÅ
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
Проведённые
экспериментальные
и
теоретические
исследования
показали
,
что
ПН
,
ведомый
электриче
-
ской
сетью
,
является
статическим
аналогом
синхрон
-
ной
машины
.
Изменяя
величину
и
фазу
выходного
переменного
напряжения
ПН
по
отношению
к
напря
-
жению
электрической
сети
с
помощью
напряжения
на
конденсаторной
батарее
,
коэффициента
широтно
-
им
-
пульсной
модуляции
(
ШИМ
)
и
угла
управления
венти
-
лями
,
можно
создавать
необходимые
режимы
работы
ПН
.
Одним
из
таких
режимов
является
режим
выдачи
или
потребления
реактивной
мощности
Q (
синхронно
-
го
компенсатора
).
Кроме
того
,
выявлена
возможность
создания
с
по
-
мощью
ШИМ
и
частоты
коммутаций
вентилей
любой
формы
выходного
тока
для
компенсации
искажённой
части
тока
нагрузки
.
В
этом
случае
можно
говорить
о
работе
ПН
в
каче
-
стве
компенсатора
всех
отрицательных
составляющих
мощности
нагрузки
(
искажения
,
несимметрии
и
реак
-
тивной
мощности
).
Частным
случаем
является
работа
отдельно
в
режиме
активного
фильтра
высших
гармо
-
ник
тока
в
качестве
компенсатора
несимметричных
то
-
ков
и
реактивной
составляющей
тока
нагрузки
.
ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÏÐÎÅÊÒÀ (ÂÛÁÎÐÃ)
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
На
основе
этих
исследований
ОАО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
был
разработан
ПН
мощностью
50
Мвар
на
напряжение
15,75
кВ
для
применения
в
качестве
ста
-
тического
компенсатора
реактивной
мощности
,
под
-
ключаемого
параллельно
синхронному
компенсатору
мощностью
120
Мвар
на
ПС
330/400
кВ
«
Выборг
-
ская
»
вставки
постоянного
тока
Россия
—
Финляндия
(
рис
. 2).
СТАТКОМ
выполнен
по
трёхуровневой
схеме
,
включающей
в
себя
:
• 18
полностью
управляемых
транзисторных
венти
-
лей
с
обратными
диодами
(
ВТВ
);
•
конденсаторную
батарею
на
стороне
постоянного
напряжения
;
• 3
фазных
реактора
;
•
одноконтурную
систему
жидкостного
охлаждения
вентилей
;
•
шкаф
управления
и
контроля
ВТВ
(
ШУ
);
ÈÒÎÃÈ ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ È ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ
ÏÐÈÌÅÍÅÍÈß ÓÑÒÐÎÉÑÒÂ ÑÒÀÒÊÎÌ
Ïåðèîä ðåàëèçàöèè: 2005—2011
ãã
.
Рис
. 1.
Схема
компенсатора
реактивной
мощности
СТАТКОМ
Шины
ВН
ПС
Фильтр
СПЕЦВЫПУСК
,
декабрь
, 2014, www.EEPiR.ru
47
•
цифровую
систему
управления
,
регулирования
,
за
-
щит
и
автоматики
(
СУРЗА
);
•
фильтрокомпенсирующее
устройство
(
ФКУ
).
Каждый
управляемый
транзисторный
вентиль
(
рис
. 3)
состоит
из
12
последовательно
соединённых
IGBT-
модулей
типа
5SNR 20H2500
на
напряжение
2,5
кВ
и
выключаемый
ток
4,5
кА
.
Конденсаторная
батарея
состоит
из
двух
частей
(
два
плеча
—
С
1
и
С
2).
Каждое
плечо
состоит
из
8
параллельных
ветвей
из
4
последовательно
соеди
-
нённых
конденсаторов
типа
DKTFM 589
А
1127.
Но
-
минальное
напряжение
конденсаторной
батареи
—
16
кВ
,
ёмкость
— 2240
мкФ
.
Допустимое
значение
тока
через
плечо
конденсаторной
батареи
— 2000
А
.
Эквивалентная
внутренняя
индуктивность
(
без
учёта
внешних
шин
) — 20
нГн
.
Фазные
реакторы
L1-L3,
однофазного
исполнения
с
естественным
воздушным
охлаждением
,
типа
РКОС
-
3500/15-
УХЛ
1
с
параметрами
15,75
кВ
; 3,15
мГн
;
3500
кВАр
.
Система
охлаждения
(
СО
)
предназначена
для
ох
-
лаждения
18
высоковольтных
транзисторных
вентилей
(
ВТВ
),
максимальные
потери
в
которых
составляют
400
кВт
,
и
представляет
собой
систему
с
замкнутым
контуром
.
Высоковольтные
вентили
охлаждаются
по
-
////////////////////////////////////////
Рис
. 2.
Структурная
схема
СТАТКОМ
на
ПС
330/400
кВ
«
Выборгская
»
током
деионизованного
хладагента
.
Небольшая
часть
потока
пропускается
через
контур
обработки
,
в
кото
-
ром
охлаждающая
жидкость
непрерывно
деионизи
-
руется
и
фильтруется
.
Добавочная
жидкость
вводится
через
контур
обработки
.
Рис
. 3.
Управляемые
вентили
СТАТКОМ
50
Мвар
Фильтро
-
конпенсирую
-
щее
устройство
(
ФКУ
)
Фазные
реакторы
Конденсаторная
батарея
(
КБ
)
Силовой
преобразователь
на
основе
IGBT (
ПН
)
Блок
разряда
КБ
Блок
транзисторных
вентилей
(
ВТВ
)
Система
охлаждения
(
СО
)
Комплектное
распределительное
устройство
(
КРУ
)
Система
управления
,
регулирования
,
защиты
и
автоматики
(
СУРЗА
)
Шкаф
питания
вентилей
(
ШПВ
)
Шкаф
управления
(
ШУ
)
Датчики
фазных
токов
(
ДТ
1–
,
ДТ
3
)
Датчики
аппаратных
за
-
щит
по
току
(
ДЗ
1–
,
ДЗ
3
)
Датчики
аппаратных
защит
КБ
(
ДЗ
4–
,
ДЗ
5
)
Датчики
на
-
пряжения
сети
(
ДН
4–
,
ДН
6
)
Ячейка
выключа
-
теля
ввода
11
кВ
Ячейка
выключа
-
теля
ввода
15,75
кВ
Ячейка
фидера
питания
КБ
15,75
кВ
Ячейка
фидера
пи
-
тания
кон
-
денсатора
15,75
кВ
Датчики
напряжения
КБ
(
ДН
1–
,
ДН
3
)
Е
0
15,75
кВ
11
кВ
Е
2
Е
1
Е
8
Е
9
С
1
L
1
L
2
L
3
С
2
Е
14
Е
13
Е
12
Е
11
Е
10
Е
3
Е
4
Е
7
Е
5
Е
6
48
Ïðîåêòû ïîäñòàíöèé
Управление
СО
ведётся
программируемым
логиче
-
ским
контроллером
(
ПЛК
)
в
автоматическом
режиме
.
Для
контроля
функционирования
системы
имеются
из
-
мерители
расхода
,
давления
,
температуры
,
уровня
ох
-
лаждающей
жидкости
и
проводимости
.
Сигналы
рабо
-
ты
,
отказа
,
аварийные
сигналы
и
сигналы
отключения
выводятся
на
терминал
управления
СО
.
Для
контроля
работы
СО
в
СУРЗА
передаются
следующие
сигналы
:
готовность
,
предупреждение
и
авария
.
Шкаф
управления
и
контроля
ВТВ
(
ШУ
)
предназна
-
чен
для
:
•
формирования
импульсов
управления
транзистора
-
ми
каждого
из
18
ВТВ
CT
АТКОМ
при
поступлении
задания
от
шкафа
СУРЗА
;
•
приёма
и
обработки
контрольных
сигналов
состоя
-
ния
каждой
транзисторной
ячейки
ВТВ
;
•
формирования
сигнала
готовности
вентильного
оборудования
;
•
формирования
сигналов
о
неисправности
(
потере
избыточности
)
в
вентильном
оборудовании
;
•
формирования
сигналов
защиты
при
отказе
двух
и
более
модулей
в
одном
из
вентилей
ПН
;
•
визуального
контроля
состояния
вентильного
обо
-
рудования
СТАТКОМ
на
терминале
ШУ
.
ШУ
имеет
оптические
связи
с
вентильным
оборудо
-
ванием
на
высоком
потенциале
и
с
СУРЗА
.
Располага
-
ется
ШУ
внутри
помещения
с
температурой
окружаю
-
щей
среды
в
диапазоне
от
+5
до
+35
о
C.
СУРЗА
—
это
программно
-
аппаратный
комплекс
,
предназначенный
для
расчёта
задания
в
ШУ
для
фор
-
мирования
импульсов
управления
транзисторными
вентилями
преобразователя
напряжения
,
защиты
обо
-
рудования
СТАТКОМ
в
аварийных
режимах
,
управле
-
ния
включением
и
отключением
ячеек
КРУ
СТАТКОМ
.
Все
алгоритмические
функции
управления
СТАТКОМ
выполняются
на
программном
уровне
.
Защиты
СТАТКОМ
выполнены
как
на
программном
уровне
,
так
и
при
помощи
аналоговых
пассивных
датчиков
бы
-
стрых
защит
.
СУРЗА
содержит
устройства
ввода
цифровых
и
логических
сигналов
,
процессорное
устройство
фор
-
мирования
задания
в
ШУ
для
управления
вентилями
,
формирования
сигналов
управления
выключателями
,
сигнализации
и
индикации
,
связи
с
промышленным
компьютером
,
КУРМ
и
АСУ
ТП
.
Конструктивно
СУРЗА
размещается
в
закрытом
шкафу
.
Входные
и
выходные
сигналы
подключаются
через
клеммники
и
разъёмы
.
В
автоматическом
режиме
СТАТКОМ
управляется
от
общеподстанционного
комплекса
управления
ре
-
активной
мощности
КУРМ
путём
изменения
уставки
реактивной
мощности
.
Включение
/
отключение
пре
-
дусмотрено
как
через
АСУ
ТП
подстанции
,
так
и
с
местного
терминала
СУРЗА
.
ФКУ
предназначено
для
фильтрации
высших
гар
-
монических
составляющих
напряжения
в
точке
под
-
ключения
СТАТКОМ
.
Фаза
фильтра
состоит
из
:
•
конденсаторной
батареи
из
12
конденсаторов
типа
КЭПФ
-6,3-300-2
УХЛ
1
с
параметрами
6,3
кВ
, 23,
28
мкФ
, 300
кВАр
;
•
активного
сопротивления
,
состоящего
из
двух
последовательно
соединённых
резисторов
типа
БК
-12
У
2
с
параметрами
3,95
кВт
, 23,4
Ом
;
•
реактора
типа
РФОС
с
параметрами
300
А
,
400
мкГн
;
•
трёх
измерительных
трансформаторов
типа
ТОЛ
-
35
М
-11
УХЛ
1
с
параметрами
35
кВ
, 30
кВАр
для
реализации
небалансной
защиты
конденсаторных
батарей
ФКУ
.
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÜ ÑÈÑÒÅÌÛ
ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
В
разработанных
алгоритмах
управления
используется
новый
под
-
ход
,
при
котором
СТАТКОМ
работа
-
ет
в
режиме
источника
тока
,
что
,
с
одной
стороны
,
обеспечивает
его
вы
-
сокое
быстродействие
,
а
с
другой
—
устойчивую
работу
при
внешних
возмущениях
(
например
,
КЗ
)
в
элек
-
трической
сети
.
Уменьшение
гармоник
фазного
тока
достигается
за
счёт
увеличения
частоты
коммутаций
вентилей
до
1650
Гц
,
снижения
коммутаций
по
-
люсного
вентиля
до
5
при
меньшем
коэффициенте
модуляции
.
В
этом
случае
потери
в
преобразователе
до
-
стигают
минимальных
значений
,
а
их
расчётные
величины
определены
уровнем
500
кВт
(1%
от
номиналь
-
ной
мощности
).
СПЕЦВЫПУСК
,
декабрь
, 2014, www.EEPiR.ru
49
Напряжение
на
шинах
подключения
СТАТКОМ
поддержива
-
ется
в
соответствии
с
за
-
данной
уставкой
за
счёт
изменения
реактивной
составляющей
тока
пря
-
мой
последовательности
,
а
уменьшение
несимме
-
трии
напряжений
произ
-
водится
путём
изменения
реактивного
тока
обрат
-
ной
последовательности
.
Испытание
изготов
-
ленного
преобразователя
осуществлялось
в
не
-
сколько
этапов
:
•
пофазное
испытание
вентилей
с
напряже
-
ниями
и
токами
,
вклю
-
чая
перегрузочные
,
на
эквивалентном
стенде
;
•
испытания
полностью
собранного
преоб
-
разователя
на
индук
-
тивную
нагрузку
в
виде
фазных
реакторов
и
под
-
питкой
конденсаторных
батарей
(
КБ
)
от
посторон
-
него
источника
.
При
этом
по
активной
мощности
выпрямителей
подпитки
определялись
потери
в
СТАТКОМ
на
уровне
480
кВт
(
рис
. 4);
•
испытания
в
реальных
условиях
от
напряжения
11
кВ
согласующего
трансформатора
;
•
испытания
на
финской
вставке
в
реальных
услови
-
ях
от
напряжения
15,75
кВ
при
подключении
парал
-
лельно
синхронному
компенсатору
.
В
объём
испытаний
входили
проверки
:
•
цепи
заряда
КБ
СТАТКОМ
;
•
работы
регулятора
активной
мощности
при
измене
-
нии
уставок
напряжения
на
КБ
.
•
программных
и
аппаратных
защит
по
напряжению
на
КБ
.
Испытания
СТАТКОМ
под
нагрузкой
,
в
том
числе
на
напряжении
11
кВ
с
токами
до
номинального
фазно
-
го
1833
А
и
перегрузкой
до
1940
А
с
контролем
работы
системы
охлаждения
в
режимах
генерации
и
потребле
-
ния
реактивной
мощности
.
В
процессе
испытаний
СТАТКОМ
показал
устойчи
-
вую
работу
в
режимах
до
номинальных
и
перегрузоч
-
ных
фазных
токов
при
заданных
напряжениях
на
КБ
,
в
том
числе
в
динамических
режимах
(
сброс
,
наброс
,
реверс
мощности
).
ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
В
2011
году
СТАТКОМ
на
ПС
330/400
кВ
«
Вы
-
боргская
»
был
введён
в
эксплуатацию
,
которая
пока
-
зала
принципиальную
возможность
использования
Рис
. 4.
ПН
СТАТКОМ
50
Мвар
на
этапе
испытаний
в
ОАО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
СТАТКОМ
отечественного
производства
на
объек
-
тах
энергетики
.
Предусмотрена
работа
СТАТКОМ
как
на
шины
400
кВ
финской
энергосистемы
,
так
и
в
сети
110
кВ
,
где
испытывается
дефицит
реактив
-
ной
нагрузки
.
В
настоящее
время
он
используется
в
основном
в
сети
110
кВ
,
так
как
из
-
за
коммерческих
условий
по
продаже
электроэнергии
ПС
работает
неполным
составом
оборудования
,
и
поэтому
отсут
-
ствует
необходимость
подключения
на
шины
400
кВ
.
В
осенне
-
зимний
период
СТАТКОМ
используется
на
шинах
400
кВ
и
компенсирует
скачкообразные
из
-
менения
потока
реактивной
мощности
,
вызванные
коммутацией
силового
оборудования
при
ведении
режима
,
тем
самым
улучшая
динамические
характе
-
ристики
ПС
.
ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈß
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
Работа
СТАТКОМ
на
ПС
330/400
кВ
«
Выборг
-
ская
»
в
период
опытно
-
промышленной
эксплуатации
подтвердила
правильность
принятых
технических
решений
для
дальнейшего
использования
ПН
типа
СТАТКОМ
уже
в
качестве
базовых
устройств
по
соз
-
данию
межсистемной
связи
на
напряжении
220
кВ
между
ОЭС
Сибири
и
ОЭС
Востока
на
основе
вставки
постоянного
тока
(
ВПТ
)
Забайкальского
преобразова
-
тельного
комплекса
ПС
220
кВ
«
Могоча
».
Ó×ÀÑÒÍÈÊ ÏÐÎÅÊÒÀ
●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●
ОАО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
».
Оригинал статьи: Итоги разработки и перспективы применения устройств СТАТКОМ
Новые технологии управления режимами работы линий электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения на основе силовой электроники позволяют одновременно воздействовать на напряжение, угловое положение фаз и величину реактивной составляющей сопротивления ЛЭП, что помимо повышенного быстродействия приводит к принципиально новому качеству — адаптивности режимов работы электрической сети к изменившимся условиям работы и переходу от сегодняшнего скалярного к векторному регулированию режимов работы энергосистем.
