76
качество электроэнергии
Опыт и перспективы
применения высоковольтного
активного фильтра серии МПУ
для повышения качества
электроэнергии
УДК 621.316.7:621.3.05
Шамонов
Р
.
Г
.,
к.т.н., заместитель
начальника управления
сопровождения ОТУ
и режимов Департамента
оперативно-технологи-
ческого управления
ПАО «ФСК ЕЭС»
Алексеев
Н
.
А
.,
заместитель начальника
отдела разработки
преобразовательной
техники центра качества
электроэнергии
АО «НТЦ ФСК ЕЭС»
Матинян
А
.
М
.,
к.т.н., начальник
отдела разработки
преобразовательной
техники центра качества
электроэнергии
АО «НТЦ ФСК ЕЭС»
Антонов
А
.
В
.,
начальник центра
качества электроэнергии
АО «НТЦ ФСК ЕЭС»
Рассмотрен
опыт
применения
активного
фильтра
на
основе
преобразователя
напряжения
для
компенсации
несимметрии
и
несинусоидальности
токов
и
на
–
пряжений
в
электрических
сетях
10–220
кВ
.
Предложены
схемы
присоединения
устройства
к
электрическим
сетям
в
зависимости
от
расположения
источников
искажений
в
электрической
сети
и
решаемых
задач
по
обеспечению
норматив
–
ных
показателей
качества
электроэнергии
.
Ключевые
слова
:
качество электроэнергии,
модульное преобразо-
вательное устройство,
активный фильтр
Н
аряду с нормативными пробелами в области качества
электроэнергии (КЭ) [1] отсутствие у отечественных сете-
вых компаний опыта применения технических решений,
обеспечивающих компенсацию несимметрии и несинусо-
идальности токов и напряжений, осложняет решение задачи под-
держания нормативного КЭ в энергосистемах России. В случае же
наличия в энергосистеме множественных распределенных несим-
метричных и нелинейных источников искажений, что характерно
для систем с высокой долей электрифицированных тяговых нагру-
зок, сложность данной задачи возрастает многократно.
Зарубежный опыт компенсации гармоник и составляющих об-
ратной последовательности напряжений опирается на применение
компенсаторов на основе силовой электроники, так называемых
кондиционеров КЭ (power quality conditioners) [2–4]. Данные устрой-
ства позволяют компенсировать искажения как токов, так и напря-
жений.
С учетом большого числа факторов, влияющих на значения по-
казателей качества электроэнергии в электрических сетях, высокой
стоимости разработки и эксплуатации нетиповых компенсирующих
устройств для системного подхода к обеспечению требуемого КЭ
в энергосистемах России необходимы:
– создание и внедрение типовых устройств различной мощности,
компенсирующих несимметрию и гармоники токов и напряжений,
включая высоковольтные активные фильтры;
– развитие и широкое применение в рамках проектирования энер-
госистем норм по выбору оптимальных мест установки, схем
присоединения и параметров вышеуказанных устройств.
Для обеспечения надежного и качественного электроснабжения
потребителей ПАО «ФСК ЕЭС» совместно с ПАО «НТЦ ФСК ЕЭС»
реализуют НИОКР по разработке и внедрению модульного преобра-
зовательного устройства (МПУ), являющегося по сути высоковольт-
ным активным фильтром, на одной из подстанций (ПС) Транссибир-
ской железной дороги.
В данной статье представлены описание МПУ и предваритель-
ные результаты его опытно-промышленной эксплуатации, а также
предложены рекомендации по схемам присоединения подобных
устройств к электрической сети в зависимости от решаемой задачи.
77
ОПИСАНИЕ
МПУ
Унифицированное
трех-
фазное МПУ предназначе-
но для комплексного повы-
шения КЭ, в том числе для
снижения
несимметрии
и высших гармоник токов
и напряжений, стабилиза-
ции напряжения и ослаб-
ления фликера за счет
компенсации неактивных
составляющих токов нагру-
зок. Устройство, разрабо-
танное в рамках вышеука-
занного НИОКР, обладает
следующими характери-
стиками.
• Режимы работы:
– фильтрация
токов
высших
гармоник
и обратной последо-
вательности в кон-
тролируемом присоединении;
– компенсация напряжения обратной последо-
вательности и стабилизация напряжения пря-
мой последовательности основной частоты на
контролируемых шинах.
• Основные параметры:
– номинальное напряжение — 10 кВ;
– номинальная мощность — 10 МВА;
– потери — не более 150 кВт;
– габаритные размеры пятна землеотвода —
12×15 метров.
Компенсация искажений осуществляется пре-
образователем напряжения, фазы которого соеди-
нены в треугольник, что позволяет формировать
линейный ток преобразователя при любом сочета-
нии фаз токов нагрузки прямой и обратной после-
довательностей. В каждой фазе МПУ последова-
тельно соединены 20 модулей. Схема соединения
МПУ и схема модуля представлены на рисунке 1
(L1-L3 — фазные реакторы; С — конденсатор
цепи постоянного тока, VT1-VT2 — полумосто-
вые IGBT-модули со встроенными обратными ди-
одами).
Компоновка МПУ-10000/10 УХЛ1 приведена на
рисунке 2а, где 1 — модуль МПУ, 2 — шкаф управ-
ления, 3 — ошиновка, 4 — фазный реактор, 5 —
трансформатор напряжения, 6 — шкаф системы
кондиционирования воздуха, 7 — насосная установ-
ка, 8 — агрегат воздушного охлаждения антифриза.
Внешний вид устройства приведен на рисунке 2б.
ОПЫТНО
–
ПРОМЫШЛЕННАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
МПУ
В качестве пилотного объекта установки МПУ вы-
брана ПС 220 кВ «Жирекен» Забайкальского пред-
приятия магистральных электрических сетей ПАО
«ФСК ЕЭС», схема которой представлена на рисун-
ке 3. Несинусоидальность и несимметрия напряже-
ний на шинах данной ПС обусловлена искажающими
нагрузками, присоединенными как к сети 220 кВ, так
и к сети 110 кВ.
МПУ подключено ко 2-й секции шин 10 кВ парал-
лельно с местными нагрузками, наиболее мощными
из которых являются электродвигатели котельной,
чувствительные к несимметрии напряжений.
A
B
C
L
1
L
2
L
3
Модуль
МПУ AB
1
Модуль
МПУ AB
20
Модуль
МПУ BC
1
Модуль
МПУ BC
20
Модуль
МПУ CA
1
Модуль
МПУ CA
20
VT
1
VT
2
C
Рис
. 1.
Схема
соеди
–
нения
МПУ
(
а
),
схема
модуля
МПУ
(
б
)
б)
а)
Рис
. 2.
Компоновка
МПУ
(
а
),
внешний
вид
МПУ
(
б
)
а)
б)
8
7
6
1
2
3
4
5
№
2 (65) 2021