Особенности использования модульных многоуровневых преобразователей для нормализации показателей качества напряжения электрической сети

Page 1
background image

Page 2
background image

58

к

а

ч

е

с

т

в

о

 э

л

е

к

т

р

о

э

н

е

р

г

и

и

качество электроэнергии

Особенности использования 

модульных многоуровневых 

преобразователей для 

нормализации показателей 

качества напряжения 

электрической сети

УДК

 621.311

Мустафа

 

Г

.

М

.,

к

.

т

.

н

., 

научный

 

руководитель

 

ООО

 

«

НПП

 

ЛМ

 

Инвертор

»

Гусев

 

С

.

И

.,

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

ООО

 

«

НПП

 

ЛМ

 

Инвертор

»

Рассматриваются

 

вопросы

 

использования

 

широтно

-

модулиро

-

ванных

 

модульных

 

многоуровневых

 

преобразователей

 (

ММС

для

 

компенсации

 

реактивной

 

мощности

активной

 

фильтрации

 

и

 

симметрирования

 

напряжения

 

в

 

промышленных

 

сетях

При

-

ведена

 

классификация

 

преобразователей

предназначенных

 

для

 

этой

 

цели

рассмотрены

 

особенности

 

работы

 

преобразова

-

телей

не

 

имеющих

 

возможности

 

межфазного

 

обмена

 

мощно

-

стью

в

 

режиме

 

симметрирования

.

Ключевые

 

слова

:

активная

 

фильтрация

демпфирование

се

-

лективное

 

подавление

баланс

несимметрия

Keywords:

active 

 ltration, damping, 

selective suppression, 
balance, unbalance

ВВЕДЕНИЕ

В

 

условиях

 

наличия

 

мощных

 

источников

 

динамич

-

но

 

изменяющихся

 

искажений

 

в

 

электрической

 

сети

 

для

 

нормализации

 

качества

 

напряжения

 

необхо

-

димо

 

применение

 

быстродействующих

 

средств

 

компенсации

 

искажений

действующих

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

В

 

общем

 

случае

 

устройство

 

для

 

приведения

 

показателей

 

качества

 

напряже

-

ния

 

в

 

норму

 

должно

 

в

 

динамичном

 

режиме

 

выпол

-

нять

 

одновременно

 

три

 

функции

:

 

компенсировать

 

реактивную

 

мощность

;

 

симметрировать

 

напряжение

 (

подавлять

 

обрат

-

ную

 

составляющую

 

напряжения

);

 

фильтровать

 

высшие

 

гармоники

 

напряжения

Для

 

эффективного

 

выполнения

 

этих

 

функций

 

устройство

 

должно

 

обеспечивать

 

еще

 

и

 

демпфи

-

рование

 

переходных

 

процессов

.

Эффективно

 

выполнять

 

эти

 

функции

 

традици

-

онные

 

устройства

 

не

 

могут

Статические

 

тиристор

-

ные

 

компенсаторы

  (

СТК

), 

управляемые

 

шунтиру

-

ющие

 

реакторы

  (

УШР

с

 

подмагничиванием

 

или

 

трансформаторного

 

типа

 

совместно

 

с

 

пассивными

 

фильтрами

 

для

 

устранения

 

несимметрии

 

должны

 

работать

 

в

 

несимметричном

 

режиме

 

и

 

сами

 

ста

-

новятся

 

источниками

 

гармоник

 

с

 

номерами

крат

-

ными

 

трем

Высокодобротные

 

пассивные

 

фильтры

 

способны

 

действовать

 

только

 

в

 

стационарных

 

или

 

квазистационарных

 

режимах

в

 

условиях

 

действия

 

частых

 

динамических

 

возмущений

 

они

 

малоэф

-

фективны

поскольку

 

становятся

 

источниками

 

слабозатухающих

 

колебаний

препятствующих

 

выполнению

 

фильтрами

 

своего

 

функционального

 

назначения

Устройство

 

типа

 

СТАТКОМ

 

по

 

схеме

 


Page 3
background image

59

затрат

поэтому

 

для

 

повышения

 

качества

 

напря

-

жения

 

у

 

крупных

 

потребителей

 

электроэнергии

 

и

 

в

 

населенных

 

пунктах

 

может

 

оказаться

 

достаточ

-

но

 

эффективным

 

путем

 

использование

 

локальных

 

мероприятий

 

с

 

помощью

 

активных

 

фильтров

О

 

ПРИМЕНЕНИИ

 

ПАССИВНЫХ

 

ЦЕПЕЙ

 

ДЛЯ

 

ФИЛЬТРАЦИИ

 

ВЫСШИХ

 

ГАРМОНИК

 

В

 

УСЛОВИЯХ

 

ДИНАМИЧЕСКИХ

 

ИСКАЖЕНИЙ

Для

 

фильтрации

 

высших

 

гармоник

 

в

 

электриче

-

ских

 

сетях

в

 

том

 

числе

 

в

 

составе

 

СТК

широкое

 

применение

 

нашли

 

резонансные

 LC-

фильтры

Однако

 

высокодобротная

 LC-

цепь

 

эффективно

 

шунтирует

 

соответствующую

 

сетевую

 

гармонику

 

в

 

стационарных

 

условиях

В

 

условиях

 

динамич

-

но

 

меняющейся

 

нагрузки

когда

 

амплитуды

 

или

 

фазы

 

сетевых

 

гармоник

 

изменяются

высокодо

-

бротные

 

резонансные

 

фильтры

 

не

 

способствуют

 

и

 

могут

 

даже

 

ухудшать

 

ситуацию

Проведенное

 

исследование

 

эффективности

 

действия

 

резо

-

нансных

 LC-

фильтров

 

показывает

что

 

при

 

нали

-

чии

 20%-

ной

 

амплитудной

 

и

 

фазовой

 

модуляции

 

нагрузки

 

с

 

периодом

 55 

мс

 

резонансный

 

фильтр

 

действует

 

неудовлетворительно

даже

 

если

 

его

 

добротность

 

понижена

 

путем

 

увеличения

 

потерь

 

мощности

  (

рисунок

 1). 

Достижимые

 

в

 

этом

 

слу

-

чае

 

минимальные

 

значения

 

искажения

 

напряже

-

ния

 

равны

min

Au

 

 5,6 

и

 6,0% — 

для

 

напряжения

 

и

 

min

Ais

 

≅ 

10,7 

и

 11,9% — 

для

 

тока

 [4], 

при

 

макси

-

мально

 

допустимом

 

уровне

 

искажений

 

напряже

-

ния

 

в

 

сети

 6–10 

кВ

равном

 5% [5]. 

SVC-Light [1] 

в

 

принципе

 

пригодно

 

и

 

для

 

компен

-

сации

 

реактивной

 

мощности

и

 

для

 

подавления

 

несимметрии

однако

 

из

-

за

 

сравнительно

 

низкой

 

частоты

 

широтно

-

импульсной

 

модуляции

 

оно

 

не

 

способно

 

обеспечить

 

эффективное

 

решение

 

за

-

дачи

 

фильтрации

 

гармоник

.

Особую

 

роль

 

решение

 

задачи

 

нормализации

 

качества

 

напряжения

 

имеет

 

в

 

сетях

прилегающих

 

к

 

ТРАНССИБ

 

и

 

БАМ

где

 

происходит

 

нарушение

 

качества

 

электроэнергии

 

по

 

ряду

 

показателей

ко

-

лебаниям

 

напряжения

несимметрии

 

и

 

искажени

-

ям

 

формы

 

напряжения

Периодические

 

измерения

 

в

 

электрических

 

сетях

питающих

 

Транссибирскую

 

магистраль

выявляют

 

особо

 

существенные

 

нару

-

шения

 

нормативных

 

требований

 

по

 

качеству

 

элек

-

троэнергии

 

по

 

двум

 

группам

 

показателей

 [2, 3]:

 

по

 

несимметрии

 

напряжений

 

по

 

обратной

 

последовательности

 

K

2

U

;

 

по

 

искажению

 

синусоидальности

 

кривой

 

напря

-

жения

 

K

U

 

и

 

коэффициенту

 

n

-

ой

 

гармонической

 

составляющей

 

напряжения

 

K

U

(

n

). 

Средние

 

за

 

сутки

 

значения

 

K

2

U

 

регулярно

 

до

-

стигают

 4,3%, 

а

 

максимальные

 

значения

 — 7,5% 

при

 

нормально

 

допустимом

 

и

 

предельно

 

допусти

-

мом

 

значениях

 

в

 

соответствии

 

с

 

ГОСТ

равными

 

соответственно

 2 

и

 4%. 

Средние

 

за

 

сутки

 

значе

-

ния

 

K

U

 

превышают

 

нормально

 

допустимое

 

значе

-

ние

 

почти

 

постоянно

достигая

 9% 

при

 

норме

 2%. 

Максимальные

 

значения

 

K

U

 

достигают

 12,5% 

при

 

предельно

 

допустимом

 

значении

 

по

 

ГОСТ

 — 3%. 

В

 

последнее

 

время

 

в

 

связи

 

с

 

присоединением

 

к

 

транзиту

 220 

кВ

 

промышленных

 

потребителей

 

с

 

мощной

 

двигательной

 

нагрузкой

 

про

-

изошел

 

ряд

 

технологических

 

нарушений

связанных

 

с

 

отключением

 

двигателей

 

не

-

фтеперекачивающих

 

станций

 

ООО

  «

Вос

-

токнефтепровод

», 

питающихся

 

от

 

шин

 

ПС

 

220 

кВ

  «

Сковородино

», 

вследствие

 

дей

-

ствия

 

защит

 

из

-

за

 

повышенной

 

несимме

-

трии

 

напряжения

 

питающей

 

сети

ПАО

 

«

Транснефть

» 

было

 

вынуждено

 

обратить

-

ся

 

в

 

надзорные

 

и

 

судебные

 

органы

 

по

 

фактам

 

нарушения

 

требований

 

к

 

качеству

 

электроэнергии

Однако

 

из

-

за

 

отсутствия

 

правового

 

регулирования

 

контроля

 

каче

-

ства

 

электроэнергии

 

в

 

России

 

эти

 

обра

-

щения

 

не

 

дали

 

результата

 [3].

Решение

 

задачи

 

нормализации

 

каче

-

ства

 

напряжения

 

в

 

этом

 

регионе

 

возмож

-

но

 

путем

 

реализации

 

крупномасштабных

 

проектов

таких

 

как

строительство

 

более

 

мощного

 

сетевого

 

транзита

 

вдоль

 

желез

-

нодорожных

 

магистралей

совершенство

-

вание

 

парка

 

электровозов

 

с

 

размещени

-

ем

 

фильтрокомпенсирующих

 

устройств

 

(

ФКУ

непосредственно

 

на

 

локомотивах

размещение

 

мощных

 

ФКУ

 

вдоль

 

суще

-

ствующих

 

транзитов

 220 

кВ

 

или

 

на

 

тяговых

 

подстанциях

 

железных

 

дорог

Очевидным

 

образом

 

реализация

 

таких

 

проектов

 

за

-

труднительна

 

из

-

за

 

чрезмерно

 

больших

 

Рис

. 1. 

Зависимость

 

искажений

 

напряжения

 

Au

(

·

и

 

тока

 

Ais

(

·

от

 

добротности

 

шунтирующей

 

резонансной

 

цепи

 

Do

(

·

при

 

фаз

-

ной

 (

а

и

 

амплитудной

 (

б

модуляции

 

искажающего

 

тока

Aua

Aisa

Doa

0

1

10

100

1000

20

10

min(

Aua

)

 = 5,613

min(

Aisa

)

 = 10,684

б

)

Auf

Aisf

Dof

0

1

10

100

1000

20

10

а

)

 4 (49) 2018


Page 4
background image

60

МОДУЛЬНЫЕ

 

МНОГОУРОВНЕВЫЕ

 

ТРАНЗИСТОРНЫЕ

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 

НАПРЯЖЕНИЯ

 

КАК

 

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ

 

УСТРОЙСТВА

 

ДЛЯ

 

АКТИВНОЙ

 

ФИЛЬТРАЦИИ

КОМПЕНСАЦИИ

 

РЕАКТИВНОЙ

 

МОЩНОСТИ

 

И

 

СИММЕТРИРОВАНИЯ

С

 

развитием

 

концепции

 

модульных

 

многоуровневых

 

преобразователей

 (Modular Multilevel Converter — 

ММС

появилось

 

адекватное

 

техническое

 

средство

 

для

 

осуществления

 

активной

 

фильтрации

симме

-

трирования

 

и

 

компенсации

 

на

 

уровнях

 

мощности

 

электроэнергетических

 

систем

Это

 

определяется

 

тем

что

 

по

 

своему

 

интегральному

 

действию

 

в

 

элек

-

трической

 

сети

 MMC 

является

 

широкополосным

 

управляемым

 

источником

 

напряжения

усилива

-

ющим

 

сигнал

 

задания

 

с

 

высокой

 

точностью

При

 

этом

 

сигнал

 

задания

 

может

 

изменяться

 

с

 

высокой

 

скоростью

в

 

частности

он

 

может

 

содержать

 

значи

-

тельные

 

по

 

величине

 

высшие

 

гармоники

Выходное

 

сопротивление

 

ММС

 

пренебрежимо

 

мало

 

в

 

широ

-

ком

 

диапазоне

 

частот

Даже

 

при

 

сильно

 

искаженных

 

быстроменяющихся

 

токах

 

исполнение

 

задания

 

ММС

 

не

 

нарушается

Представление

 

ММС

 

как

 

идеального

 

управляемого

 

источника

 

напряжения

 

позволяет

 

го

-

ворить

 

о

 

том

что

 

высокочастотные

 

следящие

 

широт

-

но

-

модулированные

 

преобразователи

построенные

 

на

 

транзисторах

 

типа

 IGBT, 

образуют

 

новый

 

класс

 

широкополосных

 

усилителей

 

мощности

действие

 

которых

 

не

 

сопровождается

 

потерями

 

энергии

Это

 

отличает

 

их

 

от

 

существующих

 

типов

 

усилителей

по

-

строенных

 

на

 

свойстве

 

управляемых

 

элементов

 

из

-

менять

 

свое

 

активное

 

сопротивление

 (

транзисторы

электронные

 

лампы

СВЧ

-

приборы

под

 

действием

 

сигнала

 

управления

Активный

 

характер

 

сопротивле

-

ния

 

таких

 

элементов

 

позволяет

 

создавать

 

усилители

 

мощности

 

с

 

коэффициентом

 

полезного

 

действия

 

не

 

выше

 50%. 

Способность

 

осуществлять

 

свои

 

функции

 

без

 

активных

 

потерь

 

мощности

 (

недиссипативность

усилителей

 

на

 

основе

 

ММС

 

позволяет

 

создавать

 

устройства

 

большой

 

мощности

 

с

 

высоким

 

коэффи

-

циентом

 

полезного

 

действия

что

 

открывает

 

им

 

до

-

рогу

 

в

 

электроэнергетику

Для

 

приведения

 

показателей

 

качества

 

напряже

-

ния

 

в

 

норму

 

активное

 

устройство

 

должно

 

выполнять

 

три

 

функции

 

одновременно

:

 

регулировать

 

реактивную

 

мощность

;

 

симметрировать

 

напряжение

  (

подавлять

 

обрат

-

ную

 

составляющую

 

напряжения

);

 

фильтровать

 

высшие

 

гармоники

 

напряжения

 

в

 

динамичном

 

режиме

когда

 

источник

 

гармоник

 

быстро

 

изменяется

Для

 

построения

 

такой

 

системы

 

при

 

решении

 

при

-

кладных

 

задач

 

развита

 

инженерная

 

методика

 — 

DSB-

алгоритм

 

управления

 

ММС

 [6]. DSB-

алгоритм

 

базируется

 

на

 

традиционной

 «

классической

» 

теории

 

управления

 

и

 

на

 

теории

 

трехфазных

 

цепей

Идея

 

DSB-

алгоритма

 

заключается

 

в

 

последовательном

 

построении

 

регуляторов

 

трех

 

типов

D

 — 

демпфиро

-

вание

  (

demp

), 

S

 — 

селективное

 

подавление

  (

select

), 

B

 — 

баланс

 (

balance

и

 

последующем

 

совмещении

 

их

 

действий

 (

рисунок

 2).

Задание

 

напряжения

 

Uz

(

t

на

 

входе

 

усилителя

 

мощности

 

на

 

основе

 

ММС

 

образуется

 

как

 

трехком

-

понентная

 

сумма

:

 

U

Z

 = 

U

demp

 + 

U

sel

 + 

U

bal

. (1)

Каждый

 

из

 

компонентов

 

образуется

 

своими

 

об

-

ратными

 

связями

 

и

 

выполняет

 

свою

 

функцию

 

в

 

ком

-

плексе

 

задач

 

фильтрации

.

Компонент

 D (

демпфирование

образуется

 

с

 

по

-

мощью

 

обратной

 

связи

 

по

 

выходному

 

току

 

активного

 

фильтра

 

I

ae

Пропорциональная

 

обратная

 

связь

 

по

 

выходному

 

току

 

активного

 

элемента

 

U

demp

(

t

) = 

R

ae

 ·

 I

ae

(

t

) (2)

создает

 

виртуальный

 

демпфирующий

 

резистор

Этот

 

виртуальный

 

резистор

 

демпфирует

 

переходные

 

ко

-

лебания

 

сети

 

не

 

хуже

чем

 

реальный

 

резистор

.

Компонент

 

S

  (

селективное

 

подавление

 

гармо

-

ник

образуется

 

обратной

 

связью

 

по

 

сетевому

 

току

 

I

s

 

с

 

участием

 

в

 

образовании

 

этой

 

связи

 

напряжения

 

сети

 

U

s

Вычислитель

 

селективного

 

подавления

 

select

 

действует

 

поверх

 

компонента

 

демпфирования

 

demp 

и

 

не

 

нарушает

 

демпфирования

Он

 

осуществляет

 

полное

 

поглощение

 

гармоник

 

источника

 

искажений

 

компенсирующим

 

устройством

.

Компонент

 

B

 (

баланс

обеспечивает

 

поддержание

 

заданного

 

напряжения

 

на

 

накопительных

 

конденсато

-

рах

 

звеньев

 

постоянного

 

напряжения

 (DC) 

ММС

 

и

 

об

-

разуется

 

обратной

 

связью

 

по

 

напряжениям

 

на

 

конден

-

саторах

 

с

 

участием

 

в

 

этой

 

обратной

 

связи

 

сетевого

 

напряжения

 

U

s

В

 

качестве

 

параметра

 

регулирования

 

используется

 

энергия

 

накопительных

 

конденсаторов

которая

 

поддерживается

 

на

 

заданном

 

уровне

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

ДЕЙСТВИЯ

 

DSB-

АЛГОРИТМА

Действие

 DSB-

алгоритма

 

может

 

быть

 

продемонстри

-

ровано

 

на

 

примере

 

активного

 

фильтра

 

типа

 

АФСК

-6-

2400 

мощностью

 2,4 

МВА

на

 

напряжение

 6 

кВ

вне

-

дренного

 

ООО

  «

НПП

 

ЛМ

 

Инвертор

» 

на

 

руднике

 

«

Октябрьский

» 

ПАО

 

ГМК

 «

Норникель

». 

На

 

рисунке

 3 

показаны

 

осциллограммы

 

напряжения

 

на

 

шинах

 6 

кВ

 

до

 

включения

 (

рисунок

 3

а

и

 

после

 

включения

 

актив

-

ного

 

фильтра

 (

рисунки

 3

б

 

и

 3

в

). 

Рисунок

 3

б

 

иллюстри

-

U

s

U

d

I

s

I

ae

EZ

U

s

R

ae

 

demp

 

select

 

balance

U

sel

 

U

demp

U

bal

Σ

U

Z

Рис

. 2. 

Структура

 

управления

 MMC 

по

 DSB-

алгоритму

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 5
background image

61

рует

 

эффективность

 

действия

 

активного

 

фильтра

 

в

 

режиме

 

демпфирования

 

при

 

отсутствии

 

селектив

-

ного

 

подавления

 

гармоник

Рисунок

  3

в

 

показывает

 

действие

 

активного

 

фильтра

 

в

 

режиме

 

демпфирова

-

ния

 

и

 

селективной

 

фильтрации

 11-

й

 

и

 13-

й

 

гармоник

До

 

включения

 

активного

 

фильтра

 

уровень

 11-

й

 

гармо

-

ники

 

превышал

 6%, 

после

 

включения

 

максимальный

 

уровень

 

гармоник

 

напряжения

 

не

 

превышает

 1%.

Схемы

 

ММС

 

имеют

 

высокую

 

частоту

 

модуляции

 

выходного

 

напряжения

кратную

 

произведению

 

ча

-

стоты

 

коммутации

 

транзисторов

 

на

 

число

 

модулей

что

 

позволяет

 

осуществить

 

создание

 

активных

 

филь

-

тров

обеспечивающих

 

селективное

 

подавление

 

практически

 

любых

 

гармоник

 — 

от

 3 

до

 49, 

мощно

-

стью

 

в

 

несколько

 

десятков

 

мегаватт

ШУНТОВОЕ

 

ИЛИ

 

СЕРИЕСНОЕ

 

ПРИСОЕДИНЕНИЕ

 

АКТИВНОГО

 

ФИЛЬТРО

-

СИММЕТРИРУЮЩЕГО

 

УСТРОЙСТВА

 (

АФСУ

)

Для

 

осуществления

 

симметрирования

 

и

 

филь

-

трации

 

напряжения

 

отходящих

 

линий

 

может

 

быть

 

применено

 

либо

 

шунтовое

 (

рисунок

 4), 

либо

 

сери

-

есное

 (

рисунок

 5) 

присоединение

 

АФСУ

 

к

 

электри

-

ческой

 

сети

Модульный

 

многоуровневый

 

конвертор

 

может

 

в

 

принципе

 

функционировать

 

как

 

в

 

одном

так

 

и

 

дру

-

гом

 

варианте

 

присоединения

При

 

шунтовом

 

присо

-

единении

 

АФСУ

 

работает

 

при

 

приложенном

 

к

 

нему

 

синусоидальном

 

напряжении

 

прямой

 

последователь

-

ности

искажающие

 

составляющие

то

 

есть

 

обратная

 

составляющая

 

напряжения

 

и

 

напряжения

 

высших

 

гармоник

 

устраняются

 

действием

 

АФСУ

Ток

 

АФСУ

 

при

 

этом

 

состоит

 

из

 

искажающих

 

составляющих

то

 

есть

 

обратной

 

составляющей

 

тока

  

и

 

высших

 

гармо

-

ник

 

тока

Действует

 

шунтирующий

 

АФСУ

 

посредством

 

создания

 

соответствующего

 

падения

 

напряжения

 

на

 

суммарном

 

реактансе

 

сети

 

в

 

точке

 

присоединения

,  

который

 

складывается

 

из

 

реактанса

 

короткого

 

за

-

мыкания

 

сети

реактанса

 

понижающего

 

автотранс

-

форматора

 220/110 

кВ

 

и

 

реактанса

 

дополнительного

 

токоограничивающего

 

реактора

который

 

может

 

быть

 

Рис

. 3. 

Осциллограммы

 

и

 

спектры

 

напряжений

 

на

 

шинах

 

кВ

 

до

 (

а

и

 

после

 (

б

 

и

 

в

включения

 

активного

 

фильтра

Гармонический

 

состав

 

сети

 6,3 

кВ

АФСК

 

включен

Селективное

подавление

 

отключено

Q

f

 = 0. 

Ток

 

трансформатора

 

привода

 630 

А

U

ab

U

bc

U

ca

б

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

150

100

50

0

-50

-100

-150

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ab

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

bc

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ca

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

 

состав

 

сети

 6,3 

кВ

АФСК

 

включен

.

Селективное

 

подавление

 11-

й

 

и

 13-

й

 

гармоник

 

включено

.

Q

f

 = 

auto

Ток

 

трансформатора

 

привода

 600 

А

U

ab

U

bc

U

ca

в

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

150

100

50

0

-50

-100

-150

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ab

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

bc

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ca

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

 

состав

 

сети

 6,3 

кВ

.

АФСК

 

выключен

Ток

 

трансформатора

 

привода

 630 

А

U

ab

U

bc

U

ca

а

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

150

100

50

0

-50

-100

-150

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ab

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

bc

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Гармонический

состав

 

напряжения

 

U

ca

0

10

20

30

40

6

5

4

3

2

1

0

Амплит

уда

 

гар

м

оники

, %

Номер

 

гармоники

Рис

. 4. 

Шунтовое

 

присоединение

 

АФСУ

 

к

 

сети

110 

кВ

ТС

ТН

ТТ

ММС

СУРЗА

АФСУ

 4 (49) 2018


Page 6
background image

62

применен

 

для

 

повышения

 

эффективности

 

шунтирую

-

щего

 

АФСУ

 

при

 

действии

 

искажений

поступающих

 

из

 

сети

Основная

 

часть

 

ресурса

 

шунтирующего

 

АФСУ

 

расходуется

 

на

 

поглощение

 

обратной

 

составляющей

 

тока

 

и

 

на

 

наиболее

 

низкочастотную

 

из

 

высших

 

гар

-

моник

 (

третью

 

гармонику

); 

для

 

высших

 

гармоник

 

тока

 

ограничивающее

 

сопротивление

 

увеличивается

 

про

-

порционально

 

номеру

 

гармоники

и

 

вклад

 

высших

 

гар

-

моник

 

в

 

загрузку

 

АФСУ

 

получается

 

незначительным

Таким

 

образом

при

 

шунтирующем

 

присоединении

 

АФСУ

 

работает

 

при

 

синусоидальном

 

прямо

 

вращаю

-

щемся

 

трехфазном

 

напряжении

 

и

 

при

 

незначительно

 

искаженном

 

обратно

 

вращающемся

 

токе

.

При

 

сериесном

 

присоединении

 

АФСУ

 

включает

-

ся

 

через

 

согласующий

 

трансформатор

 

в

 

рассечку

 

между

 

искаженной

 

сетью

 

и

 

отходящими

 

линиями

Для

 

работы

 

в

 

аварийных

 

и

 

аномальных

 

режимах

 

при

 

сериесном

 

присоединении

 

АФСУ

 

должен

 

быть

 

оснащен

 

тиристорным

 

ключом

шунтирующим

 

об

-

мотки

 

согласующего

 

трансформатора

 

и

 

обеспечи

-

вающим

 

беспрепятственное

 

протекание

 

токов

 

при

 

коротком

 

замыкании

Действие

 

сериесного

 

АФСУ

 

заключается

 

в

 

том

что

 

искажающим

 

составляю

-

щим

 

сетевого

 

напряжения

 

противопоставляются

 

такие

 

же

 

составляющие

 

напряжения

 

АФСУ

Иска

-

жения

 

напряжения

 

на

 

отходящих

 

линиях

 

при

 

этом

 

снижаются

Нагрузки

 

отходящих

 

линий

 

существен

-

ных

 

искажающих

 

факторов

 

не

 

имеют

поэтому

 

ток

 

отходящих

 

линий

 

при

 

нормальном

 

питании

 

сину

-

соидальный

прямо

 

вращающийся

Ток

 

сериесного

 

АФСУ

 

совпадает

 

с

 

этим

 

током

 

и

 

является

 

синусои

-

дальным

 

прямо

 

вращающимся

Напряжение

 

сери

-

есного

 

АФСУ

 

складывается

 

из

 

одних

 

только

 

иска

-

жающих

 

составляющих

:

 

–  

напряжения

 

обратной

 

последовательности

;

 

напряжений

 

высших

 

гармоник

.

Сетевой

 

реактанс

 

на

 

нормальные

 

режимы

 

сери

-

есной

 

схемы

 

не

 

влияет

В

 

сериесной

 

схеме

 

основ

-

ная

 

часть

 

ресурса

 

мощности

 

АФСУ

 

тратится

 

на

 

по

-

давление

 

высших

 

гармоник

на

 

симметрирование

 

тратится

 

лишь

 

небольшая

 

часть

 

ресурса

Здесь

 

еще

 

раз

 

проявляется

 

разница

 

между

 

шунтирующей

 

и

 

сериесной

 

схемой

В

 

шунтирующей

 

схеме

напро

-

тив

, — 

из

-

за

 

большой

 

проводимости

 

сети

 

для

 

гар

-

моник

 

сетевой

 

частоты

 

приходится

 

создавать

 

боль

-

шой

 

ресурс

 

на

 

ток

 

обратной

 

последовательности

поглощаемый

 

АФСУ

.

ОСОБЕННОСТИ

 

РЕЖИМА

 

СИММЕТРИРОВАНИЯ

 

И

 

КЛАССИФИКАЦИЯ

 

ПРИСОЕДИНЕНИЙ

 

И

 

СХЕМ

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Активные

 

ветви

 

ММС

которые

 

составляются

 

из

 

транзисторно

-

конденсаторных

 

модулей

могут

 

дей

-

ствовать

 

как

 

управляемые

 

реактивные

 

цепи

кото

-

рые

 

по

 

задаваемому

 

сигналу

 

могут

 

изменять

 

свою

 

проводимость

 

от

 

номинальной

 

индуктивной

 

до

 

но

-

минальной

 

емкостной

 

проводимости

 

с

 

промежуточ

-

ной

 

точкой

 

нулевой

 

проводимости

Это

 

позволяет

 

использовать

 

непрерывно

 

регулируемые

 

реактив

-

ные

 

ветви

 

как

 

для

 

компенсации

 

реактивной

 

мощно

-

сти

так

 

и

 

для

 

симметрирования

 

трехфазных

 

сетей

В

 1905 

году

 

Стайнметц

 

показал

 [7], 

что

 

при

 

исполь

-

зовании

 

должным

 

образом

 

подобранных

 

реактивных

 

ветвей

 

междуфазная

  (

однофазная

нагрузка

 

может

 

быть

 

симметрирована

 

так

чтобы

 

из

 

сети

 

с

 

трехфаз

-

ным

 

симметричным

 

напряжением

 

потреблялся

 

сим

-

метричный

 

трехфазный

 

ток

Из

 

теории

 

Стайнметца

 

очевидным

 

образом

 

следует

что

 

с

 

помощью

 

тройки

 

управляемых

 

реактивных

 

ветвей

 

может

 

быть

 

устра

-

нена

 

любая

 

несимметрия

 

трехфазной

 

сети

.

Существует

 

ряд

 

схем

 

преобразователей

на

 

осно

-

ве

 

которых

 

возможно

 

создание

 

активных

 

фильтро

-

симметрирующих

 

устройств

двух

и

 

трехуровневая

 

мостовые

 

схемы

модульные

 

многоуровневые

 — 

схема

 

цепочечного

 

СТАТКОМ

 [8] 

на

 

рисунке

 6, 

полу

-

110 

кВ

АТ

1

ТН

1

ТН

2

ТТ

1

C

Т

1

СУРЗА

АФСУ

220 

кВ

Рис

. 5. C

ериесное

 

присоединение

 

АФСУ

 

к

 

сети

V

0

V

1

V

2

0

C

0

T

TK

0,0

TK

1,0

TK

2,0

TK

0,6

TK

1,6

TK

2,6

C

D

: 2 mF, 2000 V

V

D

V

AC

T

: 1200 A, 3300 V

Рис

. 6. 

Цепочечный

 

СТАТКОМ

 (

а

)

и

 

схема

 

модуля

 (

б

)

а

)

б

)

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 7
background image

63

чаемая

 

соединением

 

трех

 

активных

 

фазных

 

ветвей

каждая

 

из

 

которых

 

составлена

 

из

 

нескольких

 

по

-

следовательно

 

соединенных

 

транзисторно

-

конден

-

саторных

 

модулей

соединяемых

 

в

 

схему

 

звезды

 

(Y-

схема

или

 

треугольника

 (D-

схема

), 

и

 

схема

 

Марк

-

вардта

 (

рисунок

 7, [9]).

Во

 

всех

 

преобразователях

присоединяемых

 

к

 

сети

 

для

 

компенсации

 

реактивной

 

мощности

локально

-

усредненная

 

мощность

 

конденсаторов

 DC, 

а

 

с

 

ней

 

локально

-

усредненная

 

мощность

 

АС

 

являются

 

нуле

-

выми

Это

 

не

 

мешает

 

осуществлению

 

функций

 

филь

-

трации

 

высших

 

гармоник

 

и

 

компенсации

 

реактивной

 

мощности

Не

 

мешает

 

оно

 

и

 

осуществлению

 

функции

 

симметрирования

но

 

последняя

 

вносит

 

свои

 

особен

-

ности

При

 

работе

 

АФСУ

 

в

 

режиме

 

симметризатора

 

имеет

 

место

 

основная

 

альтернатива

:

 

для

 

сериесного

 

варианта

 

присоединения

 

АФСУ

 

ток

 

является

 

прямо

 

вращающимся

а

 

напряжение

 — 

обратно

 

вращающимся

;

 

для

 

шунтового

 

варианта

 

присоединения

 

АФСУ

 

напряжение

 

является

 

прямо

 

вращающимся

а

 

ток

 — 

обратно

 

вращающимся

.

В

 

обоих

 

случаях

 

суммарная

 

по

 

фазам

 

мощность

 

является

 

нулевой

Однако

 

нулевой

 

является

 

сумма

 

фазных

 

мощностей

 

обратной

 

последовательности

но

 

не

 

мощность

 

каждой

 

из

 

фаз

Поэтому

 

в

 

схемах

 

АФСУ

в

 

которых

 

отсутствует

 

межфазный

 

обмен

 

энер

-

гией

при

 

соединении

 

фазных

 

ветвей

 

и

 

в

 

треугольник

 

(

схема

 D), 

и

 

в

 

звезду

  (

схема

 Y) 

баланс

 

мощностей

 

звена

 

постоянного

 

тока

 (DC) 

должен

 

быть

 

обеспечен

 

дополнительными

 

мерами

.

В

 D-

схеме

 

таких

 

АФСУ

 

для

 

обеспечения

 

баланса

 

мощности

 

в

 

каждой

 

из

 

фаз

 

при

 

подавлении

 

несимме

-

трии

 

необходимо

 

создать

 

в

 

треугольнике

 

фазных

 

вет

-

вей

 

циркулирующий

 

ток

обеспечивающий

 

сдвиг

 

меж

-

ду

 

током

 

и

 

напряжением

 

каждой

 

фазы

равный

 90°. 

Фазные

 

токи

 

первой

 

гармоники

 A

Э

 

получаются

 

допол

-

нением

 

к

 

прямо

 

или

 

обратно

 

вращающейся

 

составля

-

ющей

 

тока

 A

Э

 

i

ae

1

m

(

t

еще

 

и

 

тока

 

циркуляции

 

i

ae

1

n

(

t

):

 

i

ae

1

(

t

) = 

i

ae

1

m

(

t

) + 

i

ae

1

n

 (

t

). (3)

Активная

 

мощность

 

фаз

 

при

 

этом

 

будет

 

равна

 

нулю

Принципиально

 

важно

что

 

наибольшая

 

ампли

-

туда

 

фазного

 

тока

 

в

 

одной

 

из

 

фаз

 

активного

 

элемента

 

I

ae

 

в

 

режиме

 

подавления

 

обратной

 

последовательно

-

сти

 

из

-

за

 

действия

 

циркулирующего

 

тока

 

может

 

до

-

стигать

 

двукратной

 

величины

 

по

 

сравнению

 

с

 

ампли

-

тудой

 

протекающего

 

по

 

фазам

 

сетевого

 

тока

 

I

pf

:

 

max

|

I

ae

| = 2·

I

pf

. (4)

Остальные

 

две

 

фазы

 

АФСУ

 

в

 

точках

 

максимума

 

загружены

 

только

 

наполовину

Однако

 

в

 

силу

 

слу

-

чайного

 

характера

 

изменения

 

напряжения

 

обратной

 

последовательности

 

все

 

три

 

фазы

 

АФСУ

 

при

 

рабо

-

те

 

в

 

качестве

 

симметризатора

 

должны

 

быть

 

рас

-

считаны

 

на

 

двойной

 

сетевой

 

ток

Это

 

неустранимый

 

органический

 

дефект

 D-

схем

 

АФСУ

 

как

 

сериесной

так

 

и

 

шунтирующей

Он

 

органически

 

присущ

 

также

 

и

 Y-

схемам

только

 

в

 

них

 

вместо

 

двойного

 

тока

 

фаз

-

ные

 

ветви

 

должны

 

быть

 

рассчитаны

 

на

 

двойное

 

на

-

пряжение

возникающее

 

за

 

счет

 

смещения

 

нейтра

-

ли

также

 

необходимого

 

для

 

обеспечения

 

баланса

 

мощности

Обобщая

можно

 

отметить

всем

 

схемам

 

АФСУ

не

 

имеющим

 

прямого

 

обмена

 

энергией

 

фазных

 

конденсаторов

 

постоянного

 

тока

при

 

работе

 

в

 

режи

-

ме

 

симметризатора

 

присущ

 

органический

 

дефект

 — 

для

 

обеспечения

 

баланса

 

энергий

 

конденсаторов

 

фаз

 

в

 

них

 

должен

 

быть

 

предусмотрен

 

двойной

 

запас

 

по

 

установленной

 

мощности

в

 

случае

 D-

схем

 — 

по

 

току

а

 

в

 

случае

 Y-

схем

 — 

по

 

напряжению

Таким

 

образом

для

 

создания

 

симметрирующих

 

устройств

 

наиболее

 

эффективны

 

схемы

в

 

которых

 

имеет

 

место

 

межфазный

 

обмен

 

энергией

 — 

трех

-

фазные

 

схемы

 

с

 

общим

 

конденсаторным

 

накопите

-

лем

 

постоянного

 

тока

объединяющим

 

трехфазные

 

вентильные

 

группы

то

 

есть

 

по

 

существу

 — 

трехфаз

-

ные

 

мостовые

 

схемы

На

 

рисунке

 8 

приведена

 

классификация

 

конвер

-

торов

предназначенных

 

для

 

фильтрации

компен

-

сации

симметрирования

Конверторы

 

разделены

 

на

 

консолидированные

 

и

 

неконсолидированные

 

схемы

Консолидированные

 

схемы

 — 

суть

 

те

в

 

ко

-

торых

 

конденсаторы

 

постоянного

 

напряжения

 

трех

 

фаз

 

объединены

 

и

 

обмениваются

 

мощностями

по

-

ступающими

 

из

 

фаз

 

сети

К

 

ним

 

относятся

 

трехфаз

-

ная

 

мостовая

 

схема

трехфазная

 

трехуровневая

 

мостовая

 

схема

В

 

неконсолидированных

 

схемах

 

Рис

. 7. 

Модульная

 

многоуровневая

 

схема

 

Марквардта

 [9]

 4 (49) 2018


Page 8
background image

64

подвешенные

 

конденсаторы

 

DC 

разных

 

фаз

 

не

 

имеют

 

пря

-

мых

 

связей

 

и

 

обмениваться

 

мощностями

 

напрямую

 

не

 

могут

К

 

неконсолидирован

-

ным

 

схемам

 

относятся

 

мо

-

дульные

 

многоуровневые

 — 

схема

 

цепочечного

 

СТАТКОМ

 

и

 

схема

 

Марквардта

.

Несмотря

 

на

 

имеющееся

 

фундаментальное

 

преимуще

-

ство

 

консолидированных

 

схем

 

для

 

решения

 

проблемы

 

сим

-

метрирования

вопрос

 

выбора

 

схемы

 

однозначно

 

не

 

решает

-

ся

Необходим

 

учет

 

совокуп

-

ности

 

факторов

Модульные

 

многоуровневые

 

схемы

 

с

 

не

-

консолидированными

 

конден

-

саторами

 DC 

имеют

 

свои

 

пре

-

имущества

:

 

позволяют

 

получать

 

тре

-

буемые

 

в

 

электроэнергетике

 

высокие

 

уровни

 

напряжений

;

 

позволяют

 

получить

 

умножение

 

частоты

 

мо

-

дуляции

 

и

 

деление

 

скачка

 

модуляции

обес

-

печивая

 

тем

 

самым

 

широкую

 

полосу

 

частот

 

регулирования

 

и

 

облегчение

 

силового

 

фильтра

 

ШИМ

-

пульсаций

.

ОСОБЕННОСТИ

 

РАБОТЫ

 

АФСУ

 

В

 

СМЕШАННОМ

 

РЕЖИМЕ

 

СИММЕТРИРОВАНИЯ

/

ФИЛЬТРАЦИИ

Для

 

неконсолидированных

 

схем

 

режим

 

симметри

-

рования

 

является

 

особым

 

в

 

сравнении

 

его

 

с

 

двумя

 

другими

 

элементами

 

триады

 

подавления

 

сетевых

 

искажений

: «

компенсация

 — 

фильтрация

 — 

симме

-

трирование

». 

Для

 

симметрирования

 

требуется

 

удво

-

ение

 

установленной

 

мощности

 

активных

 

фазных

 

ветвей

которое

 

порождается

 

необходимостью

 

обе

-

спечения

 

баланса

 

энергии

 

конденсаторов

 

постоян

-

ного

 

напряжения

 

фаз

не

 

связанных

 

друг

 

с

 

другом

Ни

 

для

 

компенсации

 

реактивной

 

мощности

ни

 

для

 

фильтрации

 

такое

 

удвоение

 

не

 

требуется

.

Для

 D-

схемы

 

шунтового

 

варианта

 

АФСУ

 

требу

-

емые

 

максимальные

 

значения

 

напряжений

 

и

 

токов

 

активных

 

фазных

 

ветвей

 

U

ae, 

max

I

ae, 

max

 

определяются

 

равенствами

:

 

U

ae, 

max

 = 

U

1

  

 

I

ae, 

max

 = 2 · 

I

1

max

 + 

I

h, 

max

(5)

 

где

 

U

1

 — 

напряжение

 

сети

I

1

max

 — 

наибольший

 

ток

 

обратной

 

последовательности

I

h, 

max

 — 

наибольший

 

ток

 

гармоник

которые

 

должен

 

создать

 

АФСУ

.

Здесь

 

удваивается

 

только

 

одна

 

составляющая

 

тока

 

I

1

max

Это

 

дает

 D-

схеме

 

преимущество

 

перед

 

Y-

схемой

 

в

 

смешанном

 

применении

 

симметрирова

-

ния

 

фильтрации

где

 

требуемые

 

напряжения

 

и

 

токи

 

активных

 

фазных

 

ветвей

 

U

ae, 

max

I

ae, 

max

 

определяются

 

равенствами

:

 

U

ae, 

max

 = 2 · 

U

1

  

 

I

ae, 

max

 = 

I

1

p

 + 

I

h, 

max

(6)

 

Чем

 

больше

 

гармоническая

 

составляющая

 

напря

-

жения

 

должна

 

быть

 

скомпенсирована

тем

 

больше

 

преимущество

 D-

схемы

 

перед

 Y-

схемой

 

соединения

 

фазных

 

ветвей

 

активного

 

элемента

.

Именно

 

такая

 

ситуация

 

имеет

 

место

 

в

 

проекте

 

создания

 

АФСУ

 

для

 

ПС

  «

Сковородино

». 

Требуемая

 

сумма

определяемая

 

данными

 

измерений

,

I

1

m

max

 + 

I

h

max

должна

 

составлять

 

в

 

относительных

 

единицах

 

не

 

ме

-

нее

 

чем

 0,18 

для

 

осуществления

 

требуемого

 

пода

-

вления

 

искажений

На

 

долю

 

составляющей

 

I

1

m

max

 

при

 

этом

 

приходится

 

около

 0,04. 

Таким

 

образом

 

в

 

усло

-

виях

 

проекта

 

АФСУ

 

для

 

ПС

 «

Сковородино

» 

затраты

 

на

 

активные

 

фазные

 

ветви

 

характеризуются

 

такими

 

показателями

:

U

ae, 

max

 · 

I

ae, 

max

 

 0,18 × 2 = 0,36 — 

для

 Y-

схемы

 

АФСУ

,

и

 

U

ae, 

max

 · 

I

ae, 

max

 = (2 × 0,04 + 0,14) · 1 = 0,22 — 

для

 

D-

схемы

 

АФСУ

.

Использование

 D-

схемы

 

в

 

проекте

 

АФСУ

 

для

 

ПС

  «

Сковородино

» 

имеет

 

явные

 

преимущества

Однако

 

при

 

этом

 

удвоение

 

тока

 

обратной

 

после

-

довательности

 

в

 

активных

 

ветвях

 

приводит

 

к

 

су

-

щественному

 

увеличению

 

пульсаций

 

напряжения

 

на

 

конденсаторах

 DC, 

что

 

требует

 

существенного

 

увеличения

 

их

 

емкости

 

по

 

отношению

 

к

 

требуемой

 

только

 

для

 

компенсации

 

высших

 

гармоник

ВЫВОДЫ

1. 

Эффективным

 

путем

 

решения

 

задачи

 

нормали

-

зации

 

качества

 

напряжения

 

у

 

крупных

 

потреби

-

телей

 

электроэнергии

 

и

 

в

 

населенных

 

пунктах

 

в

 

районах

прилегающих

 

к

 

ТРАНССИБ

 

и

 

БАМ

где

 

происходит

 

нарушение

 

качества

 

электро

-

энергии

 

по

 

ряду

 

показателей

  (

колебаниям

 

на

-

пряжения

несимметрии

 

и

 

искажениям

 

формы

 

напряжения

является

 

использование

 

активных

 

фильтро

-

симметрирующих

 

устройств

 

на

 

основе

 

модульных

 

многоуровневых

 

преобразователей

 

напряжения

Рис

. 8. 

Классификация

 

конверторов

предназначенных

 

для

 

фильтрации

компен

-

сации

симметрирования

Конверторы

 

для

 

фильтрации

компенсации

 

симметрирования

Трехфазная

 

мостовая

 

схема

D-

схема

Y-

схема

Mrq

Трехфазная

 

трехуровневая

 

схема

 

со

 

средней

 

точкой

 DC

Трехфазная

расщепленная

 

схема

Консолидированные

 

схемы

Неконсолидированные

 

схемы

Сериесные

 

присоединения

Шунтовые

 

присоединения

Сериесные

 

присоединения

Шунтовые

 

присоединения

Сериесные

 

присоединения

Шунтовые

 

присоединения

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 9
background image

65

2. 

Высокочастотные

 

следящие

 

широтно

-

модули

-

рованные

 

преобразователи

построенные

 

на

 

транзисторах

 

типа

 IGBT, 

образуют

 

новый

 

класс

 

широкополосных

 

усилителей

 

мощности

дей

-

ствие

 

которых

 

не

 

сопровождается

 

потерями

 

энергии

Способность

 

осуществлять

 

свои

 

функ

-

ции

 

без

 

активных

 

потерь

 

мощности

 (

недиссипа

-

тивность

усилителей

 

на

 

основе

 

ММС

 

позволяет

 

создавать

 

энергетические

 

устройства

 

большой

 

мощности

 

с

 

высоким

 

коэффициентом

 

полезно

-

го

 

действия

обеспечивающие

 

нормализацию

 

показателей

 

качества

 

напряжения

 

сетей

  (

в

 

ди

-

намичном

 

режиме

когда

 

уровень

 

искажений

 

бы

-

стро

 

изменяется

):

 

уровня

 

напряжения

;

 

симметрии

 

напряжения

 (

подавление

 

обратной

 

составляющей

 

напряжения

);

 

уровня

 

высших

 

гармоник

 

напряжения

3. 

По

 

условию

 

использования

 

активных

 

фильтро

-

компенсирующих

 

устройств

 

для

 

симметрирова

-

ния

 

напряжения

 

трехфазной

 

электрической

 

сети

 

высокочастотные

 

следящие

 

широтно

-

модули

-

рованные

 

преобразователи

 

подразделяются

 

на

 

два

 

класса

преобразователи

имеющие

 

меж

-

фазный

 

обмен

 

мощностью

 (

консолидированные

 

схемы

и

 

преобразователи

в

 

которых

 

межфаз

-

ный

 

обмен

 

мощностью

 

отсутствует

  (

неконсоли

-

дированные

 

схемы

). 

Установленная

 

мощность

 

активных

 

симметрирующих

 

устройств

постро

-

енных

 

на

 

основе

 

неконсолидированных

 

схем

вдвое

 

превышает

 

мощность

необходимую

 

для

 

симметрирования

 

с

 

использованием

 

консолиди

-

рованных

 

схем

При

 

этом

 

модульные

 

многоуров

-

невые

 

схемы

 

с

 

неконсолидированными

 

конден

-

саторами

 DC 

имеют

 

свои

 

преимущества

:

 

позволяют

 

получать

 

требуемые

 

в

 

электроэнерге

-

тике

 

высокие

 

уровни

 

напряжений

;

 

позволяют

 

получить

 

умножение

 

частоты

 

моду

 -

ляции

 

и

 

деление

 

скачка

 

модуляции

обеспечивая

 

тем

 

самым

 

широкую

 

полосу

 

частот

 

регулиро

-

вания

 

и

 

облегчение

 

силового

 

фильтра

 

ШИМ

-

пульсаций

.  

ЛИТЕРАТУРА

1.  Bijlenga B., Grünbaum R., Johans-

son T. SVC Light — a powerful tool 
for power quality improvement // 
ABB Review, 1998, 

 6, pp. 21–30.

2. 

О

 

результатах

 

исследований

 

ка

-

чества

 

электроэнергии

 

на

 

под

-

станции

 

«

Сковородино

» (

МЭС

 

Востока

Амурское

 

ПМЭС

) / 

Отчет

 

компании

 RTSOFT. 

М

., 2011. 124 

с

.

3. 

Павленко

 

С

.

В

Проблемы

 

качества

 

электроэнергии

 

при

 

эксплуатации

 

объектов

 

ПАО

  «

Транснефть

» /

Доклад

 

на

 

Научно

-

практической

 

конференции

 «

Современные

 

сред

-

ства

 

обеспечения

 

качества

 

элек

-

троэнергии

  (

КЭ

в

 

электрических

 

сетях

 

и

 

у

 

потребителя

», 7 

декаб

-

ря

 2017 

г

., 

Москва

. URL: http://

cis-ees.ru/RUM/eMagazine/Articles/
Details/1040.

4. 

Мустафа

 

Г

.

М

., 

Гусев

 

С

.

И

Фильтра

-

ция

 

высших

 

гармоник

 

в

 

электриче

-

ских

 

сетях

 

при

 

динамично

 

меняю

-

щихся

 

условиях

 // 

Энергия

 

единой

 

сети

, 2017, 

4. 

С

. 44–52.

5. 

ГОСТ

 321444-2013. 

Нормы

 

каче

-

ства

 

электрической

 

энергии

 

в

 

си

-

стемах

 

электроснабжения

 

общего

 

назначения

М

.: C

тандартинформ

2014. 16 

стр

.

6. 

Мустафа

 

Г

.

М

., 

Гусев

 

С

.

И

Активные

 

фильтро

-

симметрирующие

 

устрой

-

ства

 

для

 

электроэнергетики

Тео

-

ретические

 

и

 

прикладные

 

аспек

-

ты

 

использования

. LAP Lambert 

Academic Publishing, 2016. 114 

с

.

7. Steinmetz C.P. 

Теоретические

 

ос

-

нования

 

электротехники

 

сильных

 

токов

Перевод

 

с

 

немецкого

 

из

-

дания

просмотренного

 

автором

инж

Н

.

А

Жданова

С

.-

Петербургъ

1905.

8. Schauder C., Gernhardt M., Sta-

cey E., Lemak T., Gyugyi L., Cease 
W.T., Edris. A. Development of 
a ±100 MVAr static condenser for 
voltage control of transmission sys-
tems, IEEE Transactions on Pow-
er Delivery, 1995, vol. 10, no. 3, 
pp.1486–1496.

9.  Marquardt R., Lesnicar A. New Con-

cept for High Voltage - Modular Mul-
tilevel Converter, IEEE PESC 2004, 
Aachen, Germany, June 2004.

REFERENCES
1.  Bijlenga B., Grünbaum R., Johans-

son T. SVC Light — a powerful tool 
for power quality improvement // ABB 
Review, 1998, 

 6, pp. 21–30.

2.  On the results of power quality re-

search at "Skovorodino" substation 

 

(MES East, Amur PMES). RTSOFT 
company report. Moscow, 2011. 124 
p. (in Russian)

3. Pavlenko S.V. 

Problemy kachestva 

elektroenergii pri ekspluatatsii obyek-
tov PAO "Transneft"

 (Pavlenko S.V. 

Power quality problems when operat-
ing PJSC "Transneft" facilities). Avail-
able at: http://cis-ees.ru/RUM/eMaga-
zine/Articles/Details/1040 (accessed 
August 10, 2018).

4.  Mustafa G.M., Gusev S.I. Higher har-

monics 

 ltration under dynamically 

changing conditions in electrical net-
works. 

Energiya edinoy seti 

[Energy 

of uni

 ed grid], 2017, no. 4, pp. 44–

52. (in Russian)

5.  State Standard 32144-2013. Electric 

energy. Electromagnetic compatibility 
of technical equipment. Power quality 
limits in the public power supply sys-
tems. Moscow, Standartinform Publ., 
2014. 16 p. (in Russian)

6.  Mustafa G.M., Gusev S.I. 

Aktivnyye 

 ltro-simmetriruyushchiye  ustroystva 

dlya elektroenergetiki. Teoreticheski-
ye i prikladnyye aspekty ispolzovani-
ya 

[Active 

 lter-balancing devices for 

electric power industry. Theoretical 
and practical aspects of application]. 
LAP Publ., 2016. 114 p.

7. Steinmetz C.P. 

Teoreticheskiye os-

novaniya elektrotekhniki silnykh to-
kov. Perevod s nemetskogo izdaniya 

[Theoretical bases of high current 
electrical engineering. Translation 
from German by Zhda nov N.A.]. St. 
Petersburg., 1905.

8.  Schauder C., Gernhardt M., Stacey E., 

Lemak T., Gyugyi L., Cease W.T.,
Edris. A. Development of a ±100 MVAr
static condenser for voltage con-
trol of transmission systems, IEEE 
Transactions on Power Delivery, 
1995, vol. 10, no. 3, pp. 1486–1496.

9.  Marquardt R., Lesnicar A. New Con-

cept for High Voltage - Modular Mul-
tilevel Converter, IEEE PESC 2004, 
Aachen, Germany, June 2004.

 4 (49) 2018


Оригинал статьи: Особенности использования модульных многоуровневых преобразователей для нормализации показателей качества напряжения электрической сети

Ключевые слова: активная фильтрация, демпфирование, селективное подавление, баланс, несимметрия

Читать онлайн

Рассматриваются вопросы использования широтно-модулированных модульных многоуровневых преобразователей (ММС) для компенсации реактивной мощности, активной фильтрации и симметрирования напряжения в промышленных сетях. Приведена классификация преобразователей, предназначенных для этой цели, рассмотрены особенности работы преобразователей, не имеющих возможности межфазного обмена мощностью, в режиме симметрирования.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(82), январь-февраль 2024

Исследование влияния объектов микрогенерации на уровень напряжения в электрических сетях низкого напряжения

Возобновляемая энергетика / Накопители Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Харитонов М.С. Кугучева Д.К.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(81), ноябрь-декабрь 2023

Критерий потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Косоухов Ф.Д. Епифанов А.П. Васильев Н.В. Криштопа Н.Ю. Горбунов А.О. Борошнин А.Л.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(81), ноябрь-декабрь 2023

Методика определения мест установки средств компенсации перемежающейся несимметрии напряжений в электрической сети с тяговой нагрузкой

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тульский В.Н. Силаев М.А. Шиш К.В. Бордадын П.А. Шиш М.Р. Семешко Д.А.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(81), ноябрь-декабрь 2023

О влиянии провалов и прерываний напряжения на режимы функционирования промышленных систем электроснабжения

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии Диагностика и мониторинг
Севостьянов А.А.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»