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