Устройства силовой электроники для управления режимами работы и обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях




Page 1


background image







Page 2


background image

106

качество электроэнергии

Устройства силовой 
электроники для управления 
режимами работы и обеспечения 
качества электрической энергии 
в распределительных сетях

По материалам

VI Всероссийской конференции

«

РАЗВИТИЕ

 

И

 

ПОВЫШЕНИЕ

 

НАДЕЖНОСТИ

 

ЭКСПЛУАТАЦИИ

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

»

УДК 621.316.7:621.3.05

Н

аличие в распределительных сетях классов напряже-

ния 0,4–35 кВ несимметричных, нелинейных и дина-

мически изменяющихся нагрузок с большой составля-

ющей  реактивной  мощности  негативно  сказывается 

на качестве электрической энергии, потерях в линиях электро-

передачи, а также на надежности электроэнергетического обо-

рудования. Современные устройства силовой электроники об-

ладают высокими показателями быстродействия и надежности 

и  позволяют  успешно  решать  широкий  круг  проблем,  связан-

ных с обеспечением требуемого качества электрической энер-

гии и управления режимами работы распределительных сетей 

в условиях динамически изменяющихся нагрузок сложного ха-

рактера.

На  сегодняшний  день  устройства  силовой  электроники  эф-

фективно реализуют комплекс функций по управлению режима-

ми работы электрических сетей и нагрузок, среди которых:

 

– регулирование и стабилизация напряжений [1];

 

– компенсация реактивной мощности [2];

 

– симметрирование  режимов  работы  линий  электропередачи 

(ЛЭП) при работе с несимметричными нагрузками.

Представленное  в  статье  оборудование  силовой  энер-

гетической  электроники  имеет  высокие  технико-экономиче-

ские показатели, быстродействие и надежность, достигаемые 

за  счет  того,  что  оно  реализует  новые  принципы  построения 

Панфилов

 

Д

.

И

.,

д.т.н., научный руково дитель 

АО «НТЦ Россети ФСК ЕЭС»

Лунин

 

К

.

А

.,

к.т.н., генеральный директор 

АО «Энер гетический институт 

им. Г.М. Кржижановского»

Асташев

 

М

.

Г

.,

к.т.н., заведующий кафед рой 

промышленной электроники 

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Тульский

 

В

.

Н

.,

к.т.н., директор Института 

электроэнергетики

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Ключевые

 

слова

:

силовая электроника, каче-

ство электрической энергии, 

распределительные сети, 

управление режимами рабо-

ты, преобразователи электри-

ческой энергии

В

 

статье

 

приведено

 

описание

 

возможностей

 

и

 

характеристик

 

современных

 

пре

образователей

построенных

 

на

 

базе

 

элементов

 

силовой

 

электроники

 

и

 

предна

значенных

 

для

 

регулирования

 

параметров

 

режимов

 

работы

 

распределительных

 

сетей

На

 

примере

 

реализованных

 

устройств

 

раскрыты

 

принципы

 

функциони

рования

 

различных

 

типов

 

преобразователей

полупроводникового

 

устройства

 

регулирования

 

напряжения

 

трансформаторов

 6–10/0,4 

кВ

 

под

 

нагрузкой

полу

проводниковых

 

регуляторов

 

напряжения

 

распределительных

 

сетей

 

на

 

основе

 

вольтодобавки

компенсаторов

 

реактивной

 

мощности

базирующихся

 

на

 

со

временных

 

принципах

 

регулирования

 

тока

 

реактивных

 

элементов

регуляторов

 

мощности

позволяющих

 

в

 

том

 

числе

 

симметрировать

 

режимы

 

работы

 

сетей

Показано

что

 

все

 

представленные

 

преобразователи

 

характеризуются

 

высо

кими

 

технико

экономическими

 

показателями

быстродействием

повышенной

 

надежностью

 

и

 

ориентированы

 

на

 

работу

 

в

 

составе

 

современных

 

активно

адап

тивных

 

электрических

 

сетях

.







Page 3


background image

107

и  управления,  при  которых  формы  токов  и  напря-

жений,  воздействующих  на  режимы  работы  ЛЭП, 

остаются синусоидальными во всем диапазоне их 

регулирования. Устройства разработаны на основе 

отечественной  элементной  базы  и  программного 

обеспечения. Многие из них успешно прошли опыт-

но-промышленную  эксплуатацию  в  распредели-

тельных сетях ПАО «Россети». Цифровые системы 

управления  представленных  устройств  обеспе-

чивают  их  работу  в  активно-адаптивных  электри-

ческих сетях в широком диапазоне изменения па-

раметров,  выполняя  при  этом  в  автоматическом 

режиме  самонастройку,  адаптацию  и  самовосста-

новление после аварий [3, 4].

При  разработке  представленных  в  статье 

устройств решались следующие задачи:

 

– разработка новых принципов построения и спо-

собов управления тиристорными устройствами 

силовой электроники для управления режима-

ми работы линий электропередачи с предельно 

высоким  качеством  регулируемой  электро-

энергии;

 

– обеспечение высокой дискретности регулирова-

ния электроэнергии при минимальных аппарат-

ных изменениях силового оборудования;

 

– создание  устройств  силовой  электроники  на 

отечественной элементной базе с техническими 

характеристиками,  не  уступающими,  а  в  ряде 

случаев превосходящими лучшие мировые ана-

логи;

 

– достижение максимального быстродействия ра-

боты устройств (в пределах 20 мс);

 

– разработка новых алгоритмов управления и про-

граммно-аппаратного  обеспечения  для  управ-

ления и мониторинга работы устройств силовой 

электроники в активно-адаптивных сетях;

 

– защита  интеллектуальной  собственности  на 

схемотехнические решения и способы управле-

ния устройствами силовой электроники.

К основным из перечисленных задач можно от-

нести реализацию силовых схем устройств на ос-

нове тиристоров, обеспечивающих их работу при 

мощностях нагрузок от десятков кВт до десятков 

МВт,  высокое  быстродействие  (20  мс),  высокую 

дискретность регулирования мощностей (5–10%), 

возможность  работы  в  составе  цифровых  под-

станций.

ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ

 

УСТРОЙСТВО

 

РЕГУЛИРОВАНИЯ

 

НАПРЯЖЕНИЯ

 

ТРАНСФОРМАТОРОВ

 6–10/0,4 

КВ

ПОД

 

НАГРУЗКОЙ

Полупроводниковое  устройство  регулирования 

напряжения  (ПУРНТ)  сухих  трансформаторов 

классов  6–10/0,4  кВ  под  нагрузкой  приведено  на 

рисунках 1 и 2. 

Как  известно,  трансформаторы  сухого  типа 

имеют  доступные  для  внешнего  подключения 

регулировочные  ответвления  обмотки  высокого 

напряжения,  предназначенные  для  изменения 

числа  витков  данной  обмотки  с  целью  регули-

рования  напряжения  0,4  кВ  на  стороне  обмотки 

низкого  напряжения.  Представленное  полупро-

водниковое  устройство  регулирования  напря-

жения  трансформатора,  по  существу,  является 

полупроводниковым  коммутатором,  обеспечи-

вающим  подключение  различного  числа  секций 

обмотки  высокого  напряжения  трансформатора 

к  сети  6–10  кВ  при  работе  трансформатора  под 

нагрузкой. Применение ПУРНТ со стандартными 

серийно-выпускаемыми трансформаторами, име-

ющими  5  регулировочных  ответвлений  обмот-

ки  высокого  напряжения,  позволяет  обеспечить 

5  уровней  регулирования  напряжения  на  низкой 

стороне трансформатора с дискретностью ±2,5% 

относительно  номинального  напряжения  [5].  По 

сигналам  с  АСУ  ТП  система  управления  ПУРНТ 

обеспечивает  автоматическое  пофазное  управ-

ление  выходным  напряжением  трансформатора 

под  нагрузкой.  В  зависимости  от  характера  на-

грузки и требований по регулированию выходного 

напряжения  трансформатора  система  управле-

ния  ПУРНТ  автоматически  определяет  моменты 

времени  изменения  выходного  напряжения.  По 

сигналам  с  датчиков  токов  и  напряжений  на  на-

грузке  система  управления  ПУРНТ  отслеживает 

также аварийные режимы работы сети и обеспе-

чивает защиту ПУРНТ с последующим его само-

Рис

. 2. 

Функциональная

 

схема

 

построения

 

фазы

 

ПУРНТ

Рис

. 1. 

Физическая

 

модель

 

полупроводникового

 

устройства

 

регулирования

 

напряжения

 

трансформатора

 

под

 

нагрузкой

 

АСУ ТП

МЭК61850

СУ

ПУРНТ

ДН

ДТ

Тиристорный 

коммутатор

Трансформа-

тор 6–10/0,4 кВ

Сеть

6–10 кВ

0,4 кВ

вх1

1

2

3

4

5

6

вх2

вх3

вх4

вх5

вх6

КМ1

Z

н

 4 (67) 2021







Page 4