Прогрессивные конденсаторные установки компенсации реактивной мощности.

Анонс: Нерегулируемые и автоматические технические средства компенсации реактивной мощности в цифровых силовых сетях. Новые подходы к повышению «плавности» генерации реактивной мощности тиристорными конденсаторными установками.

В условиях автоматизации силовых сетей объектов с переходом на полный (условно) контроль и управление программно-аппаратными комплексами, реализуемой в той или иной мере по планам новой Энергетической стратегии России, вполне ожидаемой была бы замена нерегулируемых и релейных автоматических конденсаторных установок повышения коэффициента мощности на тиристорно-переключаемые УКРМТ и/или активные фильтры гармоник (АФГ).

Вместе с тем, уже стали очевидными факты того, что:

• АФГ при работе во всем спектре частот (включая основную и гармоники первых порядков) и их версии для подавления наброса реактивных токов исключительно на фундаментальной частоте (Staticvargenerator - SVG) очень дорогие, целесообразны только при локализации источника интенсивных гармонических возмущений, предельно зависимы от импортных поставок комплектующих, а реальную финансовую выгода от применения АФГ сложно просчитать без проведения полного энергоаудита объекта и тщательного анализа силовой сети по всему спектру гармоник;
• отнюдь не стоит «списывать со счетов» нерегулируемые конденсаторные установки в виде отдельных модулей, конденсаторов, батарей, поскольку в превалирующем большинстве силовых сетей промышленных, инфраструктурных объектов есть статичная потребность в реактивной энергии емкостного характера из-за дежурных систем, постоянно работающей нагрузки, и компенсировать эту «фоновую» реактивную мощность автоматическими, в том числе тиристорными УКРМТ или АФГ буквально nonsense в техническом и финансовом аспектах;
• типовые тиристорные конденсаторные установки компенсации реактивной мощности, безусловно, более прогрессивные, чем традиционные контакторные УКРМ, могут быть адаптированы с цифровыми сетями, в лучших сборках обеспечивают неплохую скорость отклика на управляющие сигналы, однако в целом так и не избавились от своих основных недостатков – дискретности генерации реактивной энергии с негативами пере- или недокомпенсации при включении/отключении ступеней-конденсаторных батарей;
• используемые разработчиками технических средств компенсации реактивной мощности способы повышения дискретности УКРМТ пока далеки от совершенства, хотя в той или иной степени дают эффект «плавного» регулирования.

Так, «дробление» мощности установки путем выделения большего числа ступеней дает больше вариантов генерации, но требует интеграции дополнительных тиристорных вентилей, увеличивает габариты, повышает материалоемкость, стоимость сборки. В свою очередь применение бинарных thyristor-diode-switched capacitor (TDSC), выполняющих многовариантную коммутацию ступеней практически без искажений параметров сети благодаря замене в ключе одного тиристора на диод, по сути, повторяет те же схемы «одна ветвь – один ключ», хотя подбор мощностей ступеней по бинарному ряду на текущий момент остается наиболее прогрессивным.

Новые подходы к повышению «плавности» регулирования генерации реактивной мощности тиристорно-переключаемыми конденсаторными установками.

Трендом второго десятилетия нового века в Европе, а у нас – последних лет стал уход от управляемых полупроводниковыми ключами технических средств реактивной мощности к переключаемым тиристорами реакторным, конденсаторным группам, что обусловлено отсутствием необходимости фазового управления вентилями и, соответственно, устранением рисков генерации гармоник в силовую сеть. Так, с момента разработки компанией ASEA в 1971 первого статического компаратора лучшие проекты статических компенсаторов реактивной мощности группы ABB, корпораций General Electric, Siemens после интеграции в силовые сети требовали установки фильтров для демпфирования наброса гармонических токов, а с учетом требований действующих в России ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 по эмиссии и трансмиссии гармоник эта проблема стала актуальной и в нашей стране. К наиболее прогрессивным версиям тиристорно-переключаемых УКРМ сегодня относятся сборки с подбором мощностей ступеней, пропорциональных порядку двоичного кода, однако существующие бинарные топологии предполагают типовую схему «одна ветвь – один ключ», что при повышении дискретности генерации ведет к укрупнению и удорожанию установок.

Новое направление оптимизации управления генерацией реактивной мощности базируется на бинарных тиристорно-переключаемых конденсаторных (или реакторных) группах с минимально достаточным числом ветвей, повышение дискретности которых происходит за счет изменения топологии силового блока. Упрощенно число вариантов генерации в бинарной установке растет за счет увеличения числа ключей и цепей подключения ступеней (последовательного, параллельного) – всего при 3-х реактивных элементах (Х на рис. ниже) и 6-ти вентилях (S на рис. ниже) это дает 11 вариантов генерации мощности, при 4-х элементах и семи вентилях – 25 вариантов, при 6-ти элементах и 8-ми вентилях – уже 68 вариантов и т.д.

При разработке бинарных конденсаторных установок ступени формируют по двоичному коду, но обеспечивая разброс реактивной мощности между ступенями ΔQс в пределах 5%, в установку интегрируют реакторы, выполняющие функции нивелирования рисков резонанса, снижения амплитуды токов и ускоряющих разряд конденсаторов.