Современные методы компенсации реактивной мощности

Анонс: Эволюция устройств и методы коррекции коэффициента мощности в потребительских сетях. Современные методы компенсации реактивной мощности с помощью традиционных и новых устройств.

Эволюция устройств компенсации реактивной мощности от конденсаторных батарей и нерегулируемых установок до самокоммутируемых преобразователей с регуляторами потока UPFC (Unified Power Flow Controller) и динамическими восстановителями напряжения DVR (Dynamic Voltage Restorer) стимулируется острой необходимостью стабилизации параметров сети с нелинейными нагрузками сложно прогнозируемого характера, однако:

• современные методы компенсации реактивной мощности базируются, прежде всего, на технической и экономической целесообразности, т.е. далеко не всегда лучшим решением для конкретной сети или ее сегмента со своим характером нагрузки будет интеграция дорогого устройства с насыщаемым реактором и тиристорным управлением или самокоммутируемого преобразователя;
• несмотря на впечатляющий пакет новых названий, разработок отечественных и зарубежных производителей, подавляющее большинство «инновационных» устройств компенсации реактивной мощности отличается друг от друга сложностью схем, но базируется на типовых статических элементах – конденсаторах, трансформаторах или дросселях-реакторах и вентильных полупроводниковых переключателях-тиристорах;
• в индивидуальном, а часто и групповом способе компенсации реактивной мощности сети объекта предпочтительными остаются и, скорее всего будут в ближайшем будущем традиционные устройства – косинусные конденсаторы, шкафы компенсации с конденсаторными батареями, релейные (контакторные) или тиристорные установки коррекции коэффициента мощности;
• оптимальные методы компенсации реактивной мощности «индивидуальны» для каждой определенной потребительской сети, могут и должны определяться профильной компанией и исключительно на базе энергоаудита и всестороннего анализа текущих и перспективных нагрузок с учетом дефицита или профицита реактивной мощности распределительной сети электросетевой компании и финансовых возможностей предприятия.

Современные методы компенсации реактивной мощности с помощью традиционных и новых устройств.

Все устройства для компенсации реактивной мощности можно условно разделить на синхронные и статические, в которых соответственно используются компоненты с движущимися и неподвижными (статическими) элементами. Синхронные компенсирующие устройства – синхронные двигатели и синхронные компенсаторы-двигатели, работающие без нагрузки на валу, статические устройства – емкий пакет конструктивно-технических решений на базе конденсаторов, дросселей, трансформаторов, релейных контакторов или полупроводниковых вентилей (тиристоров), в том числе устройства STATCOM (static synchronous compensator), по факту не имеющие в конструкции движущихся элементов.

Традиционные устройства в современных методах компенсации реактивной мощности.

К традиционным устройствам компенсации реактивной мощности относят:

• косинусные конденсаторы, блоки и батареи, интегрируемые в шкафы компенсации и используемые в способах индивидуальной и групповой компенсации реактивной мощности;
• нерегулируемые установки коррекции коэффициента мощности, используемые для «срезания» фонового потребления реактивной энергии или в случае сегмента сети с равномерной по режиму линейной нагрузкой;
• релейные (контакторные) многоступенчатые установки компенсации реактивной мощности с ручным или автоматическим переключением, ограниченные по применению для сетей со скачкообразным и быстрым изменением реактивной нагрузки из-за значительных рисков перекомпенсации, скачков и провалов напряжения;
• автоматические установки компенсации реактивной мощности с тиристорным (полупроводниковым) управлением типа TSC и бинарными тиристорно-диодными переключателями.

Тиристорные установки компенсации реактивной мощности отличаются быстрым переключением ступеней, практическим отсутствием генерации токов гармоник, а в установках с бинарными тиристорно-диодными переключателями нивелированы импульсные токи во время переключения, хотя время переходного процесса больше, чем у установок TSC.

Новые решения компенсации реактивной мощности.

К сравнительно новым решениям компенсации реактивной мощности, ориентированным на сети с знакопеременной скачкообразной нелинейной нагрузкой, можно отнести:

• управляемые тиристорными ключами реакторы, упрощенная конструкция которых базируется на конденсаторных батареях, фильтрах гармоник и реакторе-индуктивности, управляемой тиристорами.
  Интеграция в схему управляемой индуктивности позволяет демпфировать (при необходимости) избыток реактивной мощности, генерируемой конденсаторными батареями, что существенно снижает риски перекомпенсации с ее негативными последствиями.
  
  Рис. Трехимпульсные (слева) и двенадцати-импульсные (справа) управляемые тиристорами реакторы с трансформатором для смещения фаз, нивелирующие гармоники 5 и 7 порядка.
  
  
• установки компенсации реактивной мощности с реакторами и конденсаторными батареями TSC-TCR, управляемыми тиристорными ключами – «комбинированные», т.е. в этих устройствах осуществляется вентильное управление и батарей, и индуктивности-реактора;
  
  Рис. Комбинированные установки компенсации реактивной мощности с реакторами и конденсаторными батареями TSC-TCR.
  
  
• целевые установки последовательной (продольной) компенсации с тиристорным управлением (TCSC - Thyristor Controlled Series Compensator);
  
  Рис. Установки последовательной (продольной) компенсации TCSC с тиристорным управлением.
  
  
• самокоммутируемые преобразователи на полупроводниковых управляющих схемах (IGBT и IGCT) с регуляторами потока UPFC и динамическими восстановителями напряжения DVR для компенсации реактивной мощности с токами индуктивного или емкостного характера и плавным оперативным реагированием на изменение нагрузки в сети.
  
  Рис. Самокоммутируемые преобразователи на полупроводниковых управляющих схемах с регуляторами потока UPFC и динамическими восстановителями напряжения DVR.
  
  

Это дорогие прогрессивные полупроводниковые устройства компенсации, ориентированные на генерацию или поглощение реактивной мощности в зависимости от текущей потребности и применяемые в сетях с нелинейной скачкообразной нагрузкой при жестких требованиях к стабильности сетевых параметров.