Установки компенсации реактивной мощности с тиристорными ключами
Анонс: Изменение концепций качества электроэнергии и электромагнитной совместимости оборудования, силовых сетей разного напряжения в условиях цифровой трансформации. Установки компенсации реактивной мощности с тиристорными ключами.
В условиях «модернизационного рывка», определенного новой Энергетической стратегией России для ускорения цифровой трансформации отечественных электросетей, изменились и продолжается коррекция концепций качества электроэнергии и электромагнитной совместимости устройств, оборудования, силовых сетей разного уровня напряжения (см. о новых стандартах по электромагнитной эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник для систем электроснабжения среднего, высокого и сверхвысокого напряжения здесь). Сообразно этому меняется и подход к проектированию, интеграции, настройке и эксплуатации технических средств для очистки силовых сетей от перетоков реактивной энергии (емкостного и индуктивного характера), а также мощности гармоник, искажений тока, напряжения, т.е. всей неактивной мощности (nonactive power) по IEEE 1459 и популярным теориям баланса мощности в сетях (см. Параллелепипед мощности в силовых сетях с нелинейной нагрузкой здесь, о неактивной фундаментальной и нефундаментальной мощности IEEE 1459 в этом материале).
В целом направление разработки новых технических средств компенсации неактивной мощности определено в прилагаемом к Энергетической стратегии Перечне «технологического оборудования, востребованного организациями топливно-энергетического комплекса Российской Федерации, создание или локализация производства которого необходимы на территории Российской Федерации до 2035 года», где акцент сделан на решениях и технологиях «на основе полупроводниковых компонентов (статические компенсаторы реактивной мощности, инверторы, преобразователи, выпрямители)». Это и не удивительно, поскольку только полупроводниковые компоненты в силовых и управляющих блоках активных фильтров гармоник (АФГ), установок компенсации реактивной мощности, тиристорно управляемых/переключаемых реакторах (Thyristor Controlled/Switched Reactor – см. этот материал) способны обеспечить в цифровой сети телекоммуникационную связь с SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) автоматических систем управления (АСУ) и быстрый отклик на управляющие сигналы с минимальными искажениями параметров сети благодаря «бездуговому» переключению режимов работы.
Ожидается, что на полупроводниковых компонентах будет акцентировано внимание и во время дискуссии по вопросам внедрения цифровых, инновационных, наукоемких технологий и оборудования в энергетическую сферу на круглом столе «Цифровой переход к энергетике: Прогнозы и тренды» VII Федерального Конгресса «Приоритеты 2024» в декабре, куда была официально приглашена и компания «МИРКОН».
Установки компенсации реактивной мощности с тиристорными ключами.
Тиристоры, тиристорные ячейки, модули и контроллеры в условиях цифровой трансформации становятся обязательными для установок компенсации реактивной мощности и декомпенсирующих управляемых реакторов (Thyristor Controlled Reactor) так же, как и биполярные транзисторы с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBT) или управляемые полем полевые транзисторы технологии «металл-окисел-полупроводник» (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - MOSFET) для ШИМ преобразователей, в том числе являющихся базой АФГ и их версий для работы на фундаментальной частоте.
Наряду с этим, бездуговые бесконтактные (или гибридные контактно-бесконтактные) ключи установок компенсации реактивной мощности, управляемых шунтирующих реакторов или прогрессивных комбинированных компенсирующих/декомпенсирующих сборок типа TSC-TCR (Thyristor-switched Capacitor & Тhyristor-controlled Reactor – см. более подробно здесь) должны быть выполнены на интегрированных GCT-тиристорах (Integrated Gate Commutated Thyristor - IGCT), имеющих качества IGBT транзисторов в режимах переключения, а также:
- частоту коммутации в 5-7 раз больше, чем у GTO тиристоров со временем включения/отключения в пределах 10-20 мкс (1000-2000 раз в период синусоиды переменного тока фундаментальной частоты), что обеспечит «плавность» регулирования;
Таблица. Время включения/отключения транзисторов и тиристоров. Тип ключа toff, мкс tgq, мкс BPT 0,5 … 2 0,5 … 2 IGBT 0,3 … 3,6 0,3 … 3,6 IGCT 10 … 20 10 … 20 GTO 12 … 32 12 … 32 MOSFET 0,04 … 0,1 0,04 … 0,1
- в 1,5-2 раза меньшее падение напряжения в открытом состоянии в сравнении с IGBT транзисторами и GTO тиристорами;
- потери во время включения в 20-40 раз меньше в сравнении с IGBT транзисторами;
- меньшую мощность управления и более высокую надежность (в несколько раз) в сравнении с IGBT транзисторами и GTO тиристорами;
- возможность интеграции с драйверами и диодами в отличие от SCR- и GTO тиристоров;
- меньшую удельную стоимость киловатта мощности в сравнении с биполярными IGBT транзисторами и т.д.
Характеристика | SCR | GTO | IGCT | IGBT | BPT | MOSFET |
Номинальное напряжение, кВ | 10 | 6 | 6 | 6,5 | 1,2 | <1 |
Номинальный ток, кА | 6 | 3 | 4 | 3,8 | 0,8 | 0,3 |
Частота коммутации, кГц | 0,4 | 0,4 | 2 … 3 | 30 | 10 | 500 |
Пороговое напряжение, В | 1 … 2 | 2,2.4 | 1,9 … 2,2 | 1,5 … 5 | 1 … 2 | 3 … 5 |
Перегрузочная способность | низкая | низкая | низкая | высокая | очень низкая | очень высокая |
Ограничение dU/dt | не нужно | нужно | нужно | не нужно | нужно | не нужно |
Ограничение dI/dt | нужно | нужно | не нужно | не нужно | нужно | не нужно |
Ток управления | << Ia | << Ia/(3 … 5) | >= Ia | << Ia | < Ia | << Ia |
Мощность управления | малая | большая | малая | малая | большая | очень малая |
Возможность интеграции с драйвером и обратным диодом | нет | нет | есть | есть | есть | есть |
Стоимость килловатта мощности (по отношению к SCR) | 100% | 200% | 300% | 400% | 200% | - |
С аналогичным подходом к полупроводниковой базе должны разрабатываться и программируемые логические контроллеры для управления техническими средствами компенсации/декомпенсации и коммутации с программно-аппаратными комплексами АСУ.
(многоканальный) +7(916) 227-27-07
(WhatsApp)