СТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (СТАТКОМ)

С появлением мощных высоковольтных полностью управляемых приборов типа IGCT и IGBT началось внедрение нового типа устройств, называемых СТАТКОМ (статический синхронный компенсатор), задачей которых является улучшение качества электроэнергии и повышение эффективности систем ее передачи и распределения за счет компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения и повышения устойчивости работы энергосистем. По сравнению с СТК и другими традиционными устройствами компенсации реактивной мощности СТАТКОМ имеет ряд преимуществ, приведенных ниже:
• Лучшие динамические характеристики;
• Возможность поддержания номинального емкостного выходного тока при низком напряжении системы, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую динамическую устойчивость передачи по сравнению с СТК;
 • Благодаря высокой частоте переключения приборов, СТАТКОМ может осуществлять активную фильтрацию гармонических токов нагрузки;
• Требует меньше места для установки (приблизительно в два раза по сравнению с СТК);
• Меньший уровень активных потерь.

1 Теория СТАТКОМа

СТАТКОМ представляет собой управляемый источник напряжения (УИН) с внутренним сопротивлением, практически равным нулю. Его подключение к сети производится через линейный реактор, обеспечивающий преобразование разности напряжений сети и УИН в выходной ток СТАТКОМа, т.е. превращения источника напряжения в источник тока (рис.1).

  Рис. 1. Однолинейная схема подключения СТАТКОМа к сети

Векторная диаграмма напряжений, иллюстрирующая режимы работы СТАТКОМа, показана на рисунке 2. В режиме потребления реактивной мощности выходное напряжение преобразователя меньше напряжения линии и находится с ним в фазе. В режиме генерации – выходное напряжение преобразователя больше напряжения на линии и так же в фазе с ним.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений в различных режимах работы СТАТКОМа

Наша компания производит два типа СТАТКОМа:
• Одноуровневые типа D-СТАТКОМ с подключением к шинам 6-10 кВ через понижающий трансформатор. Такие устройства используются в распределительных сетях промышленных предприятий и энергосистем для решения локальных задач улучшения показателей качества электроэнергии, симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности. Описание D-СТАТКОМа
• Многоуровневые бестрансформаторные СТАТКОМы, подключаемые непосредственно на шины среднего напряжения от 6 до 35 кВ. Многоуровневые СТАТКОМы применяются для снижения вредного воздействия на сеть мощных быстропеременных нагрузок типа дуговых сталеплавильных печей и повышения динамической устойчивости в сетях высокого напряжения. Описание многоуровневого СТАТКОМа.

Описание D-СТАТКОМа

Пример однолинейной схемы D-СТАТКОМа представлен на рис 1. Схема включает в себя трехфазный инвертор напряжения с номинальным напряжением 550 - 600 В, понижающий трансформатор, сетевой фильтр и коммутационную аппаратуру.

Рис.1. Однолинейная схема СТАТКОМа

Перечень основного оборудования, входящего в объем поставки комплекта СТАТКОМ, приведен в таблице 1.

Таблица 1.

	Наименование	Кол-во	Стандарт
1.1	Трехфазный инвертор напряжения на основе полностью управляемых вентилей с использованием широтно-импульсной модуляции с жидкостным охлаждением для быстрого контроля реактивной мощности	1	IEC 146-2 IEC61800-3 EN 50178
1.2	Трехфазный реактор со стальным сердечником.	1	IEC289
1.3	Трехфазный сетевой фильтр.	1	EN60831
1.4	Трехфазный разъединитель между трансформатором и инвертором	1	EN62271
1.5	Система управления и защиты для симметрирования напряжения, защиты, контроля и т.д.	1	EN 60439-1 EN60529
1.6	Шкаф для размещения оборудования позиций 1.1-1.5 с двухсторонним доступом, освещением и цепями питания (4000х1000х2300мм, общий вес поз.1.1-1.6: 5500 кг)	1	IEC 439-1
1.7	Шкаф системы жидкостного охлаждения с двумя насосами и теплообменным агрегатом типа «вода-вода» (2100х950х1800 мм, вес 1200 кг)	1
2	Трехфазный силовой трансформатор сухой с естественным воздушным охлаждением внутренней установки	1	IEC 76

В комплект поставки оборудования СТАТКОМ также входят

• комплектующие и материалы для монтажа внутренних соединений преобразователя;
• запасные части на время проведения пуско-наладочных работ;
• комплект эксплуатационной документации на оборудованиеСТАТКОМ
   

Система управления СТАТКОМа

Система управления СТАТКОМа осуществляет непрерывный контроль сетевого напряжения и тока нагрузки, осуществляет симметрирование активной мощности, компенсацию реактивной мощности нагрузки и стабилизацию напряжения на шинах среднего напряжения, а также мониторинг состояния оборудования СТАТКОМа и его защиту в аварийных ситуациях.
Система управления поставляется в шкафном исполнении.
Класс защиты шкафа от попадания твердых предметов и воды - IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Цвет шкафа - RAL 7035.
Предварительные габаритные размеры шкафа:

• Ширина 1200 мм
• Глубина 1000 мм
• Высота 2300 мм
• Вес 500 кг

Примерный вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) с системой управления представлен на рис. 2.

Рис.2. Внешний вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) и системы управления СТАТКОМ.

Система водяного охлаждения

Система водяного охлаждения СТАТКОМ оборудована двумя насосами, один из которых является резервным, фильтрами грубой и тонкой механической очистки деионизированной воды, а также средствами измерения и контроля основных параметров теплоносителя.
Основными параметрами, контролируемыми автоматикой системы охлаждения, являются:
  - температура теплоносителя,
  - проводимость теплоносителя,
  - расход теплоносителя,
  - давление в контуре охлаждения тиристорного преобразователя (инвертора).
Класс защиты шкафа системы охлаждения от попадания твердых предметов и воды - IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Предварительные габаритные размеры шкафа:

• Ширина 950 мм
• Глубина 2100 мм
• Высота 1793 мм
• Вес, не более 1000 кг

Условия эксплуатации:
 Высота над уровнем моря:                                                   не более 1000 м
 Климат: континентальный
Мин/Макс. температура окружающей среды:
 для оборудования внутренней установки:                            +20°С/+30°C
Уровень загрязнения: средний
Уровень влажности:                                                                 30-100%, без конденсата
 

Описание многоуровневого СТАТКОМа
 

В случае прямого (бестрансформаторного) подключения СТАТКОМа к сетям среднего класса напряжения применяются многоуровневые преобразователи. Одним из таких преобразователей является преобразователь на основе Н-мостов. Важнейшим достоинством данной конфигурации является её модульность, что позволяет легко производить масштабирование СТАТКОМа при переходе к различным уровням напряжения и облегчает условия эксплуатации и обслуживания электроустановки.
На рисунке 1 в качестве примера показана фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма его выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности. Для каскадного многоуровневого инвертора полное выходное напряжение является суммой выходных напряжений отдельных модулей H-мостов. Каждое отдельное выходное напряжение получается с использованием ШИМ модуляции со сдвигом фазы коммутации для каждого моста. Особенностью данной конфигурации преобразователя является то, что при увеличении класса напряжения, а, следовательно, и числа последовательно включенных Н-мостов, форма выходного напряжения все более приближается к идеальной синусоиде.

Рис. 1. Фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности.

Пилотный проект многоуровневого СТАТКОМа был реализован в 2011 г. в энергосистеме China Southern Power Grid. Установка, содержащая 2 СТАТКОМа, была смонтирована на ПС 500 кВ энергосистемы China Southern Power Grid (Китай).
В таблице 1 представлены основные характеристики установки.

Таблица 1.

Год ввода в эксплуотацию	2011
Номинальная мощность	2х100 Мвар
Максимальная мощность	2х160 Мвар в течение 10 с.
Топология	Каскадный Н-мост, многоуровневый
Количество мостов для каждой фазы	24 + 2 избыточных
Соединение	Треугольник
Напряжение питающей линии	35 ± 15% кВ
Функции	регулирование напряжения в сети, гашение качаний активной мощности

Каждая фаза преобразователя содержит 26 последовательно соединенных модулей HBMU, два из которых являются избыточными. Предусмотрено автоматическое шунтирование поврежденного модуля при его отказе. На рис.2-а приведена топология СТАТКОМА. Принцип смещенной ШИМ-модуляции обеспечивает эквивалентную частоту коммутации 10 кГц при частоте коммутации одного моста 400 Гц, что минимизирует содержание высших гармоник в выходном напряжении и токе, форма которых приведена на рис.2-б.

а)

Рис. 2. Топология СТАТКОМа (а) и форма выходного тока и напряжения (б)

Фаза преобразователя, состоящая из 26 модулей HBMU (фото на рис. 3) монтируется в виде одной конструкции и помещается внутри одного контейнера. Там же размещается система жидкостного охлаждения. Общая система управления установлена в отдельном контейнере. Два преобразователя с фазными реакторами подключаются к сети 500 кВ через специальный трансформатор 500/35 кВ.

Рис. 3. Фото одной фазы преобразователя

Рис. 4. Общий вид установки

 Функциональные испытания пилотного образца, включающего два СТАТКОМа на напряжение 35 кВ и номинальную мощность ±100 Мвар, дали следующие результаты:

1. Быстродействие в режиме малого сигнала. Время отклика (задержки) на ступенчатое изменение уставки не превышает 4 мс;
2. Резервирование силовой части. Полное восстановление работы СТАТКОМА происходит через 0,26 сек после пробоя любого моста.  
3. Высшие гармоники. Суммарный уровень высших гармоник до 50 порядка в выходном токе составил около 1,2%. 
4. Потери. Суммарные потери не превысили 2,1 МВт или 1,05% от полной реактивной мощности установки.  

 

 

 Наверх        Назад    В раздел Продукция     На Главную