Статьи и аналитикаБиблиотекаОбразованиеМероприятия  
Каталог

ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВОЕННОГО UPFC С РАЗДЕЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

 

Рыбальченко И. Ю., Луганская И. Б.        ФГУП ВЭИ

1. ГИБКИЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Современное положение  систем электропередачи заставляет уделять особое внимание интенсификации использования имеющихся линий передачи, повышению качества вырабатываемой электроэнергии.

Неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям электропередачи различного класса напряжения вызывают недоиспользование существующих электрических сетей, рост потерь в сетях, увеличение затрат на передачу энергии. Магистральные и распределительные линии электропередачи связывают производителей электроэнергии с потребителями. В линиях электропередачи применяются разнообразные средства, обеспечивающие регулирование, а точнее говоря, поддержание напряжения в соответствие с нормируемыми значениями. Как известно, если напряжение оказывается ниже номинального значения, то уменьшается значение передаваемой по линии мощности. Если же напряжение превышает номинальное, то это может привести к выходу из строя оборудования. Важно при этом отметить, что линия электропередачи играет как бы «пассивную» роль, обеспечивая необходимый транспорт электроэнергии в ту или иную сторону.

Возмущения при работе обычной линии передачи электроэнергии и промышленных распределительных систем могут быть вызваны подключением линий, авариями на линиях, нелинейными компонентами и быстро изменяющимися активными или реактивными нагрузками.

Проблемы, которые при этом возникают, включают в себя:

-     наличие гармоник;

-     потребность в дополнительной реактивной мощности;

-     флуктуации напряжения;

-     фликер-эффект;

-     несбалансированные нагрузки;

-     быстрые изменения в реактивной мощности.

Последние достижения в области силовой полупроводниковой техники (силовая электроника) позволяют придать линиям электропередачи качественно иную, новую роль. Эти линии из «пассивных» становятся «активными», они приобретают возможность изменять свое сопротивление или пропускную способность в процессе передачи энергии по тем или иным законам,  по заданию диспетчера и т.д.

В результате резко возрос интерес, как к новым, так и к традиционным техническим решениям, к числу которых относятся гибкие системы передачи переменного тока (FACTS).

2. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ FACTS

Технология гибких (управляемых)  систем электропередачи  охватывает все сегменты электроэнергетического хозяйства: генерацию, передачу электроэнергии и её потребление.

В общем виде, можно утверждать, что устройства и технологии FACTS обеспечивают:

-        повышение пропускной способности линий электропередачи, вплоть до теплового предела по нагреву;

-        обеспечение устойчивой работы энергосистемы при различных возмущениях;

-        обеспечение заданного (принудительного) распределения мощности в электрических сетях в соответствии с требованиями диспетчера;

-        регулирование (нормализация уровней) напряжения в электрических сетях.

В электрических сетях применяются статические устройства FACTS, основу которых составляют преобразователи напряжения (рис. 1)  на базе современной силовой электроники и микропроцессорной техники; включаемые в линию электропередачи параллельно, последовательно или параллельно-последовательно.

Рис. 1. Пример структуры преобразователя, применяемой при построении статических устройств FACTS

Благодаря применению полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов (1, 2, 3, 4, 5, 6 на рис. 1) с помощью такого преобразователя обеспечивается заданное регулирование как значения вектора напряжения, так и его фазы.

Преобразователь напряжения, включенный в электрическую сеть  параллельно, представлен на рис. 2, последовательно – на рис. 3.

Рис. 2. Параллельное включение преобразователя по отношению к сети

Рис. 3. Последовательное включение преобразователя по отношению к сети

Два преобразователя, один из которых включается в сеть параллельно, а другой последовательно, образуют так называемый объединенный регулятор перетока мощности (ОРПМ) (рис. 4), который позволяет регулировать величину, фазу вектора напряжения, а также значение сопротивления линии.  По-английски это устройство принято называть UPFC(universalpowerflowcontroller– универсальный контроллер перетокамощности). Это устройство выполняет одновременно функции СТАТКОМА и УПК. Векторная диаграмма, иллюстрирующая принципы работы ОРПМ, представлена на рис 5.

Рис. 4. Объединенный регулятор потока мощности (ОРПМ)

Рис. 5. Векторная диаграмма, иллюстрирующая принципы работы ОРПМ

3. СДВОЕННЫЙ UPFC

Широко распространенная мостовая схема с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения является базовой  при реализации устройств FACTS (рис. 6) .

Рис. 6. Мостовая схема инвертора напряжения

И – источник, Т – транзисторный мост

Но при реализации схемы в области больших мощностей возникают проблемы, которые могут быть решены  несколькими путями:

-        последовательное соединение транзисторов  в плече мощного преобразователя требует выравнивания напряжения элементов транзисторного модуля;

-        построение многоуровневых схем требует реализаии сложного алгоритма управления;

-        трансформаторное сложение.

При реализации UPFC может быть использована расщепленная схема с двумя источниками.

Рис. 7. Расщепленная схема с двумя источниками

И1, И2 – источники, Т1, Т2 – транзисторные мосты

Фазное напряжение на нагрузке:

-     мостовая схема:             

-     расщепленная схема:    

 

С помощью компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ величины пульсаций тока для простой мостовой схемы и различных алгоритмов управления в расщепленной схеме при одинаковых параметрах силовой схемы. Полученные результаты представлены в таблице:

Таблица 1

Пульсации тока для простой мостовой схемы и различных алгоритмов управления

Схема инвертора

Пульсации тока по отношению к номинальному значению

Мостовая схема ТМ1

≤ 60 %

Расщепленная схема с простейшим алгоритмом зеркального ШИМ

≤ 23 %

Расщепленная схема с усовершенствованным алгоритмом управления

≤ 10 %

 

4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНО-СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Для апробации предложенной схемы была разработана физическая модель – преобразовательно-стабилизирующее устройство.

Преобразовательно-стабилизирующее устройство (ПСУ), входящее в состав системы стабилизации напряжения, предназначено для обеспечения соответствия требованиям к качеству напряжения в соответствии с ГОСТ в трехфазной сети переменного тока 6,3 кВ, 50 Гц.

Основные технические характеристики:

-        номинальное напряжение сети:                                                                             6,3 кВ;

-        проходная мощность:                                                                                              3 МВА;

-        рабочее отклонение напряжения в сети (на входе ССН):                      (–20±15) %;

-        номинальная мощность преобразователя:                                                300 кВА;

-        точность поддержания значения напряжения (на выходе ССН), не хуже:                                                                             ± 5 %;

-        коэффициент мощности на входе системы, не менее:                                        0,8;

-        мощность потерь в преобразователе, не более:                                                   15 кВт;

-        режим работы:                                                                                             непрерывный.

Структурная схема ПСУ представлена на рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема преобразовательно-стабилизирующего устройства

БИН – блок инвертора напряжения

На рис. 9 приведена структурная схема, более подробно представляющая состав оборудования системы стабилизации напряжения, в частности отображающая необходимую коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру на стороне напряжения 6,3 кВ.

Рис. 9. Структурная схема системы стабилизации напряжения

 

Преобразовательно-стабилизирующее устройство (ПСУ): состоит из следующих составных частей: 

-     сетевая ячейка (ЯС): включает в себя специальный согласующий трансформатор (300 кВА) для связи между преобразователем и линией 6,3 кВ; фильтро-компенсирующие цепи; дополнительные защитные устройства;

-     преобразователь-стабилизатор (ПС) сетевого напряжения.

ПСпредставляет собой обратимый преобразователь напряжения, построенный на IGBT-транзисторах, с возможностью перетока энергии как от порта питающей сети (S0) к порту подключения потребителей (S1), так и наоборот, от порта S1 к порту S0.На выводах переменного напряжения формируется трехфазная система напряжений с требуемыми для стабилизации сети параметрами посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

На следующих рисунках представлены диаграммы токов и напряжений демонстрирующие работу ПСУ в случае, когда напряжение линии меньше требуемого на нагрузке, а также когда оно превышает требуемое значение.

Рис. 10. Диаграммы токов и напряжений ПСУ

Амплитуда напряжения входной сети в момент 629мкс изменилась с 4700В (меньше  номинального) до 5500В (больше номинального), а напряжение вольтодобавки поменяло фазу.

CAI– вольтодобавка генерируемая ПСУ, LAI – ток инверторной цепи;

LA1V, LA2V – ток и напряжение выпрямительной цепи;

RA– напряжение на нагрузке, SINAS – напряжение сети.

На рис. 11 представлена фотография преобразовательно-стабилизирующего устройства.

Рис. 11 Преобразовательно-стабилизирующее устройство

Источник: http://portalenergetika.com/

Категории статьи:
Рынок электроэнергетики | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия | Магистральные сети
Эту страницу просмотрели 5807 раз