Уменьшение небаланса напряжения, страница 4

8.  8. Статические компенсаторы

Статические компенсаторы реактивной мощности широко применяются в питающих и распределительных системах среднего и высокого напряжения, подключенных к резко переменной нагрузке, которая является наиболее распространенной для электрических систем. Статические компенсаторы могут выполнять различные задачи, такие как компенсация реактивной мощности основной частоты, симметризация и уменьшение колебаний напряжения (мерцания). Также, некоторые исполнения активных фильтров  имеют возможность симметризации.

8.1.   Переменные статические компенсаторы

Только компенсаторы (с управлением и измерением) могут измерять требуемые электрические величины нагрузки и генерировать токи в компенсаторах, что результирующая нагрузка: компенсатор – компенсированная нагрузка, как видимая, из распределительной сети, будет симметричной и основная гармоника реактивного тока, поставляемого из сети, не превышает значение допустимого в питающей системе.

Если говорить в общем, то статические компенсаторы – это устройства, состоящие из реакторов и/или емкостей, регулируемых с помощью полупроводниковых цепей.

В качестве таких величин могут выступать реактивные проводимости, регулируемые компенсаторами/симметризаторами. Тиристоры используются как переключатели или как фаз0 - контролируемые элементы..

На практике применяются различные варианты компенсаторов. Наиболее часто применяются компенсаторы FC/TCR с постоянным конденсатором и управляемым (переменным) реакторным током.

8.1.1.   Компенсатор/симметризатор FC/TCR

В промышленности, в так называемых, FC/TCR цепях обычно используют переменные статические компенсаторы/стабилизаторы. Они состоят из Постоянного Конденсатора (ПК) параллельно соединенного с Тиристорно-Управляемым – Реактором (ТУР)(Thyristor-Controlled-Reactor – TCR). В качестве такого конденсатора используется пассивный фильтр, отделяющий гармонику/гармоники нагрузки и/или ТУР. Такой вариант является примером непрямой компенсации (косвенной), в котором сумма основных (1) токовых гармоник _ITCR(1), реактивный ток нагрузки – I_O(1) постоянный и равен току конденсатора – IFC(1) (Рис. 12а). Форма кривой тока ТУР для трех выбранных углов управления показана на Рис. 12б (однофазная цепь). Угол управления (относительно пересечения нуля напряжением прямой последовательности) и основная гармоника тока ТУР могут изменяться каждые полцикла в промежутке

С увеличением угла α основная (основная фундаментальная) гармоника тока индуктивности уменьшается, что равносильно увеличению эквивалентной реактивной проводимости для этой гармоники и уменьшению основной гармоники реактивной энергии на индуктивности.

Основная гармоника тока индуктивности выражается формулой:

Где

α – угол управления переключением Т тиристора;

I_FC(1)  – ток емкости;

I_TCR(1)(α) – ток реактора (основная  гармоника);

Im – амплитудный реактивный ток для

Тиристор полностью открыт для  B_K управляемая реактивная проводимость ТУР, ее величина управляется путем регулирования угла проводимости тиристора. Результирующий ток компенсатора i_k(t) состоит из суммы токов емкости и реактора:

Если ток в цепи реактора равен нулю () тогда компенсатор подавать; реактивную энергию в поставляющую сеть и его ток имеет емкостной характер. Когда тиристор полностью проводим и мощность реактора станет больше чем мощность конденсатора, компенсатор начнет выдавать реактивную мощность, и его ток будет иметь индуктивный характер. Ток компенсатора управляется от I_FCmaxдо I_TCRmax  непрерывно.

Недостатком такого устройства является токовые гармоники, которые образуются из – за переключения тиристора. (Рис.12в).

В трехфазной системе (Рис.13а) однофазные ТУР (как на Рис. 12) #-соединенный с параллельно неизменяемыми конденсаторами; вместе они образуют треугольник эквивалентных реактивных проводимостей для питающей сети (Рис.13б). Их значения изменяются независимо и непрерывно как результат изменения углов управления (α12, α23, α31). Таким образом, цепь образует устройство Steinmetz для компенсации и симметризации трехфазной нагрузки.

Рис.12 (а) концептуальная диаграмма;

(б) формы токовых кривых ТУР;

(в) амплитуды гармоник основных токовых компонент (в относительных единицах)