Реактор с тиристорным управлением

В системе передачи электроэнергии тиристорно-управляемый реактор (ТКР) представляет собой реактивное сопротивление, включенное последовательно с двунаправленным тиристорным клапаном. Тиристорный клапан имеет фазовое управление, что позволяет регулировать значение подаваемой реактивной мощности в соответствии с меняющимися условиями системы. Реакторы с тиристорным управлением могут использоваться для ограничения повышения напряжения на слабонагруженных линиях электропередачи. Другое устройство, которое раньше использовалось для этой цели, — это реактор с магнитным управлением (MCR), тип магнитного усилителя, также известный как преобразователь .

Параллельно с последовательно соединенными реактивным сопротивлением и тиристорным вентилем также может быть установлена ​​батарея конденсаторов, которая может быть постоянно подключена или может использовать механическое или тиристорное переключение. Такая комбинация называется статическим компенсатором VAR .

Принципиальная схема

Реактор с тиристорным управлением обычно представляет собой трехфазную сборку, обычно соединенную по схеме треугольника для обеспечения частичного подавления гармоник . Часто основной реактор TCR разделен на две половины, между которыми соединен тиристорный клапан. Это защищает уязвимый тиристорный клапан от повреждений из-за перекрытия, удара молнии и т. д.

Принципы работы

Ток в ТКР изменяется от максимального (определяемого напряжением подключения и индуктивностью реактора) до практически нулевого путем изменения «Угла задержки зажигания», α. α определяется как угол задержки от точки, в которой напряжение становится положительным, до точки, в которой тиристорный вентиль включается и начинает течь ток.

Формы напряжения и тока в TCR

Максимальный ток достигается, когда угол α равен 90°, и в этот момент говорят, что TCR находится в «полной проводимости», а среднеквадратичное значение тока определяется по формуле:

$I_{tcr-max}={V_{svc} \over {2\pi fL_{tcr}}}$

Где:

V _svc — среднеквадратичное значение линейного напряжения шины, к которой подключен SVC.

L _tcr — общая индуктивность TCR на фазу.

Ток отстает на 90° от напряжения в соответствии с классической теорией цепей переменного тока. При увеличении α выше 90°, максимум до 180°, ток уменьшается и становится прерывистым и несинусоидальным. Тогда ток TCR как функция времени определяется следующим образом:

$\omega t<{\pi -\alpha }:I(\omega t)=I_{tcr-max}{\sqrt {2}}[-cos(\alpha )-cos(\omega t)]$

$\alpha <\omega t<2\pi -\alpha :I(\omega t)=I_{tcr-max}{\sqrt {2}}[cos(\alpha )-cos(\omega t)]$

${\omega t>{\pi +\alpha }}:I(\omega t)=I_{tcr-max}{\sqrt {2}}[-cos(\alpha )-cos(\omega t)]$

В противном случае ноль.

Основное оборудование

TCR состоит из двух основных элементов оборудования: самого реактора, который обычно имеет воздушный сердечник (хотя возможны реакторы с железным сердечником) и тиристорный клапан. В зависимости от напряжения системы может потребоваться промежуточный силовой трансформатор для повышения напряжения, обрабатываемого тиристорами, до напряжения системы передачи.

Тиристорный клапан

, соединенных встречно-параллельно Тиристорный вентиль обычно состоит из 5-20 пар тиристоров и последовательно. Обратно-параллельное соединение необходимо, поскольку большинство имеющихся в продаже тиристоров могут проводить ток только в одном направлении. Последовательное соединение необходимо, поскольку максимальное номинальное напряжение имеющихся в продаже тиристоров (приблизительно до 8,5 кВ) недостаточно для напряжения, при котором подключается TCR. В некоторых низковольтных приложениях можно избежать последовательного соединения тиристоров; в таких случаях тиристорный вентиль представляет собой просто обратно-параллельное соединение двух тиристоров.

Тиристорный клапан TCR (одна фаза)

Формы напряжения и тока тиристорного клапана TCR

В дополнение к самим тиристорам каждая обратно-параллельная пара тиристоров имеет цепь резистор - конденсатор , подключенную к ней, чтобы заставить напряжение на клапане равномерно распределяться между тиристорами и демпфировать «перерегулирование коммутации», которое возникает, когда клапан выключается.

Гармоники

TCR, работающий при α > 90°, генерирует значительные количества гармонических токов, особенно на 3-й, 5-й и 7-й гармониках. При подключении TCR в треугольник гармонические токи порядка 3n («тройные гармоники») текут только вокруг треугольника и не уходят в подключенную систему переменного тока. Однако 5-я и 7-я гармоники (и в меньшей степени 11-я, 13-я, 17-я и т. д.) должны фильтроваться во избежание чрезмерных искажений напряжения в сети переменного тока. Обычно это достигается путем подключения фильтров гармоник параллельно с TCR. Фильтры вырабатывают емкостную реактивную мощность, которая частично компенсирует индуктивную реактивную мощность, обеспечиваемую TCR.