Конденсатор с тиристорным управлением

Конденсатор с тиристорным управлением ( ТИП ) — это тип оборудования, используемого для компенсации реактивной мощности в электроэнергетических системах. Он состоит из силового конденсатора, соединенного последовательно с двунаправленным тиристорным вентилем и, обычно, токоограничивающего реактора ( индуктора ). Конденсатор с тиристорным управлением является важным компонентом статического компенсатора реактивной мощности (SVC). ^[1]^[2] где он часто используется в сочетании с реактором с тиристорным управлением (TCR). Статические компенсаторы реактивной мощности относятся к семейству гибких систем передачи переменного тока (FACTS).

Принципиальная схема

TSC обычно представляет собой трехфазную сборку, соединенную либо по схеме треугольника, либо по схеме звезды. В отличие от TCR, TSC не генерирует гармоник и поэтому не требует фильтрации. По этой причине некоторые SVC построены только с использованием TSC. ^[3] Это может привести к относительно экономичному решению, в котором SVC требует только емкостной реактивной мощности, хотя недостатком является то, что выходную реактивную мощность можно изменять только ступенчато. Плавно регулируемая выходная реактивная мощность возможна только в том случае, если SVC содержит TCR или другой регулируемый элемент, например STATCOM .

Принципы работы

В отличие от TCR, TSC работает только полностью включенным или полностью выключенным. Попытка использовать TSC в режиме «управления фазой» приведет к генерации резонансных токов очень большой амплитуды, что приведет к перегреву конденсаторной батареи и тиристорного вентиля, а также гармоническим искажениям в системе переменного тока, к которой подключен SVC.

Установившийся ток

Когда TSC включен или «разблокирован», ток опережает напряжение на 90° (как и в случае с любым конденсатором). Среднеквадратичный ток определяется по формуле:

$I_{tsc}={V_{svc} \over {X_{tsc}}}$

Где:

$X_{tsc}={{1 \over {2\pi fC_{tsc}}}-2\pi fL_{tsc}}$

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

C _tsc — общая емкость TSC на фазу.

L _tsc — общая индуктивность TSC на фазу.

f - частота системы переменного тока

TSC образует резонансный контур индуктор-конденсатор (LC) с характеристической частотой:

$f_{tsc}={1 \over {2\pi {\sqrt {C_{tsc}L_{tsc}}}}}$

Частота настройки обычно выбирается в диапазоне 150–250 Гц для систем с частотой 60 Гц или 120–210 Гц для систем с частотой 50 Гц. ^[4] Это экономический выбор между размером реактора ТСК (который увеличивается с уменьшением частоты) и необходимостью защиты тиристорного вентиля от чрезмерных колебательных токов при включении ТСК в неправильную точку волны («пропуски зажигания»). .

TSC обычно настраивается на нецелочисленную гармонику частоты сети, чтобы избежать риска перегрузки TSC гармоническими токами, протекающими в него из сети переменного тока.

Напряжение в выключенном состоянии

Когда TSC выключен или «заблокирован», ток не протекает и напряжение поддерживается тиристорным клапаном. После отключения ТСК на длительное время (часы) конденсатор полностью разрядится, и тиристорный вентиль будет испытывать только переменное напряжение шины ШВК. Однако когда TSC выключается, он делает это при нулевом токе, что соответствует пиковому напряжению конденсатора. Конденсатор разряжается очень медленно, поэтому напряжение, испытываемое тиристорным клапаном, достигнет пика, более чем в два раза превышающего пиковое напряжение переменного тока, примерно через полпериода после блокировки. Тиристорный клапан должен содержать достаточное количество последовательно соединенных тиристоров, чтобы безопасно выдерживать это напряжение.

Разблокировка – нормальные условия

При повторном включении («разблокировке») TSC необходимо позаботиться о выборе правильного момента во избежание создания очень больших колебательных токов. Поскольку TSC представляет собой резонансный контур, любое внезапное ударное возбуждение вызовет высокочастотный эффект звона, который может повредить тиристорный клапан.

Оптимальное время для включения TSC — это когда конденсатор еще заряжен до нормального пикового значения и команда на включение подается при минимальном напряжении клапана. Если в этот момент TSC разблокируется, переход обратно в проводящее состояние будет плавным.

Разблокировка – ненормальные условия

Однако иногда TSC может включиться в неправильный момент (в результате ошибки управления или измерения), или конденсатор может зарядиться до напряжения выше нормального значения, так что даже при минимальном напряжении клапана возникает большой кратковременные текущие результаты. Тогда ток в TSC будет состоять из составляющей основной частоты (50 Гц или 60 Гц), наложенной на гораздо больший ток на настроенной частоте TSC. Для исчезновения этого переходного тока могут потребоваться сотни миллисекунд, в течение этого времени совокупный нагрев тиристоров может быть чрезмерным.

Основное оборудование

TSC обычно состоит из трех основных элементов оборудования: основной конденсаторной батареи, тиристорного клапана и токоограничивающего реактора, который обычно имеет воздушный сердечник.

Банк конденсаторов

Самый крупный элемент оборудования в TSC, батарея конденсаторов, состоит из установленных на стойке конденсаторных блоков, каждый из которых обычно имеет номинальную мощность в диапазоне 500–1000 киловар (кВАр).

Реактор ТСК

Функция дросселя TSC заключается в ограничении пикового тока и скорости нарастания тока (di/dt), когда TSC включается в неправильное время. Реактор обычно представляет собой реактор с воздушным сердечником, аналогичный реактору TCR, но меньшего размера. На размер и стоимость реактора TSC сильно влияет частота настройки TSC: более низкие частоты требуют реакторов большего размера.

Реактор TSC обычно располагается снаружи, рядом с основной батареей конденсаторов.

Тиристорный клапан

соединенных встречно-параллельно, Тиристорный вентиль обычно состоит из 10-30 пар тиристоров, соединенных 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.

В дополнение к самим тиристорам каждая обратно-параллельная пара тиристоров имеет цепь резистор -конденсатор, снабберную подключенную к ней, чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения на вентиле между тиристорами и демпфировать «перерегулирование коммутации», которое происходит при выключении клапана.

Тиристорный клапан для TSC очень похож на клапан TCR, но (для данного переменного напряжения) обычно содержит в 1,5–2 раза больше тиристоров, соединенных последовательно, из-за необходимости выдерживать как переменное напряжение, так и запертый конденсатор. напряжение после блокировки.

Тиристорный клапан обычно устанавливается в специально построенном вентилируемом здании или модифицированном транспортном контейнере. Охлаждение тиристоров и снабберных резисторов обычно осуществляется деионизированной водой .

Специальные типы ТСЦ

Некоторые TSC построены с конденсатором и катушкой индуктивности, выполненными не в виде простой настроенной LC-цепи, а скорее в виде демпфирующего фильтра. Этот тип компоновки полезен, когда энергосистема, к которой подключен TSC, содержит значительные уровни фоновых гармонических искажений или когда существует риск резонанса между энергосистемой и TSC.

В нескольких «перемещаемых SVC», построенных для National Grid (Великобритания) , ^[3] Были предусмотрены три TSC разного размера, в каждом случае с конденсатором и катушкой индуктивности, выполненными в виде демпфирующего фильтра «С-типа». В фильтре типа С конденсатор разделен на две последовательно соединенные секции. К одной из двух секций конденсатора и дросселю подключен гасящий резистор, частота настройки этой секции равна частоте сети. Таким образом, обеспечивается демпфирование гармонических частот, но в схеме не возникает потерь мощности на частоте сети.

См. также

Коммутируемый конденсатор (SC)

Ссылки

^ Сонг, Ю.Х., Джонс, А.Т. Гибкие системы передачи переменного тока. ИЭЭ. ISBN 0-85296-771-3
^ Хингорани, Н.Г. и Гюги, Л. Понимание ФАКТОВ — концепции и технологии гибких систем передачи переменного тока. IEEE. ISBN 0-7803-3455-8 .
^ Перейти обратно: ^а ^б [Хорвилл, К., Янг, DJ, Вонг, КТГ. Проект перемещаемого SVC с третичным подключением. Конференция IEE по передаче электроэнергии переменного и постоянного тока, Лондон, 1994 г.
^ Р. Мохан Матур; Раджив К. Варма (27 февраля 2002 г.). Тиристорные регуляторы FACTS для систем электропередачи . Джон Уайли и сыновья. стр. 73–75. ISBN 978-0-471-20643-9 .

Внешние ссылки

ФАКТЫ АББ
Alstom Grid ФАКТЫ Решения Домашняя страница Alstom Grid
Siemens Flexible Transmission Systems (FACTS) , Siemens, домашняя страница энергетического сектора
https://web.archive.org/web/20090614120113/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/static-VAR-compensators-SVC.html
https://web.archive.org/web/20111008175713/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/reactive-power-AC-transmission.html

[1] Сонг, Ю.Х., Джонс, А.Т. Гибкие системы передачи переменного тока. ИЭЭ. ISBN 0-85296-771-3

[2] Хингорани, Н.Г. и Гюги, Л. Понимание ФАКТОВ — концепции и технологии гибких систем передачи переменного тока. IEEE. ISBN 0-7803-3455-8 .

[Horwill-3] Перейти обратно: ^а ^б [Хорвилл, К., Янг, DJ, Вонг, КТГ. Проект перемещаемого SVC с третичным подключением. Конференция IEE по передаче электроэнергии переменного и постоянного тока, Лондон, 1994 г.

[MathurVarma2002-4] Р. Мохан Матур; Раджив К. Варма (27 февраля 2002 г.). Тиристорные регуляторы FACTS для систем электропередачи . Джон Уайли и сыновья. стр. 73–75. ISBN 978-0-471-20643-9 .

[1]

[2]

[3]

[4]