Синхронный компенсатор устройство и принцип действия: Синхронный компенсатор реактивной мощности, принцип действия, режимы работы

Синхронный компенсатор реактивной мощности, принцип действия, режимы работы

Дата 21.04.201526.01.2016 Автор ElectricianКомментироватьПросмотров: 37 518

Синхронный компенсатор –  синхронный двигатель не выполняющий механической работы. Его назначение — компенсация реактивной мощности. Если нагрузить его механической работой, он не сможет компенсировать реактивную составляющую в нужном диапазоне.

У него два режима работы:

• Перевозбужденный;
• Недовозбужденный;

Не будем углубляться  в теорию работы синхронных машин, а рассмотрим  отдельно каждый из режимов работы синхронного компенсатора.

Перевозбужденный режим. Так как компенсатор работает на холостом ходу, то согласно теории ток идеального холостого хода должен быть равен нулю, хотя на самом деле это не так. Выполняется равенство 

. Если увеличить ток возбуждения (I_в) больше нуля    I_в ≠ 0, то в двигателе образуется ЭДС и соответственно — машина выходит из электрического равновесия и возникает ток , который будет отставать от ∆ ,, на 90⁰. Соответственно в сеть будет отдаваться реактивная составляющая. На рисунке а) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Рис. а) векторная диаграмма работы в перевозбужденном режиме

Недовозбужденный режим. Если уменьшить I_в, в двигателе образуется ЭДС, соответственно — следствием , который будет отставать от ∆на 90⁰, но будет опережать ,на 90⁰. Соответственно с сети будет забираться реактивная составляющая. На рисунке б) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Рис. б) векторная диаграмма работы в недовозбужденном режиме

Можно сделать вывод, что синхронный компенсатор работает в двух режимах: компенсации и потребления реактивной составляющей. Это значит что он может не только отдавать но и потреблять, что позволяет поддерживать баланс мощности в цепи. Он снабжается автоматической системой управления возбуждением и в автоматическом режиме регулирует cosφ цепи. Также обладает большой инерционностью, что не позволяет ему быстро реагировать на изменение параметров цепи. При установке его в сеть с резко-переменной нагрузкой нужно максимально оптимизировать настройки регуляторов  САУ, чтоб машина не пошла в разнос, так как это чревато аварийными отключением подстанции из-за бросков тока в сеть. Строятся на мощность до S_н = 100 000 кВА. Имеют явнополюсную конструкцию с 2р= 6 или 8 — тихоходные. Компенсаторы большой мощности делаются с водородным охлаждением.

Для асинхронного пуска снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечниках или делают их с массивными полюсами. Пускаться они могут как прямым пуском, так и с помощью реакторов. Иногда используют гонный асинхронный двигатель для разгона машины до подсинхронной скорости. Наиболее часто имеют напряжение питания статора 6 кВ, 10 кВ и садятся на соответствующие линии ГПП.

Для возбуждения синхронного компенсатора чаще всего используют тиристорный преобразователь. Он прост в управлении, обладает малой инерционностью, дешев, по сравнению с другими устройствами, не требует постоянного обслуживания и быстро ремонтируем. Современные возбудители оборудованы микропроцессорной системой управления, которые могут в автоматическом режиме вычислять реактивную мощность и регулировать возбуждение машины, тем самым поддерживая баланс мощности. Ниже  приведена функциональная схема системы автоматического регулирования (САУ):

Также ранее применялись, а кое-где и до сих пор используются, электромашинное возбуждение. Как правило, работает с очень малой чувствительностью и очень большой инерционностью по отношению к цепи. Дорог в обслуживании и эксплуатации. При выходе из строя долго находится в ремонте. Ниже показана самая примитивная схема электромашинного возбудителя:

Вывод: синхронный компенсатор является обратимым устройством. Он дорог, занимает много места, а также вызывает шум и иногда вибрации. Эксплуатация его не дешевая, а в случае выхода из строя вращающихся элементов требует длительного ремонта. В сравнении с современными средствами компенсации реактивной мощности является устаревшим.

Posted in Реактивная мощность

Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов

Подробности

Категория: Оборудование

• эксплуатация
• реактивная мощность
• компенсирующее

Содержание материала

• Обслуживание синхронных компенсаторов
• Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов
• Регулирование напряжения и системы возбуждения синхронных компенсаторов
• Система охлаждения синхронных компенсаторов
• Система водоснабжения синхронных компенсаторов
• Система маслоснабжения синхронных компенсаторов
• Пуск и остановка синхронного компенсатора
• Осмотры и контроль за работой синхронного компенсатора

Страница 2 из 8

2. 2
Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов
Передача реактивной мощности потребителям от генераторов электростанций сопряжена с потерями энергии в линиях электропередачи, трансформаторах и распределительных сетях. Поэтому считается выгодным снижение реактивной мощности, получаемой от электростанций, и выработка ее вблизи потребителей. Это позволяет уменьшить потери энергии и напряжения в сетях, увеличить пропускную способность линий электропередачи и одновременно повысить уровни напряжений на шинах приемных подстанций. Таким образом, синхронные компенсаторы являются экономичным регулируемым источником реактивной мощности в электрических системах.

Важное значение имеет установка синхронных компенсаторов на подстанциях линий дальних электропередач сверхвысоких напряжений. При изменениях нагрузок (по значению и направлению), передаваемых по этим линиям, с помощью синхронных компенсаторов регулируют напряжение на шинах приемной и промежуточных подстанций, компенсируют потоки реактивной мощности по линиям и обеспечивают существенное повышение их пропускной способности; они поддерживают также электродинамическую стойкость работы электростанций при КЗ.
Синхронный компенсатор представляет собой ненагруженный синхронный электродвигатель с широким диапазоном регулирования тока возбуждения.

При токе возбуждения, равном току холостого хода, он потребляет из сети небольшую активную мощность, определяемую потерями в синхронном компенсаторе. Если ток возбуждения уменьшать (режим недовозбуждения), то в токе, потребляемом синхронным компенсатором от сборных шин подстанции, появится и будет увеличиваться индуктивная составляющая, что соответствует потреблению из сети реактивной мощности, при этом возрастают потери в сети. В режиме перевозбуждения ток возбуждения превышает ток холостого хода, синхронный компенсатор потребляет из сети опережающий ток, что соответствует выдаче реактивной мощности. Таким образом, но отношению к сети синхронный компенсатор ведет себя в зависимости от значения тока возбуждения как индуктивность или емкость, выполняя соответственно роль потребителя или источника реактивной мощности.

Рис. 2.3. Семейство V-образных нагрузочных характеристик синхронного компенсатора
На рис. 2.3 показана зависимость силы тока статора синхронного компенсатора от силы тока ротора  для различных постоянных значений напряжения на его выводах. Правые ветви нагрузочных характеристик соответствуют работе синхронного компенсатора в емкостном квадранте, левые — в индуктивном. В реальных условиях с увеличением тока ротора напряжение на выводах статора не остается постоянным, а увеличивается. Поэтому ветви эксплуатационной нагрузочной характеристики не совпадают с V-образными характеристиками для постоянных значений напряжения, а идут более полого, как это показано на том же рисунке жирной линией.
Рассмотрим влияние регулируемой реактивной мощности синхронного компенсатора на уровень напряжения на шинах подстанции и потери мощности в сети.

Зависимость напряжения на выводах статорной обмотки, а следовательно, и на сборных шинах подстанций от нагрузки синхронного компенсатора можно пояснить при помощи векторной диаграммы (рис. 2.4, б). Примем за исходные параметры схемы напряжение на шинах НН подстанции U 2 и суммарный ток нагрузки I Л . П ри разгруженном синхронном компенсаторе СК (режим холостого хода) ток нагрузки I л равен току в трансформаторе I т. Если теперь нагрузить синхронный компенсатор и к току I л прибавить его реактивный ток I с в емкостном квадранте или I 1 в индуктивном, то результирующий ток в трансформаторе станет соответственно равным I ‘ T или I » T . Таким образом, в результате регулирования тока синхронного компенсатора изменяются значение и фаза тока в трансформаторе. Наименьшим ток в трансформаторе I »’ T будет при полной компенсации угла сдвига фаз ( cos j =1) . В этом случае потери в сети активной и реактивной мощности (пропорциональные квадрату тока) будут минимальными.

Рис. 2.4. Изменение напряжения на шинах подстанции регулированием тока возбуждения синхронного компенсатора при неизменной нагрузке потребителей:
а — схема подстанции; б — векторная диаграмма

Рис. 2.5. Поддержание неизменного уровня напряжения на шинах подстанции при изменении тока нагрузки потребителей
Из векторной диаграммы видно, что при изменении тока в трансформаторе изменяются значение и фаза вектора падения напряжения в индуктивности трансформатора D U Т от значения D U ‘ T до D U » T .При неизменном напряжении U 1 со стороны системы это приводит к изменению вторичного напряжения U 2 от значения U ‘2 до U «2 , равному напряжению на выводах синхронного компенсатора. Фаза вторичного напряжения при этом не изменяется.

Регулирование тока синхронного компенсатора в основном производится в целях поддержания напряжения на сборных шинах НН. На рис. 2.5 показано, как при увеличении тока нагрузки потребителей от I Л до I ‘Л удастся сохранять постоянным по значению напряжение U 2 , загружая синхронный компенсатор реактивным емкостным током I СК . Из векторной диаграммы видно также, что при фаза вторичного напряжения изменяется от значения j  до j ‘.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Оборудование
• Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности

Еще по теме:

• Объем и периодичность ремонта генераторов и синхронных компенсаторов
• Снижение вибраций шунтирующих и заземляющих реакторов
• Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности
• Компенсация реактивной мощности
• Компенсация реактивных мощностей

STATCOM – принцип работы, конструкция и применение

25 апреля 2018 г. 26 ноября 2016 г.

Что такое SATACOM?

STATCOM или статический синхронный компенсатор представляет собой силовое электронное устройство, в котором используются принудительно коммутируемые устройства, такие как IGBT, GTO и т. д., для управления потоком реактивной мощности через силовую сеть и, таким образом, повышения стабильности электрической сети. СТАТКОМ является шунтирующим устройством, т.е. подключается шунтом к линии. Статический синхронный компенсатор (STATCOM) также известен как статический синхронный конденсатор (STATCON). Он входит в семейство устройств гибкой системы передачи переменного тока (FACTS).

Термин «синхронный» в STATCOM означает, что он может либо поглощать, либо генерировать реактивную мощность синхронно с потребностью в стабилизации напряжения в электросети.

Принцип работы STATCOM:

Чтобы понять принцип работы STATCOM, сначала рассмотрим уравнение передачи реактивной мощности. Рассмотрим два источника V1 и V2, соединенных через импеданс Z = Ra + jX, как показано на рисунке ниже.

В приведенном выше уравнении потока реактивной мощности угол δ представляет собой угол между V1 и V2. Таким образом, если мы сохраним угол δ = 0, то поток реактивной мощности станет равным

Q = (V2/X)[V1-V2]

, а поток активной мощности станет равным

P = V1V2Sinδ / X = 0

. можно сказать, что если угол между V1 и V2 равен нулю, поток активной мощности становится равным нулю, а поток реактивной мощности зависит от (V1 – V2). Таким образом, для потока реактивной мощности есть две возможности.

1)    Если величина V1 больше, чем V2, то реактивная мощность будет течь от источника V1 к V2.

2)    Если величина V2 больше, чем V1, реактивная мощность будет течь от источника V2 к V1.

Этот принцип используется в STATCOM для управления реактивной мощностью. Теперь мы обсудим дизайн STATCOM для лучшего соответствия принципа работы и дизайна.

Вам может быть интересно прочитать Контроль реактивной мощности и напряжения линии электропередачи

Конструкция STATCOM:

STATCOM состоит из следующих компонентов:

1)     Преобразователь источника напряжения, VSC

Преобразователь источника напряжения используется для преобразования входного постоянного напряжения в выходное переменное напряжение. Ниже приведены два распространенных типа VSC.

a) Инверторы прямоугольной формы с запорными тиристорами: В этом типе VSC выходное переменное напряжение регулируется путем изменения входного напряжения постоянного конденсатора, поскольку основная составляющая выходного напряжения преобразователя пропорциональна постоянному напряжению.

b)    Инверторы ШИМ, использующие биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В них используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для создания синусоидального сигнала от источника постоянного напряжения с типичной частотой прерывания в несколько кГц. В отличие от типа на основе GTO, VSC на основе IGBT использует фиксированное постоянное напряжение и изменяет свое выходное переменное напряжение, изменяя индекс модуляции ШИМ-модулятора.

2)      Конденсатор постоянного тока

Конденсатор постоянного тока используется для подачи постоянного напряжения постоянного тока на преобразователь источника напряжения, VSC.

3)      Индуктивное реактивное сопротивление

Трансформатор подключен между выходом VSC и энергосистемой. Трансформатор в основном действует как связующая среда. Кроме того, трансформатор нейтрализует гармоники, содержащиеся в прямоугольных волнах, создаваемых VSC.

4)      Фильтр гармоник

Фильтр гармоник ослабляет гармоники и другие высокочастотные компоненты из-за VSC.

Упрощенная схема вместе с эквивалентной электрической схемой STATCOM показана на рисунке ниже.

Теперь мы поймем, как работает СТАТКОМ, хотя мы обсудили основной принцип работы СТАТКОМа. Как видно из рисунка выше, источник V1 представляет собой выходное напряжение STATCOM. В случае увеличения потребности в реактивной мощности в энергосистеме, СТАТКОМ увеличивает свое выходное напряжение V1, сохраняя при этом разность фаз между V1 и V2 до нуля (здесь следует отметить, что всегда будет существовать небольшой фазовый угол между V1 и V2, чтобы удовлетворить падение импеданса рассеяния в соединительном трансформаторе). Поскольку V1 > V2, реактивная мощность будет поступать от STATCOM в энергосистему. Таким образом, STATCOM поставляет реактивную мощность и действует как генератор реактивной мощности.

Опять же, если напряжение энергосистемы увеличится из-за сброса нагрузки, STATCOM уменьшит свое выходное напряжение V1 и, следовательно, поглотит реактивную мощность, чтобы стабилизировать напряжение до нормального значения.

Описанный выше режим работы STATCOM называется режимом регулирования напряжения.

Но, как мы знаем, каждое оборудование имеет свои ограничения, поэтому STATCOM также должен иметь некоторые ограничения на подачу или потребление реактивной мощности. Да, существует ограничение, и это ограничение накладывается пропускной способностью по току устройств с силовой коммутацией, таких как IGBT, GTO и т. д. Поэтому, если работа STATCOM достигает своего ограничения, оно не увеличивает или уменьшает его выходное напряжение V1, а наоборот. подает или поглощает фиксированную реактивную мощность, равную ее предельному значению при фиксированном напряжении и токе, и действует как источник постоянного тока. Этот режим работы STATCOM называется режимом управления VAR.

Таким образом, исходя из приведенного выше обсуждения, работу STATCOM можно разделить на два режима:

1)    Режим регулирования напряжения

2)    Режим управления VAR

Рисунок ниже хорошо поясняет два вышеуказанных режима работы STATCOM.

На рисунке выше показаны вольтамперные характеристики STATCOM. Как видно, STATCOM может регулировать напряжение от V1 (в нижней части) до V2 в верхней части энергосистемы. Если напряжение энергосистемы падает ниже V1 или выше V2, STATCOM действует в режиме управления VAR. Здесь V1 и V2 просто взяты для примера, их не следует путать с V1 (используется для выходного напряжения STATCOM) и V2 (напряжение энергосистемы), использованными в обсуждении выше.

Применение STATCOM:

Стабильность напряжения является одной из самых больших проблем в энергосистемах. Инженеры и исследователи пытаются объединить определение стабильности напряжения, помимо предложения методов и методологий для их анализа. Большинство этих методов основано на поиске точки, в которой якобиан системы становится сингулярным, эта точка называется точкой спада напряжения или точкой максимальной нагрузочной способности. (мы обсудим точку падения напряжения в следующем посте) Последовательная и шунтовая компенсация способны увеличить максимальную пропускную способность энергосети. Что касается стабильности напряжения, такая компенсация имеет целью ввод реактивной мощности для поддержания величины напряжения в узлах близкой к номинальным значениям, кроме того, для уменьшить линейные токи и, следовательно, общие потери в системе. Сегодня, благодаря развитию устройств силовой электроники, величину напряжения в каком-либо узле системы можно регулировать с помощью сложных и универсальных устройств, называемых FACTS. Одним из них является статический синхронный компенсатор (СТАТКОМ).

Обычно СТАТКОМ устанавливается для поддержки электрических сетей с низким коэффициентом мощности и часто плохой регулировкой напряжения. Чаще всего STATCOM используется для обеспечения стабильности напряжения. STATCOM — это устройство на основе преобразователя источника напряжения (VSC), в котором источник напряжения находится за реактором. Источник напряжения создается конденсатором постоянного тока, поэтому СТАТКОМ имеет очень небольшую активную мощность. Однако его активная мощность может быть увеличена, если к конденсатору постоянного тока подключить подходящее устройство накопления энергии.

STATCOM (СТАТИЧЕСКИЙ СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР) | Качество электроэнергии в электрических системах

STATCOM
или Статический синхронный компенсатор представляет собой шунтирующее устройство, в котором используется
силовая электроника с принудительной коммутацией (например, GTO, IGBT) для управления потоком мощности и
повысить устойчивость к переходным процессам в электрических сетях. Он также является членом
устройств так называемой гибкой системы передачи переменного тока (FACTS). СТАТКОМ
в основном выполняет ту же функцию, что и статические компенсаторы реактивной мощности, но с
некоторые преимущества.

термин статический синхронный компенсатор происходит от его возможностей и
Принцип действия аналогичен вращающемуся синхронному
компенсаторы (т.е. генераторы), но с относительно более быстрой работой.

Приложения

СТАТКОМы
обычно применяются в системах передачи на большие расстояния, силовых подстанциях
и тяжелой промышленности, где стабильность напряжения является главной задачей.

В
Кроме того, статические синхронные компенсаторы устанавливаются в отдельных точках
системы питания для выполнения следующих задач:

• Поддержка и контроль напряжения
• Уменьшение колебаний напряжения и мерцания
• Несимметричная балансировка нагрузки
• Коррекция коэффициента мощности
• Активное подавление гармоник
• Улучшить устойчивость энергосистемы к переходным процессам

Дизайн

А
СТАТКОМ состоит из следующих компонентов:

A. Источник напряжения
Преобразователь (VSC)

преобразователь источника напряжения преобразует входное напряжение постоянного тока в выходное переменное напряжение
Напряжение. Ниже описаны два наиболее распространенных типа VSC.

1. Прямоугольная волна
Инверторы с запорными тиристорами

В общем,
четыре трехуровневых инвертора используются для создания 48-ступенчатой ​​формы волны напряжения. Впоследствии,
он управляет потоком реактивной мощности, изменяя входное напряжение конденсатора постоянного тока,
просто потому, что основная составляющая выходного напряжения преобразователя
пропорциональна постоянному напряжению.

В
Кроме того, для нейтрализации используются специальные межблочные трансформаторы.
гармоники, содержащиеся в прямоугольных импульсах, создаваемых отдельными инверторами.

2. ШИМ
Инверторы на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT)

Оно использует
Метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для создания синусоидального сигнала из
Источник постоянного напряжения с типичной частотой прерывания в несколько кГц. Наоборот
по сравнению с типом на основе GTO, VSC на основе IGBT использует фиксированное напряжение постоянного тока и
изменяет свое выходное переменное напряжение, изменяя индекс модуляции ШИМ
модулятор.

Более того,
гармонические напряжения снижаются за счет установки шунтирующих фильтров на стороне переменного тока
ВСК.

Б. ДЦ
Конденсатор

Этот
Компонент обеспечивает напряжение постоянного тока для инвертора.

С. Индуктивный
Реактивное сопротивление (X)

Это
соединяет выход инвертора с энергосистемой. Обычно это утечка
индуктивность трансформатора связи.

Смягчать
гармоники и другие высокочастотные составляющие из-за инверторов.

СТАТКОМ
Операция

Базовый
Принцип работы

в
случай двух источников переменного тока, которые имеют одинаковую частоту и подключены через
последовательное реактивное сопротивление, потоки мощности будут:

• Активные или активные потоки мощности от ведущего источника
  к запаздывающему источнику.
• Реактивная мощность течет от высшего к низшему
  источник амплитуды напряжения.

Следовательно,
разность фаз между источниками определяет поток активной мощности,
а разность величин напряжения между источниками определяет
поток реактивной мощности. Основываясь на этом принципе, СТАТКОМ можно использовать для регулирования
поток реактивной мощности за счет изменения выходного напряжения источника напряжения
преобразователя по отношению к напряжению системы.

Режимы
Операция

STATCOM может работать в двух разных режимах:

А.
Регулировка напряжения

статический синхронный компенсатор регулирует напряжение в точке подключения
контроль количества реактивной мощности, которая поглощается или вводится в
энергосистема через преобразователь напряжения.

В
установившегося режима, напряжение В ₂ , генерируемое VSC через
конденсатор постоянного тока находится в фазе с напряжением системы V ₁ (δ=0), поэтому
что течет только реактивная мощность (Q) (P=0).

1.
Когда
системное напряжение высокое, STATCOM будет поглощать реактивную мощность (индуктивная
поведение)

2.
Когда
системное напряжение низкое, STATCOM будет генерировать и подавать реактивную мощность в
система (емкостная).

Впоследствии,
количество потока реактивной мощности определяется уравнением:

Q =
[В ₁ (В ₁ -В ₂ )] / Х

Б.