ФАКТЫ - Гибкие системы передачи переменного тока (SIEMENS) - Три больших заказа FACTS из Бразилии и Парагвая
Акроним FACTS означает «гибкие системы передачи переменного тока». Эти системы добавляют некоторые из преимуществ DC, то есть независимость от фазы и быструю управляемость, к передаче переменного тока с помощью электронных контроллеров. Такие контроллеры могут быть подключены шунтом или серией или оба. Они представляют переменные реактивные сопротивления или источники переменного напряжения. Они могут обеспечивать управление потоком нагрузки и, благодаря своей быстрой управляемости, демпфированию колебаний мощности или предотвращению синхронного резонанса (SSR).
Типичные рейтинги контроллеров FACTS составляют от тридцати до нескольких сотен MVAr. Обычно они интегрированы в подстанции переменного тока. Как и преобразователи HVDC, они требуют контроля, систем охлаждения, гармонических фильтров, трансформаторов и связанных с ними строительных работ.
Статические компенсаторы VAr (SVC) являются наиболее распространенными шунтируемыми контроллерами. Это, по сути, переменные реактивные реакции.
SVC успешно использовались в течение многих лет, либо для компенсации нагрузки (мерцания) крупных промышленных нагрузок (например, дуговых печей), либо для компенсации передачи в коммунальных системах.
На рисунке 1 показана схематическая однострочная диаграмма SVC с одним тиристорным управляемым реактором, двумя конденсаторами с тиристорным переключением и одним гармоническим фильтром.
Рисунок 1 - Схематическая однострочная диаграмма SVC
1 - Трансформатор
2 - Реактор с тиристорным управлением (TCR)
3 - Фиксированный соединительный конденсатор / фильтр
4 - Конденсаторный блок с тиристорной коммутацией (TSC)
Тиристорный контроллер и переключатели обеспечивают быстрое управление общим сопротивлением SVC между его емкостными и индуктивными пределами конструкции. Из-за сетевого импеданса эта возможность преобразуется в динамическое управление напряжением шины. Как следствие, SVC может улучшить стабильность передачи и увеличить пределы передачи мощности по заданному пути.
Гармонические фильтры и конденсаторные батареи, реакторы (обычно воздушный сердечник), понижающие трансформаторы, выключатели и разъединители на стороне высокого напряжения, а также сверхпрочные шины со стороны среднего напряжения характеризуют большинство станций SVC. Здание или электронный дом с втулками среднего напряжения содержат силовые электронные (тиристорные) контроллеры. Связанный кулер обычно находится поблизости.
Новый тип контролируемого шунтирующего компенсатора, статический компенсатор, называемый STATCOM, использует преобразователи с напряжением питания с высокомощными затворными тиристорами (GTO) или IGBT (17, 18).
На рисунке 2 показана соответствующая однолинейная диаграмма. STATCOM - электронный эквивалент классического (вращающегося) синхронного конденсатора, а одно применение STATCOM - замена старых синхронных конденсаторов.
Рисунок 2 - Однолинейная диаграмма статического компенсатора напряжения (STATCOM)
Необходимость высокой скорости управления и низкого уровня обслуживания может поддержать этот выбор. Там, где отсутствие инерции STATCOM является проблемой, ее можно преодолеть с помощью достаточно большого постоянного конденсатора. STATCOM требует меньше гармонических фильтров и конденсаторов, чем SVC, и вообще никаких реакторов.
Это делает расстояние станции STATCOM значительно компактнее, чем у более обычного SVC.
Как и классические конденсаторы с фиксированной последовательностью (SC), тиристорно-управляемые конденсаторы серии (TCSC) (19, 20) обычно размещаются на изолированных площадках, по одной на фазу, по фазовому потенциалу. В то время как фиксированный SC компенсирует фиксированную часть индуктивности линии, эффективная емкость TCSC и уровень компенсации могут изменяться статически и динамически. Изменчивость осуществляется с помощью тиристорного реактора, соединенного параллельно с основным конденсатором.
Эта схема и соответствующие основные компоненты защиты и коммутации показаны на рисунке 5.10. Тиристоры расположены в защищенных от атмосферных воздействий корпусах на платформах. Между платформами и землей существуют связи. Жидкое охлаждение обеспечивается через земляные трубы из изоляционного материала.
Мощность вспомогательной платформы, где это необходимо, извлекается из сетевого тока через трансформаторы тока (ТТ). Как и большинство обычных SC, TCSC обычно интегрируются в существующие подстанции. Как правило, возможно обновление существующего SC до TCSC.
Рисунок 3 - Схематическая диаграмма одной фазы Serra da Mesa (Бразилия) Тиристорный контролируемый серийный конденсатор (TCSC)
Новая разработка в серии компенсации представляет собой защищенный от тиристоров серийный компенсатор (TPSC). Схема в основном такая же, как и для TCSC, но без какого-либо контролируемого реактора и принудительного охлаждения тиристора.
Тиристоры TPSC используются только в качестве байпасного переключателя для защиты конденсаторов от перенапряжения, тем самым избегая больших ограничительных блоков MOV с относительно долгими интервалами охлаждения. В то время как контроллеры SVC и STATCOM являются шунтирующими устройствами, а TCSC являются последовательными устройствами, так называемый унифицированный контроллер потока мощности (UPFC) представляет собой комбинацию обоих (21).
На рисунке 4 показана основная схема. UPFC использует шунтированный трансформатор и трансформатор с последовательно соединенными линейными обмотками, соединенными между собой конденсатором постоянного тока через соответствующую схему преобразователя напряжения-источника в здании управления.
Рисунок 4 - Однострочная диаграмма Единого контроллера потока мощности (UPFC)
Более поздний проект станции FACTS включает в себя аналогичные элементы шунта и серии как UPFC, и это может быть перенастроено для удовлетворения изменяющихся системных требований. Эта конфигурация называется конвертируемым статическим компенсатором (CSC).
Легкость, с которой станции FACTS могут быть переконфигурированы или даже перемещены, является важным фактором и может влиять на дизайн подстанции. Изменения в моделях генерации и нагрузки могут сделать такую гибкость желательной.
На рисунке 5 показан питатель переменного тока мощностью 500 кВ (с левой стороны), трансформаторы (три однофазных блока плюс один запасной), шина среднего напряжения и три конденсатора с тиристорным коммутатором (TSC), а также в котором размещены тиристорные переключатели и органы управления.
Рисунок 5 - 500 кВ, 400 MVAr SVC в Аделанто, Калифорния (по SIEMENS)
SVC, показанный на рисунке 6, подключен к сетке норвежского переменного тока 420 кВ к юго-западу от Осло. Он использует тиристорные управляемые реакторы (TCR) и TSC, по два каждый, которые видны вместе с высоковольтной шиной 9, 3 кВ с правой стороны здания.
Рисунок 6 - 420 кВ, ± 160 MVAr SVC в Sylling, Норвегия (от ABB)
На рисунке 7 показаны фотографии двух установок TCSC 500 кВ в США. Пластинчатые корпуса клапанов хорошо видны. Slatt (US) имеет шесть одинаковых модулей TCSC на фазу с двумя клапанами, объединенными в каждый из трех корпусов на каждый банк.
Рисунок 7 - Аэрофотосъемка Slatt, Oregon от BPA, TCSC 500 кВ (по GE)
Ссылка: Высоковольтные силовые электронные подстанции от Gerhard Juette и Asok Mukherjee (Siemens AG)