УСТРОЙСТВО  КОМПЕНСАЦИИ  РЕАКТИВНОЙ  МОЩНОСТИ  ТИПА  D-STATCOM  ДЛЯ  РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ  СЕТЕЙ  6–10  КВ.

Кукарекин  Евгений  Александрович

студент  4  курса,  кафедра  электрическая  техника  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Е-mail:  saray-garaj@mail.ru

Хацевский  Константин  Владимирович

научный  руководитель,  д-р  техн.  наук,  профессор,  кафедра  электрическая  техника  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Технологии  в  области  систем  передачи  электроэнергии  развиваются  в  направлении  повышения  их  управляемости,  динамической  устойчивости  и  надежности.  При  этом  должно  обеспечиваться  высокое  качество  энергоснабжения  потребителей.  Одним  из  способов  достижения  этих  целей  является  применение  технологии  управляемых  линий  электропередачи  переменного  тока  (FACTS).  При  реализации  таких  систем  в  распределительных  сетях  напряжением  6–10  кВ  используется  управляемое  статическое  устройство,  выполненное  по  схеме  преобразователя  напряжения  (ПН)  –  D-STATCOM.

Устройство  подключается  в  электрическую  сеть  параллельно  и  осуществляет  компенсацию  реактивной  мощности.  Это  позволяет  увеличить  коэффициент  мощности  сети,  путем  сбалансирования  активной  мощности  потребляемой  от  источника  переменного  тока.  Сохранить  стабильность  напряжения  на  всех  уровнях  передачи  энергии,  увеличить  КПД  передачи,  управлять  установившимися  и  временными  перенапряжениями,  и,  что  не  менее  важно,  появляется  возможность  избегать  катастрофических  отключений  распределенных  систем  энергоснабжения.

Основными  элементами  D-STATCOM  (рисунок  2)  являются  ПН,  конденсатор  на  стороне  постоянного  тока,  необходимый  для  запасания  энергии,  и  трансформатор,  обеспечивающий  возможность  подключения  ПН  к  сети  напряжением  6–10  кВ.

Сейчас  в  зарубежной  и  отечественной  литературе  появилось  много  источников,  описывающих  различные  способы  реализации  статических  синхронных  компенсаторов  типа  STATCOM.  В  них  рассматриваются  ПН  построенные  на  основе  IGBT  или  MOSFET  транзисторах,  либо  на  IGCT  или  GTO  тиристорах.  Использование  полностью  управляемых  полупроводниковых  приборов  позволяет  создавать  требуемые  компенсирующие  токи  с  малым  содержанием  высших  гармонических  составляющих  благодаря  использованию  широтно-импульсной  модуляции.

Рисунок  1.  Структура  2-х  уровневого  преобразователя  напряжения

Среди  представленных  схем  ПН  наиболее  перспективной  для  D-STATCOM,  при  использовании  трансформатора,  является  2-х  уровневая  (рисунок  1).  Поскольку  преобразователь  построенный  по  такой  схеме  будет  иметь  объективные  технико-экономические  показатели  для  распределительных  сетей  6–10  кВ.  В  качестве  управляемых  полупроводниковых  приборов  выбраны  биполярные  транзисторы  с  изолированным  затвором  (IGBT).

Рисунок  2.  Структурная  схема  D-STATCOM  и  векторная  диаграмма  его  работы

Векторная  диаграмма,  которая  иллюстрирует  режимы  работы  D-STATCOM,  изображена  на  рисунке  2.  При  потреблении  реактивной  мощности  выходное  U_п  напряжение  преобразователя  меньше  напряжения  сети  U_с  и  находится  с  ним  в  фазе.  При  генерации  –  выходное  напряжение  преобразователя  становится  больше  напряжения  в  сети  и  так  же  в  фазе  с  ним.

Рисунок  3.  Схема  замещения  D-STATCOM  при  подключении  к  сети

Системы  регулирования  D-STATCOM  на  основе  принципа  векторного  управления,  осуществляют  преобразование  измеряемых  параметров  –  токов  и  напряжений  –  в  d-q-составляющие.  Выполняют  необходимые  операций  с  ними  и  преобразуют  полученные  d-q-составляющие  в  управляемый  импульс,  воздействующий  на  систему  управления.

Разложение  параметров  режима  на  d-q-составляющие  позволяет  найти  простые  алгебраические  соотношения,  связывающие  между  собой  мощность,  ток  и  выходное  напряжение  преобразователя,  расчетная  схема  замещения,  которого  к  сети  переменного  тока  через  трансформатор,  изображена  на  рисунке  3.

Активная  и  реактивная  мощность  сети  будут  определяться  выражениями:

  (1)

В  схеме  замещения  можно  учитывать  только  само  устройство  и  шины  к  которым  оно  подключено.  Тогда  выходной  ток  преобразователя:

  (2)

В  3-х  фазной  сети:

    (3)

Полная  мощность  выдаваемая  устройством:

  (4)

Для  активной  и  реактивной  мощности  получим:

  (5)

Если  принять,  что  ток  выдаваемый  D-STATCOM  в  электроэнергетическую  сеть  зависит  от  разности  напряжений  системы  и  самого  устройства:

  (6)

Напряжения  сети  подвергаются  abc\dq  преобразованию:

Тогда  из  выражения  (6)  получим:

  (7)

  (8)

В  матричном  виде  система  описывающая  D-STATCOM  имеет  вид:

  (9)

Рисунок  4.  Структурная  схема  управления  D-STATCOM

Применение  устройств  типа  STATCOM  позволяет  комплексно  повысить  качество  электроэнергии  в  системах  электроснабжения.  Устройство  способно  конкурировать  с  традиционными  статическими  компенсаторами  построенными  на  базе  конденсаторов,  реакторов  или  тиристоров  как  по  цене,  так  и  по  техническим  характеристикам.

Список  литературы:

1. Иванов  А.Ю.,  Михальченко  Г.Я.,  Михальченко  С.Г.  Энергосберегающие  технологии  компенсации  реактивной  мощности  и  мощности  искажений.  //  Известия  Томского  политехнического  университета.  –  2010.  –  №  4.
2. Николаев  А.В.,  Разработка  принципов  управления  статическим  компенсатором  (статком)  и  исследование  его  работы  на  подстанциях  переменного  и  постоянного  тока.  Дисс.канд.техн.наук.  СПб.,  2005.
3. Пешков  М.В.  Разработка  и  исследование  управления  статическим  компенсатором  реактивной  мощности  типа  СТАТКОМ  для  электроэнергетических  систем.  Дисс.канд.техн.наук.  М.,  2009,  –  158  стр.
4. Ahmed  MOKHTARI,  Fatima  Z.  GHERBI,  Cherif  MOKHTA  ,  Kamel  D.E.  KERROUCHE,  Ameur  F.  AIMER.  Study,  analysis  and  simulation  of  a  static  compensator  D-STATCOM  for  distribution  systems  of  electric  power.  //  Leonardo  Journal  of  Sciences.  –  2014.