Конденсатор с тиристорным управлением - Thyristor-switched capacitor

Тиристорные с коммутацией конденсаторами ( ТСК ) являются одним из видов оборудования , используемых для компенсации реактивной мощности в электроэнергетических системах. Он состоит из силового конденсатора, включенного последовательно с двунаправленным тиристорным вентилем, и, как правило, токоограничивающего реактора ( индуктора ). Конденсатор с тиристорным переключением является важным компонентом статического компенсатора VAR (SVC), где он часто используется в сочетании с реактором с тиристорным управлением (TCR). Статические компенсаторы VAR являются членом семейства гибких систем передачи переменного тока (FACTS).

Принципиальная электрическая схема

TSC обычно представляет собой трехфазную сборку, соединенную треугольником или звездой. В отличие от TCR, TSC не генерирует гармоник и поэтому не требует фильтрации. По этой причине некоторые SVC были построены только с TSC. Это может привести к относительно экономичному решению, когда SVC требует только емкостной реактивной мощности, хотя недостатком является то, что выходная реактивная мощность может изменяться только ступенчато. Постоянно регулируемая выходная реактивная мощность возможна только в том случае, если SVC содержит TCR или другой регулируемый элемент, такой как STATCOM .

Принципы работы

В отличие от TCR, TSC всегда работает либо полностью, либо полностью. Попытка использовать TSC в «фазовом управлении» приведет к генерации резонансных токов очень большой амплитуды, что приведет к перегреву конденсаторной батареи и тиристорного клапана, а также к гармоническим искажениям в системе переменного тока, к которой подключен SVC.

Постоянный ток

Когда TSC включен или «деблокирован», ток ведет к напряжению 90 ° (как с любым конденсатором). Среднеквадратичный ток определяется по формуле:

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

Где:

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

V _svc - среднеквадратичное значение линейного напряжения на шине, 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:

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

Настроенная частота обычно выбирается в диапазоне 150–250 Гц для систем 60 Гц или 120–210 Гц для систем 50 Гц. Это экономичный выбор между размером реактора TSC (который увеличивается с уменьшением частоты) и необходимостью защиты тиристорного клапана от чрезмерных колебательных токов, когда TSC включается в неправильной точке волны («пропуски зажигания»). .

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

Напряжение в выключенном состоянии

Когда TSC выключен или «заблокирован», ток не течет, а напряжение поддерживается тиристорным вентилем. После того, как TSC был выключен в течение длительного времени (часов), конденсатор будет полностью разряжен, и тиристорный клапан будет испытывать только переменное напряжение шины SVC. Однако, когда TSC выключается, он делает это при нулевом токе, соответствующем пиковому напряжению конденсатора. Конденсатор разряжается очень медленно, поэтому напряжение, испытываемое тиристорным вентилем, достигнет пика, более чем в два раза превышающего пиковое напряжение переменного тока, примерно через половину цикла после блокировки. Тиристорный клапан должен содержать достаточно тиристоров, последовательно включенных, чтобы безопасно выдерживать это напряжение.

Деблокирование - нормальные условия

Когда TSC снова включается ("деблокируется"), необходимо внимательно выбирать правильный момент, чтобы избежать создания очень больших колебательных токов. Поскольку TSC представляет собой резонансный контур, любое внезапное ударное возбуждение вызовет эффект высокочастотного звона, который может повредить тиристорный клапан.

Оптимальное время для включения TSC - это когда конденсатор все еще заряжен до своего нормального пикового значения, а команда включения отправляется при минимальном напряжении клапана. Если в этот момент TSC разблокирован, переход обратно в проводящее состояние будет плавным.

Разблокирование - ненормальные условия

Иногда, однако, TSC может включиться в неправильный момент (в результате ошибки управления или измерения), или конденсатор может стать заряженным до напряжения, превышающего нормальное значение, так что даже при минимальном напряжении клапана большая переходные 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. Этот переходный ток может исчезнуть за сотни миллисекунд, в течение которых совокупный нагрев тиристоров может быть чрезмерным.

Основное оборудование

TSC обычно состоит из трех основных элементов оборудования: основной конденсаторной батареи, тиристорного клапана и токоограничивающего реактора, обычно с воздушным сердечником.

Конденсаторная батарея

Самый большой элемент оборудования в TSC, конденсаторная батарея, состоит из установленных в стойку наружных конденсаторных блоков, каждый из которых обычно имеет номинальную мощность в диапазоне 500–1000 киловар (кВАр).

Реактор TSC

Функция реактора 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, для более низких частот требуются реакторы большего размера.

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

Тиристорный клапан

Тиристорный вентиль обычно состоит из 10-30 обратно-параллельно соединенных пар тиристоров, соединенных последовательно. Обратно-параллельное соединение необходимо, потому что большинство имеющихся в продаже тиристоров могут проводить ток только в одном направлении. Последовательное соединение необходимо, потому что максимальное номинальное напряжение имеющихся в продаже тиристоров (примерно до 8,5 кВ) недостаточно для напряжения, при котором подключен TCR. Для некоторых низковольтных приложений можно избежать последовательного включения 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 подключенную к ней «демпферную» цепь резистор- конденсатор, чтобы заставить напряжение на вентиле равномерно распределяться между тиристорами и гасить «коммутационный выброс», который происходит при выключении клапана.

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

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

Специальные виды TSC

Некоторые TSC были построены с конденсатором и катушкой индуктивности, расположенными не как простая настроенная LC-цепь, а как затухающий фильтр. 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) , были предусмотрены три TSC разного размера, в каждом случае с конденсатором и катушкой индуктивности, расположенными как демпфирующий фильтр «C-типа». В фильтре C-типа конденсатор разделен на две последовательно соединенные секции. Демпфирующий резистор подключен к одной из двух секций конденсатора и индуктивности, настроенная частота этой секции равна частоте сети. Таким образом обеспечивается демпфирование гармонических частот, но схема не несет потерь мощности на частоте сети.

Рекомендации

внешняя ссылка

• ФАКТЫ ABB
• Alstom Grid ФАКТЫ Решения Домашняя страница Alstom Grid
• Гибкие системы передачи переменного тока Siemens (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