Компенсаторы и генераторы реактивной энергии в низковольтных силовых сетях

Анонс: Маркетинговые названия технических средств компенсации реактивной энергии. Что такое компенсатор/генератор реактивной энергии. Компенсаторы и/или генераторы реактивной энергии в низковольтных сетях?

Конец прошлого, а особенно первую четверть текущего века можно обоснованно назвать периодом бурного развития маркетинга, хотя при анализе изначальной концепции видно, что маркетинг практически во всех развитых странах деградирует, используя для продвижения того или иного продукта, услуги казуистику, инсинуации и броские, но технически безграмотные названия.

Наглядный тому пример – компенсаторы реактивной энергии (Static Var Compensator - SVC), первый из которых был разработан Basin Electric Power Cooperative еще в 1977 году, а после утверждения EPRI (Electric Power Research Institute) в 1987 стратегии FACTS (Flexible AC Transmission System) «трансформировались» в Personal Static Var Compensator (PSVC), Static Var Generator (SVG), Advanced Static Var Generator (ASVG), Adaptive Power Factor Controller (APFC) и т.п.

Что такое компенсатор/генератор реактивной энергии.

Типичные SVC включают TCR-FC (Thyristor Controlled Reactor – Fixed Capacitor - тиристорно-управляемый реактор - фиксированный конденсатор) и TCR-TSC (Thyristor Controlled Reactor – Thyristor Switched Capacitor - тиристорно-управляемый реактор - тиристорный коммутируемый конденсатор).

Thyristor Controlled Reactor (тиристорно управляемый реактор) – (упрощенно) индуктивная катушка (ГОСТ 18624), которая коммутируется с силовой сетью бесконтактными (или гибридными контактно-бесконтактными) полупроводниковыми ключами вентильного типа. Thyristor Switched Capacitor (тиристорно переключаемый конденсатор) – конденсаторный модуль, блок, батарея, включаемые в сеть с помощью тех же бесконтактных (или гибридных контактно-бесконтактных) полупроводниковых ключей вентильного типа. Эти ключи по факту могут быть (в разных решениях) монополярными однооперационными полууправляемыми (в схему добавляются диоды), биполярными двухоперационными (встречно-параллельного подключения - Gate Turn-off Thyristor (GTO), коммутируемыми через затвор Gate Commutated Thyristor (GCT), с формирующим импульсы управления драйвером Integrated Gate Commutated Thyristor (IGCT)), биполярными несимметричными (один из тиристоров в ячейке полууправляемый), биполярными транзисторами Insulated-gate bipolar transistor (IGBT).

Применение тех или иных полупроводников (и схем) определяет скорость коммутации (время отклика на управляющий сигнал) и позволяет, хотя и субъективно, некорректно заявлять о дискретной или динамичной компенсации, генерации и пр.

Максимально упрощенно принцип работы SVC следующий – энергия накапливается в конденсаторах и используется (соответственно) для компенсации реактивной мощности (на фундаментальной частоте), а реактор служит демпфером для избытка и недостатка генерируемой (отдаваемой накопленной) Thyristor-switched Capacitor емкостной энергии. В результате при дискретности de facto включения/отключения ступеней-конденсаторных батарей происходит плавное регулирование баланса мощности без переходных процессов.

Вместе с тем, компенсация реактивной мощности на фундаментальной частоте не решает проблемы нивелирования гармонических искажений на нефундаментальных частотах, безусловно, если:

• компенсатор/генератор реактивной энергии не комплектуется одно- или многозвенным пассивным фильтром гармоник;
• не включает цепочку инверторов, как в активном фильтре гармоник – АФГ), выбрасывающих в сеть токи в противофазе токам гармонических искажений.

Во втором случае Static Var Generator (SVG) построен по принципу АФГ и часто является его «урезанной» версией, хотя типичные для АФГ транзисторы Insulated-gate bipolar transistor (IGBT):

• могут использоваться только в управляющем, а не силовом блоках устройства;
• совсем необязательны в ветке SVG, ориентированной на компенсацию реактивной мощности на фундаментальной частоте.

Связано это с тем, что по цене при равной мощности IGBT транзисторы на порядок дороже, чем Gate Turn-off Thyristor (GTO) и даже коммутируемые через затвор Gate Commutated Thyristor (GCT), которые вполне достаточно обеспечивают требуемое по стандартам время отклика. К тому же de facto проблемы недо- или перекомпенсации с их существенным негативным влиянием на параметры качества электроэнергии в компенсаторах/генераторах реактивной энергии отсутствуют благодаря демпфирующей способности тиристорно управляемых реакторов.

Компенсаторы и/или генераторы реактивной энергии в низковольтных сетях?

Если речь идет о:

• реактивной мощности на фундаментальной частоте - так называемой «ненужной» энергии, хотя без нее невозможно возбуждение и формирование магнитных полей в обмотках двигателей, трансформаторов, реакторов и т.д., то здесь более корректно говорить о компенсации, как в случае конденсаторных батарей, установок повышения коэффициента мощности.
  В действительности обмен реактивной энергией идет между нагрузкой и конденсаторами в SVG, т.е. (условно) реактивная мощность в установившемся режиме не потребляется из сети, а значит меньше расходов, выше пропускная способность и стабильнее работа оборудования;
• нивелировании гармонических искажений, то вполне оправданно говорить о генерации токов в противофазе токам гармоник, что осуществляется ветвями инверторов под управлением программно-логического контроллера.

Общая стоимость SVG будет определяться, как мощностью ветви компенсации реактивной энергии на фундаментальной частоте, так и числом ветвей инверторов, каждая из которых будет работать со «своей» гармоникой. Снизить цену на SVG можно использованием дорогих IGBT транзисторов только в управляющем блоке (ПЛК), применением пассивных фильтров для устранения гармонических искажений с большой амплитудой и уменьшением числа ветвей инверторов в сборке, нивелирующих гармоники.