Co to jest statyczny kompensator biernej mocy (SVC)? Układ i działanie w korekcji czynnika mocy

Co to jest statyczny kompensator biorącej mocy (SVC)?

Statyczny kompensator biorącej mocy (SVC), również nazywany statycznym kompensatorem reaktywnej mocy, jest kluczowym urządzeniem do zwiększania współczynnika mocy w systemach elektrycznych. Jako rodzaj sprzętu do statycznej kompensacji reaktywnej mocy, wstrzykuje lub absorbuje moc reaktywną, aby utrzymać optymalne poziomy napięcia, zapewniając stabilne działanie sieci.

Jest integralną częścią elastycznego systemu przesyłowego prądu przemiennego (FACTS), SVC składa się z banku kondensatorów i reaktorów sterowanych przez elektronikę mocy, taką jak tirystory lub Bipolarne Tranzystory z Izolowaną Bramką (IGBT). Te elementy elektroniczne umożliwiają szybkie przełączanie kondensatorów i reaktorów, aby wstrzykiwać lub absorbuować moc reaktywną, jak wymaga sytuacja. System sterowania SVC ciągle monitoruje napięcie i prąd w systemie, dostosowując wydajność mocy reaktywnej urządzenia w czasie rzeczywistym, aby przeciwstawić się fluktuacjom.

SVC przede wszystkim rozwiązuje problemy z wahaniami mocy reaktywnej spowodowane zmieniającymi się zapotrzebowaniami na obciążenie lub niestabilną produkcję (np. energia wiatrowa lub słoneczna). Poprzez dynamiczne wstrzykiwanie lub absorpcję mocy reaktywnej, stabilizują napięcie i współczynnik mocy w punkcie połączenia, zapewniając niezawodną dostawę energii i łagodząc problemy, takie jak opadanie lub wzrost napięcia.

Konstrukcja SVC

Statyczny kompensator biorącej mocy (SVC) zazwyczaj składa się z kluczowych komponentów, w tym Reaktora Sterowanego Tirystorem (TCR), Kondensatora Sterowanego Tirystorem (TSC), filtrów, systemu sterowania i urządzeń pomocniczych, jak podano poniżej:

Reaktor Sterowany Tirystorem (TCR)

TCR to induktor połączony równolegle z linią przesyłową, regulowany przez urządzenia tirystorowe do sterowania mocą reaktywną indukcyjną. Umożliwia ciągłe dostosowywanie absorpcji mocy reaktywnej poprzez zmianę kąta strzału tirystorów.

Kondensator Sterowany Tirystorem (TSC)

TSC to bank kondensatorów również połączony równolegle z siecią, sterowany przez tirystory do regulacji mocy reaktywnej kondensacyjnej. Zapewnia dyskretną iniekcję mocy reaktywnej etapami, idealną do kompensacji stałych obciążeń.

Filtry i Reaktory

Te komponenty redukują harmoniczne generowane przez elektronikę mocy SVC, zapewniając zgodność ze standardami jakości energii. Filtry harmoniczne zwykle skupiają się na dominujących składowych częstotliwości (np. 5 i 7 harmoniczne), aby zapobiec zanieczyszczeniu sieci.

System Sterowania

System sterowania SVC monitoruje napięcie i prąd w sieci w czasie rzeczywistym, dostosowując działania TCR i TSC, aby utrzymać docelowe napięcie i współczynnik mocy. Wykorzystuje mikroprocesorowy kontroler, który przetwarza dane czujników i wysyła sygnały strzałów do tirystorów, umożliwiając kompensację mocy reaktywnej w milisekundach.

Komponenty Pomocnicze

Obejmują transformatory do dopasowywania napięcia, relé ochronne do izolacji uszkodzeń, systemy chłodzenia dla elektroniki mocy oraz przyrządy pomiarowe, które zapewniają niezawodne działanie.

Zasada Działania Statycznego Kompensatora Biorącej Mocy

SVC reguluje napięcie i moc reaktywną w systemach energetycznych za pomocą elektroniki mocy, działając jako dynamiczne źródło mocy reaktywnej. Oto jak działa:

• Zarządzanie Mocą Reaktywną
  SVC łączy TCR (indukcyjny) i TSC (kondensacyjny) równolegle do sieci. TCR może absorbuować moc reaktywną, dostosowując kąt strzału tirystorów, podczas gdy TSC wstrzykuje moc reaktywną etapami. Ta kombinacja umożliwia dwukierunkowe sterowanie mocą reaktywną:

• Opadanie Napięcia: Gdy napięcie w sieci spada, SVC wstrzykuje moc reaktywną kondensacyjną za pomocą TSC, aby podnieść napięcie.

• Wzrost Napięcia: Gdy napięcie przekracza ustawiony punkt, SVC absorbuje moc reaktywną za pomocą TCR, aby obniżyć napięcie.

• Ciągłe Monitorowanie i Dostosowywanie
  Czujniki mierzą napięcie i prąd w czasie rzeczywistym, przekazując dane do systemu sterowania. Kontroler oblicza wymaganą moc reaktywną i dostosowuje kąty strzałów tirystorów, aby utrzymać stabilność napięcia w granicach ±2% wartości nominalnej.

• Eliminacja Harmonicznych
  Działanie przełączania TCR generuje harmoniczne, które są filtrowane przez pasywne filtry LC (np. filtry 5 i 7 harmoniczne), aby zapewnić zgodność z siecią.

Zalety SVC

• Zwiększone Przesyłanie Energetyczne: Zwiększa pojemność linii o do 30% poprzez kompensację mocy reaktywnej.

• Stabilność Przejściowa: Hamuje wahania napięcia podczas uszkodzeń lub zmian obciążenia, poprawiając odporność systemu.

• Sterowanie Napięciem: Zarządza stałe i tymczasowe przepięcia, idealne do integracji odnawialnych źródeł energii.

• Zmniejszenie Strat: Poprawia współczynnik mocy (zwykle do >0,95), zmniejszając straty rezystywne o 10–15%.

• Niska Kosztowność Utrzymania: Konstrukcja bez ruchomych części, co zmniejsza koszty operacyjne.

• Poprawa Jakości Energii: Redukuje opadanie i wzrost napięcia oraz zniekształcenia harmoniczne.

Zastosowania SVC

• Sieci Przesyłowe Wysokiego Napięcia: Stabilizuje napięcie w liniach EHV/UHV (380 kV–1 000 kV) i kompensuje ładunek kondensacyjny długich linii.

• Zakłady Przemysłowe: Korektuje współczynnik mocy w ciężkich obciążeniach indukcyjnych (np. huty stalowe, maszyny górnicze), aby zmniejszyć koszty energetyczne.

• Integracja Odnawialnych Źródeł Energii: Łagodzi wahania napięcia z farm wiatrowych lub parków słonecznych.

• Sieci Dystrybucyjne w Miastach: Poprawia stabilność napięcia w gęsto zaludnionych obszarach z zmiennymi obciążeniami.

• Systemy Kolejowe: Kompensuje wahania mocy reaktywnej w sieciach kolejowych z elektrowni.