Что такое статический компенсатор реактивной мощности (SVC)? Схема и принцип работы в коррекции коэффициента мощности

Что такое статический компенсатор реактивной мощности (SVC)?

Статический компенсатор реактивной мощности (SVC), также называемый статическим компенсатором реактивной мощности, является важным устройством для повышения коэффициента мощности в электрических энергетических системах. Будучи типом статического оборудования для компенсации реактивной мощности, он вводит или поглощает реактивную мощность, чтобы поддерживать оптимальные уровни напряжения, обеспечивая стабильную работу сети.

Являясь неотъемлемой частью гибкой системы передачи переменного тока (FACTS), SVC состоит из банка конденсаторов и реакторов, управляемых силовой электроникой, такой как тиристоры или изолированные биполярные транзисторы (IGBT). Эти электронные устройства позволяют быстро переключать конденсаторы и реакторы для введения или поглощения реактивной мощности по мере необходимости. Система управления SVC непрерывно отслеживает напряжение и ток в системе, корректируя выход реактивной мощности устройства в реальном времени, чтобы противодействовать колебаниям.

SVC в основном решают проблемы с изменениями реактивной мощности, вызванные колебаниями нагрузки или прерывистым производством электроэнергии (например, ветровыми или солнечными источниками). Динамически вводя или поглощая реактивную мощность, они стабилизируют напряжение и коэффициент мощности в точке подключения, обеспечивая надежное распределение электроэнергии и уменьшая такие проблемы, как проседание или скачки напряжения.

Конструкция SVC

Статический компенсатор реактивной мощности (SVC) обычно состоит из ключевых компонентов, включая тиристор-управляемый реактор (TCR), тиристор-переключаемый конденсатор (TSC), фильтры, систему управления и вспомогательные устройства, как подробно описано ниже:

Тиристор-управляемый реактор (TCR)

TCR представляет собой индуктор, подключенный параллельно к линии передачи электроэнергии, регулируемый тиристорными устройствами для управления индуктивной реактивной мощностью. Он позволяет непрерывно регулировать поглощение реактивной мощности, изменяя угол запуска тиристора.

Тиристор-переключаемый конденсатор (TSC)

TSC представляет собой банк конденсаторов, также подключенных параллельно к сети, управляемый тиристорами для регулирования емкостной реактивной мощности. Он обеспечивает дискретное введение реактивной мощности пошагово, что идеально подходит для компенсации стационарных нагрузок.

Фильтры и реакторы

Эти компоненты снижают гармоники, генерируемые силовой электроникой SVC, обеспечивая соответствие стандартам качества электроэнергии. Гармонические фильтры обычно направлены на доминирующие частотные компоненты (например, 5-й, 7-й гармоники), чтобы предотвратить загрязнение сети.

Система управления

Система управления SVC в реальном времени отслеживает напряжение и ток в сети, корректируя работу TCR и TSC, чтобы поддерживать целевое напряжение и коэффициент мощности. Она оснащена микропроцессорным контроллером, который обрабатывает данные датчиков и отправляет сигналы запуска тиристорам, обеспечивая компенсацию реактивной мощности на уровне миллисекунд.

Вспомогательные компоненты

Включают трансформаторы для согласования напряжения, защитные реле для изоляции неисправностей, системы охлаждения для силовой электроники и контрольные приборы для обеспечения надежной работы.

Принцип работы статического компенсатора реактивной мощности

SVC регулирует напряжение и реактивную мощность в энергетических системах, используя силовую электронику, действуя как динамический источник реактивной мощности. Вот как это работает:

• Управление реактивной мощностью
  SVC сочетает в себе TCR (индуктивный) и TSC (емкостный), подключенные параллельно к сети. TCR может поглощать реактивную мощность, изменяя углы запуска тиристоров, в то время как TSC вводит реактивную мощность дискретными шагами. Это сочетание позволяет двустороннее управление реактивной мощностью:

• Падение напряжения: Когда напряжение в сети падает, SVC вводит емкостную реактивную мощность через TSC, чтобы повысить напряжение.

• Повышение напряжения: Когда напряжение превышает заданное значение, SVC поглощает реактивную мощность через TCR, чтобы понизить напряжение.

• Непрерывный мониторинг и корректировка
  Датчики измеряют напряжение и ток в реальном времени, передавая данные системе управления. Контроллер вычисляет необходимую реактивную мощность и корректирует углы запуска тиристоров, чтобы поддерживать стабильность напряжения в пределах ±2% от номинального значения.

• Снижение гармоник
  Переключение TCR генерирует гармоники, которые фильтруются пассивными LC-фильтрами (например, 5-й, 7-й гармонические фильтры) для обеспечения соответствия сетевым стандартам.

Преимущества SVC

• Улучшенная передача электроэнергии: увеличивает пропускную способность линий на 30% за счет компенсации реактивной мощности.

• Переходная устойчивость: гасит колебания напряжения во время аварий или изменений нагрузки, улучшая устойчивость системы.

• Управление напряжением: управляет стационарными и временными перенапряжениями, что идеально для интеграции возобновляемых источников энергии.

• Снижение потерь: улучшает коэффициент мощности (обычно до >0,95), снижая резистивные потери на 10–15%.

• Малое обслуживание: твердотельная конструкция без движущихся частей, снижающая эксплуатационные расходы.

• Улучшение качества электроэнергии: снижает проседание и скачки напряжения, а также гармоническое искажение.

Применение SVC

• Высоковольтные линии передачи: стабилизирует напряжение в ВОЛ/УВОЛ (380 кВ–1000 кВ) и компенсирует зарядную емкость длинных линий.

• Промышленные предприятия: корректирует коэффициент мощности в тяжелых индуктивных нагрузках (например, сталелитейные заводы, горнодобывающее оборудование) для снижения затрат на электроэнергию.

• Интеграция возобновляемых источников энергии: снижает колебания напряжения от ветровых или солнечных парков.

• Городские распределительные сети: улучшает стабильность напряжения в плотно населенных районах с колеблющейся нагрузкой.

• Железнодорожные системы: компенсирует изменения реактивной мощности в электрифицированных железнодорожных сетях.