Исследование и разработка средств защиты статического компенсатора реактивной мощности с цифровой системой управления

• Автор: Кошелев, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Цели и методы компенсации реактивной мощности в системах электропередачи

1.1.1. Потребители реактивной мощности

1.1.2. Последствия ухудшения качества электроэнергии

1.1.3. Обзор традиционных методов компенсации, их достоинства и недостатки

1.2. Обзор современных методов и устройств компенсации реактивной мощности

1.3. Постановка задачи

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА СТАТКОМа С УЧЕТОМ МАСШТАБНЫХ
КОЭФФИЦИЕНТОВ
2.1. Расчет силовой части макета СТАТКОМ и предельных параметров функционирования
2.1.1. Выбор типа силового ключевого элемента
2.1.2. Выбор структуры преобразователя напряжения СТАТКОМа
2.1.3. Способ управления преобразователем напряжения
2.1.4. Расчет основных параметров компенсатора
2.2. Структура цифровой системы управления
2.2.1. Определение задач и условий работы макета СТАТКОМа
2.2.2. Алгоритмы управления статическим компенсатором
2.3. Выводы

Глава 3 КООРДИНАЦИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
3.1. Расчет предельных параметров функционирования компенсатора. Определение ОБР элементов силовой
схемы
3.2. Аварийные воздействия на оборудование
3.3. Математическое моделирование различных режимов нарушения функционирования компенсатора
3.3.1. Выбор средств математического моделирования
3.3.2. Создание математической модели СТАТКОМа
3.4. Выводы
Глава 4 КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ СТАТКОМа
3.1. Классификация защит
3.2. Программная реализация защит
3.3. Выводы
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
5.1 Определение комплекса задач, решаемых на макете
5.2 Описание макета
5.3 Экспериментальные исследования по надежности работы оборудования СТАТКОМ
5.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Нормальная работа потребителей электроэнергии и выполнение возложенных на них функций зависит от совокупности характеристик потребляемой ими электроэнергии, которые определяют ее качество. Благодаря широкому распространению электроэнергии проблема ее качества приобретает все большее значение. Она усугубилась вместе с развитием и широким внедрением в промышленности силовых электронных преобразователей. Это связано с их негативным влиянием на сеть, которое проявляется в основном в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения.
Последствия увеличения доли реактивной нагрузки проявляются в виде снижения пропускной способности электроэнергетических систем (ЭЭС), увеличение дополнительных потерь от передачи реактивной мощности, снижении пределов статической и динамической устойчивости, недопустимых уровней напряжения в узлах ряда энергосистем.
Решить данную проблему позволяет установка в ЭЭС специальных компенсирующих устройств (КУ) или, иными словами, компенсация реактивной мощности. Традиционно в качестве компенсаторов реактивной мощности используются системы типа СТК на базе реактора и тиристорного преобразователя. Развитие силовой электроники привело к созданию новых видов силовых электронных ключей и схемотехнических решений, позволяющих более эффективно решать задачу компенсации реактивной мощности. В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений является создание статических компенсаторов реактивной мощности (СТАТКОМ), которые представляют собой устройства на базе преобразователя напряжения на полностью управляемых ключевых элементах, который способен генерировать ток любой фазы относительно напряжения сети.
СТАТКОМ служит как для генерации реактивной мощности в сеть, так и для компенсации реактивной мощности сети. На стороне переменного тока

Таблица 2.1.
Класс напряжения ключевого элемента, В Тестируемое напряжение, В Типичный диапазон применения, В

1700 1200 800-1250
3300 1800 1400-2200
4500 2700 2500-2900
6500 3600 2900-4400
Запираемые тиристоры - IGCT появились в результате совершенствования технологии производства обычных тиристоров. Название GCT расшифровывается как «управляемый по затвору тиристор» (Gate Commutated Thyristor). Обычно тиристор имеет встроенный драйвер, поэтому к названию прибавляется приставка «Integrated» - IGCT тиристор. IGCT имеют относительно небольшие потери проводимости. По сравнению с IGBT транзисторами, IGCT тиристоры имеют более низкое падение напряжения в проводящем состоянии, обладают большой плотностью тока проводимости, благодаря оптимально - симметричному распределению плазмы. Выключение этих приборов достигается ценой увеличения токов управления до уровня, сравнимого с анодным током. У прибора есть граничный анодный ток, при превышении которого тиристор не может быть принудительно и безопасно выключен через управляющий электрод. В этом случае тиристор остается в проводящем состоянии, что нарушает функционирование ПН с развитием аварийного процесса.
Приборы IGBT принципиально отличаются от запираемых тиристоров. Для управления и защиты IGBT требуется интеллектуальный драйвер, способный контролировать скорость нарастания тока коллектора в процессе коммутации, контролировать падение напряжения на транзисторе для защиты от токов перегрузки, имеющий возможность настройки времён переключения и уровней срабатывания защит, и имеющий возможность сигнализировать об различных аварийных ситуациях управляющей системе.