Статический компенсатор реактивной мощности статком

Использование устройства компенсации реактивной мощности статком в электроэнергетической системе Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Едемский С.Н., Пушкаренко И.И., Тригуб О.В.

Гибкие (управляемые) линии электропередач переменного тока (FACTS), использующие элементы силовой электроники, повышают управляемость электроэнергетических систем. Устройства FACTS способны воздействовать на напряжение, фазовые сдвиги и сопротивления линий электропередач, а также потоки мощности в узлах энергосистем. Одним из основных устройств FACTS является статический синхронный компенсатор реактивной мощности ( СТАТКОМ ). В статье рассматривается возможность использования такого устройства в электроэнергетической системе на примере Архангельской области.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Едемский С.Н., Пушкаренко И.И., Тригуб О.В.

Reactive power compensation STATCOM devices in the power system of the Arkhangel’sk region

Northern (Arctic) Federal University, Institute of shipbuilding and the Arctic marine engineering, the head of automation and management in technical systems department, lecturer, PhD.

Текст научной работы на тему «Использование устройства компенсации реактивной мощности статком в электроэнергетической системе»

Использование устройства компенсации реактивной мощности СТАТКОМ в электроэнергетической системе

Северный Арктический федеральный университет, Институт судостроения и морской арктической техники, доцент, кандидат технических наук

ОАО НИПТБ «Онега», инженер-технолог

ОАО ЦС «Звездочка», инженер-технолог

Гибкие (управляемые) линии электропередач переменного тока (FACTS), использующие элементы силовой электроники, повышают управляемость электроэнергетических систем. Устройства FACTS способны воздействовать на напряжение, фазовые сдвиги и сопротивления линий электропередач, а также потоки мощности в узлах энергосистем. Одним из основных устройств FACTS является статический синхронный компенсатор реактивной мощности (СТАТКОМ). В статье рассматривается возможность использования такого устройства в электроэнергетической системе на примере Архангельской области.

Ключевые слова: электроэнергетическая система, гибкие линии электропередач переменного тока (FACTS), СТАТКОМ.

Решение проблем современной электроэнергетики связано прежде всего со снижением потерь электрической энергии, повышением пропускной способности линий электропередач, демпфированием межсистемных колебаний, улучшением управляемости режимов системы и качества электроэнергии. Все эти проблемы наиболее остро ощущаются в электроэнергетической системе Архангельской области. Связано это прежде всего с большой протяжённостью воздушных и кабельных сетей, значительным расстоянием между узлами генерации энергии, отсутствием средств регулирования потоков мощности в энергосистеме. В результате энергосистема характеризуется значительными потерями электрической энергии (около 13 %), а также низким качеством напряжения, которое в некоторых узлах нагрузки существенно отличается от требований нормативных документов.

Решение этих проблем требует применения технических подходов, связанных с использованием устройств регулирования, основанных на современных достижениях силовой электроники. В этом случае целесообразно использовать принципы гибких (управляемых) линий электропередач FACTS (Flexible AC Transmission Systems) [1-4], которые позволяют решить многие из имеющихся проблем в энергосистеме Архангельской области.

Нашей задачей было проанализировать возможность применения для решения указанных задач одного из устройств технологии FACTS -статического синхронного компенсатора реактив-

ной мощности СТАТКОМ [5-6] и исследовать его способность воздействовать на режимы энергосистемы с целью перераспределения потоков мощностей электрической энергии с дальнейшей их оптимизацией, а также влияния этого устройства на улучшение показателей качества электрической энергии в узлах нагрузки системы. Выбор устройства СТАТКОМ для исследования режимов энергосистемы Архангельской области обусловлен не только техническими, но и экономическими аспектами. Если раньше энергия, генерируемая системой, направлялась в центральные районы страны, что приводило к существенному снижению уровня напряжения в узлах потребления электроэнергии в южных районах области, то в настоящее время в связи с удорожанием стоимости энергоносителей и их транспортирования более выгодным стало обеспечивать эти районы электроэнергией, приобретаемой по системе ФОРЭМ. В этом случае поступление энергии приводит к значительному повышению уровня напряжения в некоторых узлах нагрузки, особенно в южных районах области.

В этой ситуации применение устройства СТАТ-КОМ позволит обеспечить оптимальное воздействие на режимы энергосистемы, используя возможности компенсатора работать и в индуктивном, и в емкостном режимах. При этом учитывались и другие особенности компенсатора — быстродействие и точность регулирования, которые обеспечивают качество регулирования в динамических режимах.

основных потребителей электрической энергии. При этом рассматривались различные условия функционирования энергосистемы.

Проверка правильности принятия решения по размещению устройств компенсации реактивной мощности, выбора его параметров осуществлялась путём моделирования различных режимов в среде Matlab.

Схема исследуемой ЭЭС, представленная линиями электропередач напряжением 110/220 кВ, показана на рис. 1. Схема включает в себя три узла генерации энергии: СГ 1 — ЭЭС Архэнерго, СГ 2 — ЭЭС Вологдаэнерго, СГ 3 — Комиэнерго. Протяженность линий электропередач и напряжение в узлах системы указаны в табл. 1.

Анализ функционирования исследуемой ЭЭС проводился при отсутствии в ней средств компенсации реактивной мощности и при включении устройства СТАТКОМ в различных точках системы. Исследовались различные режимы работы энергосистемы при различных соотношениях мощностей узлов генерации (СГ1, СГ2, СГ3), различной мощности узлов потребления электрической энергии и мощности устройства компенсации.

Предварительный расчёт и анализ режимов работы ЭЭС позволили определить наиболее рациональные места установки устройства СТАТКОМ в районах:

— п. Двинской Березник (В6).

Именно в этих районах напряжение в сети существенно отличается от номинального значения. Кроме того, анализ перетоков мощности показал, что это наиболее рациональное размещение средств компенсации и регулирования реактивной мощности.

Мощность компенсатора СТАТКОМ при исследованиях принята равной значению 200 МВА.

Для примера в статье приводятся некоторые результаты исследования возможности установки устройства компенсации реактивной мощности СТАТКОМ в исследуемой ЭЭС для одного из его характерных режимов работы, который определен нагрузками потребления, указанными в табл. 2. В этом случае режимы работы энергосистемы харак-

Параметры ЛЭП Архангельской области

ЛЭП Напряжение, кВ Протяженность, км

В1 — В6 (г. Архангельск — п. Двинской Березник) 110 280

В2 — В9 (г. Архангельск — п. Плесецк) 220 230

В9 — В10 (п. Плесецк — п. Коноша) 220 220

В10 — В4 (п. Коноша — г. Вологда) 220 350

В10 — В7 (п. Коноша — г. Вельск) 220 120

В7 — В8 (г. Вельск — г. Котлас) 220 260

В8 — В3 (г. Котлас — г. Сыктывкар) 220 350

В6 — В8 (п. Двинской Березник — г. Котлас) 110 320

В6 — В7 (п. Двинской Березник — г. Вельск) 110 250

Основной целью исследования являлось определение возможности применения устройства компенсации реактивной мощности СТАТКОМ в условиях Архангельской области, способности этого устройства воздействовать на перетоки активной и реактивной мощностей в линиях электропередач с дальнейшей оптимизацией режимов системы, а также способности этого устройства стабилизировать уровень напряжения в основных узлах потребителей электроэнергии.

Предварительные расчёты режимов исследуемой электроэнергетической системы (ЭЭС) и их анализ позволили определить наиболее рациональные места установки устройства СТАТКОМ, в которых возможны наиболее существенное влияние на перетоки электрической энергии, улучшение качества напряжения, повышение устойчивости системы. Также определены мощности этого устройства, достаточные для воздействия на пере-

Рис. 1. Схема замещения ЭЭС Архангельской области

токи мощностей в линиях электропередач и возможные диапазоны регулирования этих мощностей, выполнена оценка воздействия компенсатора СТАТКОМ на изменение напряжения в узлах

теризуются существенным отклонением напряжения в узлах потребления от номинального значения (табл. 3). Результаты показывают, что в данном режиме функционирования ЭЭС напряжения в узлах нагрузки, находящихся вблизи источников генерирования энергии, близки к номинальным. В более удалённых узлах нагрузки возможно существенное снижение напряжения. Так, например, на шинах В7 (г. Вельск) напряжение составляет 0,85 о. е. от номинального, на шинах В8 (г. Котлас) — 0,86 о. е., в районе узла В15 (п. Двинской Березник) — 0,79 о. е.

Мощность, потребляемая в населенных пунктах Архангельской области

Узел нагрузки Населенный пункт Мощность

Активная, кВт Реактивная, кВАр

N 1 (В2) г. Архангельск -г. Северодвинск 240 180

N 2 (В9) п. Плесецк 160 120

N 3 (В10) п. Коноша 80 60

N 4 (В7) г. Вельск 80 60

N 5 (В8) г. Котлас 160 120

N 6 (В6) п. Двинской Березник 50 45

Значения напряжения в узлах потребления электроэнергии

Шина Без СТАТКОМа (о. е.) Включение СТАТКОМ на шинах В10 (о. е.) Включение СТАТКОМ на шинах В6 (о. е.)

В10 0,84 0,97 0,86

В11 0,79 0,82 0,99

В12 0,79 0,82 0,99

В табл. 4 показаны значения потоков активной и реактивной мощностей при отсутствии в системе устройства компенсации реактивной мощности и при его установке на шинах В10 или шинах В6. Как видно из результатов исследования, включение устройства СТАТКОМ в районе г. Коноша (В10) позволяет изменять значения перетоков активной мощности в достаточно широких диапазонах. Например, изменение активной мощности в линиях электропередач, наиболее важных для обеспечения работы основных потребителей электроэнергии области В4 — В10 и В9 — В10, происходит с -0,20 о. е. до 0,03 о. е. и с 1,29 о. е. до 1,90 о. е. соответственно. При этом включение устройства СТАТКОМ в этой точке оказывает существенное влияние и на перетоки мощности в линии В3-В8 (от 0,52 о. е. до 0,79 о. е.).

Значения активной и реактивной мощностей в узлах потребления электроэнергии

При включении компенсатора на шинах В10 (район г. Коноша) значения напряжения в узлах потребления электроэнергии почти на всём юге области стабилизировалось. Так, например, на шинах В4 напряжение поднялось до значения 1,01 о. е., на шинах В7 — до значения 0,96 о. е., на шинах В10 — до значения 0,97 о. е. Следовательно, при установке компенсатора СТАТКОМ на шинах В10 обеспечивается стабилизация напряжения в узлах нагрузки на всем юге области.

Включение устройства СТАТКОМ на шинах В6 (п. Двинской Березник) обеспечивает стабилизацию напряжения в узлах потребления В6, В11, В12 до значения 0,99 о. е.

Линия Без СТАТКОМа (о. е.) Включение СТАТКОМ на шинах В10 (о. е.) Включение СТАТКОМ на шинах В6 (о. е.)

В1 — В6 0,49 0,58 0,86

В2 — В9 2,96 3,47 3,06

В3 — В8 0,52 0,79 0,71

В4 — В10 -0,20 -0,03 -0,17

В7 — В8 0,34 0,18 0,37

В9 — В10 1,29 1,90 1,42

В10 — В7 0,63 0,50 0,79

В6 — В12 0,20 0,28 0,13

В6 — В8 0,63 0,80 1,09

В1 -В6 0,79 0,86 0,72

В2 — В9 5,60 5,80 5,70

В3 -В8 1,23 1,00 1,00

В4 — В10 0,73 0,48 0,69

В7 — В8 -0,25 0,04 -0,27

В9 — В10 0,28 -0,002 0,25

В10 — В7 0,36 0,92 0,22

В6 — В12 -0,05 -0,12 0,10

В6 — В8 0,44 0,40 0,23

Установка устройства компенсации реактивной мощности в районе п. Двинской Березник также позволяет регулировать потоки активной и реактивной мощности, особенно в линиях В1 — В6 и В3 — В8. Но влияние этого устройства ниже, чем при установке его в узле В10.

Таким образом, установлено, что использование статических компенсаторов реактивной мощности СТАТКОМ в энергосистеме Архангельской области позволит осуществить регулирование активной и реактивной мощности в достаточно широком диапазоне, что, в свою очередь, позволит в дальнейшем выбирать оптимальные режимы работы электроэнергетической системы с целью снижения потерь

электрической энергии при её передаче. Кроме того, установка устройства СТАТКОМ обеспечит стабилизацию напряжения в наиболее проблемных узлах

потребления электроэнергии и соблюдение в этих узлах требуемых параметров в соответствии с нормативными документами.

1. Кочкин В. И. Традиционные и новые технологии управления режимами работы электрических сетей на основе устройств силовой электроники // Электротехника. — 2009. — № 6.

2. Мисриханов М. Ш., Рябченко В. Н., Ситников В. Ф. Устройства FACTS // Электро-info. — 2008. — № 1.

3. Статические компенсаторы реактивной мощности для электрических сетей: Сборник статей / Под ред. В. И. Кочкина. — М.: ЭЛЕКС-КМ, 2010. — 296 с.

4. Hingorani N. G., Gyugy L. Understanding FACTS Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. IEEE Press, New York, 2000.

5. Singh B.R., Sharma N. K., Tiwari A. N. Prevention of Voltage Instability by Using FACTS Controllers in Power Systems: A Literature Survey. International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2 (5), 2010.

6. Valderrama E., Mattvelli P., Stankovic A. Reactive Power and Unbalance Compensation Using STATCOM with Dissipativity — Based Control. IEEE Transactions and Control Systems Techology, Vol. 9, № 5, 2001.

Reactive power compensation STATCOM devices in the power system of the Arkhangel’sk region S. N. Edemsky,

Northern (Arctic) Federal University, Institute of shipbuilding and the Arctic marine engineering, the head of automation and management in technical systems department, lecturer, PhD.

I. I. Pushkarenko,

Company «Onega», engineer

Company «Zvezdochka», engineer

Flexible AC Transmission Systems (FACTS) with power electronic components enhance controllability electrical power system. FACTS devices are able of opportunely modify voltage, phase angle and impedanse and then the power flows at particular point in power systems. One of the main FACTS devices is static synchronous compensator of the reactive power (STAT-COM). In this paper we describe the possibility of the using of STATCOM in electrical power system of the Arkhangelsk region.

Keywords: electrical power system, FACTS, STATCOM.

Источник

Новые технологии компенсации реактивной мощности

Общая тенденция формирования гибких управляемых систем передачи переменного тока FACTS (Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystem) существенно изменила современную концепцию устройств для компенсации реактивной мощности.

Статические (или механически переключаемые) релейные (контакторные) установки КРМ, УКРМ и их аналоги, управляемые тиристорами модуля типа TCSC (ThyristorControlledSeriesCapacitor — устройства компенсации реактивной мощности с тиристорным переключением), синхронные компенсаторы (SynchronousCondenser), реакторы с тиристорным управлениемTCR (ThyristorControlledReactor) и конденсаторные батареи с тиристорным переключениемTSC (ThyristorSwitchedCapacitor), в том числе создаваемые на их базе и в комбинации компонентов TCR и TSC системы статической компенсации реактивной мощности SVC (Static VAR Compensator) не лишены недостатков, часто критических и понемногу начинают уступать свое положение самокоммутируемым преобразователям напряжения, способным, как к генерации, так и поглощению реактивной мощности, а также другим устройствам, поддерживающим системы FACTS — статическим синхронным компенсаторам серий STATCOM и SSSC, унифицированным электроэнергетическим регуляторам потока (UPFC) и интерлайн-регуляторам потока (IPFC), сверхпроводящим электромагнитным запоминающим устройствам (SMES) и т.д.

Таблица. Сравнение свойств базовых устройств компенсации реактивной мощности.

Типа TSC (и в комбинации с TCR)

Хорошая (очень хорошая для систем с TCR)

Хорошая (очень хорошая для систем с TCR)

Особенности генерируемой мощности

Отставание / (косвенно) опережение

Опережение / (косвенно) отставание

От 1/2 до 2 циклов

От 1/2 до 2 циклов

Стойкость к гармоникам

Малые, но увеличиваются с ростом частоты

Способность баланса фаз

Прогрессивные устройства компенсации реактивной мощности, поддерживающие системы FACTS. Если абстрагироваться от управляемых фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока на базе преобразователей напряжения, объединенных регуляторов потока мощности, асинхронизированных машин иэлектромашинновентильных комплексов, ориентированных преимущественно на электростанции и линии/станции сверхвысокого напряжения, то в сетях высокого, среднего, а часто и низкого напряжения сегодня популяризуются:

• самокоммутируемые преобразователи напряжения. По сути, самокоммутируемые преобразователи напряжения наиболее наглядно демонстрируют базовую технологию систем FACTS – способность поглощать и генерировать реактивную мощность, что позволяет нивелировать риски, как перенапряжений, так и провалов сетевого напряжения.

Рис. Самокоммутируемые преобразователи напряжения, где V0 — напряжение вторичной обмотки трансформатора, Vg — основная гармоника напряжения на выходе преобразователя.

Управление самокоммутируемыми преобразователями напряжения осуществляется в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ, англ. аналог PWM — PulseWidthModulation), ключом которой является синфазность напряжения сетиV0 и напряжения на выходе преобразователя. Превышение или падение напряжения на выходе преобразователя в сравнении с напряжением вторичной обмотки трансформатора обуславливает изменение напряжения на соответствующем реакторе продольной компенсации, что в итоге определяет работу самокоммутируемого преобразователи или в режиме поглощения реактивной мощности (Vg V0 — емкостной режим);

• статическиесинхронныекомпенсаторытипа STATCOM (STATicsynchronousCOMpensator).

Статические синхронные компенсаторы типа STATCOM имеют ряд типовых топологий, основанных на твердотельном источник напряжения (инверторе), связанным с энергетической системой через реактор, по факту — это многоуровневые самокоммутирующиеся преобразователи, отличительной чертой которых является перераспределение реактивной энергией между фазами, что определяет базовую способность СТАТКОМа к генерации и поглощению реактивной мощности.

Рис. Типовые топологии статических синхронных компенсаторов типа STATCOM.

В отличие от статических тиристорных компенсаторов систем SVC (Static VAR Compensator) (TCR,TSC в комбинации с TCR) мощность тиристорного преобразователяSTATCOM на 20-30 % больше, мощность реакторов и конденсаторов компенсаторов STATCOM составляет 15-20 % и 10-12 % от мощности всего устройства (в SVCмощность реакторов и конденсаторов — 1005 устройства), STATCOM отличается большим быстродействием, практически мгновенно изменяет реактивную мощность, не инерционный и исключает перегрузки.

• статический синхронный компенсатор типа SSSC (StaticSynchronousSeriesCompensator).

Статический синхронный компенсатор типа SSSC считают усовершенствованным устройством тиристорно-управляемых установок последовательной (продольной) компенсации TCSC (ThyristorControlledSeriesCompensator), исключающим главный недостаток TCSC — переход к индуктивному режиму работы только после отключения емкостного. Плавная смена режимов в SSSC реализована с помощью управления в режиме широтно-импульсной модуляции PWM, а также применения базовых принципов систем динамического восстановления напряжения DVR (DynamicVoltageRestorer);

• динамический восстановитель напряжения DVR (DynamicVoltageRestorer).

Системы динамического восстановления напряжения DVR ориентированы на формирование стабильного напряжения нагрузки вне зависимости от изменений напряжения в сети. В случае перенапряжения или провала напряжения на зажимах нагрузки динамический восстановитель напряжения компенсирует изменения фаз по амплитуде и углам сдвига фаз путем генерирования или поглощения реактивной мощности, осуществляемой преобразователем напряжения IGCT, причем напряжение каждой фазы регулируется отдельно с помощью широтно-импульсной модуляции PWM. Ключевые компоненты DVR — распределительное устройство, вольтодобавочный трансформатор, гармонический фильтр, исходный преобразователь напряжения IGCT, система управления и система защиты, накопитель реактивной энергии ( батарея конденсаторов);

• унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC (UnifiedPowerFlowController).

Унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC может генерировать или поглощать реактивную энергию и тем самым осуществляется непосредственное управление напряжением нагрузки. Как правило, унифицированный регулятор потока мощности UPFC включает поперечный, продольный компенсатор и фазосдвигающее устройство, два независимых инвертора, шунтирующий преобразователь и трансформатор тока, блоки управления широтно-импульсной модуляции PWM. Часто унифицированный (объединенный) регулятор потока мощности UPFC называют комбинацией в одном устройстве статических синхронных компенсаторов STATCOM и SSSC с их достоинствами и минимумом недостатков.

Источник

СТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (СТАТКОМ)

С появлением мощных высоковольтных полностью управляемых приборов типа IGCT и IGBT началось внедрение нового типа устройств, называемых СТАТКОМ (статический синхронный компенсатор), задачей которых является улучшение качества электроэнергии и повышение эффективности систем ее передачи и распределения за счет компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения и повышения устойчивости работы энергосистем. По сравнению с СТК и другими традиционными устройствами компенсации реактивной мощности СТАТКОМ имеет ряд преимуществ, приведенных ниже:
• Лучшие динамические характеристики;
• Возможность поддержания номинального емкостного выходного тока при низком напряжении системы, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую динамическую устойчивость передачи по сравнению с СТК;
• Благодаря высокой частоте переключения приборов, СТАТКОМ может осуществлять активную фильтрацию гармонических токов нагрузки;
• Требует меньше места для установки (приблизительно в два раза по сравнению с СТК);
• Меньший уровень активных потерь.

1 Теория СТАТКОМа

СТАТКОМ представляет собой управляемый источник напряжения (УИН) с внутренним сопротивлением, практически равным нулю. Его подключение к сети производится через линейный реактор, обеспечивающий преобразование разности напряжений сети и УИН в выходной ток СТАТКОМа, т.е. превращения источника напряжения в источник тока (рис.1).

Рис. 1. Однолинейная схема подключения СТАТКОМа к сети

Векторная диаграмма напряжений, иллюстрирующая режимы работы СТАТКОМа, показана на рисунке 2. В режиме потребления реактивной мощности выходное напряжение преобразователя меньше напряжения линии и находится с ним в фазе. В режиме генерации – выходное напряжение преобразователя больше напряжения на линии и так же в фазе с ним.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений в различных режимах работы СТАТКОМа

Наша компания производит два типа СТАТКОМа:
• Одноуровневые типа D-СТАТКОМ с подключением к шинам 6-10 кВ через понижающий трансформатор. Такие устройства используются в распределительных сетях промышленных предприятий и энергосистем для решения локальных задач улучшения показателей качества электроэнергии, симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности. Описание D-СТАТКОМа
• Многоуровневые бестрансформаторные СТАТКОМы, подключаемые непосредственно на шины среднего напряжения от 6 до 35 кВ. Многоуровневые СТАТКОМы применяются для снижения вредного воздействия на сеть мощных быстропеременных нагрузок типа дуговых сталеплавильных печей и повышения динамической устойчивости в сетях высокого напряжения. Описание многоуровневого СТАТКОМа.

Описание D-СТАТКОМа

Пример однолинейной схемы D-СТАТКОМа представлен на рис 1. Схема включает в себя трехфазный инвертор напряжения с номинальным напряжением 550 — 600 В, понижающий трансформатор, сетевой фильтр и коммутационную аппаратуру.

Рис.1. Однолинейная схема СТАТКОМа

Перечень основного оборудования, входящего в объем поставки комплекта СТАТКОМ, приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование	Кол-во	Стандарт
1.1	Трехфазный инвертор напряжения на основе полностью управляемых вентилей с использованием широтно-импульсной модуляции с жидкостным охлаждением для быстрого контроля реактивной мощности	1	IEC 146-2 IEC61800-3 EN 50178
1.2	Трехфазный реактор со стальным сердечником.	1	IEC289
1.3	Трехфазный сетевой фильтр.	1	EN60831
1.4	Трехфазный разъединитель между трансформатором и инвертором	1	EN62271
1.5	Система управления и защиты для симметрирования напряжения, защиты, контроля и т.д.	1	EN 60439-1 EN60529
1.6	Шкаф для размещения оборудования позиций 1.1-1.5 с двухсторонним доступом, освещением и цепями питания (4000х1000х2300мм, общий вес поз.1.1-1.6: 5500 кг)	1	IEC 439-1
1.7	Шкаф системы жидкостного охлаждения с двумя насосами и теплообменным агрегатом типа «вода-вода» (2100х950х1800 мм, вес 1200 кг)	1
2	Трехфазный силовой трансформатор сухой с естественным воздушным охлаждением внутренней установки	1	IEC 76

В комплект поставки оборудования СТАТКОМ также входят

• комплектующие и материалы для монтажа внутренних соединений преобразователя;
• запасные части на время проведения пуско-наладочных работ;
• комплект эксплуатационной документации на оборудованиеСТАТКОМ

Система управления СТАТКОМа

Система управления СТАТКОМа осуществляет непрерывный контроль сетевого напряжения и тока нагрузки, осуществляет симметрирование активной мощности, компенсацию реактивной мощности нагрузки и стабилизацию напряжения на шинах среднего напряжения, а также мониторинг состояния оборудования СТАТКОМа и его защиту в аварийных ситуациях.
Система управления поставляется в шкафном исполнении.
Класс защиты шкафа от попадания твердых предметов и воды — IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Цвет шкафа — RAL 7035.
Предварительные габаритные размеры шкафа:

• Ширина 1200 мм
• Глубина 1000 мм
• Высота 2300 мм
• Вес 500 кг

Примерный вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) с системой управления представлен на рис. 2.

Рис.2. Внешний вид шкафов тиристорного преобразователя (инвертора) и системы управления СТАТКОМ.

Система водяного охлаждения

Система водяного охлаждения СТАТКОМ оборудована двумя насосами, один из которых является резервным, фильтрами грубой и тонкой механической очистки деионизированной воды, а также средствами измерения и контроля основных параметров теплоносителя.
Основными параметрами, контролируемыми автоматикой системы охлаждения, являются:
— температура теплоносителя,
— проводимость теплоносителя,
— расход теплоносителя,
— давление в контуре охлаждения тиристорного преобразователя (инвертора).
Класс защиты шкафа системы охлаждения от попадания твердых предметов и воды — IP 31 по ГОСТ 14254-96.
Предварительные габаритные размеры шкафа:

• Ширина 950 мм
• Глубина 2100 мм
• Высота 1793 мм
• Вес, не более 1000 кг

Условия эксплуатации:
Высота над уровнем моря: не более 1000 м
Климат: континентальный
Мин/Макс. температура окружающей среды:
для оборудования внутренней установки: +20°С/+30°C
Уровень загрязнения: средний
Уровень влажности: 30-100%, без конденсата

Описание многоуровневого СТАТКОМа

В случае прямого (бестрансформаторного) подключения СТАТКОМа к сетям среднего класса напряжения применяются многоуровневые преобразователи. Одним из таких преобразователей является преобразователь на основе Н-мостов. Важнейшим достоинством данной конфигурации является её модульность, что позволяет легко производить масштабирование СТАТКОМа при переходе к различным уровням напряжения и облегчает условия эксплуатации и обслуживания электроустановки.
На рисунке 1 в качестве примера показана фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма его выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности. Для каскадного многоуровневого инвертора полное выходное напряжение является суммой выходных напряжений отдельных модулей H-мостов. Каждое отдельное выходное напряжение получается с использованием ШИМ модуляции со сдвигом фазы коммутации для каждого моста. Особенностью данной конфигурации преобразователя является то, что при увеличении класса напряжения, а, следовательно, и числа последовательно включенных Н-мостов, форма выходного напряжения все более приближается к идеальной синусоиде.

Рис. 1. Фаза 7-ми уровневого преобразователя на базе Н-моста и форма выходного напряжения в режиме генерации реактивной мощности.

Пилотный проект многоуровневого СТАТКОМа был реализован в 2011 г. в энергосистеме China Southern Power Grid. Установка, содержащая 2 СТАТКОМа, была смонтирована на ПС 500 кВ энергосистемы China Southern Power Grid (Китай).
В таблице 1 представлены основные характеристики установки.

Таблица 1.

Год ввода в эксплуотацию	2011
Номинальная мощность	2х100 Мвар
Максимальная мощность	2х160 Мвар в течение 10 с.
Топология	Каскадный Н-мост, многоуровневый
Количество мостов для каждой фазы	24 + 2 избыточных
Соединение	Треугольник
Напряжение питающей линии	35 ± 15% кВ
Функции	регулирование напряжения в сети, гашение качаний активной мощности

Каждая фаза преобразователя содержит 26 последовательно соединенных модулей HBMU, два из которых являются избыточными. Предусмотрено автоматическое шунтирование поврежденного модуля при его отказе. На рис.2-а приведена топология СТАТКОМА. Принцип смещенной ШИМ-модуляции обеспечивает эквивалентную частоту коммутации 10 кГц при частоте коммутации одного моста 400 Гц, что минимизирует содержание высших гармоник в выходном напряжении и токе, форма которых приведена на рис.2-б.

Рис. 2. Топология СТАТКОМа (а) и форма выходного тока и напряжения (б)

Фаза преобразователя, состоящая из 26 модулей HBMU (фото на рис. 3) монтируется в виде одной конструкции и помещается внутри одного контейнера. Там же размещается система жидкостного охлаждения. Общая система управления установлена в отдельном контейнере. Два преобразователя с фазными реакторами подключаются к сети 500 кВ через специальный трансформатор 500/35 кВ.

Рис. 3. Фото одной фазы преобразователя

Рис. 4. Общий вид установки

Функциональные испытания пилотного образца, включающего два СТАТКОМа на напряжение 35 кВ и номинальную мощность ±100 Мвар, дали следующие результаты:

1. . Время отклика (задержки) на ступенчатое изменение уставки не превышает 4 мс;
2. . Полное восстановление работы СТАТКОМА происходит через 0,26 сек после пробоя любого моста.
3. . Суммарный уровень высших гармоник до 50 порядка в выходном токе составил около 1,2%.
4. . Суммарные потери не превысили 2,1 МВт или 1,05% от полной реактивной мощности установки.

Источник