СИСТЕМА СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ И/ИЛИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ Российский патент 2011 года по МПК H02J3/18 

Область техники

Изобретение относится, по существу, к сетям передачи электроэнергии и, более конкретно, к поддержанию реактивной мощности в сетях электроснабжения.

Предшествующий уровень техники

Сеть электроснабжения, доставляющая электроэнергию к потребителям, должна иметь возможность регулирования дисбаланса или нестабильности напряжения, падения напряжения, низкого коэффициента мощности, искажения или пульсации, возникающих в сети. Одним из путей решения этой проблемы является управление реактивной мощностью.

Статический компенсатор - это электрическое устройство, которое основано на технологии преобразования напряжения источника и которое можно использовать для обеспечения сети электроснабжения реактивной мощностью. Оно способно создавать или поглощать реактивную мощность, и его можно регулировать с помощью быстродействующей системы управления.

На фиг.1 показана основная компоновка статического компенсатора. В базовой конфигурации статический компенсатор 1 состоит из источника 2 напряжения постоянного тока, инвертора 3, преобразующего постоянный ток в переменный (преобразователь напряжения источника), и трансформатора 4. Регулирование амплитуды выходного напряжения статического компенсатора позволяет управлять обменом реактивной мощности между статическим компенсатором и сетью 5 электроснабжения. Если амплитуда выходного напряжения превышает амплитуду напряжения сети электроснабжения, реактивный ток протекает через реактивное сопротивление трансформатора от статического компенсатора 1 в сеть 5 электроснабжения, и устройство генерирует реактивную мощность. Если амплитуда выходного напряжения статического компенсатора уменьшается до уровня ниже, чем у сети электроснабжения, ток протекает от сети 5 электроснабжения к статическому компенсатору, который поглощает реактивную мощность. Если выходное напряжение статического компенсатора равно напряжению сети электроснабжения, реактивный ток равен нулю и статический компенсатор не генерирует и не поглощает реактивную мощность. Ток, выходящий от статического компенсатора, на 90° сдвинут относительно напряжения сети электроснабжения, и он может быть опережающим, т.е. генерирующим реактивную мощность, или запаздывающим, т.е. поглощающим реактивную мощность. Эквивалентно, образуются опережающие (емкостные) или запаздывающие (индуктивные) вары (вольт-амперы реактивные).

Статический компенсатор содержит главную схему, преобразователь напряжения источника, предназначенный для регулирования подачи или поглощения определенного количества реактивной мощности ("номинальная мощность"). Главная схема может, например, содержать биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), тиристоры с коммутируемым затвором (GTO), или тиристоры с интегрированным коммутируемым затвором (IGCT).

Существуют ситуации, когда предпочтительно обеспечить статический компенсатор источником энергии на его стороне постоянного тока, чтобы обеспечить некоторую действующую мощность, также именуемую активной мощностью, в дополнение к реактивной мощности, генерируемой в сеть. То есть, иногда полезно иметь возможность управлять не только реактивной мощностью, но и подавать или поглощать действующую мощность. Например, действующую мощность можно использовать либо как источник резервной мощности, когда в сети внезапно возникает дефицит энергии, или как управляющую мощность для управления переходными процессами и электромеханическими колебаниями в сети.

На фиг.2 показан статический компенсатор, имеющий источник энергии (U_es), включенный на стороне постоянного тока. Источник 6 энергии может быть выполнен как устройство аккумулирования энергии, которое может временно подавать ранее аккумулированную энергию, или как источник энергии, содержащий некоторый преобразователь неэлектрической энергии в электрическую. Источник 6 энергии может содержать, например, обычные конденсаторы постоянного тока, суперконденсаторы, электрохимические аккумуляторы, топливные элементы или фотогальванические модули.

Источники 6 энергии адаптированы к соответствующему типичному времени цикла разряда, длящемуся секунды (обычные конденсаторы), минуты (суперконденсаторы), или до 30 минут (аккумуляторы) или даже непрерывно (топливные элементы или фотогальванические модули), в зависимости от типа аккумулирующего элемента и условий нагрузки. Независимо от типа источника энергии в следующем устройстве 6 аккумулирования энергии, соединенном с линией постоянного тока статического компенсатора, они имеют общий признак, согласно которому во время цикла заряда/разряда их напряжение постоянного тока меняется. Однако напряжение постоянного тока на статическом компенсаторе должно превышать определенный минимальный уровень, чтобы статический компенсатор мог обеспечивать реактивную мощность, на которую он рассчитан. В частности, статический компенсатор должен быть способен обеспечивать номинальную реактивную мощность, даже когда источник энергии разряжен или разрядился до низшего допустимого уровня заряда.

Поскольку напряжение постоянного тока источника 6 энергии подается непосредственно на шину постоянного тока статического компенсатора, такой статический компенсатор должен быть рассчитан на работу с изменяющимся напряжением постоянного тока. Номинальное напряжение постоянного тока U_DC для статического компенсатора не должно превышать низшее значение рабочего напряжения источника энергии, т.е. U_DC≤U_es, _min=U_es (в разряженном состоянии). Статический компенсатор должен быть способен работать со всеми уровнями напряжения постоянного тока вплоть до наивысшего напряжения постоянного тока источника энергии, т.е. до U_es, _max=U_es (в полностью заряженном состоянии).

Главная схема статического компенсатора должна быть спроектирована так, чтобы регулировать максимальный уровень напряжения постоянного тока U_es, _max (в полностью заряженном состоянии), чтобы выдерживать изменения напряжения постоянного тока в устройстве 6 аккумулирования энергии. Это очень дорого, поскольку для такого расширения диапазона необходимо применять дорогие компоненты. Типично, изменение напряжения постоянного тока устройства 6 аккумулирования энергии составляет 20-100% от номинального напряжения постоянного тока для статического компенсатора.

Статический компенсатор рассчитан на регулирование определенной реактивной мощности, например, 100 Мвар, и, если эта номинальная реактивная мощность высока по сравнению с номинальной активной мощностью устройства 6 аккумулирования энергии, т.е. по сравнению с составляющей действующей мощности, издержки, создаваемые изменяющимся уровнем напряжения постоянного тока, будут высоки.

На фиг.3 показано известное решение для регулирования изменяющегося напряжения постоянного тока устройства аккумулирования энергии. В частности, для преобразования напряжения в требуемое напряжение можно использовать преобразователь 7 постоянного тока в постоянный ток. Однако преобразователи постоянного тока в постоянный ток весьма сложны и дороги, особенно, поскольку всю активную мощность нужно пропускать через такой преобразователь, и, поскольку уровень напряжения, подходящий для преобразователя напряжения источника, может быть довольно высок, издержки существенно возрастают.

Таким образом, стоимость расширения диапазона возможности регулирования статического компенсатора, чтобы статический компенсатор мог регулировать изменяющееся напряжение постоянного тока подключенного устройства аккумулирования энергии, очень высока.

В WO 96/18937 раскрыт двунаправленный преобразователь (т.е. переменный ток -> постоянный ток или постоянный ток -> переменный ток) для передачи электроэнергии между высоковольтной электрической сетью переменного тока и аккумулятором/источником энергии постоянного тока, например, аккумулятором или последовательностью фотогальванических или топливных элементов. Преобразователь содержит инвертор на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), соединенный с сетью, и модулятор постоянного тока, включенный между ШИМ-инвертором и аккумулятором/источником энергии постоянного тока. Блок управления инвертором включает в себя регулятор напряжения на шине постоянного тока, который регулирует напряжение на стороне постоянного тока ШИМ-инвертора, и контроллер реактивной мощности. Блок управления постоянным током содержит контроллер активной мощности, который управляет потоком активной мощности, регулируя протекание тока от аккумулятора/источника постоянного тока. Путем модуляции переключателей постоянного тока в модуляторе осуществляется управление постоянного тока в аккумуляторе/источнике постоянного тока для обеспечения требуемого потока активной мощности через модулятор постоянного тока, независимо от напряжения постоянного тока аккумулятора/источника постоянного тока.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание системы статического компенсатора для подачи реактивной и/или активной мощности в сеть электроснабжения, благодаря которому преодолеваются или, по меньшей мере, ослабляются вышеописанные проблемы. В частности, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа стыковки устройства аккумулирования энергии с изменяющимся напряжением постоянного тока со статическим компенсатором, работающим на не изменяющемся напряжении постоянного тока.

Другой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа обеспечения не изменяющегося напряжения постоянного тока на статическом компенсаторе, независимо от рабочего состояния устройства аккумулирования энергии и, в частности, независимо от уровня заряда устройства аккумулирования энергии.

Эти цели и другие задачи достигаются с помощью системы статического компенсатора для подачи реактивной и/или активной мощности в сеть электроснабжения, как заявлено в независимом пункте формулы.

Согласно настоящему изобретению предлагается система статического компенсатора для подачи реактивной и/или активной мощности в сеть электроснабжения. Система содержит статический компенсатор, который, в свою очередь, содержит конденсатор постоянного тока и преобразователь напряжения источника. Конденсатор постоянного тока и преобразователь напряжения источника статического компенсатора соединены параллельно. Статический компенсатор подключен к отдельному устройству аккумулирования энергии, обеспечивающему напряжение постоянного тока. Система характеризуется тем, что содержит устройство промежуточного преобразователя, которое включено последовательно с устройством аккумулирования энергии и параллельно конденсатору постоянного тока статического компенсатора. Устройство промежуточного преобразователя и устройства аккумулирования энергии дополнительно соединены параллельно с преобразователем напряжения источника статического компенсатора. С помощью настоящего изобретения можно получить существенное сокращение издержек, допускается, например, применение менее дорогих компонентов, а также более прочных компонентов. Нет необходимости применять статические компенсаторы большей мощности для регулирования изменяющихся уровней напряжения внешнего устройства аккумулирования энергии. Дополнительно, уменьшаются потери и снижается регулирование мощности.

Согласно одному варианту настоящего изобретения схема промежуточного преобразователя содержит преобразователь тока источника. Он может быть, например, тиристорным преобразователем. Таким образом, можно использовать компоненты, имеющиеся на рынке. Дополнительно, использование линейно-коммутируемых тиристоров дает существенную экономию.

Согласно другому варианту настоящего изобретения устройство промежуточного преобразователя выполнено с возможностью регулирования разности напряжения между устройством аккумулирования энергии и источником постоянного тока статического компенсатора. В частности, устройство промежуточного преобразователя может быть выполнено с возможностью зарядки устройства аккумулирования энергии и с возможностью подачи напряжения на источник постоянного тока статического компенсатора. Устройство промежуточного преобразователя, таким образом, может содержать средство для создания однонаправленного напряжения или содержать средство для создания двунаправленного напряжения. Таким образом, систему можно быстро адаптировать к конкретным потребностям пользователя или конкретной системы электроснабжения.

В еще одном варианте настоящего изобретения устройство промежуточного преобразователя выполнено с возможностью питания через трансформатор от клемм переменного тока статического компенсатора. Трансформатор может быть соединен с клеммами переменного тока статического компенсатора на стороне первичной обмотки или на стороне вторичной обмотки трансформатора статического компенсатора.

Альтернативно, устройство промежуточного преобразователя выполнено с возможностью питания посредством отдельной подачи питания переменного тока. И вновь, система может быть адаптирована к конкретным требованиям потребителя или для использования в конкретной системе.

Согласно еще одному варианту настоящего изобретения устройство аккумулирования энергии содержит конденсатор постоянного тока, суперконденсатор, электрохимический аккумулятор, топливный элемент или фотогальванические модули. В системе согласно настоящему изобретению можно использовать любое подходящее устройство аккумулирования энергии.

В еще одном варианте настоящего изобретения устройство промежуточного преобразователя содержит средство для обеспечения сети реактивной мощностью. Средство для обеспечения реактивной мощностью, например, может содержать полупроводниковые коммутируемые устройства, например, тиристоры с коммутируемым электродом. Таким образом, система содержит дополнительный признак.

Другие варианты настоящего изобретения определены в зависимых пунктах приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает базовую конфигурацию статического компенсатора;

фиг.2 изображает статический компенсатор предшествующего уровня техники, подключенный к устройству аккумулирования энергии;

фиг.3 изображает решение по предшествующему уровню техники для регулирования изменяющегося напряжения источника энергии;

фиг.4 и 5 изображают варианты настоящего изобретения;

фиг.6 изображает вариант устройства промежуточного преобразователя для использования в настоящем изобретении;

фиг.7 изображает другой вариант устройства промежуточного преобразователя для использования в настоящем изобретении.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Описание предшествующего уровня техники со ссылками на фиг.1-3 приведено выше.

На фиг.4 показан вариант выполнения настоящего изобретения. В частности, на фиг.4 статический синхронный компенсатор (далее "статический компенсатор") 11 с требуемым неизменным уровнем напряжения U_d постоянного тока соединен с сетью 14 электроснабжения. Статический компенсатор 11 относится к известному типу и содержит схему U_d постоянного тока, например, батарею конденсаторов постоянного тока (далее "конденсатор постоянного тока"), преобразователь постоянного тока в переменный и трансформатор T_s. Преобразователь постоянного тока в переменный содержит преобразователь 10 напряжения источника (voltage source converter, VSC), который преобразует напряжение постоянного тока в трехфазное выходное напряжение или в однофазное напряжение для сети 14 электроснабжения. Конденсатор постоянного тока соединен параллельно с преобразователем 10 напряжения источника. Главной схемой статического компенсатора 11 является преобразователь 10 напряжения источника, который, таким образом, предназначен для управления подачей или поглощением реактивной мощности. Главная схема может, например, содержать устройства биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), устройства тиристоров с коммутируемым затвором (GTO), или устройства тиристоров с интегрированным коммутируемым затвором (IGCT). Средняя величина напряжения U_d постоянного тока регулируется системой управления преобразователя напряжения источника, а конденсатор постоянного тока выполнен с возможностью поддержания неизменного напряжения постоянного тока, чтобы преобразователь 10 напряжения источника мог работать.

Для обеспечения помимо реактивной мощности также и активной мощности устройство 12 аккумулирования энергии с напряжением U_b соединено параллельно со статическим компенсатором 11 и, в частности, соединено параллельно с конденсатором постоянного тока. Для удобства в нижеследующем описании в качестве примера устройства 12 аккумулирования энергии используется электрохимический аккумулятор. Однако следует отметить, что в настоящем изобретении можно использовать элемент, аккумулирующий энергию, любого другого типа, например, упомянутые выше обычные конденсаторы постоянного тока, суперконденсаторы, электрохимические аккумуляторы, топливные элементы или фотогальванические модули. Устройство аккумулирования энергии, таким образом, как указано выше, может быть выполнено как устройство аккумулирования энергии, которое временно подает ранее запасенную энергию, или как источник энергии, который каким-либо способом преобразует неэлектрическую энергию в электрическую.

Статический компенсатор 11 предпочтительно должен эксплуатироваться при приблизительно неизменном напряжении U_d постоянного тока, и согласно настоящему изобретению проблема стыковки статического компенсатора 11 с устройством 12 аккумулирования энергии, имеющим изменяющееся напряжение, решается введением устройства 13 промежуточного преобразователя. Согласно настоящему изобретению меняющийся уровень напряжения постоянного тока устройства 12 аккумулирования энергии регулируется устройством 13 промежуточного преобразователя. Устройство 13 промежуточного преобразователя обеспечивает меняющееся напряжение постоянного тока и включено последовательно с устройством 12 аккумулирования энергии и параллельно со стороной постоянного тока статического компенсатора.

Как показано на фиг.4 и 5, устройство 13 промежуточного преобразователя включено последовательно с устройством 12 аккумулирования энергии и параллельно со стороной постоянного тока статического компенсатора 11, т.е. последовательно соединенные устройство 12 аккумулирования энергии и устройство 13 промежуточного преобразователя соединены параллельно с конденсатором U_d постоянного тока статического компенсатора 11. Как указано выше, стороной постоянного тока статического компенсатора 11 может быть батарея конденсаторов постоянного тока статического компенсатора 11. Главная идея настоящего изобретения, таким образом, заключается в том, чтобы ввести устройство 13 промежуточного преобразователя и позволить ему регулировать изменение напряжения устройства 12 аккумулирования энергии. Устройство 13 промежуточного преобразователя должно лишь регулировать разность между номинальным напряжением U_d и напряжением устройства 12 аккумулирования энергии, в отличие от упомянутого выше известного решения, где преобразователь 7 постоянного тока в постоянный ток должен регулировать максимальное напряжение. Устройство 13 промежуточного преобразователя при необходимости суммирует напряжение. Устройство 13 промежуточного преобразователя в одном варианте является преобразователем тока, который заряжает батарею конденсаторов постоянного тока.

Как показано на фиг.5, устройство 13 промежуточного преобразователя предпочтительно запитывается через трансформатор 15, соединенный со статическим компенсатором. Трансформатор 15 далее соединен с клеммами переменного тока статического компенсатора 11. Устройство 13 промежуточного преобразователя соединено с трансформатором 15, который, в свою очередь, соединен с клеммами переменного тока статического компенсатора 11 либо на первичной стороне трансформатора T_s статического компенсатора, как показано, либо на вторичной стороне трансформатора T_s статического компенсатора, как будет кратко описано ниже. Тем самым устройство 13 промежуточного преобразователя запитывается от клемм переменного тока статического компенсатора 11.

Трансформатор 15 альтернативно может быть соединен со вторичной стороной трансформатора T_s статического компенсатора 11, как показано пунктирными линиями на фиг.5. Это может дать преимущества, если трансформатор T_s статического компенсатора является частью фильтрующего устройства.

Дополнительно, можно подавать питание на устройство 13 промежуточного преобразователя посредством отдельной подачи питания переменного тока, как показано позицией 18 на фиг.4.

На фиг.6 показан первый иллюстративный вариант устройства 13 промежуточного преобразователя. Устройство 13а промежуточного преобразователя может быть тиристорным преобразователем, реализованным для однонаправленного протекания тока, как показано на фиг.6. Этот вариант можно использовать, если устройство 12 аккумулирования энергии электрически заряжается каким-либо отдельным устройством (не показано). Например, устройство 12 аккумулирования энергии может заряжаться отдельным выпрямителем, питающимся от локального генератора, например, от резервного дизель-генератора. Такой вариант устройства 13а промежуточного преобразователя может использоваться в другой ситуации, когда первичным источником энергии является не электрический источник, например, топливный элемент или солнечная энергия. Поскольку устройство 13а промежуточного преобразователя в этом случае является однонаправленным, оно не может использоваться для зарядки устройства 12 аккумулирования энергии.

Таким образом, тиристорный преобразователь содержит шестиимпульсный (sixpulse) мост (или однофазный мост) тиристорных вентилей. В каждом плече моста собрано несколько тиристорных устройств для образования последовательной цепи, которая обладает достаточной способностью регулирования напряжения для выполнения задачи. Функция управления напряжением основана на управляемом включении вентилей относительно напряжения на стороне переменного тока, как известно специалистам в данной область техники. Коммутация вентилей основана на напряжении переменного тока и не требует каких-либо управляющих воздействий. Тиристорные устройства являются очень прочными и надежными устройствами. Они обладают способностью регулировать высокие напряжения при минимальных затратах и имеют низкие потери.

На фиг.7 показан второй иллюстративный вариант устройства 13b промежуточного преобразователя. Устройство 13b промежуточного преобразователя также является тиристорным преобразователем, но здесь оно реализовано для двунаправленного протекания тока. Такое двунаправленное протекание тока показано на фиг.4 и 5 знаками "+" и "-" для устройства 13 промежуточного преобразователя. Устройство 13b промежуточного преобразователя используется для зарядки устройства 12 аккумулирования энергии, а также для обеспечения требуемой выходной активной мощности. Это достигается, соответственно, нижней схемой 16 и верхней схемой 17. Таким образом, энергия может течь от устройства 12 аккумулирования энергии в сеть 14 или в противоположном направлении, в отличие от варианта на фиг.6.

Следует отметить, что для сглаживания тока стороны постоянного тока в устройстве 13 промежуточного преобразователя можно использовать различные способы. На стороне постоянного тока или на стороне переменного тока можно установить индуктивности.

Устройство 13 промежуточного преобразователя может быть снабжено коммутируемыми полупроводниковыми устройствами, обладающими способностью реверсивного блокирования, например, используя компоненты, такие как тиристоры с коммутируемым затвором или биполярные транзисторы с изолированным затвором и диоды. В таком случае устройство 13 промежуточного преобразователя также может подавать в сеть 14 реактивную мощность.

В обоих вариантах устройства 13 промежуточного преобразователя, скорее всего, потребуется конденсатор постоянного тока, и между тиристорным преобразователем 13а, 13b и конденсатором постоянного тока включен сглаживающий реактор для уменьшения пульсаций. Для того чтобы подчеркнуть преимущества настоящего изобретения, ниже приводится простой пример расчета.

Предположим, статический компенсатор 11 предназначен для подачи 100 Мвар при 1500 А (среднеквадратичное значение). Линейное напряжение переменного тока в этом случае составит 38,5 кВ (среднеквадратичное значение) (см. фиг.4 и 5). Соответствующее минимальное напряжение постоянного тока статического компенсатора приблизительно равно U_d=75 кВ. Дополнительно, предположим, что статический компенсатор 11, в дополнение к 100 Мвар реактивной мощности, должен подать 10 МВт активной мощности, и что напряжение постоянного тока в устройстве 12 аккумулирования энергии меняется на 50%. Таким образом, напряжение постоянного тока на устройстве 12 аккумулирования энергии изменяется от требуемого минимума 75 кВ до напряжения полного заряда 112,5 кВ.

Если устройство 12 аккумулирования энергии следует подключить непосредственно к шине постоянного тока статического компенсатора 11, т.е. в соответствии с предшествующим уровнем техники, то максимальное напряжение постоянного тока, которое может регулировать статический компенсатор 11, становится равным U_dmax = 1,50 × 75 кВ = 112,5 кВ. Номинал главной схемы статического компенсатора в этом случае составляет 150 Мвар, т.е. его следует поднять на 50 Мвар из-за изменения в напряжении постоянного тока устройства 12 аккумулирования энергии.

Однако если устройство 12 аккумулирования энергии соединено в соответствии с настоящим изобретением, то существуют два случая, в зависимости от реализации устройства 13 промежуточного преобразователя:

1) Устройство промежуточного преобразователя создает однонаправленное напряжение:

Когда максимальное напряжение постоянного тока устройства 12 аккумулирования энергии выбрано как U_bmax=U_dn=75 кВ, где U_dn является требуемым номинальным напряжением постоянного тока для статического компенсатора 11, тогда напряжение устройства аккумулирования энергии будет меняться в диапазоне 50 кВ - 75 кВ (т.е. 50 кВ + 50%). Тогда необходимо подать последовательно изменяющееся напряжение 0≤U_dA≤25 кВ последовательно с устройством 12 аккумулирования энергии. Максимальный ток возникает при минимальном напряжении постоянного тока устройства 12 аккумулирования энергии и составляет I_dmax = 10 МВт/50 кВ = 0,20 кА. Номинал устройства 13 промежуточного преобразователя тогда становится S_boost = U_dAmax × I_dmax = 25 кВ × 0,2 кА = 5,0 МВА. Номинал устройства 13 промежуточного преобразователя, таким образом, составляет всего 10% от величины, на которую следует повысить этот параметр в случае, когда устройство аккумулирования энергии подключено согласно предшествующему уровню техники, т.е. непосредственно к стороне постоянного тока статического компенсатора. То есть, хотя решение согласно предшествующему уровню техники требует, чтобы номинал статического компенсатора был повышен с 100 Мвар до 150 Мвар, т.е. на 50 Мвар, из-за изменений постоянного напряжения устройства аккумулирования энергии, настоящее изобретение требует только 10% от такого повышения, т.е. только 5 Мвар. Это иллюстрирует очень большую экономию расходов, которую дает настоящее изобретение.

2) Устройство промежуточного преобразователя, создающее двунаправленное напряжение:

Преобразователи тока источника могут создавать напряжение стороны постоянного тока любой полярности. Максимальное напряжение в режиме инвертора (α≈90°-180°) несколько ниже, чем напряжение, создаваемое в режиме выпрямителя (α≈0°-90°). Предположим, что отношение между напряжением в режиме выпрямителя и напряжением в режиме инвертора составляет 1:0,8. Напряжение устройства аккумулирования энергии в этом случае может изменяться в диапазоне 58,7≤U_b≤88,0 кВ, в соответствии с изменяющимся последовательно напряжением, и -13,0≤U_dA≤+16,3 кВ. Максимальный постоянный ток возникает при минимальном напряжении устройства аккумулирования энергии и, поэтому, составляет I_dmax = 10 МВт/58,7 кВ = 0,170 кА. Номинал устройства 13 промежуточного преобразователя, таким образом, становится S_boost = U_dAmax × I_dmax = 16,3 кВ × 0,17 кА = 2,8 МВА. То есть, можно получить еще большую экономию средств по сравнению с решением согласно предшествующему уровню техники.

Вышеприведенные расчеты ясно показывают преимущества настоящего изобретения перед предшествующим уровнем техники. Стоимость для расширенного диапазона номинального напряжения постоянного тока в статическом компенсаторе, которая присутствует в предшествующем уровне техники, настоящим изобретением устраняется. Дополнительно, вышеприведенные расчеты иллюстрируют, что номинал устройства 13 промежуточного преобразователя составляет лишь часть номинала статического компенсатора.

В обоих вариантах устройства 13 промежуточного преобразователя, возможно, потребуется конденсатор постоянного тока и сглаживающий реактор, включенный между устройством 13 промежуточного преобразователя и конденсатором постоянного тока. Для идеальных условий потребуется следующее переменное напряжение и переменный ток:

Для однонаправленного переменного напряжения:

(среднеквадратичное значение).

Отношение напряжений на трансформаторе, следовательно, становится равным 18,5/38,5=0,48:1. Ток на стороне переменного тока становится равным:

кА (среднеквадратичное значение).

Для двунаправленного промежуточного напряжения:

кВ (среднеквадратичное значение).

Поэтому отношение напряжений на трансформаторе становится равным 12,1/38,5=0,31:1. Ток на стороне переменного тока равен:

кА (среднеквадратичное значение).

Можно провести дополнительную оптимизацию согласования напряжения в отношении номинала устройства 13 промежуточного преобразователя.

В большинстве случаев отсутствует вероятность того, что устройство 13 промежуточного преобразователя будет работать в режиме инвертора, даже если используется вариант, показанный на фиг.7. То есть, даже если используется двунаправленное напряжение. Это объясняется тем, что наивысшее напряжение на аккумуляторе возникает, когда аккумулятор заряжается. Часть активной заряжающей мощности в этом случае подается через мост устройства промежуточного преобразователя, имеющий отрицательное направление тока (направление тока показано на фиг.6 и 7), работающий в режиме выпрямителя. Аналогично, низшее напряжение аккумулирования возникнет, когда аккумулятор разряжен, и в этом случае мост устройства промежуточного преобразователя с положительным направлением тока работает в режиме выпрямителя.

Дополнительно, следует отметить, что активная мощность часто будет обеспечиваться только во время достаточно коротких периодов времени, порядка 5-30 минут. Этот период времени значительно короче, чем тепловая постоянная времени в трансформаторе и в сглаживающем индукторе, и эти компоненты могут иметь меньшие номиналы. То есть, трансформатор и сглаживающий индуктор не будут перегреваться в этот короткий период, что позволяет использовать более низкие номиналы. Такой же пониженный номинал возможен для вентиля и для батареи конденсаторов. Таким образом, достигается дополнительная экономия.

Изобретение относится к системе статического компенсатора (11) для подачи реактивной и/или активной мощности в сеть (14) электроснабжения. Система содержит статический компенсатор (11), который содержит конденсатор (U_d) постоянного тока и преобразователь (10) напряжения источника. Статический компенсатор (11) соединен с устройством (12) аккумулирования энергии. Система дополнительно содержит устройство (13) промежуточного преобразователя, включенное последовательно с устройством (12) аккумулирования энергии и параллельно с конденсатором (U_d) постоянного тока статического компенсатора (11). Устройство (13) промежуточного преобразователя и устройство (12) аккумулирования энергии дополнительно включены параллельно с преобразователем (10) напряжения источника статического компенсатора (11). Технический результат - обеспечение неизменности напряжения постоянного тока на статическом компенсаторе. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система статического компенсатора (11) для подачи реактивной и/или активной мощности в сеть (14) электроснабжения, содержащая статический компенсатор (11), содержащий включенные параллельно конденсатор (U_d) постоянного тока и преобразователь (10) напряжения источника, при этом статический компенсатор (11) подключен к устройству (12) аккумулирования энергии, отличающаяся тем, что содержит устройство (13) промежуточного преобразователя, подключенное последовательно с устройством (12) аккумулирования энергии, при этом устройство (13) промежуточного преобразователя и устройство (12) аккумулирования энергии подключены параллельно с конденсатором (U_d) постоянного тока статического компенсатора (11), при этом устройство (13) промежуточного преобразователя и устройство (12) аккумулирования энергии включены параллельно с преобразователем (10) напряжения источника этого статического компенсатора (11), причем устройство (13) промежуточного преобразователя выполнено с возможностью питания посредством отдельной подачи питания переменного тока или выполнено с возможностью питании через трансформатор (15) от клемм переменного тока статического компенсатора (11).

2. Система по п.1, в которой статический компенсатор (11) дополнительно содержит трансформатор (T_s) (15), при этом трансформатор (15), соединенный с устройством (13) промежуточного преобразователя, подключен также к клеммам переменного тока статического компенсатора (11) через этот трансформатор (T_s) статического компенсатора (11).

3. Система по п.1, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя содержит преобразователь тока источника.

4. Система по п.3, в которой преобразователь тока источника содержит тиристорные вентили.

5. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя выполнено с возможностью регулирования разности напряжений между устройством (12) аккумулирования энергии и конденсатором (U_d) постоянного тока.

6. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя выполнено с возможностью зарядки устройства (12) аккумулирования энергии.

7. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя содержит средство для создания однонаправленного напряжения.

8. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя содержит средство для создания двунаправленного напряжения.

9. Система по любому из пп.1-4, в которой конденсатор (U_d) постоянного тока статического компенсатора (11) выполнен с возможностью поддержания постоянного напряжения постоянного тока на преобразователе (10) напряжения источника статического компенсатора (11).

10. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (12) аккумулирования энергии содержит конденсатор постоянного тока, суперконденсатор, электрохимический аккумулятор, топливный элемент или фотогальванические модули.

11. Система по любому из пп.1-4, в которой устройство (13) промежуточного преобразователя содержит средство для подачи реактивной мощности в сеть (14).

12. Система по п.11, в которой средство для подачи реактивной мощности содержит коммутируемые полупроводниковые устройства, такие как тиристоры с коммутируемыми затворами.