Активные фильтры в автономных системах электроснабжения
Active filters in autonomous power-supply systems & MicroGrids
Применение генераторов в качестве автономных источников электроэнергии вносит ряд особенностей, влияющих на выбор и применение активных фильтров.
Высокое внутреннее сопротивление источника электроэнергии
Токи высших гармоник, образующиеся при работе нелинейных электроприёмников, протекают через внутреннее сопротивление обмоток источников (генераторов, трансформаторов). Внутреннее сопротивление трансформаторов характеризуется параметром Uk, и для трансформаторов средней мощности обычно составляет 5-7%. Внутреннее сопротивление синхронных генераторов (сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси xd′′, sub transient reactance) для генераторов средней мощности обычно составляет 10-15%. Таким образом, в автономных СЭС высшие гармоники напряжения оказываются больше (прочих равных условиях), чем при электроснабжении от Госэнергосистемы.
Просто спросить...?
Пример – объект, электроснабжение которого может осуществляться как от внешней сети, так и от генераторов электростанции собственных нужд (ЭСН).
|
|
| Трансформатор 110/10 кВ Ввода от Госэнергосистемы | Электростанция собственных нужд с высоковольтными генераторами |
На графиках ниже показан процесс перехода из режима «Параллельный» (ЭСН работает в параллель с вводом 110/10 кВ) в режим «Автономный» (ввод 110/10 кВ отключается). Измерения проводятся на Вводе 10 кВ в БКТП объекта.
Напряжение линейное (зеленая линия) и ток (красная линия)
Напряжение в момент перехода немного выросло (зеленая линия), в соответствии с уставкой системы возбуждения генераторов ЭСН. Ток практически не изменился, т.к. состав электроприёмников БКТП и их нагрузка остались прежними.
Мощность активная (черная линия) и реактивная (красная линия)
Мощность активная и реактивная также не изменились. Нагрузка на БКТП порядка 800 кВт.
Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения на Вводе 10 кВ в БКТП
Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ku (THDu в англоязычной терминологии) вырос при переходе в режим «Автономный» практически в 2 раза, с 4% до 8%.
Гармонические составляющие напряжения отдельных порядков: 5-го, красная линия; 7-го, зеленая линия; 11-го, серая линия
Гармонические составляющие напряжения отдельных порядков также выросли, при этом гармоники 11-го порядка (серая линия) поднялись с 1,66 % до 4,56 %. Превышение допустимых ГОСТ значений – в 2.3 раза. Непропорциональный рост гармоник 11-го порядка указывает на возможность резонанса в электроустановках объекта на частоте 550 Гц.
Измерения в режиме «Автономный» на шинах ЗРУ 10 кВ показали, что суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ku (THDu) превышает не только предельно допустимые значения по ГОСТ 32144-2013, перечисление «в», (5%), но и предельно допустимые значения по ГОСТ 32144-2013, перечисление «г», (8%).
На стороне 0,4 кВ понижающих трансформаторов БКТП суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения в автономном режиме превышает 11 %.
|
|
| На каждой БКТП подключаются два активных фильтра | Активные фильтры компенсируют высшие гармоники тока |
Компенсация этих искажений достигается установкой активных фильтров на каждую секцию шин.
Сопоставимая мощность автономного источника и отдельных электроприемников
Состав работающих агрегатов электростанции обычно определяется требуемой активной мощностью и минимизируется, чтобы избежать перерасхода топлива. При этом могут возникать ситуации, когда наброс реактивной мощности (например, при пусках электродвигателей) приводит к провалам напряжения на генераторах и отключению ответственных потребителей.
Активный фильтр компенсируют реактивную мощность и обеспечивает уменьшение полного тока нагрузки генератора
Применение активных фильтров в таких случаях позволяет разгрузить генераторы электростанции от набросов реактивной мощности и обеспечить надёжное электроснабжение.
Ограничение по нагрузке генераторов реактивной мощностью ёмкостного характера
Допустимая нагрузка синхронного генератора реактивной мощностью ёмкостного характера обычно составляет 15-20% от установленной (полной) мощности. Превышение этого значения вызывает срабатывание защиты генератора.
|
|
| Дизельная электростанция на нефтегазовом месторождении | Несколько машин с генераторами 6 кВ работают в параллель |
На графиках ниже показан процесс аварийного отключения одного из генераторов при набросе реактивной мощности ёмкостного характера. Измерения проводятся на генераторной ячейке.
Напряжение линейное (зеленая линия) и ток (красная линия)
Ток возрастает с 45 А до 130 А, напряжение падает до нуля.
Мощность реактивная изменяет знак
Мощность реактивная в установившемся режиме около 100 квар (индуктивная). В переходном режиме реактивная мощность меняет знак и возрастает до (-) 900 квар. Через 5 секунд происходит отключение генератора защитой.
Причины таких событий могут быть разными, но в любом случае применение активных фильтров позволяет скомпенсировать реактивную мощность (любого знака) на сборных шинах электростанции и поддерживать требуемый коэффициент мощности во всех режимах.
Предложения Инженерного центра «АРТ»
Полный комплекс работ по созданию систем компенсации высших гармоник и реактивной мощности в электроустановках до и выше 1000 В (низкого и среднего напряжения).
