Power reactive regulator review Novar-1114

T.G. Mikhailov, I.I. Vinogradov, U.S. Golubev

Abstract. This article considers a number of advantages of reactive power regulator Novar-1114. On the basis of considered advantages the conclusion is made about the expediency of regulator installation under different schemes of electricity consumers.

Keywords: power factor, reactive power regulator, reactive power compensation.

Об авторах:

Михайлов Тимур Георгиевич – магистрант кафедры электро-снабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». E-mail: [email protected]

Виноградов Илья Игоревич – магистрант курса кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет».

Голубев Юрий Сергеевич – магистрант кафедры электро-снабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет.

MIKHAILOV Timur Georgievich – undergraduate of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University University. E-mail: [email protected]

VINOGRADOV Ilya Igorevich – undergraduate of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University.

GOLUBEV Uriy Sergeevich – undergraduate of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University.

 

УДК 621.361.1

 

ФАЗОПОВОРОТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Г.Р. Гаспадура

 

Аннотация. В данной статье рассмотрена возможность внедрения и применения современных устройств, а также основные принципы их работы и строения. Фазоповоротные трансформаторы, или фазо-поворотные устройства, предназначены для эффективного управления режимами электроэнергетической системы и их планирования.

Ключевые слова: фазоповоротные трансформаторы, фазо-поворотные устройства, трансформаторы, «умные сети».

На сегодняшний день значения перетоков активной мощности, используемых в контролируемом сечении, предоставляют возможность управлять и планировать режим электроэнергетической системы, соблюдать контроль над нормативными требованиями к ее устойчивости. Именно из-за этого перетокам активной мощности уделяется так много внимания. В системах относительно часто появляется проблема неравномерного распределения мощности в параллельных линиях, когда одна из линий перегружается, а вторая тем временем не полностью загружена.

Для решения возникающих проблем с перетоком мощности современной наукой внедряются разнообразные устройства, относящиеся к серии FACTS. Одним из подобных устройств является фазоповоротный трансформатор (ФПТ), который обладает возможностью оказывать влияние на образовывающийся в энергетической системе переток мощности. Принцип работы данного устройства основан на компенсации сдвига фазового угла вектора напряжения в линии электропередачи (ЛЭП). Главными преимуществами ФПТ являются быстрота действия и плавность регулирования. На территории Российской Федерации данные устройства в составе управляемых систем передачи переменного тока еще не получили распространения, хотя применение таких устройств помогло бы решить вышеуказанные проблемы.

На текущий момент ведущие мировые страны повышают свою эффективность функционирования энергосистемы путем крупно-масштабного внедрения ФПТ.

Фазоповоротные устройства (ФПУ) применяются для решения задач:

направленное перераспределение потоков мощности в сложных замкнутых электрических сетях;

увеличение пропускной способности отдельных сечений энерго-системы;

ограничение перегрузок ЛЭП, шунтированных ЛЭП высшего напряжения;

снижение транспортных потерь активной мощности;

повышение статической и динамической устойчивости энерго-системы;

удаление льда с воздушных ЛЭП.

По статистике, сегодня в мире внедрено уже более 100 ФПТ [3] (Франция, Нидерланды, Канада, Великобритания, США и Бельгия). Крупными производителями ФПУ являются General Electric, Simens, Alstom, АВВ и др. Мощности данных устройств могут варьироваться в диапазоне от сотен до тысяч мегавольт-ампер [3]. Почти на всех используемых ФПТ фазовый сдвиг выходного напряжения изменяется при помощи системы регулирования под нагрузкой (РПН). Устройства с таким типом регулирования характеризуются относительно высоким быстродействием (до десятка секунд), но сравнительно невысокой надежностью [4]. В свою очередь, к характеристикам элементов, которые входят в структуру активно-адаптивной сети, предъявляются достаточно жесткие требования, так как они оказывают непосредственное влияние на качество управления процессами транзита электроэнергии в различных режимах работы сети. Часто такое управление должно быть быстродействующим и воздействовать на сеть в темпе процесса [1].

Применение коммутаторов на силовых полупроводниковых при-борах может повысить быстродействие ФПУ. Такие полупроводниковые ключи характеризуются высокими динамическими характеристиками, коммутационной способностью и надежностью, которые значительно превосходят аналогичные характеристики механических переключателей. При этом существует множество вариантов построения коммутаторов на полупроводниковых силовых ключах, которые полностью соответствуют обширному спектру структур и различных схемотехнических вариантов построения ФПУ, обладающих разными функциональными значениями и характеристиками [5–8].

На сегодняшний день с учетом режима работы, уровней коммутируемых напряжений и токов для построения коммутаторов ФПУ больше всего подходят однооперационные тиристоры, широко и успешно применяемые в таких устройствах FACTS, как вставки постоянного тока и др. [9]. Как пример на рис. 1 представлен возможный способ схемотехнической реализации ФПУ с тиристорным коммутатором. Представленный вариант известен как схема со средней точкой сериесного трансформатора [5]. Одной из ее главных особенностей является неизменяющиеся значение амплитуды вольтодобавочного напряжения ФПУ при абсолютно любом формируемом фазовом сдвиге. Для наглядного пояснения работы данного типа устройства на рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.

Структура ФПУ включает три основные части (рис. 1): шунтовой (параллельный) трансформатор Т1, сериесный (последовательный) трансформатор Т2 и тиристорный коммутатор UT. Фазовый сдвиг на выходе устройства формируется путем подключения (комбинации) различного числа секций вторичных обмоток шунтового трансформатора (aN–xN, …, cN–zN), имеющих различные выходные напряжения, к первичным обмоткам сериесного трансформатора (B1–Y1, C1–Z1, A1–X1) с помощью тиристорных мостов коммутатора МТК.

Рис. 1. Функциональная схема фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором [9]

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений фазоповоротного устройства [9]

 

Для управления значением фазового сдвига выходного напряжения ФПУ применяется метод изменения состояний тиристорных мостов. Возможные состояния тиристорных мостов коммутатора приведены на рис. 3. Каждое плечо моста содержит два включенных встречно тиристорных ключа, что обеспечивает возможность двухсторонней проводимости тока первичной обмотки сериесного трансформатора. Если вертикальные плечи одной стороны тиристорного моста включены одновременно (рис. 3а), коммутируемая им секция вторичной обмотки шунтового трансформатора исключается из контура протекания тока моста и, соответственно, не участвует в процессе формирования выходного напряжения ФПУ. Диагональная коммутация плеч позволяет включать соответствующую секцию вторичной обмотки шунтового трансформатора в контур первичной обмотки сериесного трансформатора согласно (рис. 3б) и встречно (рис. 3в). Такой мостовой коммутатор позволяет при неизменной мощности и конструкции электромагнитных элементов ФПУ обеспечивать симметричное формирование как положительных, так и отрицательных углов фазового сдвига. Другие комбинации включения плеч мостов недопустимы, поскольку приводят к короткому замыканию секции вторичной обмотки шунтового трансформатора.

 

в

б

а

Рис. 3. Тиристорные мосты фазоповоротного устройства                                          с включенными одновременно вертикальными плечами (а), согласно (б)

и встречно (в) включенной в контур первичной обмотки секцией обмотки

Для того чтобы получать максимальную выгоду от внедрения ФПТ, переключатель отпаек шунтового трансформатора необходимо реализовывать на полупроводниковых коммутаторах, что приведет к качественному изменению характеристик ФПУ. При этом проектирование таких устройств должно базироваться на силовой полупроводниковой электронике и цифровых системах управления. Эти технологии в конечном счете и определяют результирующий высокий технико-экономический эффект.

Получить максимальный эффект от использования ФПУ с тиристорными коммутаторами в электроэнергетической системе возможно лишь в сочетании с современными системами мониторинга процессов в воздушных линиях, позволяющими оперативно отслеживать состояние сети и определять необходимые требования по управлению состоянием ФПТ в режиме реального времени. В данных условиях ФПТ с тиристорным коммутатором будет являться как раз тем гибким инструментом управления, который необходим для активно-адаптивных сетей.

 

Библиографический список

1. Бурман, А.П. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем: учебное пособие / А.П. Бурман, Ю.К. Розанов, Ю.Г. Шакарян. М.: МЭИ, 2012. 360 с.

2. Добрусин, Л.А. Тенденции применения фазоповоротных транс-форматоров в электроэнергетике / Л.А. Добрусин [и др.] // Силовая электроника. 2012. Т. 34. № 37. С. 60–66.

3. Алексеев, Б.А. Контроль состояния устройств регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой / Б.А. Алексеев [и др.]                          // Электро. 2008. № 4. С. 41–46.

4. Пат. 2011103124/07 Российская Федерация, МПК 7 Н03Н7 Фазо-поворотное устройство / Жмуров В.П., Стельмаков В.Н., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», № 106060, заявл. 31.01.11.

5. Пат. 107005 Российская Федерация, МПК H 02 M5 / 00. Фазопо-воротное устройство / Панфилов Д.И., Рашитов П.А., Ремизевич Т.В., Стельмаков В.Н.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», № 2011111166; заявл. 25.03.2011; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21.

6. Пат. 2011113484 Российская Федерация, МПК H 02 M5 / 12. Фазоповоротное устройство / Панфилов Д.И., Рашитов П.А., Реми-зевич Т.В., Стельмаков В.Н.; № 107421; заявл. 08.04.2011; опубл. 10.08.2011, Бюл. № 22.

7. Пат. 2450420 Российская Федерация, МПК H 03 C3 / 00. Полупроводниковое фазоповоротное устройство / Жмуров В.П., Стель-маков В.Н., Тарасов А.Н., Тимошенко А.Л., Казеннова И.И.; № 2011118981, заявл. 13.05.2011; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13.

8. Пат. 110558 Российская Федерация, МПК H 02 J 3 / 12. Полупроводниковое фазоповоротное устройство / Жмуров В.П., Стель-маков В.Н., Тарасов А.Н. № 2011122939; заявл. 08.06.2011; опубл. 20.11.2011, Бюл. № 32.

9. Асташев, М.Г. Фазоповоротные устройства с тиристорными коммутаторами для активно-адаптивных электрических сетей / Д.И. Пан-филов, М.Г. Асташев // Электричество. 2013. № 8. С. 60–65.

 

PHASE-TURN TRANSFORMERS

 

G.R. Gaspadura

 

Аbstract. This article discusses the possibility of introducing and using modern devices, as well as the basic principles of their work and structure. Phase rotation transformers (or phase rotation devices are designed for effective control and planning of the modes of the electric power system.

Keywords: phase-turning transformers, phase-turning devices, transformers, smart networks.

Об авторе:

ГАСПАДУРА Григорий Романович – магистрант, ассистент кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государст-венный технический университет». E-mail: [email protected]

GASPADURA Grigoriy Romanovich – undergraduate, assistant of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University. E-mail: [email protected]

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………	3
РАЗДЕЛ 1. ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ И ФАКЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ, ТОПКАХ И КАМЕРАХ СГОРАНИЯ……………………….	8
А.Н. Макаров Фундаментальные законы физики и развитие современной цивилизации……………………………………	8
А.Н. Макаров, Ю.М. Павлова, К.Б. Корнеев, Д.Н. Васильев Расчеты теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания в XX в. ………………………………………………………...	20
А.Н. Макаров Законы теплового излучения ионизированных и неионизированных газовых объемов……………………...	31
А.Н. Макаров, В.В. Окунева, Ю.М. Павлова, Д.Н. Васильев Теория теплообмена и разработка инновационных конструкций дуговых сталеплавильных печей………………………………………	43
А.Н. Макаров, В.В. Окунева, Ю.М. Павлова, К.Б. Корнеев Расчеты теплообмена в электродуговых и факельных печах по законам излучения газовых объемов………………………………………………	59
А.Н. Макаров, В.В. Окунева, Ю.М. Павлова, К.Б. Корнеев Разработка инновационных электродуговых и факельных печей……………………………………………	70
А.Н. Макаров Расчеты теплообмена в топках паровых котлов по законам излучения газовых объемов и разработка инновационных конструкций топок………….	83
А.Н. Макаров Расчеты теплообмена в камерах сгорания по законам теплового излучения газовых объемов……………………...	97
Ю.М. Павлова, А.Н. Макаров, М.С. Хрусталева Целесообразность использования технологии consteel в России………………………………………………………..	114
РАЗДЕЛ 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ…………………………………….	119
А.Ю. Лейман, А.Ю. Русин, Д. Сидней Пути снижения потерь в распределительных сетях ООО «РЭС»………………………………………………………….	119
Д.В. Чернышов, Ю. Абдуллахи Рещение проблемы уличного освещения с помощью современных технологий……………………………………..	124
Д.А. Щербаков, Л.С. Араратьян, А.В. Крупнов Российский опыт аэродиагностики воздушных линий электропередачи………………………………………………	131

 

Л.С. Араратьян, Ю.М. Павлова, Т.Г. Михайлов Разрушающие и неразрушающие методы контроля состояния кабельных систем…………………………………	138
Л.С. Араратьян, Ю.М. Павлова, А.В. Крупнов Анализ характера повреждений кабелей и методов определения места аварий……………………………………	143
М.В. Полторан, Ю.М. Павлова, Л.С. Араратьян Повышение эффективности передачи электроэнергии по компактным воздушным линиям…………………………	148
Д.А. Щербаков, И.А. Морозов, И.В. Чорная, О.А. Попов Вакуумные контакторы на напряжение 6 и 10 кВ………….	154
И.В. Рыльсков, А.Ю. Русин, Ю. Абдуллахи Анализ методов испытаний электрооборудования пассажирских вагонов………………………………………...	158
К.Б. Корнеев, Е.В.Долгополая, Осеи-Овусу Раймонд Дифференцированные варианты надежности электроснабжения для городских распределительных сетей…………………………………….	163
В.В. Степанов, А.С. Андреев Повышение надежности электроэнергетических систем ………………………………………………………….	168
А.Ю. Русин, Я.В. Барышев Повышение эффективности системы испытаний промышленного оборудования на надежность …………….	174

 

РАЗДЕЛ 3. Учет энергопотребления и энергосбережения…………………………………..	181
А.А. Расов, А.В. Крупнов Традиционные методы выявления самовольного вмешательства небольших по мощности потребителей в приборы учета………………………………………………	181
С.В. Маринова Отечественные решения для интеллектуальных систем учета электроэнергии…………………………………………	186
Е.В. Долгополая, К.Б. Корнеев Прогнозирование прироста электрической нагрузки в г. Твери………………………………………………………	191
С.В. Маринова Цифровизация энергетики Российской Федерации………...	198
С.В. Маринова Новый образ учета электроэнергии………………………….	208
А.Н. Волкова, О.С. Филин Усовершенствованная измерительная инфраструктура в распределительных сетях………………………………….	215
Т.Г. Михайлов, И.И. Виноградов, Ю.С. Голубев Обзор регулятора реактивной мощности типа Novar-1114…………………………………………………….	217
Г.Р. Гаспадура Фазоповоротные трансформаторы…………………………..	220