Współczesne układy kompensacji mocy biernej Jaworzno marzec 2010 r.

Transkrypt

1 Zbigniew HANZELKA Współczesne układy kompensacji mocy biernej Jaworzno marzec 2010 r.

2 POPRAWA WSPÓŁCZYNNIKA MOCY

3 napięcie prąd ωt φ

4 S=UI φ P=UI cosφ Q=UI sinφ S* Q=- UI sinφ

5 S = U I + 1 h=2 2 I h D = U 1 h= 2 2 I h Q P = U I cosϕ Q =U I sin ϕ

6 Współczynnik mocy = P/S = cos λ λ φ1 Współczynnik przesunięcia = P/S1 = cos φ1

7 Analiza Fouriera = + + Cel kompensacji: n=1 n=5 n=7 - kompensacja mocy biernej podstawowej harmonicznej - eliminacja wybranych harmonicznych prądu (redukcja odkształcenia napięcia w PWP)

8 Poprawa współczynnika mocy

9 Moc czynna

10 Moc bierna

11 Współczynnik mocy

12 STABILIZACJA NAPIĘCIA

13 Regulacja napięcia Z S U S R S I 0 X S I 0 U 0 I 0 U Q U 0 S ZW

14 SYMETRYZACJA

15 SYMETRYZACJA Y 12 A = Y 1A Y 23 A = Y 2 A Y 31 A = Y 3A

16 k I (2) 2 I a Y 12 A + Y 23A + ay 31A % = 100% = 100% = 68.3% (1) I Y 12 A + Y 23A + Y 31A

17 Zasada symetryzacji A I A I Ao B C I B I C I Bo I Co UL I Ak I Bk I Ck BD

18 Odbiornik czteroprzewodowy 1 80 Three-wire network currents Currents [A] Time [s]

19 Odbiornik czteroprzewodowy Kom. Odbiornik -I N I N

20 PROBLEM 1: PRZECIĄŻENIE BATERII KONDENSATORÓW

21

22

23 sieć zasilająca X S Tr1 X Tr1 Tr2 PWP X Tr2 nieliniowy odbiornik Q K I (n) X C

24

25 I (n) pętla rezonansowa

26

27 Odbiornik

28 Z f * nu ( n) ( n ) * I = 7-15%-105%

29 Z f

30 Z X L = ωl = 2πfL X C 1 = ω L ω C f X C 1 1 = = ωc 2πfC f R = 2π 1 LC

31 Współczynnik tłumienia (dławik odstrajający) U p% U = 100 U L C = U L U C 100 n 2 = n 1 2 = n n 2 = f f (1) R 2 f R nf n = 1 = = 2π 2π 2πf LC LC LC 5.67% Hz U L L n R 7% Hz 14% Hz

32 15 kv, 186 MVA 2x1600 MVA 1600 MVA, 6% Tr2 Tr1 S2 S1 0,4 kv, 25,4 MVA Inne odbiory Bateria Inne odbiory kondensatorów BK2 2x25 kvar + 8x50 kvar Bateria kondensatorów BK1 2x25 kvar + 8x50 kvar Bateria kondensatorów BC4 2x25 kvar + 8x50 kvar Bateria kondensatorów BK3 2x25 kvar + 8x50 kvar

33 11:41:04 11:41:34 11:42:04 11:42:34 11:43:04 11:43:34 11:44:04 11:44:34 11:45:04 11:45:34 11:46:04 11:46:34 11:47:04 11:47:34 11:48:04 11:48:34 11:49:04 11:49:34 11:50: Prąd THD Napięcie Prąd kondensatora

34 Z 14% 7% 5,67% 5.67% Hz 7% Hz 14% Hz 150 Hz f Powyżej częstotliwości rezonansowej układ LC ma charakter indukcyjny), co oznacza że w tym paśmie tłumione są harmoniczne wpływające do kondensatora

35

36 Z f

37 sieć zasilająca źródło harmonicz. X S X T 10kV X C nieliniowy odbiornik S N = 1,5 MVA e % = 5,75 0,4kV Impedancja Z Impedan. Z liniowy odbiornik Q C = 0,5 MVAr f R f SZ f

38 FILTRACJA WYŻSZYCH HARMONICZNYCH

39 ODKSZTAŁCENIE PRZEBIEGÓW CZASOWYCH NAPIĘĆ I PRĄDÓW U ( ) U ( n) = ( n) n U THD = n= 2 U 1 U () n g U () %

40 THD U2 = 17,45 %

41 Harmoniczna 5

42 Funkcje filtru pasywnego 1. eliminacja harmonicznych prądu (napięcia) 2. kompensacja mocy biernej harmonicznej podstawowej

43 Pasywna filtracja wyższych harmonicznych F5 F7 Filtr szerokopasmowy

44 F5 (U5) F5 (U7) F5 (I)

45 PROBLEM 2: PROCES ŁĄCZENIA BATERII KONDENSATORÓW

46 Proces łączenia baterii kondensatorów 150 U [%] I U [%] [%] (a) (b)

47 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów L S K U S L B C 2,0 1,5 1,0 napięcie [j.w.] 0,5 0,0-0,5 czas [ms] -1,0-1,5

48 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów L S K U S L B C I 2U ( µ F) S B max. = = 2U S = 2 ZC ( LS + LB )( µ H ) C I ZW. I CN

49 napięcie [j.w.] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0 czas [ms] f f = = 2 π f S I I ZW. CN 1 ( LS + LB ) C -1, Hz (900 Hz)

50 150 U [%] U [%] czas [ms] czas [ms] Umax = % (200 %) Czas trwania: 0,5 3 okresów

51 Proces wzmacniania oscylacji: szyny średniego napięcia inne odbiorniki 480 V załączana bateria kondensatorów C1 bateria kondensatorów C2 do kompensacji mocy biernej C1=3 MVAr C2 = 200 kvar

52 U [j.w.] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 średnie napięcie U [j.w.] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0 480 V

53 wartość napięcia na szynach nn 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 moc transformatora 1,5 MVA moc dołączonej baterii 3 MVAr moc baterii (C2) w kvar

54 wartość napięcia na szynach nn 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 filtr harmonicznej moc transformatora 1,5 MVA moc dołączonej baterii 3 MVAr bateria nn moc baterii (C2) w kvar

55 Transmission System Feed1 138 kv Feed2 138 kv 36 MVAR 36 MVAR N.C. N.O. AutoPlant 138 kv 12 kv T3 18 MVA N.C. T4 18 MVA 12 kv N.O kvar 7200 volts (1200 kvar in service) Feeder 401 Loads 2100 kvar 7200 volts (1200 kvar in service) Feeder 301 Loads Proces wzmocnienia oscylacji (negatywny wpływ na pracę innych urządzeń) TPS2L 2000 kva 480 volts TPS6L 2000 kva 480 volts TPS8L 5000 kva 4160 volts Other Load Substations

56 Dołączanie kolejnej baterii L S U S L 1 L 2 L 3 C 1 C 2 C 3 L C Σ = L1 L2 L + L 1 2 = C C + Σ 1 2 L = L L L + + Σ zew. 3 L zew. C = C C Σ Σ C + 3 C 3 L Σ C Σ L 3 C 3

57 I max. = 2U Z C S = 2U S C L = 2U S I ωl ( I zew. CN1 CN1 I + CN 2 I CN 2 ) f 2π 1 = 1 8,5 khz LC

58

59 Szczególne warunki łączenia baterii: załączanie baterii wstępnie naładowanej zapłon łuku podczas procesu wyłączania baterii.

60 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników I U U dc

61 U I

62 I U U dc

63

64 U AB [V] U AB [V] ,04 0,06 0,08 0,10 0, ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 U dc [V] 700 U dc [V] ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 I A [A] I A [A] ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 (a) (b)

65 Sposoby redukcji przepięć i przetężeń 1,5 1,5 1,0 1,0 U [j.w.] 0,5 0 U [j.w.] 0,5 0-0,5-0,5-1,0-1,0-1,5-1,5 (a) (b)

66 Synchroniczne łączenie U A B C Time Możliwe chwile załączenia poszczególnych faz możliwe chwile załączenia poszczególnych faz Uziemiona gwiazda

67

68 Synchroniczne łączenie U A B C Time Możliwe chwile załączenia poszczególnych faz możliwe chwile załączenia poszczególnych faz Uziemiona gwiazda

69 Proces łączenia baterii kondensatorów

70 U1 U2 U3 chwila załączenia fazy C chwila załączenia faz A i B (t) faza (t+5ms) faza 3 Nie uziemiona gwiazda

71 DYNAMICZNE STABILIZATORY NAPIĘCIA Statyczne Wirujące Energoelektroniczne Nasycone dławiki Samokomutujace Liniowokomutowane TSC TSC/TCR STATCOM DVR

72 MASZYNA SYNCHRONICZNA Supply network PCC ~U Fluctuating load E k jix d -U Tr Control system Reference voltage I I F. ϕ Synchronous compensator Converter U

73 Układ TSC L (ogr. pr.) T1 T2 C Przebiegi napięcia i prądu przy łączeniu kondensatora w układzie TSC.

74 Sieć zasilająca Odbiornik Układ sterowania TSC t I t U n n U nb t I t i m Sm C C m cos cos )sin sin 1 ( ) cos( ) ( ω α ω α α ω + =

75 Schemat kompensatora statycznego z bateriami kondensatorów załączanymi łącznikami tyrystorowymi. i TSC = i TSC1 + i TSC TSC kolejne stopnie

76 u i u t u co =u u c u moment załączenia Załączenie (a) moment wyłączenia Wyłączenie u co < u u c i u=u c t Załączenie moment załączenia (b) Wyłączenie moment wyłączenia u co > u u u c t i Załączenie moment załączenia (c) Wyłączenie moment wyłączenia

77 Thyristor switched capacitors (TSC) W3NA W33AN I T = 0,71 I I C = I U T = 1,63 U U c = 0,82 U U dc = ±0,82U ±0,82U ±0,82U I T = 0,41 I I C = 0,58 I U T = 2,83 U U c = 1,41 U U dc = ±1,41U ±1,41U ±1,41U W33AA T on = 1 T 2 T off = 1 T 2 T rec = T

78 W33YA W33AY I T = 0,71 I I C = I U T = 1,93 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 1,93 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W33AD T on = 5 T 12 T off = 5 T 12 T rec = 21 T 12 W33YA W33AY I T = 0,71 I I C = I U T = 1,93 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 1,93 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W33AD T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec = 21 T 12 W33YA W32DA W32AY I T = 0,71 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 3,35 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W32AD T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec = 21 T 12

79 W33DA I T = 0,41 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U T on = 5 T 12 T off = 1 T 2 T rec = 21 T 12 U33DA I T = 0,82 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec =

80 Układ TCR L T1 T2 Kąt wysterowania α: π/2 < α < π.

81 Układ TCR Układ TCR wywołuje przepływ odkształconego prądu linii zasilającej.

82 Układ FC/TCR i SVC = i FC + i TCR Jednofazowy schemat zastępczy układu FC/TCR.

83 Układ TCR 6-pulslowa 12-pulslowa

84 Układ FC/TCR Schemat ideowy układu 3-fazowego kompensatora FC/TCR.

85 FC/TCR prąd obciążenia Prąd odbiornika (file aaa2.pl4; x-var t) c:ea -EEA c:eb -EEB c:ec -EEC Prąd prąd sieci (file aaa2.pl4; x-var t) t: IA1H t: IB1H t: IC1H (file aaa2.pl4; x-var t) t: IA1H t: IB1H t: IC1H

86 moc bierna Moc bierna 1s Napięcie napięcie Bez kompensatora czas Zmiany mocy biernej i napięcia na szynach elektrostalowni z kompensatora

87 Układ TSC/TCR. Schemat ideowy układu kompensatora TCR z kilkustopniowym układem TSC.

88 STATCOM równolegle podłączony kompensator statyczny umożliwiający przepływ prądu pojemnościowego lub indukcyjnego. STATCOM

89 STATCOM i i u x u x u bus i X r u bus u bus u vsc LOAD VSC u vsc u vsc u bus u bus < u vsc > u vsc

90 STATCOM

91 STATCOM

92 Przykłady zastosowań układ STATCOM

93 ŚRODKI POPRAWY SIEĆ ZASILAJĄCA KONDYCJONER ZASILANIA ODBIORNIK Symetryczne, sinusoidalne liniowy, DPF=1, napięcia symetryczny

94 Możliwości techniki aktywnej filtracji Filtracja wyższych harmonicznych prądu Filtracja wyższych harmonicznych napięcia Kompensacja mocy biernej Symetryzacja napięcia zasilania i prądów linii zasilającej Regulacja i stabilizacja napięcia Redukcja wahań napięcia Układy zwrotu energii do sieci z możliwością filtracji Bezprzerwowe zasilanie niektóre systemy EFA łączą aktywną filtrację z funkcją bezprzerwowego zasilania

95 Równoległy EFA zasada u S /5 działania i S i L i S i L i L u S Sieć zasilająca i EFA I EFA L C Eliminacja składowych niepożądanych w prądzie odbiornika i L EFA

96

97 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ