По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.314.58

Преобразовательные подстанции на IGBT-транзисторах

Шульга Р. Р. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. академика Е. И. Забабахина», г. Москва, e-mail: rnshulga@vei.ru

Выполнен анализ преобразовательных подстанций на IGBT-транзисторах с использованием преобразователей напряжения (ПН) различной схемотехники: двухуровневых, трехуровневых и многоуровневых, и их энергетических показателей. Показано преимущественное применение по основным показателям трехуровневых ПН. Проведено сопоставление ПН с преобразователями тока (ПТ) и отмечены их разные области применения. ПТ на основе тиристоров рекомендуются для магистральных передач большой мощности, а ПН на IGBT-транзисторах – для вставок, передач средней и малой мощности, а также средств управления и компенсации гибких систем переменного тока. Приведены компоновки преобразовательных подстанций на базе ПТ и ПН, и показано существенное снижение габаритов и занимаемых площадей (примерно вдвое) с использованием ПН.

Литература:

1. Ивакин В.Н., Сысоева Н.Г., Худяков В.В. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристорные компенсаторы. – М.: Энергоатомихдат, 1993.

2. Kimbark E.W. Direct Current Transmission // Wiley Interscience. – 1971.

3. Шульга Р.Н. Рынок силовой электроники (динамика и тенденции развития) // Энергия единой сети. – 2021. – № 5-6 (54-55). – С. 34–41.

4. Шульга Р.Н., Петров А.Ю., Хренников А.Ю. Энергетические платформы с использованием цифровых модульных подстанций и энергоблоков для Арктики / Р.Н. Шульга, А.Ю. Петров , А.Ю. Хренников // Российская Арктика. – 2020. – № 10. – С. 37–50.

5. Шульга Р.Н. Электрохимические и водородные накопители электроэнергии // Новости электротехники. – 2020. – № 4-5 (124–125). – С. 2–4.

6. Шульга Р.Н., Стальков П.М. Системы управления и регулирования вставок и передач постоянного тока // Энергия единой сети. – 2021. – № 1 (56). – С. 43–52.

7. Шульга Р.Н., Смирнова Т.С., Стальков П.М. Разработка КЭО для ППТ и ВПТ // Энергетик. – № 4.

8. Шульга Р.Н. Накопление и сохранение электроэнергии // Новости электротехники. – 2021. – № 1 (127). – С. 54–57.

9. Paulo Fisher de Toledo. Feasibility of HVDC for City Infeed // Department of Electrical Engineering Electric Power Systems. – Stockholm, 2003.

10. PWM and Control of two and three level high power Voltage Source Converters. A. Lindberg. ISSN-1100.1616. TRITA-EHE 9501 // Royal Institute of Technology. – Stockholm, Sweden, 1995.

11. ATP Rule Book. Canadian // American EMTP User Group. – 1992.

12. Andersen B.R., Xu L., Wong K.T.G. Topologies for VSC transmission // AC-DC Power Transmission. 28–30 November 2001. Conference Publication. № 485.

13. Cooperation between Line Commutated Current Source Converter and Forced Commutated Voltage Source Converters in HVDC transmission / P.F. Toledo, Å. Ekström // EPE 2003, Toulouse, France.

14. Tyll H.K. FACTS Technology for Reactive Power Compensation and System Control // Paper for IEEE/PES panel session on FACTS, nov 8–11, 04, Sao Paulo.

15. Reed G., Pape R., Takeda M. Advantages of Voltage Sourced Converter (VSC) Based Design Concepts for FACTS and HVDC-Link Application. – IEEE, 2003.

16. Habur K., O’Leary D. FACTS – For Cost Effective and Reliable Transmisiion of Electrical Energy. Siemens.

17. Economic Assessment of HVDC Links. Cigré Working Group 14.20. June 2001.

Энергетические показатели преобразователей напряжения (ПН) достаточно освещены в [1, 2]. Применение ПН и преобразователей тока (ПТ) рассмотрено в [3–5], а их реализация приведена в [6–8].

Преобразователь с принудительной коммутацией ПН может быть представлен как источник переменного напряжения, где амплитуда, фаза и частота могут управляться независимо друг от друга. В установившемся режиме вектора напряжений и токов могут быть представлены в виде векторной диаграммы (рис. 1) [15].

Напряжение на входе ПН равно:

где mшим – коэффициент модуляции;

Ud – напряжение выхода ПН;

ω – круговая частота;

θ – фаза напряжения.

Полная мощность ПН в точке связи с сетью может быть определена как:

Пренебрегая потерями в трансформаторе (реакторе), запишем выражения для вычисления активной и реактивной мощности преобразователя:

δ – угол между напряжением системы UL и напряжением преобразователя Uv.

При δ > 0 ПН потребляет активную мощность, при δ < 0 – выдает. Векторная диаграмма, приведенная на рис. 1б, показывает, как активная и реактивная мощность зависят от угла и амплитуды напряжения преобразователя, если принять, что напряжение сети неизменно.

Активную мощность преобразователя регулируют главным образом изменением угла δ. Реактивная мощность в основном определяется разницей амплитуд напряжения системы UL и напряжения преобразователя Uv.

Полная мощность зависит от напряжения сети и тока преобразователя:

Объединение уравнений (3) и (4) дает также следующие P–Q соотношения:

Уравнение (5) определяет рабочую область преобразователя с принудительной коммутацией (рис. 2). При снижении напряжения системы рабочая область уменьшается.

Ограничение по реактивной мощности вытекает из (6). Если напряжение системы уменьшается, то предел по реактивной мощности увеличивается. Диапазон изменения реактивной мощности зависит от величины активной мощности преобразователя.

Для Цитирования:
Шульга Р. Р., Преобразовательные подстанции на IGBT-транзисторах. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021;12.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: