Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор и постановка задачи 9
1.1. Цели и методы компенсации реактивной мощности в системах электропередачи 9
1.1.1. Потребители реактивной мощности 9
1.1.2. Последствия ухудшения качества электроэнергии 12
1.1.3. Обзор традиционных методов компенсации, их достоинства и недостатки 17
1.2. Обзор современных методов и устройств компенсации реактивной мощности 24
1.3. Постановка задачи 31
Глава 2 Методика создания макетного образца статкома с учетом масштабных коэффициентов 33
2.1. Расчет силовой части макета СТАТКОМ и предельных параметров функционирования 33
2.1.1. Выбор типа силового ключевого элемента 33
2.1.2. Выбор структуры преобразователя напряжения СТАТКОМа 37
2.1.3. Способ управления преобразователем напряжения 44
2.1.4. Расчет основных параметров компенсатора 49
2.2. Структура цифровой системы управления 62
2.2.1. Определение задач и условий работы макета СТАТКОМа 62
2.2.2. Алгоритмы управления статическим компенсатором 65
2.3. Выводы 79
Глава 3 Координация предельных параметров функционирования и анализ аварийных воздействий на силовое оборудование 81
3.1. Расчет предельных параметров функционирования компенсатора. Определение ОБР элементов силовой схемы 81
3.2. Аварийные воздействия на оборудование 92
3.3. Математическое моделирование различных режимов нарушения функционирования компенсатора 98
3.3.1. Выбор средств математического моделирования 98
3.3.2. Создание математической модели СТАТКОМа 100
3.4. Выводы 131
Глава 4 Классификация и проектирование средств защиты СТАТКОМа 132
3.1. Классификация защит 132
3.2. Программная реализация защит 142
3.3. Выводы 163
Глава5 Экспериментальная часть 164
5.1 Определение комплекса задач, решаемых на макете 164
5.2 Описание макета 165
5.3 Экспериментальные исследования по надежности работы оборудования СТАТКОМ 174
5.4 Выводы 182
Заключение 184
Список литературы
- Последствия ухудшения качества электроэнергии
- Выбор структуры преобразователя напряжения СТАТКОМа
- Аварийные воздействия на оборудование
- Программная реализация защит
Введение к работе
Актуальность работы. Нормальная работа потребителей электроэнергии и выполнение возложенных на них функций зависит от совокупности характеристик потребляемой ими электроэнергии, которые определяют ее качество. Благодаря широкому распространению электроэнергии проблема ее качества приобретает все большее значение. Она усугубилась вместе с развитием и широким внедрением в промышленности силовых электронных преобразователей. Это связано с их негативным влиянием на сеть, которое проявляется в основном в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения.
Последствия увеличения доли реактивной нагрузки проявляются в виде снижения пропускной способности электроэнергетических систем (ЭЭС), увеличение дополнительных потерь от передачи реактивной мощности, снижении пределов статической и динамической устойчивости, недопустимых уровней напряжения в узлах ряда энергосистем.
Решить данную проблему позволяет установка в ЭЭС специальных компенсирующих устройств (КУ) или, иными словами, компенсация реактивной мощности. Традиционно в качестве компенсаторов реактивной мощности используются системы типа СТК на базе реактора и тиристорного преобразователя. Развитие силовой электроники привело к созданию новых видов силовых электронных ключей и схемотехнических решений, позволяющих более эффективно решать задачу компенсации реактивной мощности. В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений является создание статических компенсаторов реактивной мощности (СТАТКОМ), которые представляют собой устройства на базе преобразователя напряжения на полностью управляемых ключевых элементах, который способен генерировать ток любой фазы относительно напряжения сети.
СТАТКОМ служит как для генерации реактивной мощности в сеть, так и для компенсации реактивной мощности сети. На стороне переменного тока
включаются дроссели для фильтрации гармоник тока, обусловленных ШИМ модуляцией напряжения преобразователя.
Функционирование СТАТКОМа связано с необходимостью управления динамическими и статическими процессами, характерными для импульсных и нелинейных систем. Решение задач управления статическим компенсатором при помощи исключительно аналоговых средств затруднительно. Отличительной особенностью цифровых систем управления является возможность создания сложнейших алгоритмов управления и защиты, а также легкость их модификации и отладки. Цифровая система управления превосходит по точности аналоговую, поскольку ее параметры не изменяются с течением времени и не зависят от таких внешних факторов, как температура, влажность и т.п., что присуще практически всем аналоговым системам. Ограничение на точность цифровой системы управления накладывает точность оцифровки аналогового сигнала модулем АЦП. Быстродействие цифровых систем управления может уступать аналоговым системам. Однако, в последнее время, в связи с постоянным увеличением тактовой частоты ядра процессоров, это различие нивелируется. Поэтому основным направлением развития систем управления и защиты будет создание точных и быстродействующих систем с использованием, как аналоговых средств, так и цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров.
Следует отметить, что вопросы построения силовой части компенсаторов и вариантов реализации алгоритмов управления в преобразовательной технике рассмотрены достаточно подробно. Не смотря на это, актуальными задачами в этой области остаются: создание методик расчета и оценки характера аварийных режимов; разработка алгоритмов защиты и выявления сбоев в оборудовании СТАТКОМа. Данная задача и определила тему диссертационной работы.
Цель работы. Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание защитного комплекса устройства
СТАТКОМ на основе преобразователя напряжения с цифровой системой управления. Что позволит эффективно решить задачи: стабилизации напряжения в точке подключения и увеличению пропускной способности линии, следовательно, положительно влияет на устойчивость системы передачи при аварийных режимах.
Достижение цели исследования потребовало решение следующих научно-исследовательских и практических задач:
Проведение аналитического обзора современных научно-технических решений в области управления аппаратами компенсации реактивной мощности. Выявление наиболее перспективных принципов регулирования параметров электроэнергии с применением силовых электронных приборов;
Разработка методики расчета аварийных процессов в основных элементах силовой части компенсатора;
Разработка математических моделей СТАТКОМа и его основных компонентов;
Создание методики проектирования и расчета способов и средств защиты СТАТКОМа в аварийных режимах;
Создание и отладка макетного образца СТАТКОМа. Анализ эффективности предложенного комплекса защитных мер.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе предполагается использование объектно-ориентированных программ моделирования типа «Matlab» и «PSpice». В числе математических методов, анализ импульсной модуляции напряжений и токов электрических цепей, pq-теория «мгновенной» мощности Хирофуми Акаги, методы преобразования трехфазной системы координат (abc) в двухфазные dq и а(3. При разработке программной части защитного комплекса использовался метод пошаговой отладки в среде программирования «Code Composer». Применение методов теории электрических цепей для расчета аварийных режимов работы СТАТКОМа при определении вариантов защиты.
Обоснование и достоверность результатов. Справедливость теоретических положений подтверждается использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений, а также результатами компьютерного и физического моделирования.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты:
Методика расчета и моделирования аварийных процессов в оборудовании СТАТКОМ;
Методика проектирования программного комплекса защитных мер для компенсатора реактивной мощности;
Принцип построения цифровой системы контроля состояния компенсатора в различных режимах. Алгоритм функционирования системы защит от нештатных ситуаций, позволяющий повысить надежность работы оборудования в целом;
Математическая модель СТАТКОМа, позволяющая исследовать и анализировать аварийные процессы компенсатора в случае функциональных сбоев оборудования СТАТКОМа.
Практическая ценность. В результате выполненной работы создана эффективная система защиты статического компенсатора реактивной мощности с использованием цифрового процессора. Полученные результаты служат исходными данными для проектирования защитных систем устройств компенсации на основе преобразователей напряжения при создании «гибких линий». Некоторые результаты работы изложены в отчетах по научно-исследовательским работам ОАО «ВНИИЭ»: «Разработка и создание макета СТАТКОМа напряжением 400В с микропроцессорной системой управления», «Изготовление и поставка статического устройства FACTS типа СТАТКОМ мощностью 50Мвар для ПС Выборгская» 2004-2007г.
Реализация работы. Полученные результаты работы использованы в работах проводимых кафедрой ЭиЭА МЭИ (ТУ) совместно с Филиалом ОАО «НТЦ электроэнергетики» - ВНИИЭ. Техническая реализация и
экспериментальная отработка была выполнена на макетном образце СТАТКОМа, созданном в ОАО «ВНИИЭ». Макет предназначен для подключения к трехфазной сети 0,25кВ, 50 Гц. Установленная мощность макета 2,2 кВАр. Номинальное действующее значение основной гармоники тока макета 5,1 А.
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях МКЭЭЭ -2006 (Крым, Алушта), СЭЭ-2006(Украина) а также на заседаниях кафедры ЭиЭА с 2006-2008г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 191 стр. и содержит 111 рисунка, 5 таблиц, 61 наименование списка литературы.
Последствия ухудшения качества электроэнергии
Современное электрооборудование, применяемое в промышленности и других сферах человеческой деятельности, предъявляет высокие требования к качеству потребляемой электроэнергии. Проблемы электропитания могут привести к сбоям в работе оборудования, сокращению срока службы и выходу его из строя.
Выбросы и просадки напряжения, отключения напряжения, какими бы короткими они не были, приводят к серьезным последствиям с большим ущербом для производства. К отраслям, в которых сбой электропитания может привести к серьезным отказам и последующему ущербу относятся: - компьютерные центры обработки данных; - заводы по производству полупроводниковой продукции; - телекоммуникационное оборудование; - аэропорты; - больницы и родильные дома; - заводы по переработке пищевых продуктов; - химическая промышленность; - заводы пластмассовых изделий; - производства с автоматизированными системами управления. Отклонение какого-либо параметра питающего напряжения от нормы может стать причиной работы элементов в недетерминированной области их характеристик и привести к некорректной работе прибора в целом. Такая ситуация часто приводит к непрогнозируемой работе приборов, снижению КПД, снижению качества продукции, в первую очередь это касается предприятий с непрерывными технологическими циклами производства, и преждевременному выходу оборудования из строя. В связи с этим поставщики электротехнического оборудования гарантируют его работоспособность при заданном качестве электроэнергии [2,3].
В каждом конкретном случае необходимо учитывать технические характеристики используемого оборудования, режим работы предприятия или организации. К сожалению, далеко не всегда электроэнергия соответствует установленным стандартам качества.
По данным отечественной фирмы «А&Т» в России наиболее часто встречающимся случаем ухудшения качества электроэнергии можно считать пониженное напряжение. Однако повышенное напряжение в сети встречается почти так же часто, как и пониженное. Причем, для разных мест (городов, районов, предприятий) обычен определенный уровень напряжения в сети. Где-то оно может быть в основном пониженное, в других местах в основном нормальное или в основном повышенное. Этот уровень сохраняется примерно одинаковым все время. При этом наблюдаются циклические изменения напряжения, связанные с изменением нагрузки в электрической сети.
Электрические нагрузки генерируют и поглощают реактивную мощность [4]. Так как при передаче электроэнергии нагрузка значительно отличается в различное время, соответственно меняется и баланс реактивной мощности. В результате могут возникнуть недопустимые колебания напряжения или даже резкое снижение напряжения или, в обратном случае, лавина напряжения. Быстродействующий статический компенсатор реактивной мощности может осуществлять постоянный контроль за реактивной мощностью, необходимой для динамического контроля за уровнем напряжения при различных условиях, и таким образом, улучшить функционирование всей системы передачи и распределения энергии. Установив компенсатор в одной или нескольких подходящих точках системы, появляется возможность увеличения пропускной способности системы электропередачи и снизить потери энергии, сохраняя стабильный уровень напряжения при любых условиях [5].
Также с начала 90-х годов прошлого столетия возросшее значение бесперебойности энергопотребления привело к тому, что в оборудовании для транспортировки и распределения электроэнергии возникла потребность в достаточно мощных, быстродействующих и экономичных устройствах, способных противостоять аварийным ситуациям, связанным с отключением питания или падением напряжения в сети.
В аварийных ситуациях действие систем противоаварийной автоматики направлено на восстановление нарушенного в результате аварии баланса мощностей и компенсацию избыточной энергии во время послеаварийного процесса. В настоящее время это достигается путем отключения части генераторов тепловых или гидравлических станций, а также части потребителей. Следует отметить, что даже в случае кратковременного воздействия для сохранения устойчивости при динамическом переходе система противоаварийной автоматики действует на отключение генераторов с последующим отключением потребителей. В то же время в ряде случаев устойчивость в послеаварийном режиме может быть обеспечена регулированием мощности электростанций. Однако, эффективность этого мероприятия ограничивается значительным временем набора мощности, которое для гидравлических электростанций составляет 6-8 с, а для тепловых - свыше 20 с, в то время как для эффективного подавления послеаварийных процессов колебаний мощности в системе требуется время реакции компенсирующего устройства на уровне десятых или сотых долей секунды.
Таким образом, проблема разработки и создания устройств, позволяющих эффективно решать задачу компенсации реактивной мощности в промышленности, является актуальной на сегодняшний день.
Как свидетельствует накопленный к настоящему времени опыт, применение аппаратуры для создания гибких линий позволяет существенно изменить характеристики энергосистем и обойтись в ряде случаев без строительства новых линий для обеспечения передачи растущих потоков мощности, что стало в последнее время затруднительным в связи с целым рядом экономических, экологических и социальных проблем [6].
Выбор структуры преобразователя напряжения СТАТКОМа
Преобразователь напряжения может быть выполнен на базе различных структурных схем [52]. Выбор структуры ПН важен при оценке показателей удельной стоимости оборудования таких устройств. Среди наиболее распространенных структур ПН можно выделить следующие: - на базе использования многофазных трансформаторов; - многоуровневые структуры без общего звена постоянного тока; - многоуровневая структура с коммутируемыми конденсаторами; - различные варианты мостовых схем. На рис.2.2 изображена схема построения ПН, построенные на базе использования многофазных трансформаторов. Основой такой структуры является специальный многообмоточный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку нескольких преобразователей на стороне переменного тока и многофазный их режим работы. Этим обеспечивается низкий уровень гармоник в фазных токах. Многоуровневые структуры без общего звена постоянного тока К недостаткам такой структуры можно отнести: - отсутствие возможности обмена энергией между преобразователями через общую цепь постоянного тока, а также между отдельными ячейками преобразователя и внешней сетью; - при отказе одного ключа в ячейке из работы исключаются 3 исправных ключа. При этом меняется количество уровней и необходима корректировка алгоритма управления с учетом потери ячейки; - для регулирования потоков активной мощности такая структура не применима.
Схемой удачно сочетающей достоинства многоуровневой и мостовой структур является многоуровневая структура с коммутируемыми конденсаторами (рис.2.4). При достаточно большом числе ячеек схема может обеспечить высокое качество фазного тока без ШИМ модуляции и коммутировать ключи только на основной частоте. - токовая загрузка ключей разных уровней заметно отличаются; - необходимость корректировки алгоритма управления при неисправности силовых ячеек; - по мере удаления от точки подключения фазы, рабочее напряжение конденсаторов в схеме возрастает. При этом увеличивается и паразитная индуктивность в контуре коммутации при переходе от одной ячейки к другой, что приводит к увеличению общих потерь в схеме; - с повышением рабочего напряжения сложнее решаются вопросы изоляции и компоновки. Особого рассмотрения требует вопрос резервирования отдельных элементов схемы. С помощью минимальной избыточности существенно повышается надежность преобразовательного оборудования. В многоуровневых схемах резервирование такого вида в принципе не реализуется, поскольку необходимо резервирование целых блоков, что достигается большой аппаратной избыточностью с соответствующим увеличением стоимости.
Для решения всего комплекса задач гибкого управления электропередачами переменного тока по технологиям FACTs требуются такие решения по структуре преобразователя, которые позволяют на базе унифицированных, стандартизированных, технологически отработанных компонентов создавать оборудование различной мощности, напряжения и назначения. В качестве функционально-конструктивной единицы такого оборудования может быть высоковольтный запираемый модуль (ВЗМ). С одной стороны, такой модуль должен иметь предельно достижимые параметры мощности для реальных полупроводниковых элементов. С другой стороны, параметры единичного модуля, включая конструктивные особенности, должны быть согласованны с уровнями напряжения в сетях, где предполагается использование такого оборудования.
Мостовые структуры ПН имеют в явном виде выраженные цепи постоянного и переменного тока. Это дает возможность произвольно наращивать мощность путем объединения ПН на стороне постоянного и/или переменного тока в различные устройства FACTs. Конструктивно-функциональная единица в мостовой структуре — ВЗМ. Высоковольтные запираемые вентили (ВЗВ) должны представлять собой последовательное соединение ВЗМ. Номинальное напряжение ПН может быть изменяться простым изменением числа последовательных ВЗМ.
Аварийные воздействия на оборудование
Воздействия на оборудование СТАТКОМа, несоответствие которых параметрам силового оборудования может привести к аварии, можно разделить на следующие виды: - перенапряжения; - перегрузки по току; - перегрузки по мощности в быстропротекающих процессах; - тепловые перегрузки в медленно протекающих процессах; - снижение уровня изоляции.
Аварийные перенапряжения (АП), это перенапряжения, параметры которых (уровня, длительности, скорости изменения, а также комбинаций этих характеристик) не соответствуют (превышают) проектным параметрам оборудования. По месту возникновения перенапряжения разделяют на внешние и внутренние. Под внешними АП понимаются перенапряжения, появление которых напрямую не связанно с работой оборудования и которые возникают в точках внешнего подключения оборудования СТАТКОМ к питающей сети из-за процессов, протекающих в примыкающих цепях. Для исключения этого необходима защита от перенапряжений в точке подключения преобразователей к сети. Среди внешних АП можно выделить три основных вида:
1. Квазистационарные перенапряжения. Это воздействия от нескольких периодов (0,1с) до нескольких минут и вызваны они сбросом нагрузок различной величины в примыкающей сети на различном удалении от места подключения. Примерная кратность перенапряжения к номинальному напряжению для сети 10-15 кВ указанна в п.3.1.
2. Коммутационные перенапряжения. Это воздействия от нескольких сотен микросекунд до единиц миллисекунд. Связанны коммутационные перенапряжения с процессами, происходящими в непосредственной близости от шин подключения на подстанции. Как правило - это работа коммутационных аппаратов или аварийные процессы в другом оборудовании на подстанции. Кратность коммутационного перенапряжения достигает значения 1,8.
3. Грозовые перенапряжения. Это воздействия от единиц до десятков микросекунд и связанны они с непосредственным воздействием внешних факторов на оборудование СТАТКОМ, размещенное на открытых площадках (реакторы, разъединители, фильтры ВЧ, шинопроводы и т.д.). Причинами таких перенапряжений являются грозовые воздействия и пробой основной изоляции. Кратность грозовых перенапряжений равна 2,1. Под внутренними АП понимаются перенапряжения, воздействующие на внутренние цепи оборудования и параметры, которых (уровень, длительность, форма) определяются, главным образом, процессами в оборудовании компенсатора. Причины, приводящие к возникновению внутренних аварийных режимов
Причины, приводящие к возникновению внутренних аварийных режимов можно разделить на три вида: 1. Нарушение нормального функционирования системы управления, а также при потере управляемости одного или нескольких вентилей, при которой нарушается порядок переключения вентилей; 2. Резкое необратимое изменение схемы или параметров силового оборудования из-за пробоя основной изоляции или пробоя одного или нескольких вентилей; 3. Комбинации причин из предыдущих пунктов, которые приводят к последовательному развитию аварии.
Аварии, вызванные выходом из строя транзисторов по причине электрического или теплового пробоя, являются, как правило, наиболее тяжелыми, так как они сопровождаются протеканием в преобразователе больших токов, а также повышенными тепловым и электродинамическим воздействиями. Однако, следует отметить, что ряд внутренних аварий не вызывает значительных изменений токов в элементах силовых цепей. Такого рода аварии приводят к недопустимым отклонениям напряжения, повышенным уровням пульсаций на стороне постоянного тока. Следовательно, возникает необходимость в своевременном выявлении и адекватной реакции на аварии такого рода. Особенностью СТАТКОМа, выполненного на ЮВТ - транзисторах, в отличие от использования приборов на основе тиристорных структур является то, что полностью управляемые приборы позволяют прервать нежелательное развитие процессов до их перехода в аварийные режимы. Для этого достаточно блокировать импульсы управления. Основной вопрос проектирования и выполнения защит при этом в быстром и однозначном выявлении режимов, которые могут перейти в стадию аварийных.
Способ прерывания нежелательного процесса посредством блокирования импульсов применим в случаях, когда имеет место только функциональный сбой, и нет опасности необратимых изменений в силовой схеме. В противном случае блокирования импульсов управления недостаточно и необходимо отключать оборудование от источников энергии (от сети), поскольку в этом случае развитие процесса контролируется частично, или не контролируется вообще. Только отключение выключателя за возможно более короткий срок позволяет предотвратить нежелательные последствия и/или ограничить размеры возможного ущерба. Среди вариантов нарушения нормального функционирования системы управления и ее последствий можно отметить: - Расчёт ШИМ - интервалов на расчётных тактах проводится с погрешностью большей, чем допустимо, что приводит к несоответствию расчётных и измеренных параметров тока и напряжения на каждом такте. Алгоритмы работы системы защиты для такого рода случаев будут рассмотрены далее. При значительной погрешности расчёта режима, когда за один или несколько расчётных тактов несовпадение превышает допустимый уровень, принимается решение о блокировании управляющих импульсов; - Отказ оборудования СУ, при котором сигналы управления на вентиль не отрабатываются в одном или нескольких вентилях из-за нарушения питания собственных нужд (ПСН). Возникновение системного сбоя в головном процессоре, что может привести к выдаче фиксированной комбинации импульсов управления в течении неопределенного времени; - Если после блокирования импульсов управления в любом режиме работы процесс протекания фазных токов не прекращается, следует отключать выключатель, поскольку такое развитие процесса свидетельствует о необратимых изменениях в силовой схеме и/или не выполнена команда на блокирование импульсов; - Возникновение режима КЗ для вентилей, подключенных параллельно одной из половин КБ. После успешного выявления этого режима и произведения безопасного отключение вентилей требуется пауза в работе вентилей не менее 1с, т.е. импульсы управления должны быть блокированы. Если же режим выявлен, но произошел аварийный пробой вентилей (критическая потеря класса) или, по крайней мере, в одного из вентилей, то последующий процесс становиться аварийным и лишь частично управляемым, т.е. на неповрежденных вентилях блокируются импульсы управления и успешно прерывается ток. Либо возможен случай последовательного развития аварии в других вентилях из-за неуспешного прерывания тока или превышения уровня КЗ. Возможны следующие варианты необратимых изменений схемы и/или параметров силового оборудования: - Повреждение вентилей с полной потерей класса возможно в случае несимметричного нарушения питания в драйверах, а система контроля питания, по какой-либо причине не выявила такой отказ, либо при пробое вентиля из-за внешнего (механического) воздействия. - Пробой изоляции в силовой схеме. Структурная схема СТАТКОМа (50МВАр) с узлами твердой изоляции, в которых потенциально возможны нарушения, вплоть до пробоя показаны на рис.3.6.
Программная реализация защит
К входным величинам. программного комплекса защит относятся не только данные с первичных датчиков и прерывания от внешних (аналоговых) защит, но и данные о состоянии внешних органов управления: состояние блока автоматики (БА), наличие разрешающего сигнала импульсов управления (ИМП). Эти данные позволяют обеспечить адаптивную программную защиту во всех режимах работы статического компенсатора.
Для повышения помехоустойчивости программных защит необходимо обеспечить достоверность данных с первичных датчиков либо путем улучшения качества каналов измерения, либо путем программного исключения реакции на появляющиеся помехи. Первый путь ведет к значительному увеличению стоимости канала измерения и трудоемкости при реализации, что не всегда оправдано. Второй путь неизбежно ведет к увеличению времени реакции на аварийную ситуацию.
Программы, представленные на рис.4.4.а и рис.4.4.б работают в связке. Установка флага аварии (FlErUKi;) и включения индикации не требуется в программе рис.4.4.б, так как это уже сделано в программе рис.4.4.а. Защита по превышению уровня напряжения сети в точке подключения компенсатора.
Индивидуальная защита должна быть самой быстродействующей и являться последней ступенью токовой защиты полупроводникового преобразователя. К построению этого вида защиты предъявляются наиболее жесткие требования, ей следует уделить особое внимание. Защита полупроводникового элемента с помощью автоматического выключателя невозможна в силу инерционности его механизма отключения (время отключения находится в рамках 0,01-1с) и может применяться только для защиты фазных реакторов компенсатора и входного трансформатора. Характеристика отключения и ток отсечки автоматического выключателя выбираются исходя из тепловых характеристик фазных реакторов и входного трансформатора. Защита, основанная на контроле температуры полупроводникового элемента, применяется для исключения режима перегрузки по току и также ограничена по скорости реакции ( 1с). Программная защита от токов перегрузки призвана обеспечить надежное перекрытие защитных характеристик при переходе из области токов перегрузок в область токов КЗ (рис. рис.4.6).
В качестве дополнительной защиты от ошибок персонала при монтаже, обслуживании и ремонте силовой части компенсатора, используется программная защита от токов в реакторах без импульсов управления. Алгоритм этой защиты представлен на рис.4.7. При отсутствии импульсов управления программа осуществляет проверку на превышение модулями фазных токов \1а\, Д, \1С\ уровня Ытщ. Следует отметить, что при начальном заряде КБ от сети в момент шунтирования зарядных резисторов неизбежен бросок тока, а также при отключении импульсов управления в номинальном режиме работы ток в реакторах спадает не мгновенно. Следовательно, уровень отключения силового автомата (Ытщ) не может быть нулевым и выбирается на основе эксперимента и составляет порядка двадцати процентов от номинального рабочего тока компенсатора.
Далее способ построения защиты аналогичен программе защиты по ІІЦБ-При запрещении импульсов управления в силу вступает алгоритм контроля тока без ИМП. Часть алгоритма, отвечающая за превышение второго уровня отключения (рис. рис.4.4.6) отсутствует, так как в ней нет необходимости.
Перед функциональной защитой по току ставиться задача, выявить сбой в работе оборудования СТАТКОМа до выхода мгновенных значений фазных токов и напряжения на половинах КБ за предельные границы функционирования оборудования. В целях повышения быстродействия функциональной защиты был рассмотрен вариант реализации, основанный на величинах, предсказанных на такт вперед. В этом случае встает задача обеспечения необходимой точности при расчете напряжения сети в точке подключения и напряжения на половинах КБ на 1 расчетный такт вперед.
Проведенные исследования в области экстраполяции кривой по данным снятым на предыдущих тактах и восстановления кривой показали, что частота выполнения программы не позволяет добиться требуемой точности расчета. Неудовлетворительная точность расчета объясняется тем, что на напряжение сети при работе компенсатора накладываются коммутационные искажения, имеющие частоту коммутации 21-ой гармоники. С учетом того, что время расчетного такта программы составляет 300 микросекунд, кривая напряжения сети теряет свойства гладкой кривой, следовательно, увеличение степени экстраполяционного полинома приводит к росту ошибки при расчете. На рис.4.8 изображены результаты экстраполирования данных о напряжении сети, полученных с АЦП с дискретностью ЗООмкс (синие точки рис.4.8), полиномами Лагража первого (красная кривая) и второго (зеленая кривая) порядка.
Восстановление функции по методу наименьших квадратов и расчет по ней значения на 1 расчетный такт вперед также не обеспечил требуемой точности. На рис.4.9 изображены результаты расчета по полиномам второго (красная кривая) и третьего (зеленая кривая) порядка на основе данных о напряжении сети, полученных с АЦП с дискретностью ЗООмкс (синие точки рис.4.9). Максимальное отклонение предсказанных значений от точек, полученных с АЦП, составляет 5.69% и 6,03% для полиномов второго и третьего порядков соответственно.
