Лекция 4
4 Компенсаторы реактивной мощности и мощности искажения.
Преобразовательные устройства, позволяющие генерировать неактивные составляющие полной мощности, которые полностью или частично компенсируют неактивные составляющие мощности в питающей сети в точке подсоединения.
Компенсаторы можно разделить на три группы:
• компенсаторы реактивной мощности;
• компенсаторы мощности искажения;
• компенсаторы всех неактивных составляющих полной мощности.
По способу подключения к сети и потребителю различают параллельные и последовательные компенсаторы. Соответственно различают виды компенсации:
компенсация за счет параллельного подключения компенсатора к потребителю в месте его подключения к сети (поперечная компенсация);
- компенсация посредством последовательного включения компенсатора в линию (продольная компенсация).
Управляемые компенсаторы выполняются с использованием тиристоров и полностью управляемых ключей (транзисторов, запираемых тиристоров).
4.1 Компенсаторы реактивной мощности
Преобразовательные устройства, генерирующие реактивную мощность, которая полностью или частично компенсирует реактивную мощность
в питающей сети в точке подсоединения.
Конденсаторы, коммутируемые тиристорами (ККТ)
Если компенсатор генерирует в питающую сеть только емкостной ток, используют схему с коммутацией групп конденсаторов с помощью встречно-параллельно соединенных тиристоров (см. рис. 4.1). Мощность, генерируемая конденсаторной батареей (КБ) при ее заданной емкости С пропорционалена квадрата приложенного напряжения и частоте:
(4.1)
В установившемся режиме ток в конденсаторе опережает напряжение на нем на четверть периода. Для ограничения бросков тока тиристор следует открывать в тот момент времени, когда мгновенное значение напряжения сети и напряжение на КБ равны (идеальный случай) или близки. Для ограничения перенапряжений при отключении КБ тиристор следует закрывать при переходе тока в нем через нулевое значение.
Для ликвидации броска тока заряда емкости при первом включении в момент максимума напряжения сети необходимо принять превентивные меры. Например, можно держать отключенные емкости заряженными до максимума напряжения вторичной обмотки согласующего трансформатора, что легко обеспечивается с помощью отдельного маломощного выпрямителя, не показанного на схеме.
Рис. 4.1
Рис. 4.2
Достоинство такого компенсатора – простота, недостатки – дискретность
регулирования реактивной мощности, выдаваемой в питающую сеть, и определённая задержка подключения очередных ступеней. Очередная коммутация возможна не раньше ближайшего максимума напряжения сети. Если последовательно с конденсаторами включить реакторы для ограничения тока заряда конденсатора при его включении в произвольный момент времени, то указанной динамической задержки не потребуется.
Реакторы, управляемые тиристорами (РУТ)
В тех случаях, когда линиях электропередачи требуется компенсация их емкостных токов, используют компенсатор реактивной мощности в виде реактора, регулируемого встречно-параллельными тиристорами (регулятором переменного напряжения). Схема такого компенсатора показана на рис. 4.3, а диаграмма его токов для двух значений угла регулирования α – на рис. 4.4. При α = 
ток синусоидальный и имеет максимальное значение 
, где 
- напряжение на вторичной стороне согласующего трансформатора. При регулировании угла α от до 
плавно изменяется первая гармоника тока 
реактора
(4.2)
но появляются высшие гармоники тока нечетного порядка 5, 7, 9, 11, 13 …
Нулевое значение ток компенсатора имеет при угле управления α = .
Таким образом, реактивная мощность компенсатора регулируется от максимальной, равной 
, до 
.
Рис. 4.3 Рис. 4.4
Другая возможность управлять напряжением на реакторе, а значит, и его током связана с включением реактора в цепь постоянного тока на выходе выпрямителя, как показано на рис. 4.5 для случая трехфазного компенсатора. Один реактор для цепи постоянного тока выполнить дешевле, чем три реактора для цепи переменного тока. Входной ток такого компенсатора по форме аналогичен входному току трехфазного мостового выпрямителя, работающего на индуктивную нагрузку. Отсутствие активного сопротивления в нагрузке выпрямителя, кроме малого активного сопротивления обмотки реактора и внутреннего сопротивления выпрямителя, при условии непрерывности выпрямленного тока в реакторе требует, в соответствии с регулировочной характеристикой выпрямителя, значений углов регулирования α выпрямителя около 90о для получения малого выпрямленного напряжения на покрытие потерь в указанных сопротивлениях. При этом фаза входного тока выпрямителя, определяемая углом α, также практически равна 90о. Выпрямитель здесь потребляет реактивную мощность из сети, величина ее регулируется небольшим изменением угла α вблизи 90о за счет изменения выпрямленного тока (рис. 4.6). Если постоянная времени цепи реактора существенно больше периода пульсаций выпрямленного напряжения, то регулирование величины входного тока выпрямителя (и его первой гармоники) идет практически без искажения его формы, т.е. без дополнительной генерации высших гармоник по отношению к 5, 7, 9, 11, … высшим гармоникам входного тока трехфазного мостового выпрямителя.
Рис. 4.5Рис. 4.6