Generator statyczny SVG a tradycyjna bateria kondensatorów – zalety energoelektronicznych kompensatorów

Problemy z kompensacją mocy biernej

Na szczególną uwagę zasługują następujące problemy związane z kompensacją mocy biernej:

• szybkie zmiany zapotrzebowania na moc bierną,
• częste zmiany wartości zapotrzebowanej mocy,
• naprzemienne zapotrzebowanie na moc bierną pojemnościową i indukcyjną,
• asymetryczne zapotrzebowanie na moc bierną.

Typowe układy kompensujące, oparte na bateriach kondensatorowych lub dławikach sterowanych klasycznymi stycznikami, a nawet poprzez układy tyrystorowe, nie są w stanie zapewnić właściwych parametrów jakości energii, przy dynamicznych i częstych zmianach mocy biernej. Dodatkowo przy występowaniu w układzie zapotrzebowania na moc bierną indukcyjną i pojemnościową konieczne jest równoczesne stosowanie baterii kondensatorów i dławików. Komplikuje to układ pomiarowy, gdzie każda bateria potrzebuje własny zestaw przekładników prądowych. Zwiększają się również wymagania w zakresie dostępnego miejsca potrzebnego w rozdzielni.

Rozwiązanie problemu z kompensacją mocy biernej za pomocą generatorów statycznych mocy biernej (SVG)

Rozwiązaniem, jakie można tutaj zaproponować, są generatory statyczne mocy biernej, tzw. SVG. Są to urządzenia energoelektroniczne, wykorzystujące do swojego działania układy tranzystorowe, które kluczując wg określonego algorytmu regulacji, załączają kondensator i w ten sposób generują przepływ mocy biernej.

Najważniejsze cechy układów kompensacyjnych SVG oferowanych przez Astat:

• wykonanie trój lub czteroprzewodowe,
• kompensacja mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej w jednym urządzeniu,
• symetryzacja obciążeń,
• praktycznie nieograniczona liczba cykli łączeniowych,
• prostsza konserwacja urządzenia,
• kompensacja nadążna,
• brak zjawisk rezonansowych,
• uzupełniająca filtracja wyższych harmonicznych prądu do 12 rzędu,
• kompensacja każdej z faz niezależnie,
• czas reakcji nie dłuższy niż 50 μs,
• odpowiedź całkowita w czasie nie dłuższym niż 1 ms.

Generator statyczny SVG pozwalają na nadążną kompensację, niezależną dla każdej z faz, co umożliwia ograniczenie zapotrzebowania na moc bierną także w układach, gdzie dynamika zmian obciążenia jest znaczna. Przy czasie odpowiedzi na zmiany zapotrzebowania nie dłuższym niż 1 ms generowana moc bierna dostarczana jest do odbiornika płynnie, praktycznie bez obciążania układu zasilającego. Dodatkowo urządzenia pozwalają na generację mocy biernej o charakterze pojemnościowym lub indukcyjnym, co ma zastosowanie w zakładach, gdzie, np. w porze nocnej lub dni wolne od pracy, charakter zapotrzebowanej mocy biernej zmienia się z indukcyjnego na pojemnościowy. Zastosowanie energoelektronicznych układów załączających pozwala na prawie nieograniczoną liczbę cykli łączeniowych. Dla porównania styczniki łączeniowe w bateriach kondensatorów pozwalają na ok. 100 przełączeń w ciągu godziny i około 100 tys. do 400 tys. łączeń elektrycznych w cyklu życia produktu (zależnie od modelu i producenta).

Oferowane generatory statyczne SVG pozwalają również na częściową eliminację wyższych harmonicznych prądu, nawet do trzynastego rzędu. Rozwiązanie takie wyróżnia przedstawione układy, które zyskują wielki atut w zakresie poprawy Jakości Energii Elektrycznej. Zakres ograniczania wyższych harmonicznych do trzynastego rzędu jest wystarczający dla części odbiorców energii elektrycznej. Często występują właśnie wyższe harmoniczne rzędów 5 i 7, a w układach z odbiornikami jednofazowymi także 3 rzędu. Dla takich odbiorców eliminacja tych rzędów harmonicznych prądu może okazać się wystarczająca, a przy jednoczesnej kompensacji mocy biernej układy SVG może okazać się najwłaściwszym rozwiązaniem.

Przykładowe spektrum wyższych harmonicznych prądu w zakładzie przemysłowym

Wyraźnie widać, że dominują harmoniczne 5, 7, 11 i 13 rzędu. Sumaryczna wartość prądu odkształconego dla przedstawionego przykładu wynosi:

Dzięki możliwej eliminacji wyższych harmonicznych, nawet przy założeniu działania układu tylko do harmonicznych prądu rzędu 12 można zredukować ich całkowity udział do wartości:

Generatory statyczne SVG znajdują zastosowanie:

• w zakładach przemysłowych, gdzie występują częste zmiany obciążenia (załączanie/wyłączanie maszyn, etc.),
• tam, gdzie zastosowane są silniki zasilane poprzez falowniki (typowe spektrum WH zawiera 5,7, 11 i 13 h, SVG kompensuje do 12 WH),
• jeżeli występuje naprzemienny pobór mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej,
• w małych obiektach usługowo-komercyjnych, gdzie mamy do czynienia z jedno i trójfazowymi obciążeniami,
• tam, gdzie brak stałej obsługi technicznej.

Zastosowanie generatorów mocy biernej SVG pozwala na rozwiązanie wielu problemów równocześnie, szczególnie w sytuacjach, gdzie tradycyjne układy kompensacji mogą okazać się niewystarczające. Należy pamiętać, że prawidłowy dobór układów do poprawy parametrów Jakości Energii Elektrycznej powinien zostać poprzedzony pomiarami.

MSC/MSR – Mechanical Switched Capacitor/Reactor; TSC/TSR – Thyristor Switch Capacitor/Reactor; TRC/TRR – Thyristor Regulated Capacitor/Reactor, SVG/STATCOM – Static Variable Generator