Каква роля изпълнява SVG при компенсацията на реактивната мощност в електроенергийните системи?

Как функционира SVG: основен принцип на работа и контрол на реактивния ток

Статичните генератори на реактивна мощност, обикновено известни като SVG, работят по различен начин в сравнение с традиционните методи за управление на реактивната мощност. Тези устройства използват полупроводникови компоненти, наречени IGBT, за да генерират или поглъщат реактивен ток (измерван в VAR), без участието на механични подвижни части. Начинът, по който го правят, е всъщност доста умен. Те създават противоположни електрически токове чрез така наречената модулация на широчината на импулса. Когато индуктивната натовареност предизвиква закъснение, SVG-устройството изпраща капацитивен ток, за да възстанови баланса. При капацитивни натоварвания, които предизвикват други видове проблеми, действието е обратно. Целият този процес протича изключително бързо и довежда системите до почти идеален коефициент на мощност само за част от секундата.

Напрежение-източникова инверсия, базирана на IGBT, за мигновено генериране на VAR

Основната иновация е архитектурата на преобразувателя с източник на напрежение, базирана на IGBT. Бързото превключване на напрежението на постояннотоковата шина чрез антипаралелни IGBT-двойки формира трите фази на променливотоковата вълна точно с фазов отстъп от 90° спрямо мрежовото напрежение — което осигурява прецизен и непрекъснат контрол върху изходната реактивна мощност, пропорционален на системното напрежение. Ключовите предимства пред традиционните решения включват:

• Елиминиране на рисковете от хармоничен резонанс, присъщи за кондензаторните батерии
• Безпроблемна, стъпаловидно непрекъсната регулация в целия диапазон от капацитивен до индуктивен режим
• Токов изход, независим от напрежението — за разлика от SVC с тиристорно управление

Динамичен отговор подмилисекунден — в сравнение с ограниченията на механичното превключване

SVG-устройствата реагират за 1–5 милисекунди — 100–300 пъти по-бързо от кондензатори с тиристорно превключване (300–500 мс) и с порядъци по-бързо от механичните прекъсвачи, които имат забавяне от 20–40 периода поради физическото движение на контактите и ограниченията при повторното запалване. Тази скорост под един период е съществена за:

• Предотвратяване на колапс на напрежението по време на стартиране на електродвигатели или изключване на генератори
• Ограничаване на фликъра в приложения с дъгови пещи и заваръчни системи
• Стабилизиране на напрежението при бързи колебания в производството от слънчеви/ветрови електроцентрали

От особено значение е, че SVG-устройствата преминават между капацитивен и индуктивен режим без прекъсване — осигурявайки непрекъснати реактивни резерви по време на преодоляване на аварии (FRT), което е възможност, недостъпна за механичните системи.

SVG за подобряване на качеството на електрическата енергия: хармоници, несиметрия и съответствие с нормативните изисквания

Реалновременно филтриране на хармоници и корекция на трите фази при несиметрия

Технологията SVG работи срещу хармоничните изкривявания, като изпраща противоположни токове почти мигновено, което неутрализира онези дразнещи честоти, идващи от устройства като преобразователи на честотата (VFD). Когато това се случва в реално време, общото хармонично изкривяване (THD) се поддържа на ниво под 5 % — параметър, който има решаващо значение за всевъзможни чувствителни уреди по производствената площадка. Друго голямо предимство е начинът, по който SVG-устройствата компенсират несбалансираността в трите фази на напрежението чрез уникалния си подход към управлението на реактивната мощност по отделните фази. Например в едно производствено предприятие, където работят множество еднофазни лазерни резачки заедно с по-големи трифазни машини, при липса на правилно балансиране двигателите могат да се прегряват и да излязат от строя преждевременно. С инсталирани SVG-устройства обаче сме наблюдавали значително намаляване на несбалансираността на напрежението — от около 8 % до малко над 2 %. В отличие от по-старите пасивни филтри, при SVG-устройствата няма забавяне при активиране на превключватели и няма проблеми с настройката, които ограничават ефективността.

Съответствие с ограниченията на IEEE 519–2022 в промишлени обекти с високо ниво на изкривяване

Технологията SVG осигурява съответствие на системите със стандартите IEEE 519-2022 чрез активно управление на хармониците до 50-ия ред включително, дори при тежки условия, като тези в дъгови пещи или вътре в центрове за обработка на данни. Когато напрежението в точката за свързване с мрежата (PCC) започне да се изкривява над 10 %, тези SVG-устройства поддържат общото хармонично изкривяване (THD) под контрол — около 3,5 % или по-добро, което е значително под 5 %-ния лимит, установен от повечето електроснабдители. Един реален пример е от фабрика за полупроводникови устройства, където след инсталирането на SVG-устройствата хармоничните проблеми намаляли с около 92 %, а спестяванията за поддръжка на кондензаторните батерии възлизали на приблизително 740 000 щ.д. годишно, според доклад на Института Понемон от миналата година. Освен съответствието с нормативните изисквания, такъв проактивен подход предотвратява потенциални глоби, защитава трансформаторите от излишно натоварване и осигурява непрекъснато и стабилно функциониране на производствените процеси без неочаквани прекъсвания.

SVG като фактор за стабилност на електрическата мрежа: поддръжка на напрежението и способност за работа при повреди

Динамично регулиране на напрежението по време на нарушения в мрежата и събития, свързани с работата при повреди

Технологията SVG допринася за стабилността на електрическите мрежи, като почти моментално инжектира или абсорбира реактивна мощност при падане или скокове на напрежението, както и при системни повреди. Механичните кондензаторни батерии изискват около 3–5 периода, преди да могат да реагират, докато системите SVG отговарят незабавно, поддържайки напрежението в рамките на приблизително ±2 % от нормалните стойности и предотвратявайки ненужното задействане на защитни устройства. При ситуации, свързани с работата при повреди (FRT), тези системи запазват достатъчен резерв от реактивна мощност, за да изпълняват строгите изисквания на мрежата, като например тези, посочени в стандарта IEEE 1547-2018. В райони, където вятърната енергия представлява значителна част от енергийния микс, използването на контрол на напрежението, базиран на SVG, намалява прекъсванията на електроснабдяването с приблизително 60 % спрямо по-старите методи, според проучване, публикувано в журнала „Power Systems Research“ през 2023 г.

Случайно доказателство: Интеграция на вятърна електроцентрала с номинално напрежение 33 кВ с използване на SVG за реактивен резерв

Вятърна електроцентрала с номинално напрежение 33 кВ, интегрираща 15 вятърни турбини, демонстрира влиянието на SVG върху стабилизирането на мрежата. Преди инсталирането на системата честите напрежения, предизвикани от пориви на вятъра, надвишаваха 8 %, което водеше до изключване на турбините. След разгъването на SVG-система с мощност 5 Мвар реактивният резерв осигури поддържане на напрежението в рамките на ±1,5 % от базовото ниво по време на 98 % от събитията, свързани с функцията за устойчивост при аварии (FRT). Ключовите резултати включваха:

• 70 % намаляване на провалите в напрежението под 0,9 единица (pu) по време на аварии в мрежата
• Нулев брой изключвания на вятърни турбини по време на аварийни прозорци с продължителност 0,15 секунди
• Пълно съответствие с изискванията на мрежовия стандарт EN 50549-2:2019 за интеграция на възобновяеми енергийни източници

Този случай потвърждава ролята на SVG като средство за осигуряване на надеждна интеграция на възобновяема енергия с висока степен на проникване.

SVG срещу алтернативи: Оперативна гъвкавост и стойност през целия жизнен цикъл

Технологията SVG предлага значително по-голяма гъвкавост в сравнение с традиционните кондензаторни батерии и системите с тиристорно управление. За разлика от механичните решения, които превключват стъпково с забележими закъснения, SVG-устройствата управляват реактивната мощност непрекъснато в двете посоки почти мигновено, което елиминира досадните преходни процеси и проблемите с флукутирането на напрежението. Бързината прави цялата разлика в индустрии с постоянно променящи се натоварвания, като например заваръчни операции и стоманолеярни валцови станове. Стандартното оборудване просто не може да следва темпа при времена на отговор над 100 милисекунди, което води до нестабилност и производствени проблеми, с които никой не желае да се занимава.

Стойностното предложение за целия жизнен цикъл наистина се отличава, когато се разглеждат тези системи. Технологията SVG всъщност намалява загубите с около половина до три четвърти спрямо подобни модели SVC. Защо? Защото вече няма нужда от нагряване на реактора и също така не е необходимо да се справяме с онези досадни външни хармонични филтри. Това означава реална икономия от електроенергия с течение на времето. Друг голям плюс е, че изобщо няма подвижни части, за които да се тревожим, както и кондензатори, които остаряват и трябва периодично да се заменят. Интервалите между техническите прегледи могат да бъдат с 3–5 години по-дълги в сравнение с по-старите електромеханични системи. Някои минни операции са съобщили за достигане на почти 99,5 % време на работа с тези инсталации, което, разбира се, помага да се избегнат скъпите спирания на производството. Освен това физическият размер на SVG-устройствата заема с около 40–60 % по-малко място в сравнение с традиционните кондензаторни батерии. Това ги прави идеален избор за модернизация на съществуващи обекти, където пространството е ограничено.

Често задавани въпроси

Какво представлява SVG и как функционира?

SVG (статичен генератор на реактивна мощност) е устройство, което управлява реактивната мощност без механични подвижни части. То използва IGBT-транзистори за създаване на противоположни електрически токове и почти моментално балансира индуктивни или капацитивни натоварвания.

Как SVG-устройствата подобряват качеството на електрическата енергия?

SVG-устройствата подобряват качеството на електрическата енергия чрез филтриране на хармониците, коригиране на несиметрията в трите фази и поддържане на съответствие с отрасловите стандарти, като например IEEE 519-2022. Те помагат за намаляване на провали в напрежението и поддържат ниски нива на общия коефициент на хармониците (THD).

Какви са предимствата на технологията SVG спрямо традиционните методи?

Технологията SVG предлага по-бързи времена на отговор, по-голяма гъвкавост, по-ниски загуби, по-ниски изисквания за поддръжка и по-ефективно използване на пространството в сравнение с традиционните кондензаторни батерии и тиристорно-управляеми системи.