Mis on tööstusliku kasutamiseks sobiva SVG võimsusvahemik?

Mis on tööstusliku kasutamiseks sobiva SVG võimsusvahemik?

Staatiline varigeneraator (SVG) kompenseerib reaktiivvõimsust dünaamiliselt – sissepumpades või neelates varisid millisekundite jooksul – et stabiilsustada pinge ühispunktis. Võimsusvahemik hõlmab kompaktseid 50 kvar-seinaüksusi üksikute mootorikoormuste jaoks kuni konteinerites paigaldatud 50 Mvar-süsteemideni elektrikaarepeeglite paigaldustele. Õige SVG võimsuse valimiseks tuleb sobitada kompenseerimisvahemik, reageerimiskiirus ja harmooniliste komponentide näitajad konkreetse tööstusliku koormuse profiiliga.

SVG võimsusspekter

Madalas tasemel teenindavad 50–500 kvar SVG-moodulid seina- või põrandaseisvates kappides üksikuid koormusi: 250 kW muutuva kiirusega mootorijuhtimisseade, mille nihkev võimsustegur on 0,75, vajab ühiku saavutamiseks umbes 165 kvar kompensatsiooni. Need väikesed SVG-seadmed paigaldatakse mootorijuhtimiskeskusesse ja kompenseerivad kohapeal, vähendades reaktiivset voolu ülejäävates transformaatorites ja kaablites.

Keskse tasemel teenindavad 1–10 Mvar SVG-süsteemid tööstusettevõtteid kogureaktiivkoormusega: paberitehas, mille ühendatud mootorkoormus on 8 MW ja keskmine võimsustegur 0,82, vajab ligikaudu 4,5 Mvar kompensatsiooni, et saavutada 0,98. Keskse taseme SVG-süsteemid kasutavad tavaliselt 500 kvar või 1 Mvar võimsusmooduleid peamõju-alumõju konfiguratsioonis – kui üks moodul läheb rikki, jaotuvad ülejäänud moodulid kompensatsioonikoormuse ilma katkestuseta uuesti.

Kõrgklassi süsteemid (15–50 Mvar) on mõeldud kõige nõudlikumate tööstuslikkute rakenduste jaoks: elektrikaarepottid, kus reaktiivvõimsuse nõudlus muutub ühest tsüklis (50 sekundit) 0-st 40 Mvar-ni, ning tuuleparkide jaoks, kus võrgukoodid nõuavad, et elektrijaam suudaks punktis, kus see ühendub võrku, tarbida või anda reaktiivvõimsust kindlaksmääratud võimsuskõvera piires ka siis, kui tuulegeneraatorid ei tooda energiat. Sellised suured SVG-instalatsioonid kasutavad konteineritesse paigaldatud või eraldi ehitatud konfiguratsioone, kus mitu paralleelselt ühendatud 2–5 Mvar võimsuskihti, vedelikjahutus ja üleliia juhtimisarhitektuur.

Suuruse määramise meetodika

SVG võimsus ei ole lihtsalt mõõdetud ja sihtreaktiivvõimsuse aritmeetiline vahe. Dünaamilised koormused – eriti need, millel on alamprotsessi tasemel muutuvus – nõuavad peale keskmise kompensatsioonivajaduse veel varu. Kaarapeagi rakenduste puhul on reegel, et SVG tuleb dimensioneerida 1,2–1,5 korda suuremaks kui kaarapeagi transformaatori MVA-väärtus, sest reaktiivvõimsuse vajadus esialgsel sulatamisfaasidel võib ületada keskmist 30–50% võrra.

Dimensioneerimisarvutus algab koormusandmetega: tegumlik võimsus (MW), olemasolev võimsustegur, sihtvõimsustegur ja maksimaalne reaktiivvõimsuse muutumiskiirus (Mvar/sekund). Tööstusettevõtte puhul, mis tarbib 12 MW võimsust võimsusteguriga 0,80 ja mille sihtvõimsustegur on 0,98, on vajalik reaktiivkompensatsioon:

Q = P × (tan(cos⁻¹PF₁) – tan(cos⁻¹PF₂)) = 12 × (0,75 – 0,20) = 6,6 Mvar

Lähim standardne SVG-seadistus oleks 7 Mvar, mis tagab 6% varu ajutiste tingimuste jaoks. Kui koormus sisaldab ühe sekundi jooksul 30% reaktiivset kõikumist – mis on tavaline punktkeevituse ja pressipuuri rakendustes – peab SVG vastama ka dünaamilise reageerimisnõudele, mida tavaliselt määratletakse kui 90% sammureageerimist 5 millisekundi jooksul.

Kõrvalekaldumiste vastastikmõju

Iga SVG töötab pingelähtelise invertorina, mille lülitussagedus on 5–20 kHz. Lülitussagedus tekitab iseloomulikke kõrvalekaldeid, mida tuleb filtreerida, et täita IEEE 519 või IEC 61000-3-6 piiranguid ühispunktis. SVG-tootjad määravad kompenseeriva voolu kogu kõrvalekaldevoolu moonutuse (THDi) – tavaliselt alla 3% IGBT-põhiste süsteemide puhul, millel on LCL väljundfiltri.

SVG väljundfiltrite ja olemasolevate võimsusteguri parandamise kondensaatorpankade vaheline interaktsioon nõuab analüüsi. Kondensaatorpank, mille paigaldasid aastaid tagasi enne SVG lisamist, võib moodustada resonantskontuuri SVG väljundfiltri ja teises kohas tööstusettevõttes tekkiva harmoonilise sagedusega. Võrgu takistusskaneerimine – mõõdetud või simuleeritud kondensaatorpankaga ühendatuna – tuvastab resonantsipunktid enne SVG paigaldamist.

Juhtum: terastehas vähendab trahvitasusid

Lõunaaasias asuv terasväljatõmbetehas, kus töötas 15 MW suurusega eelväljatõmbeahela juhtsüsteem ja nihkevõimsustegur oli keskmiselt 0,72, maksis elektriteenusepakkuja reaktiivvõimsuse trahvi umbes 18 000 USA dollari eest kuus. Tehase koormusprofiil sisaldas 5–8 Mvar-i suurusi reaktiivvõimsuse kõikumisi, mis tekkisid rullimisliinale terasplaatide sisenemisel ja põhjustasid pinge languseid, mille tõttu juhtsüsteem lülitus keskmiselt kaks korda kuus välja madala pingega tingitud seiskumise tõttu. Tehas paigaldas 10 Mvar-i suuruse SVG-süsteemi, mis koosnes neljast 2,5 Mvar-i suurusest paralleelselt ühendatud võimsusmoodulist ühisega püsivooluautoga, mille tarnis integreeritud elektriseadmete tootja. Paigaldamise järgsed mõõtmised kinnitasid keskmise võimsusteguri 0,98 ja kaotasid täielikult madala pingega tingitud seiskumised. Üksnes trahvitasude sääst tagas SVG-süsteemi kapitalikulud 14 kuu jooksul.

Tavaliselt esinevad küsimused

Mis on erinevus SVG ja traditsiooniliste kondensaatoripankade vahel?

SVG pakub pidevat, astmeta reaktiivvõimsuse kohandamist kasutades võimsuseelektroonikat, mille reageerimisaeg on alla 5 ms. Kondensaatoripankide puhul toimub astmeline kompensatsioon mehaanilise või tiristori lülitusega ja reageerimisajaga 40–100 ms. SVG on kohustuslik koormuste puhul, mille reaktiivvõimsus muutub allpool ühte sekundit.

Kas SVG suudab kompenseerida nii induktiivset kui ka kaptsitiivset reaktiivvõimsust?

Jah. SVG töötab kõigis neljas kvadrantis – see lisab või tarbib reaktiivvõimsust (varse), kontrollides väljundpinge suurust võrreldes võrgupinge suurusega. Üleminek ühest režiimist teise toimub õmbluseta ja ühe juhtimistsükli jooksul.

Kuidas haldatakse SVG jahtumist?

Väiksemad SVG-seadmed (alla 500 kvar) kasutavad sunnitud õhujahutust sisemiste ventilaatorite abil. Keskmise suurusega 1–10 Mvar süsteemid kasutavad sunnitud õhujahutust väliste soojusvahetitega. Suured 15–50 Mvar süsteemid kasutavad tavaliselt vedelikujahutust vee-glikooli jahutusvedeliku ja välistes kuivjahutites, saavutades jahtumisvõimsuse 30–50 kW võimsusmooduli kohta.

Milline hooldus on SVG-süsteemile vajalik?

Iga-aastaselt tuleb kontrollida õhufiltreid, ventilaatorite tööd ja püsivooluühenduse kondensaatoripanga mahtuvust. Võimsuspooljuhtmodulid – IGBT-d – ei vaja hooldust nende projekteeritud eluea jooksul (15–20 aastat), kui neid kasutatakse määratud temperatuuripiirides.

Kuidas interakteerub SVG olemasolevate võimsusteguri parandusseadmetega?

SVG-juhtseade saab konfigureerida nii, et see koordineerib tegevust püsivate kondensaatoripankadega ning vähendab oma väljundit, kui kondensaatorietapid on sisse lülitatud. Sobiv koordineerimisuuring takistab SVG ja astmeliste kondensaatorite juhtseadmete vahelist „jahipidamist“. Täielikult integreeritud tarnijad, näiteks Sinotech Group, pakuvad käivitusteenuseid, mis hõlmavad ka koordineerimise seadistamist.

Mis on väikseim praktiliselt rakendatav SVG-paigaldus?

50 kvar seina paigaldatavas kappis on praktiline miinimum. Sellest väiksemate väärtuste puhul muudavad võimsuselektroniika ja juhtsüsteemi fikseeritud kulud SVG-d (staatilise varre generaatori) majanduslikult ebaefektiivseks võrreldes fikseeritud või lülitatavate kondensaatoripankadega. Majanduslik üleminemispunkt kondensaatoripankade ja SVG vahel jääb tavaliselt vahemikku 150–200 kvar.