Millised rollid kuuluvad SVG-le võimsussüsteemide reaktiivvõimsuse kompenseerimisel?

Kuidas SVG töötab: põhitoimelause ja reaktiivvoolu reguleerimine

Statilised reaktiivvoolu generaatorid (SVG-d) toimivad reaktiivvõimsuse haldamisel erinevalt traditsioonilistest meetoditest. Need seadmed kasutavad reaktiivvoolu (mõõdetuna VAR-idena) tootmiseks või tarbimiseks pooljuhtkomponente, mida nimetatakse IGBT-deks, ilma mingisuguste mehaaniliste liikuvate osadeta. Nende tööpõhimõte on tegelikult üsna täpne: nad loovad vastassuunas elektrivoolusid pulslaiuse modulatsiooni abil. Kui induktiivkoormus põhjustab järgnemist, saadab SVG tasakaalustamiseks kaptsitiivset voolu. Kaptsitiivkoormuste korral, mis põhjustavad teistsuguseid probleeme, toimub vastupidine protsess. Kogu see protsess toimub väga kiiresti – süsteem saavutab peaaegu ideaalse võimsusteguri vaid murdosa sekundist.

IGBT-põhine pingeallika pöördumine hetkese reaktiivvoolu genereerimiseks

Tuuma innovatsioon on IGBT pingeallika konverteri arhitektuur. Kiire vahelduvvoolu võrgupinge kaudu vastassuunas paigaldatud IGBT-paaride abil toimuv vahelduvvoolu pinge kiire lülitamine võimaldab kolmefaasiliste vahelduvvoolulainete täpset loomist, mille faasinihe võrgupingega on täpselt 90° – see võimaldab täpset ja pidevat reaktiivvõimsuse väljundit, mis on proportsionaalne süsteemi pingega. Peamised eelised traditsiooniliste lahenduste ees on:

• Kondensaatoripankadele omane harmoonilise resonantsi oht on likvideeritud
• Läbiv, astmeline kohandus täielikul mahtuvuslikult induktiivseni ulatuvas vahemikus
• Pingest sõltumatu vooluväljund – erinevalt tiristorjuhitavatest SVC-detest

Alla millisekundiline dünaamiline reageerimisaeg mehaaniliste lülituste piirangutele võrreldes

SVG-d reageerivad 1–5 ms jooksul – 100–300 korda kiiremini kui tiristoritega lülitatavad kondensaatorid (300–500 ms) ja mitme kordades kiiremini kui mehaanilised lülitid, millel tekib 20–40 tsükli viivitus füüsilise kontaktliikumise ja taasühendamise piirangute tõttu. See allatsükliline kiirus on oluline järgmisteks:

• Pinge kokkukukkumise ennetamine mootorite käivitamisel või generaatorite väljalülitumisel
• Pisarate leevendamine kaarepulbri- ja keevitusrakendustes
• Pinge stabiilsuse tagamine kiirete päikese-/tuuleenergia tootmise kõikumiste ajal

Oluliselt suudavad SVG-d üleminekuda kapasitiivsesse ja induktiivsesse režiimi katkemata – tagades katkematut reaktiivvõimsuse reservi vigade talumisrežiimis (FRT), mida mehaanilised süsteemid ei suuda pakkuda.

SVG võimsuskvaliteedi parandamiseks: harmoonilised võnkumised, faasivahe ja nõuetele vastavus

Reaalajas harmooniliste võnkumiste filtreerimine ja kolmefaasilise koormuse tasakaalustamine

SVG-tehnoloogia vähendab harmoonilist moonutust, saates peaaegu kohe vastuvoolusid, mis tühistavad need ärritavad sagedused, mida põhjustavad näiteks muutuva sagedusega juhtimisseadmed (VFD-d). Kui see toimub reaalajas, säilitatakse koguharmooniline moonutus (THD) alla 5%, mis on väga oluline kõigile tundlikele seadmetele tööstusettevõtte tootmisplatsil. Teine suur pluss on see, kuidas SVG-d lahendavad kolmefaasilisi pinge ebavõrdsusi oma erilise reaktiivvõimsuse juhtimisviisi abil faaside lõikes. Võtame näiteks tootmisettevõtte, kus töötavad palju ühefaasilisi laserlõikepuid ja suuremad kolmefaasilised masinad. Ilma sobiva tasakaalustamiseta võivad mootorid ülekuuma ja varakult läbi põletada. Kuid SVG-de paigaldamisega on meie kogemuste kohaselt pinge ebavõrdsus järsult langenud umbes 8%-lt vaid üle 2%-ni. Samuti puudub vanemate passiivsete filtrisüsteemide puhul olemasolev vajadus oodata lülitite aktiveerumist ega tule toime tülikate säästmissageduste probleemidega, mis piiravad süsteemi jõudlust.

IEEE 519–2022 piirnormide täitmine kõrgkõrvalekaldumisega tööstusrajatistes

SVG-tehnoloogia tagab süsteemide vastavuse IEEE 519-2022 standarditele, hallates aktiivselt kõrgema astmega ülekanneid kuni 50. järkude kaupa, isegi rasketes tingimustes, nagu kaarapead või andmekeskustes. Kui PCC-pinge kõrvalekalle ületab 10%, säilitavad need SVG-seadmed üldise harmoonilise moonutuse (THD) umbes 3,5% või paremas piiris, mis on oluliselt alla enamiku energiakompaniite poolt kehtestatud 5% piirnormi. Üks reaalne näide pärineb pooljuhtide tootmisettevõttest, kus SVG-de paigaldamine vähendas pärast kasutuselevõttu harmoonilisi probleeme umbes 92% ja säästis ettevõttele Ponemon Institute’i eelmise aasta aruande kohaselt ligikaudu 740 000 USA dollari suuruse summa aastas kondensaatoripankade hooldusele. Sellest, et lihtsalt täidetakse õigusakte, läheb see proaktiivne lähenemine kaugemale: see vältib potentsiaalseid trahve, kaitseb transformaatoreid ebapiisavalt koormamise eest ja aitab tagada katkestuseta tootmisprotsesside sujuva käigu.

SVG kui võrgustabiilsuse tagaja: pinge toetamine ja vigade talumine

Dünaamiline pinge reguleerimine võrgu häirete ja FRT-sündmuste ajal

SVG-tehnoloogia aitab säilitada elektrivõrgu stabiilsust, injekteerides või neelates reaktiivset võimsust peaaegu kohe, kui esinevad pingelangused, pinge tõusud või süsteemis vigu. Mekaanilised kondensaatoripankide süsteemid reageerivad umbes 3–5 tsükli pärast, kuid SVG-süsteemid reageerivad kohe, hoides pinged umbes plussmiinus 2% piires normaalsetest tasemetest ning takistades kaitseseadmete vajumatut aktiveerumist. Vigade talumise (FRT) olukordades säilitavad need süsteemid piisavalt reaktiivset võimsusvaru, et täita rangeid võrgunõudeid, nagu on sätestatud standardis IEEE 1547-2018. Piirkondades, kus tuuleenergia moodustab suure osa energiatarvest, vähendab SVG-põhine pingejuhtimine väljalülitusi umbes 60 protsenti vanemate meetoditega võrreldes, nagu on kirjeldatud ajakirjas Power Systems Research avaldatud 2023. aastal ilmunud uuringus.

Juhtumianalüüs: 33-kV tuuleparkide ühendamine SVG-põhise reaktiivvõimsusvaruga

33-kV tuulepark, kus oli integreeritud 15 tuulikut, näitas SVG-i mõju võrgustabiilsusele. Enne paigaldamist ületasid tuulepuhangu tekitatud pingelangused 8%, mis põhjustasid tuulikute automaatse lahtiühendamise. Pärast 5 MVAR suuruse SVG-süsteemi kasutuselevõttu säilitas reaktiivvõimsusvar pinget FRT-tingimustes (võrgu katkestuste ajal) 98% juhtudest väärtuses, mis oli 1,5% piires algväärtusest. Peamised tulemused olid:

• 70% vähenemine pingelangustes alla 0,9 ühiku (pu) ajal võrgukatkestuste korral
• Null tuulikute väljalülitumist 0,15-sekundiliste katkestuste ajal
• Täielik vastavus taastuvenergia ühendamiseks kehtivatele EN 50549-2:2019 võrgukoodi nõuetele

See juhtum kinnitab SVG-i rolli usaldusväärse ja kõrge osakaalaga taastuvenergia ühendamise tagamisel.

SVG vs. alternatiivid: toimimislik paindlikkus ja elutsükli väärtus

SVG-tehnoloogia pakub palju suuremat paindlikkust võrreldes traditsiooniliste kondensaatoripankadega ja tiristoritega juhitavate süsteemidega. Erinevalt mehaanilistest lahendustest, mis lülituvad sammudes ja millel on märgatavad viivitused, käsitlevad SVG-d reaktiivset võimsust peaaegu kohe pidevalt mõlemas suunas, mis kõrvaldab need ärritavad ülekohutused ja pingevihmamisprobleemid. Kiirus on kõik erinevus tööstusharudes, kus koormus muutub pidevalt, näiteks keevitusoperatsioonides ja terastõmmatlemistehastes. Standardseadmed ei suuda järgida koormuse muutusi, kui reageerimisviivitus on üle 100 millisekundi, mis põhjustab stabiilsus- ja tootmisprobleeme, millega keegi ei taha tegeleda.

Eluiga põhinev väärtuspakkumine tõmbab tähelepanu, kui vaadata neid süsteeme. SVG-tehnoloogia vähendab kaotusi umbes poolest kuni kolme neljandikuni võrreldes sarnaste SVC-mudelitega. Miks? Sest reaktori soojendamine ei ole enam vajalik ja me ei pea tegema ka neid tülikaid väliste harmooniliste filtritega. See tähendab reaalset energiakulude säästmist aeglaselt. Teine suur pluss on see, et seal pole üldse liikuvaid osi, mille pärast muretseda, ega ka kondensaatoreid, mis vananevad ja mida tuleb regulaarselt asendada. Hoolduskontrollid võivad kesta 3–5 aastat pikemalt kui vanemates elektromehaanilistes süsteemides. Mõned kaevandused on teatanud ligi 99,5-protsendilist töökindlust nende paigaldustega, mis aitab ilmselgelt vältida kalliste tootmisseisakute teket. Lisaks võtab SVG-seadmete füüsiline suurus umbes 40–60 protsenti vähem ruumi kui traditsioonilised kondensaatoripankade puhul. See teeb neist ideaalsed valikud olemasolevate objektide ümberpaigutamiseks, kus ruum on piiratud.

KKK-d

Mis on SVG ja kuidas see töötab?

SVG ehk staatiline reaktiivvõimsuse generaator on seade, mis juhib reaktiivvõimsust ilma mehaaniliste liikuvate osadeta. See kasutab IGBT-sid elektriliste vastuvoolude loomiseks ning induktiivsete või kaptsitiivsete koormuste tasakaalustamiseks peaaegu kohe.

Kuidas parandavad SVG-d elektroenergia kvaliteeti?

SVG-d parandavad elektroenergia kvaliteeti harmooniliste ülekõrgsageduste filtreerimisega, kolmefaasilise koormuse tasakaalustamisega ning vastavuse säilitamisega tööstusstandarditele, näiteks IEEE 519-2022. Nad aitavad vähendada pinge langusi ja hoida THD-taset madalana.

Millised on SVG-tehnoloogia eelised traditsiooniliste meetoditega võrreldes?

SVG-tehnoloogia pakub kiiremaid reageerimisaegu, suuremat paindlikkust, väiksemaid kaotsakäigeid, väiksemat hooldusvajadust ja tõhusamat ruumikasutust võrreldes traditsiooniliste kondensaatorpankkide ja tiristorjuhitavate süsteemidega.