Milyen szerepet játszik az SVG a villamosenergia-rendszerek meddőteljesítmény-kiegyenlítésében?

Az SVG működése: alapvető működési elv és meddőáram-szabályozás

A statikus meddőteljesítmény-generátorokat (SVG-ket) gyakran használják a meddőteljesítmény kezelésére, és működésük eltér a hagyományos módszerektől. Ezek az eszközök félvezető alkatrészekre – úgynevezett IGBT-kre – épülnek, amelyek képesek meddő áramot (VAR-ban mérve) termelni vagy felvenni mechanikus mozgó részek nélkül. A működésük valójában elég intelligens: impulzusszélesség-moduláció (PWM) segítségével ellentétes irányú villamos áramokat hoznak létre. Amikor induktív terhelés okoz késést, az SVG kapacitív áramot bocsát ki a kiegyenlítés érdekében. Kapacitív terhelés esetén, amely más jellegű problémákat okoz, éppen ellenkezőleg jár el. Az egész folyamat rendkívül gyorsan zajlik, és mindössze egy másodperc tört része alatt közelít a teljesen ideális teljesítménytényezőhöz.

IGBT-alapú feszültségforrás-inverzió az azonnali VAR-termeléshez

A magvas innováció az IGBT feszültségforrás-átalakító architektúra. A DC buszfeszültség gyors kapcsolása ellentétes irányban kapcsolódó IGBT párok segítségével pontosan 90°-os fáziseltolódással hozza létre a háromfázisú váltóáram-formákat a hálózati feszültséghez képest – így lehetővé téve a reaktív teljesítmény kimenet pontos, folyamatos szabályozását a rendszerfeszültséggel arányosan. Főbb előnyök a hagyományos megoldásokkal szemben:

• Kondenzátorbankokra jellemző harmonikus rezonancia-kockázatok kiküszöbölése
• Zavartalan, fokozatmentes beállítás a teljes kapacitív–induktív tartományban
• Feszültségtől független áramkimenet – ellentétben a tirisztorvezérelt SVC-kkel

Alamillimásodperces dinamikus válaszidő a mechanikus kapcsolók korlátozott sebességével szemben

Az SVG-k 1–5 millimásodperc alatt reagálnak – 100–300-szor gyorsabban, mint a tirisztoros kondenzátorok (300–500 ms), és sokkal gyorsabban, mint a mechanikus kapcsolók, amelyeknél a fizikai érintkezők mozgása és újragyulladási korlátozások miatt 20–40 periódusos késés lép fel. Ez az alaperiódusos sebesség elengedhetetlen a következőkhöz:

• Feszültségesés megelőzése motorindítás vagy generátorleválasztás idején
• Villámcsapások csökkentése ívkemencés és hegesztési alkalmazásokban
• Feszültségstabilizálás gyors napelemes/szelepes termelési ingadozások közepette

Fontos megjegyezni, hogy az SVG-k folyamatosan váltanak kapacitív és induktív üzemmód között – megszakítás nélküli reaktív teljesítményt biztosítva hibatúrára (FRT), amely képesség mechanikus rendszerekkel nem érhető el.

SVG a villamosenergia-minőség javítására: harmonikusok, szimmetriaeltérés és szabályozási előírások betartása

Valós idejű harmonikus-szűrés és háromfázisú szimmetriaeltérés-korrekció

Az SVG-technológia a harmonikus torzítás ellen hat, majdnem azonnal ellentétes áramokat bocsátva ki, amelyek kiegyenlítik az olyan eszközökből származó, zavaró frekvenciákat, mint például a változó frekvenciájú meghajtók (VFD-k). Amikor ez valós időben történik, a teljes harmonikus torzítás (THD) értéke 5 % alatt marad, ami különösen fontos a gyártóüzem padlóján található sokféle érzékeny berendezés számára. Egy további nagy előny, hogy az SVG-k egyedi módon kezelik a meddőteljesítményt a fázisok között, így hatékonyan küzdenek a háromfázisú feszültség-egyensúlytalansággal. Vegyünk egy gyártóüzemet, ahol sok egyfázisú lézeres vágógép működik egyidejűleg nagyobb háromfázisú gépekkel. Megfelelő kiegyenlítés hiányában a motorok túlmelegedhetnek, és korai meghibásodásuk lehetséges. Az SVG-k bevezetésével azonban a feszültség-egyensúlytalanság drámaian csökkent: kb. 8 %-ról mindössze 2 % fölé. Ez eltér az idősebb passzív szűrőrendszerektől, ahol nincs szükség kapcsolók késleltetett bekapcsolására, illetve nem kell megküzdeni azokkal a zavaró hangolási problémákkal, amelyek korlátozzák a teljesítményt.

Az IEEE 519–2022 szabvány határértékeinek betartása erősen torzított ipari létesítményekben

Az SVG technológia biztosítja a rendszerek megfelelését az IEEE 519-2022 szabványnak, mivel aktívan kezeli a harmonikusokat egészen az 50. rendig, még olyan nehéz körülmények között is, mint például ívkemencék vagy adatközpontok belsejében. Amikor a csatlakozási pont (PCC) feszültsége több mint 10%-kal kezd el torzulni, ezek az SVG egységek a teljes harmonikus torzítást (THD) körülbelül 3,5%-os vagy annál alacsonyabb szinten tartják, ami jelentősen a legtöbb villamosenergia-szolgáltató által meghatározott 5%-os határérték alatt van. Egy gyakorlati példa egy félvezetőgyárra vezethető vissza, ahol az SVG-k telepítése után a harmonikus problémák körülbelül 92%-kal csökkentek, és amely évente körülbelül 740 000 dollárt takarított meg a kondenzátorbankok karbantartására – ezt egy tavalyi Ponemon Intézet jelentés is megerősítette. A szabályozási előírások betartásán túlmenően ez a proaktív megközelítés megelőzi a potenciális bírságokat, védi a transzformátorokat a felesleges terheléstől, és hozzájárul a zavartalan működéshez váratlan megszakítások nélkül.

Az SVG mint hálózati stabilitás-közvetítő: feszültségtámogatás és hibatűrés

Dinamikus feszültségszabályozás hálózati zavarok és FRT-események idején

Az SVG technológia segít fenntartani az elektromos hálózatok stabilitását, mivel szinte azonnal injektál vagy elnyel reaktív teljesítményt feszültségesés, feszültségcsúcs vagy rendszerhiba esetén. A mechanikus kondenzátorbankok reakcióideje körülbelül 3–5 periódus, míg az SVG-rendszerek azonnal reagálnak, így a feszültséget kb. ±2%-os tartományon belül tartják a normál értékhez képest, és megakadályozzák a védelmi berendezések indokolatlan kikapcsolódását. Hibatűrési (FRT) helyzetek kezelése során ezek a rendszerek elegendő reaktív teljesítmény-tartalékot tartanak fenn a szigorú hálózati követelmények kielégítéséhez, például az IEEE 1547-2018 szabványban meghatározottak szerint. Olyan területeken, ahol a szélenergia jelentős részt tesz ki az energiaellátásból, az SVG-alapú feszültségszabályozás használata a Power Systems Research folyóiratban 2023-ban megjelent kutatás szerint körülbelül 60 százalékkal csökkenti a villamosenergia-kieséseket a régi módszerekhez képest.

Esettanulmány: 33-kV-os szélerőmű kapcsolódás SVG-alapú reaktív tartalékkal

Egy 33-kV-os szélerőmű, amely 15 darab szélturbinát integrál, bemutatta az SVG hálózatstabilizáló hatását. A felszerelés előtt a szélrohamok által kiváltott feszültségeséseken túl 8%-os érték is megjelent, ami turbinakapcsolódásokat eredményezett. Egy 5 MVAR-os SVG rendszer telepítése után a reaktív tartalék a feszültséget a kiindulási érték ±1,5%-án belül tartotta a FRT-események 98%-ában. A kulcsfontosságú eredmények a következők voltak:

• 70%-os csökkenés a feszültségcsökkenések gyakoriságában 0,9 per unit (pu) alatt hálózati hibák esetén
• Zéró szélturbina-kiesés 0,15 másodperces hibaidőszakok alatt
• Teljes megfelelés az EN 50549-2:2019 hálózati kód követelményeinek a megújuló energiatermelés hálózatra kapcsolására vonatkozóan

Ez az esettanulmány igazolja az SVG szerepét a megbízható, magas arányú megújuló energiaforrások hálózatra kapcsolásának lehetővé tételében.

SVG és alternatív megoldások összehasonlítása: Üzemeltetési rugalmasság és életciklus-érték

Az SVG-technológia jóval nagyobb rugalmasságot kínál a hagyományos kondenzátorbankokhoz és tirisztorvezérelt rendszerekhez képest. Ellentétben a mechanikus megoldásokkal, amelyek lépcsőzetesen kapcsolnak, észrevehető késéssel, az SVG-k a meddőteljesítményt majdnem azonnal, folyamatosan és mindkét irányban kezelik, így megszüntetve azokat a zavaró átmeneti jelenségeket és feszültség-ingadozásokat. A sebesség minden számít azokban az iparágakban, ahol a terhelés folyamatosan változik, például az hegesztőműveletekben és az acélhengerlő gyárakban. A szokásos berendezések nem tudnak lépést tartani, ha a reakcióidő meghaladja a 100 milliszekundumot, ami instabilitást és gyártási problémákat okoz – olyanokat, amelyekkel senki sem szeretne foglalkozni.

Az élettartamra vonatkozó értékajánlat különösen kiemelkedő, ha ezeket a rendszereket vesszük szemügyre. Az SVG-technológia valójában 50–75 százalékkal csökkenti a veszteségeket hasonló SVC-modellekhez képest. Miért? Mert többé nem játszik szerepet a reaktor fűtése, és nem kell foglalkoznunk azokkal a zavaró külső harmonikus szűrőkkel sem. Ez azt jelenti, hogy hosszú távon valós pénzmegtakarítás érhető el az energiafizetéseken. Egy másik nagy előny, hogy egyáltalán nincsenek mozgó alkatrészek, amelyek miatt aggódnunk kellene, és nincsenek olyan kondenzátorok sem, amelyek idővel elöregednek, és rendszeresen cserélni kell őket. A karbantartási ellenőrzések időtartama 3–5 évvel hosszabb lehet, mint a régebbi elektromechanikus rendszerek esetében. Egyes bányaműveletek arról számoltak be, hogy ezekkel a berendezésekkel közel 99,5 százalékos üzemidőt értek el, ami nyilvánvalóan segít elkerülni a költséges termelésleállásokat. Emellett az SVG-egységek fizikai mérete körülbelül 40–60 százalékkal kisebb, mint a hagyományos kondenzátorbankoké. Ez ideális megoldást nyújt meglévő létesítmények felújításához, ahol a hely hiányzik.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mi az SVG, és hogyan működik?

Az SVG (Static Var Generator – statikus váltakozó teljesítmény-generátor) egy olyan berendezés, amely a meddőteljesítményt mechanikus mozgó alkatrészek nélkül kezeli. Az IGBT-ket használja ellentétes elektromos áramok létrehozására, és gyakorlatilag azonnal kiegyenlíti az induktív vagy kapacitív terheléseket.

Hogyan javítják az SVG-k a villamosenergia-minőséget?

Az SVG-k a villamosenergia-minőség javítását harmonikus szűréssel, a háromfázisú terhelés kiegyenlítésével és az ipari szabványok – például az IEEE 519-2022 – betartásának biztosításával érik el. Segítenek csökkenteni a feszültségbeeséseket, és alacsony THD-szintet tartanak fenn.

Milyen előnyökkel jár az SVG-technológia a hagyományos módszerekkel összehasonlítva?

Az SVG-technológia gyorsabb reakcióidőt, nagyobb rugalmasságot, kisebb veszteségeket, alacsonyabb karbantartási igényt és hatékonyabb helykihasználást kínál a hagyományos kondenzátorbankokhoz és tirisztorvezérelt rendszerekhez képest.