1) Трехуровневые компенсаторы: рис. 18 показывает поперечный Вар компенсатор, снабженный трехуровневым npc преобразователем.
Трехуровневые преобразователи становится стандартной схемой для применения в преобразователях среднего напряжения, таких как управляемые машины и активные интерфейсные выпрямители. Преимуществом трехуровневого преобразователя является то, что они могут уменьшить генерацию гармоник, так как они создают напряжение волны с большим количеством уровней, чем обычная двухуровневая схема. Еще одним преимуществом является то, что они могут уменьшить номинальное напряжение полупроводников, и связанны с переключением частоты. Трехуровневые преобразователи состоят из 12 самокоммутируемых полупроводников, таких как транзисторы IGBT или IGCT, каждый из которых шунтируется обратным параллельно соединенным диодом мощности и шести диодных ветвей, связанных между средней точкой постоянного тока по ссылке и средней точкой каждой парой переключателей, как показано на рис. 18. При подключении источника постоянного тока последовательно выходным клеммам преобразователь может производить набор PWM сигналов, в которых частота, амплитуда и фаза переменного напряжения могут быть изменены согласно сигналам управления.
2) Многоуровневые преобразователи с перевозчиками Shifted: Другая интересная технология, которая была успешно доказана, использует основные "H" мосты, как показано на рис. 19, подключенные к линии через силовые трансформаторы.
Эти трансформаторы подключены параллельно преобразователю и последовательно линии. Система использует синусоидальную модуляцию длительности импульса (SPWM) с треугольным носителей изменилась, и в зависимости от числа преобразователей, соединенных в цепь мостов, напряжение сигнала становится все больше и больше синусоидальным. На рис. 19 (а) показана одна фаза этой схемы, реализуемая на восьми "H" мостах, а на рис. 19 (б) показаны сигналы напряжения, полученные в зависимости от количества "H" мостов. Интересным результатом этого преобразователя является то, что напряжение переменного тока становится модулированным длительностью импульса и амплитуды (PWM и AM). Это потому, что при изменении импульсной модуляции также изменяется и шаги амплитуды. Максимальное число шагов результирующего напряжения в два раза превышает число преобразователей плюс нулевой уровень. Тогда четыре моста приведут к девятиуровневому преобразователю на фазу. Рис. 20 показывает AM операции. Когда напряжение уменьшается, некоторые шаги исчезают, а затем амплитудная модуляция становится дискретной функции.
3) Оптимизированные многоуровневые преобразователи: количество уровней может быстро увеличиваться с несколькими преобразователями, когда напряжение scalation применяется. Аналогично преобразователю на рис. 19 (а), схема на рис. 21 (а) имеет общее звено постоянного тока с напряжением изолированным через выходной трансформатор, соединенный последовательно с линией. Тем не менее, напряжение на стороне линии масштабируется в мощность трех. Используя эту стратегию, число ступеней напряжения максимально и требуется несколько преобразователей, чтобы получить почти синусоидальное напряжение сигналов. Например, на рис. 21, амплитудная модуляция с 81 уровня напряжения получается при использовании только четырех "H" преобразователей в фазе (четырехэтапный инвертор). Таким образом, Вар компенсаторы с характеристиками «свободной гармоники» могут быть реализованы.
Это важно, что мост с более высоким напряжением в настоящее время коммутирует на линейной частоте, что является одним из основных преимуществ этой схемы для применения в мощных сетях. Другой интересной особенностью этого преобразователя, по сравнению с многоуровневой стратегией с носителями изменилась, является то, что только четыре "H" моста на фазу, необходимо для получения 81 уровневого напряжения. В предыдущем многоуровневом преобразователе с носителей сдвинуты, необходимо 40 "H" мостов вместо четырех. Для применения в мощных сетях, вероятно, вполне достаточно менее сложных трех этапов (три "H" моста на фазу). В этом случае, получается 27 уровней или этапов напряжения, что будет обеспечивать достаточно хорошую форму кривой напряжения и тока для высококачественной работы
С. Полупроводниковые приборы, используемые для самокоммутируемых Вар Компенсаторов
Три наиболее соответствующих устройства для применения в SVC: тиристоры, IGBT и IGCT. Эта область применения требует, чтобы полупроводники должны быть в состоянии блокировать высокое напряжение в кВ диапазоне. Требуется применение высоковольтных транзисторов для самокоммутируемого преобразователя в недоступном SVC сейчас уровне 6,5 кВ, что позволяет строительство схемы с мощностью в несколько мегаватт. Также IGCT достигают сейчас уровня 6 кВ. Пожалуй, самым важным событием в полупроводниках для SVC применений - это светозапускаемые тиристоры (LTT). Это устройство является наиболее важным для применения в сетях сверхвысокой мощности. Недавно LTT устройства были разработаны с возможным уровнем напряжения до 13,5 кВ и током до 6 кА. Эти новые устройства уменьшают число элементов, соединенных последовательно и параллельно, следовательно, снижение количество входов и цепей защиты. С помощью этих элементов, можно сократить затраты и увеличить реактивную мощность в SVC установках до нескольких сотен Мвар.
D. Сравнение тиристорных и самокоммутируемых компенсаторов
По сравнению с тиристорно-управляемыми наборами конденсаторов и реакторов, самокоммутируемые Вар компенсаторы имеют следующие преимущества.
1) Они могут обеспечивать как опережение, так и отставание реактивной мощности, что позволяет значительную экономию в конденсаторах и реакторов. Это, в свою очередь, снижает возможности резонансов в некоторых критических условиях эксплуатации.
2) Так как время отклика самокоммутируемого преобразователя может быть быстрее, чем фундаментальный цикл электрической сети, то реактивную мощность можно регулировать непрерывно и точно.
3) Высокая частота модуляции самокоммутируемого преобразователя приводит к низкому содержание гармоник питающего тока, тем самым уменьшая размер компонентов фильтра.
4) Они не создают пусковой ток.
5) Улучшение динамических характеристик при колебаниях напряжения и переходных процессах.
6) Самокоммутируемые Вар компенсаторы способны генерировать 1 p.u. реактивный ток, даже когда линия очень низкого напряжения. Эта способность поддерживать мощность системы лучше, чем полученная у Вар компенсаторов, потому что ток в шунтирующих конденсаторах и реакторах пропорционален напряжению.
7) Самокоммутируемые компенсаторы с соответствующим контролем также могут выступать в качестве активных фильтров гармоник линии, DVR, или UPFC.
В таблице 1 приведено сравнение достоинств основных типов Вар компенсаторов. Значительные преимущества самокоммутируемых компенсаторов делает их интересной альтернативой для улучшения характеристик компенсации, а также увеличения производительности систем питания переменного тока.
Рис. 22 показывает характеристику напряжения / тока самокоммутируемого Вар компенсатора по сравнению с тиристорным управлением SVC.
Эта цифра показывает, что самокоммутируемый компенсатор обеспечивает лучшую поддержку напряжения и улучшает переходной запас устойчивости путем предоставления большей реактивной мощности при меньших напряжениях. Из-за отсутствия больших конденсаторов и реакторов, используемых для выработки реактивной мощности, самокоммутируемый компенсатор обеспечивает более быстрое время отклика и лучшую устойчивость к изменениям сопротивления в системе.