99. Разгрузка сечения при набросах мощности

На практике во многих случаях требуется проводить расчеты аварийной разгрузки для сложных по структуре энергосистем и энергообъединений с разветвленной сетью, большим количеством генерирующих источников и узлов нагрузки. В этих условиях необходимо анализировать большое число возможных аварийных возмущений, проводя расчеты для отдельных районов и энергосистемы в целом. Вместе с тем принципы расчета аварийной разгрузки, методика выбора ее объема и размещения, а также уставок устройств остаются общими независимо от масштабов рассматриваемых районов.   Рис. 4.1. Схема энергосистемы Таблица 4.1. Характеристики аварийных режимов

 В связи с этим в качестве примера ограничимся рассмотрением достаточно простой энергосистемы, схема которой приведена на рис. 4.1. В состав энергосистемы входят две тепловые электростанции (G4 и G5) и пять нагрузок (Н2—Н6). Часть мощности энергосистема получает из энергообъединения по двухцепной линии 1-2. На рис. 4.1 указаны мощности электростанций и нагрузок в режиме утреннего максимума (за базисную принята суммарная мощность нагрузки энергосистемы). Переток по двум линиям, связывающим энергосистему с энергообъединением, составляет Pw1_2 = 0,2, при этом предел передаваемой мощности по двум линиям составляет 0,75, а по одной—0,4. Вращающийся резерв мощности на обеих электростанциях отсутствует. Часть устройств АЧР выполняется на индукционном реле частоты ИВЧ, часть —на полупроводниковом реле РЧ.

С целью оценки эффективности выбранной разгрузки, проверки распределения объемов нагрузки по очередям АЧР1 с точки зрения возможности излишнего отключения нагрузки, оценки минимальных значений частоты расчеты переходных процессов изменения частоты с учетом действия АЧР в рассмотренных аварийных режимах целесообразно выполнить на ЭВМ. На рис. 4.2 в качестве примера приведены зависимости /= φ (/) для аварийных режимов 1—7, рассчитанные на ЭВМ по программе, описанной в гл.9. При расчетах принято tдр—0,4 с. Как видно из этого рисунка, при действии АЧР обеспечивается необходимая частотно-временная зона. В режимах 3, 5, 6, 7, характеризующихся большими дефицитами мощности (0,38—0,6), имеет место излишнее отключение нагрузки из-за естественного запаздывания в отключении потребителей действием АЧР1 при быстром снижении частоты, обусловленным малой постоянной механической инерции энергорайона

100. Силовая электроника для управления параметрами сети.

За последние годы устройства силовой электроники позволили совершить серьезный технологический рывок в энергосбережении. Силовые полупроводниковые приборы, благодаря их гибкой управляемости, позволяют эффективно преобразовывать электроэнергию. Массогабаритные показатели и КПД, достигнутые сегодня, уже вывели преобразовательные устройства на качественно новый уровень.

Во многих отраслях применяются устройства плавного пуска, регуляторы скорости, источники бесперебойного питания, работающие на современной полупроводниковой базе, и показывающие высокую эффективность. Все это силовая электроника.

Управление потоками электрической энергии в силовой электронике осуществляется при помощи полупроводниковых ключей, которые заменяют собой механические коммутаторы, и управление которыми можно осуществлять по требуемому алгоритму с целью получить нужную среднюю мощность и точное действие рабочего органа того или иного оборудования.

Так, силовая электроника применяется на транспорте, в добывающей отрасли, в сфере связи, на многих производствах, да и ни один мощный бытовой прибор не обходится сегодня без входящих в его конструкцию силовых электронных блоков.

Главными кирпичиками силовой электроники являются именно полупроводниковые ключевые компоненты, способные с разной скоростью, вплоть до мегагерц, размыкать и замыкать цепь. Во включенном состоянии сопротивление ключа составляет единицы и доли ома, а в выключенном — мегаомы.

Управление ключом не требует много мощности, а потери на ключе, возникающие в процессе коммутации, при грамотно спроектированном драйвере, не превышают одного процента. По этой причине КПД силовой электроники оказывается высоким по сравнению со сдающими свои позиции железными трансформаторами и механическими коммутаторами типа обычных реле.

Силовыми электронными приборами называются приборы, в которых действующий ток больше или равен 10 амперам. При этом в качестве ключевых полупроводниковых элементов могут быть: биполярные транзисторы, полевые транзисторы, IGBT-транзисторы, тиристоры, симисторы, запираемые тиристоры, и запираемые тиристоры с интегрированным управлением.

Малая мощность управления позволяет создавать и силовые микросхемы, в которых сочетаются сразу несколько блоков: сам ключ, схема управления и схема контроля, - это так называемые интеллектуальные схемы.

Эти электронные кирпичики применяются как в мощных промышленных установках, так и в бытовых электроприборах. Индукционная печь на пару мегаватт или домашний отпариватель на пару киловатт — и в том и в другом есть полупроводниковые силовые ключи, просто оперирующие с разной мощностью.

Так, силовые тиристоры работают в преобразователях мощностью более 1 МВА, в цепях электроприводов постоянного тока и высоковольтных приводов переменного тока, используются в установках компенсации реактивной мощности, в установках индукционной плавки.

Запираемые тиристоры управляются более гибко, они служат для управления компрессорами, вентиляторами, насосами мощностью в сотни КВА, а потенциально возможная мощность коммутации превышает 3 МВА. IGBT-транзисторы позволяют реализовывать преобразователи мощностью до единиц МВА различного назначения, как для управления двигателями, так и для обеспечения бесперебойного питания и коммутации больших токов во многих статических установках.

Полевые MOSFET-транзисторы отличаются превосходной управляемостью на частотах в сотни килогерц, что значительно расширяет сферу их применяемости в сравнении с IGBT-транзисторами.

Для пуска и управления двигателями переменного тока оптимальны симисторы, они способны работать на частотах до 50 кГц, а для управления требуют меньше энергии, чем IGBT-транзисторам.

Сегодня IGBT-транзисторы по максимальному коммутируемому напряжению достигают 3500 вольт, а потенциально возможно 7000 вольт. Эти компоненты могут вытеснить биполярные транзисторы уже в ближайшие годы, и на оборудовании до единиц МВА будут применяться именно они. Для маломощных преобразователей более приемлемыми останутся MOSFET-транзисторы, а для более 3 МВА — запираемые тиристоры.

По прогнозам аналитиков, большая часть силовых полупроводников в будущем будет иметь модульное исполнение, когда в одном корпусе располагается от двух до шести ключевых элементов. Применение модулей позволяет снизить массу, уменьшить габариты и себестоимость оборудования, в котором они будут применяться.

Для IGBT-транзисторов прогрессом будет увеличение токов до 2 кА при напряжении до 3,5 кВ и рост рабочих частот до 70 кГц с упрощением схем управления. В одном модуле смогут содержаться не только ключи и выпрямитель, но и драйвер, и схемы активной защиты.

Выпускаемые в последние годы транзисторы, диоды, тиристоры, уже значительно улучшили свои параметры, такие как ток, напряжение, быстродействие, и прогресс не стоит на месте.

Для более качественного преобразования переменного тока в постоянный применяют управляемые выпрямители, позволяющие плавно изменять выпрямленное напряжение в диапазоне от нуля до номинального.

Сегодня в системах возбуждения электроприводов постоянного тока у синхронных двигателей служат главным образом тиристоры. Сдвоенные тиристоры — симисторы, имеют всего один управляющий электрод для двух соединенных встречно-параллельно тиристоров, что делает управление еще более простым.

Для осуществления обратного процесса, преобразования постоянного напряжения в переменное применяют инверторы. Независимые инверторы на полупроводниковых ключах дают на выходе частоту, форму и амплитуду, определяемою электронной схемой, а не сетью. Инверторы изготавливают на базе различных типов ключевых элементов, но для высоких мощностей, более 1МВА, опять же на первое место выходят инверторы на IGBT-транзисторах.

В отличие от тиристоров, IGBT-транзисторы дают возможность более широко и более точно формировать ток и напряжение на выходе. Маломощные автомобильные инверторы используют в своей работе полевые транзисторы, которые при мощностях до 3 кВт прекрасно справляются со своей задачей, преобразовывая постоянный ток аккумулятора с напряжением 12 вольт сначала в постоянное, посредством высокочастотного импульсного преобразователя, работающего на частоте от 50кГц до сотен килогерц, затем — в переменное 50 или 60 Гц.

Для перевода тока одной частоты в ток другой частоты применяют полупроводниковые преобразователи частоты. Раньше это делалось исключительно на базе тиристоров, которые обладали не полной управляемостью, приходилось проектировать сложные схемы принудительного запирания тиристоров.

Использование ключей типа полевых MOSFET и IGBT-транзисторов облегчает проектирование и реализацию преобразователей частоты, и можно прогнозировать, что в перспективе от тиристоров, особенно в приборах малой мощности, откажутся в пользу транзисторов.

Для реверсирования электроприводов по прежнему применяются тиристоры, достаточно иметь два комплекта тиристорных преобразователей для обеспечения двух разных направлений тока без необходимости переключений. Так работают современные бесконтактные реверсивные пускатели.

Надеемся, что наша краткая статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, что такое силовая электроника, какие элементы силовой электроники применяются в силовых электронных приборах, и как велик потенциал силовой электроники для нашего будущего.