Statyczne kompensatory mocy biernej

W polskim systemie elektroenergetycznym w roku 2018 za około 50% pobieranej mocy biernej odpowiedzialne są indywidualni odbiorcy (pozostałe 50% są po stronie samych sieci przesyłowych, w tym linii napowietrznych oraz transformatorów sieciowych). Ponieważ moc bierna nie wykonuje żadnej pracy, ograniczenie jej przesyłu jest zadaniem strategicznym dla Operatorów Systemów Przesyłowego oraz Dystrybucyjnego, które pozwala na poprawę jakości dostarczanej energii elektrycznej oraz niezawodności pracy systemu. Ponieważ za duży procent pobieranej mocy biernej odpowiada odbiorca końcowy, to Operatorzy systemu dystrybucyjnego nakładają ograniczenia na odbiorców oraz pobierają opłatę za pobór mocy biernej. W celu ograniczenia kosztów stosują się układy do kompensacji mocy biernej.

Najpopularniejszymi rozwiązaniami w zakresie kompensacji mocy biernej na niskim napięciu są baterie kondensatorów oraz baterie dławików. Pozwalają one na kompensację mocy biernej indukcyjnej (wytwarzanej m. in. przez transformatory, lampy wyładowawcze, silniki, piece indukcyjne oraz tyrystorowe układy przekształtnikowe) oraz mocy biernej pojemnościowej (wytwarzanej m. in. przez UPS, niektóre rodzaje oświetlenia oraz wewnętrzne długie linii kablowe SN) odpowiednio.

Jeżeli obiekt może pobierać moc indukcyjną zarówno jak i moc pojemnościową jednym z rozwiązań jest stosowanie statycznych kompensatorów mocy biernej (SVG). Statyczne kompensatory mocy biernej na niskim napięciu są „młodszymi braciami” układów STATCOM stosowanych w sieciach elektroenergetycznych. Podstawowymi elementami takiego urządzenia są: tranzystory z izolowaną bramką (IGBT), obciążenie w postaci kondensatora oraz układ sterujący. Na rysunku 1 przedstawiony jest uproszczony przykładowy schemat podłączenia statycznego kompensatora mocy biernej. Taki układ pozwala na generację w każdej fazie do 1/3 wartości mocy znamionowej kompensatora. Tyrystory w takim układzie wykonują m. in. rolę prostowników. Sterowanie generowaną mocą bierną odbywa się najczęściej metoda impulsowej modulacji fazy, przy której wymagane jest utrzymywanie stałej wartości napięcia na kondensatorze stanowiącym obciążenie po stronie DC. Na rysunkach 2 i 3 przedstawione są przykładowe charakterystyki wyjściowe napięciowo-prądowe [1] oraz napięciowo-mocowe [2] omawianego układu.

Rys. 1 - Uproszczony przykładowy schemat podłączenia statycznego kompensatora mocy biernej.
Rys. 2 - (po lewej) - Charakterystyka wyjściowa napięciowo-prądowa.
Rys. 3 - (po prawej) - Charakterystyka wyjściowa napięciowo-mocowa.

Podstawowymi zaletami statycznych układów kompensacji mocy biernej są:
- Możliwość kompensacji mocy biernej pojemnościowej zarówno jak i mocy biernej indukcyjnej - w trybie automatycznym bez konieczności zmian ustawień programowych,
- Płynna regulacja - brak stopni jak w tradycyjnych bateriach kondensatorów lub dławików,
- Brak konieczności stosowania dławików rezonansowych - kompensatory statyczne nie powodują zjawisk rezonansowych,
- Możliwość indywidualnej kompensacji w każdej fazie,
- Szybki czas reakcji - do 50 μs, odpowiedź całkowita - poniżej 1ms,
- Możliwość symetryzacji obciążenia,
- Odporność na zmiany napięcia sieciowego,
- Minimalne wymagania dotyczące obsługi i konserwacji - ze względu na brak elementów elektro-mechanicznych.

Przy takiej ilości zalet najważniejszą wadą takich układów jest ich cena. Jednocześnie w wielu przypadkach koszty związane z zakupem oraz instalacją statycznych kompensatorów mocy biernej (SVG) kompensują się osiągniętymi oszczędnościami. Właśnie dlatego zalecamy o konsultację z inżynierami EG System w celu konsultacji oraz doboru odpowiedniego rozwiązania w zakresie kompensacji mocy biernej. W przypadku dodatkowych pytań dotyczących urządzeń kompensacyjnym możecie Państwo odwiedzić naszą stronę internetową lub o kontakt bezpośredni.

[1] - Kompleksowe podejście do kompensacji mocy biernej i wyższych harmonicznych z wykorzystaniem kompensatorów dynamicznych STATCOM i EFA typu Xinus; Bogdan Bałkowski - C&T Elmech Sp. z o.o
[2] - Energoelektroniczne kompensatory bocznikowe jako sterowane źródła mocy biernej; Robert Kowalak, Robert Małkowski - Politechnika Gdańska