Сверхпроводниковые динамические синхронные компенсаторы
2007, Tом 4, выпуск 2
Тематика: ВТСП устройства
В связи с борьбой за качество электроэнергии и принятием штрафных санкций против потребителей, чья нагрузка ухудшает качество электроэнергии в сети, становится всё более актуальным применение различного рода компенсирующих устройств, одним из которых является динамический синхронный компенсатор (ДСК). Устройства этого типа в традици-онном – резистивном исполнении имеют низкие эксплуатационные расходы и достаточно давно используются генерирующими компаниями.
Основными недостатками ДСК являются высокие массогабаритные показатели и необходимость троекратного увеличения тока в цепи обмоток возбуждения (рис.1) для реализации номинальной мощности. Резкое изменение тока возбуждения за короткие промежутки времени приводит к сильному нагреву обмоток, негативно сказывающемуся на их изоляции.
Появление высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) вдохновило разработчиков ДСК на их использование в обмотках возбуждения. Обладая равной токонесущей способностью при существенно меньшем поперечном сечении по сравнению с медным проводником, ВТСП лента позволяет увеличить плотность тока, не влияя на габаритные размеры ротора, что снижает необходимую величину тока возбуждения в несколько раз. Благодаря низким потерям в ВТСП ленте КПД динамического синхронного компенсатора со сверхпроводниковыми обмотками (СДСК) на 1% выше, чем у традиционных аналогов. Следовательно, использование СДСК характеризуется низким вкладом в общие потери электрической сети, а стабильная температура обмоток возбуждения способствует повышению его надежности и продлению нормативного срока службы.
Компактные размеры и относительно невысокая стоимость СДСК делают его экономически эффективным средством компенсации реактивной мощности. СДСК имеет моноблочную конструкцию (рис. 2), он легко поддаётся транспортировке и размещению на территории распределительной подстанции. К тому же СДСК отличается высокой устойчивостью к кратковременным коротким замыканиям и способен выдерживать двукратные перегрузки при снижении напряжения в сети.
Первый прототип СДСК с номинальной мощностью +8 МВА был испытан в сети электрической компании Tennessee Valley Authority (TVA) (США), питающей дуговую печь. Целью этих испытаний была не только демонстрация нового устройства, но и проверка его рабочих характеристик на практике.
Технические характеристики прототипа и промышленного варианта СДСК приведены в таблице 1. Стоимость СДСК 12 МВА, 13,8 кВ, смонтированного на отдельной раме, вероятно, составит 1,2 – 1,5 млн. долл. США, плюс ежегодные эксплуатационные расходы порядка 10 т. долл. (в дополнение к потерям энергии при работе машины). Компания TVA заказала два промышленных СДСК 12 МВА, которые сейчас изготавливаются.
Таблица 1: Технические характеристики СДСК
- S.S. Kalsi et al., Enhancement of wind farm electrical system with a superconducting dynamic synchronous condenser, Presented at European Wind Energy Conferences & Exhibi-tion, Greece, Athens (2006).
- B. Gamble, A. Malozemoff, HTS Electric Machines: Pitfalls and Potential From Motors to Synchronous Condensers, Presented at DOE Wire Development Workshop, USA, Florida, Panama City (2007).