Фликкер-эффект. 
Улучшение качества электрической энергии

Проблемы, вызываемые изменениями напряжения, известны под названием фликкер-эффекта (мерцания). Этот эффект определяется Pt (дозой фликкера). Следует напомнить, что Pt не является ни мгновенной, ни средней величиной. Это оценка серьезности проблем, вызываемых фликкер-эффектом, а не самого фликкер-эффекта. Необходимо отметить, что ни одна из существующих ныне рекомендаций по предварительной оценке фликкер-эффекта не является полностью удовлетворительной.

UIE разработала международный измеритель фликкер-эффекта, который использует два критерия для оценки его серьезности: PSt — кратковременную дозу фликкера и PLt — длительную дозу фликкера. Этот прибор, таким образом, основан на моделировании, использовавшемся в ходе исследований, и на контрольных измерениях.

Уровень фликкер-эффекта был стандартизован включением в спецификацию рекомендаций IEC 868 (таблицы 1 и 2). Это мгновенное измерение флуктуаций напряжения в диапазоне частот 0,5−35 Гц со взвешиванием по методике «lamp-eye».

После этого полученное таким образом значение уровня фликкер-эффекта подвергается анализу (расчет PSt и PLt) для проведения статистической обработки, которая и позволяет оценить серьезность воздействия фликкер-эффекта. На этом этапе статистический подход позволяет вывести функцию, отражающую корреляцию между видимым уровнем фликкер-эффекта и соответствующими долями его длительности. Серьезность воздействия фликкер-эффекта рассчитывается для стандартных промежутков времени (10 мин для коротких возмущений и 2 часа для длительных возмущений).

Проведенные в Европе, США и Японии исследования промышленных установок, включая дуговые печи, показали, что использование систем SVC позволяет снизить PSt до 1,5−2,6. Этот диапазон эффективности сильно зависит от мощности печи, мощности короткого замыкания, проведенной оптимизации и от качества управления.

Обычно используют несколько формул. Все они, естественно, включают мощность короткого замыкания печи (SCCF) и сети (SCCR) в общей точке подключения. Формулы эти имеют двойственное происхождение, теоретическое и эмпирическое. В них входят эмпирические коэффициенты, значения которых определяются на основе опыта пользователя.

Первая серьезная попытка оценить проблемы, вызываемые фликкер-эффектом, была предпринята в Японии на основе критерия, который используется иногда и теперь: Дv10.

Можно установить зависимости этого критерия с изменениями напряжения в сети Дv10 = Дvmax/3,6 и с максимальной PSt:

PSt = 3 * Дv10, Дv10 выражается в %; следовательно, максимальную PSt можно выразить следующим образом:

где d — эмпирический коэффициент, имеющий значения в интервале 1−1,3.

Для PSt 99% также можно вывести формулу для оценки фликкер-эффекта от дуговой печи в общей точке подключения Pcc:

где KSt — типичное значение (50−85) коэффициента передачи для расчета PSt.

Если максимальное изменение реактивной мощности не превышает мощности короткого замыкания печи, то обе формулы становятся практически идентичными.

Расчеты PSt по этим формулам показывают, что параметры SVC тесно связаны с мощностью короткого замыкания сети в точке общего подключения. Используя TCR (реактор с тиристорным управлением), мы можем управлять реактором и косвенно конденсатором.

Восстановление баланса сети в этом случае становится возможным независимо от величин P и Q одной фазы, только за счет воздействия на активную и реактивную мощность.

На рис. 5 показано снижение величины PSt промышленной установки при наличии SVC (внизу) по сравнению с работой без SVC (вверху). Из рисунка хорошо видно улучшение ситуации в сети, при этом возникает и прирост производительности дуговой печи. Достигается снижение уровня фликкер-эффекта почти в 2 раза.

Вряд ли можно достигнуть большего при использовании классической тиристорной SVC. Это в основном связано с тем, что при определении PSt для оценки фликкер-эффекта принимали во внимание только достаточно высокие частоты (20−35 Гц). Однако часто возникает необходимость добиться снижения фликкер-эффекта в 4 раза. В этих условиях наиболее простым решением является увеличение мощности короткого замыкания. Но повышение SCC не всегда дается легко. Если необходимо строительство новых линий, это решение может оказаться весьма дорогостоящим.

Отсюда возникает предложение по использованию систем STATCOM. Обладая более высоким по сравнению с SVC быстродействием, они способны компенсировать быстрые изменения нагрузки. Поскольку стоимость систем STATCOM существенно выше, чем систем SVC, были предложены гибридные решения (рис. 7):

• — мощность от 70 до 80% обеспечивается классическим SVC;
• — мощность от 20 до 30% - обеспечивается STATCOM.

Это решение разработано недавно, для того чтобы можно было оценить его эксплуатационные характеристики, однако оно явно имеет большое будущее. Для дуговой печи мощностью 100 МВА необходим источник регулируемого напряжения мощностью 20−30 МВА, основанный на IGBT или GTO. Мощность судовых силовых установок составляет около 20 МВт. В нефтехимии используются установки парового крекинга мощностью 30 МВт. Эти цифры характеризуют возможные направления промышленного применения такого решения Компенсация посадок напряжения Для защиты маломощных потребителей ответственного назначения всегда возможно применение автономных преобразователей. Проблема осложняется при более высоких потребляемых мощностях, достигающих сотен киловатт и даже десятков мегаватт (например, вариаторы скорости в нефтехимической промышленности).

Поскольку для обеспечения бесперебойного течения технологического процесса при отключении электроэнергии всегда требуются накопители энергии, было бы глупо думать, что используемые в настоящее время обратные преобразователи способны хранить количество энергии, достаточное для компенсации посадок напряжения, длительность которых превышает несколько миллисекунд.

Для того чтобы обеспечить 1 МВт в течение одной секунды при снижении напряжения на 100 В за счет преобразователя напряжения мощностью 1 МВт с промежуточным напряжением 800 В постоянного тока, он должен иметь батарею конденсаторов емкостью 10 фарад, что абсолютно нереально. Необходимо искать другие решения. Некоторые из них относительно универсальны, поскольку действуют на уровне сети, остальные обусловлены типом технологического процесса потребителя.