Loistehokompensaattorin säätöjärjestelmien vertailu

Abstract

Staattinen loistehon kompensaattori (engl. Static Var Compensator, SVC) koostuu kiinteistä suodatinparistoista ja tyristoriohjatuista keloista (engl. Thyristor Controlled Reactor, TCR). TCR mahdollistaa SVC:llä portaattoman loistehon säädön tyristorien liipaisukulmaa muuttamalla. Portaattoman säädön ansiosta SVC soveltuu hyvin tilanteisiin, joissa kompensoitavan loistehon määrä ei ole vakio. Teollisuudessa SVC:llä kom-pensoidaan yleensä terästehtaiden suuritehoisten kuormien loistehoa. Esimerkkeinä tällaisista kuormista ovat muun muassa valokaari- ja senkkauunit sekä valssilaitokset. Valokaariuunin loistehon kompensoinnissa tärkein kompensointikriteeri on välkynnän vaimennus. Valokaariuunin voimakkaasti vaihteleva loisteho aiheuttaa sähköverkkoon välkyntää, jota kompensoinnilla pyritään vaimentamaan. Tämän työn tavoitteena oli kehittää valokaariuunin loistehon kompensointiin suunnitellulle SVC:lle vektorilaskentaan perustuva säätö ja vertailla sen suorituskykyä perinteisen vaihekääntöön perustuvan SVC:n säädön suorituskykyyn. Suorituskykyä mitattiin välkynnän vaimennuskertoimella, joka ilmaisee kuinka paljon SVC:llä saadaan vaimennettua valokaariuunin sähköverkkoon aiheuttamaa välkyntää. Säätöjärjestelmä toteutettiin Nokian Digital Control -järjestelmällä (lyh. NDC), jon-ka jälkeen säätöjärjestelmän toiminnallisuutta tarkasteltiin reaaliaikasimuloinneilla. Kehitetty vektoripohjainen säätö perustuu kuormavirran symmetristen komponenttien erotteluun, minkä avulla TCR:lle saadaan laskettua joka hetki oikea liipaisukulma. Säädön suorituskyvyn kannalta tärkeimpänä kriteerinä oli vasteaika, sillä välkynnän vaimentamiseksi kuorman vaihteluihin on reagoitava nopeasti. Simuloinneissa käytettiin todellisten valokaariuunien mittausaineistoja, jotta tuloksista saataisiin mahdollisimman todenmukaiset. Myös simulointimallin verkkoparametrit valittiin todellisten komponenttien mukaan. Simuloinneilla tarkasteltiin tilanteita, joissa syöttävän verkon sekä pää-muuntajan impedansseja muunneltiin. Näin saatiin selville säätöjärjestelmän toiminnallisuus erilaisissa sähköverkoissa. Simulointitulosten perusteella vektorilaskentaan pohjautuvalla säädöllä saavutetaan muutaman prosentin parannus valokaariuunin aiheuttaman välkynnän vaimennukseen verrattuna perinteiseen SVC:n säätöön. Parhaimmillaan vektorisäätö oli simuloinneissa kymmenen prosenttia vaihekääntöön perustuvaa säätöä parempi. Absoluuttisella välkynnän vaimennuskertoimella mitattuna vektorisäädöllä saavutettu paras suorituskyky oli 2,21. Tulosten perusteella vektorisäätöä voidaan pitää valokaariuunin loistehon kompensoinnin tapauksessa käyttökelpoisena tapana toteuttaa SVC:n avoin säätö. Vektorisäädön käyttäytymisen tarkempi selvittäminen vaatii kuitenkin lisäsimulointeja, joilla voidaan varmistua säädön toimivuudesta erilaisissa vaihtelevissa ympäristöissä. /Kir11