電力の信頼性のある配達は、特に人口密度と産業活動が非常に高い需要を駆動する地域において、近代的な経済のための重要なバックボーンとなっています。 グリッドは、可変的な負荷プロファイル、老化インフラ、および再生可能エネルギーの統合の統合から圧力を直面するので、電圧安定性は、これ以上挑戦的ではありません。 このケーススタディでは、静的同期コンセンサ(STATCOM)技術が、高需要の首都圏におけるグリッド安定性を強化するための強力なソリューションを提供し、実際のデータ実装と運用状況を把握しています。

STATCOMテクノロジーとは?

静的同期コンセンサタ(STATCOM)は、迅速で精密な反応力補正と電圧規制を提供する電力電子機器です。 これは、制御性を高め、伝送ネットワークの電力伝達能力を高めるために設計された柔軟なAC伝送システム(FACTS)デバイスの家族に属しています。 従来の機械的にスイッチされたコンデンサーバンクやリアクターとは異なり、STATCOMは、電圧ソースコンバータ(VSC)技術を使用して、ほぼ瞬時に反応電力を注入または吸収します。

運営原則

STATCOMのコアは、基本周波数で副鼻腔電圧を生成する電圧ソースコンバーターです。このコンバーターを、カップリングトランスまたはリアクターを介して電力システムに接続することにより、STATCOMは、システム電圧に相対的に出力電圧の振幅と相を変えることができます。STATCOM電圧がシステム電圧よりも高くなっている場合、STATCOMから電力をグリッド(容量モード)に再アクティブに流れます。下がると、STATCOMは、SATCOMは、再構成の動作を吸収し、(同期モード)、および同等性動作を向上します。

従来のソリューションとの比較

従来の反応力補償は、コンデンサー銀行と分岐点の反応器に依存しています。これは、分離されたステップで切り替えられます。 彼らの機械的操作は遅延を引き起こし、迅速な電圧変動に反応することができません。 対照的に、STATCOMは、フル容量からフルインダクティブ出力までを1サイクル(典型的に16〜20ミリ秒)に移行することができます。 この速度は、電圧のギャップ、フリッカー、過電圧を低下させるのに値することを可能にします。 より高い電圧をVarprint、およびSARATVCは、より低いパフォーマンスを提供します。

STATCOM の構成のタイプ

現代のSTATCOMインストールは、評価とアプリケーションに基づいて構成が異なります。最も一般的なトポロジーには、次のものが含まれます。

  • [ モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC) STATCOM: ほぼ正弦出力電圧を合成するために、数百のサブモジュールを使用して、高電圧伝送アプリケーション(115kV〜765kV)に最適です。
  • [2レベルまたは3レベル電圧変換器(VSC)[: 単体設計、分布レベルまたは低電圧伝送(最大138kV)に使用されます。
  • []流通STATCOM(DSTATCOM)[:分布サブステーションで展開されるより小さいバリアントは、フリッカーを緩和し、産業負荷の電力品質を向上させる。

高分解地域におけるグリッド安定性の課題

需要の高い地域 - 典型的な密な都市センターや産業の回廊 - 従来の補償方法が対処に苦労するユニークな安定性の課題。 負荷密度は、空気調節、輸送の電動化、製造プロセスによって駆動される迅速な時間単位の変動で、平方マイルあたり5,000 MWを超えることができます。 次のサブセクションでは、主な問題について説明します。

電圧変動および反応力の Imbalance

負荷の突然の変化は、対応する電圧ディップまたは膨張を引き起こします。例えば、大きなモーター起動または炉アークは、数サイクルで5〜15%の電圧を低下させることができます。高速な補正なしで、これらの変動はネットワークを介して伝播し、潜在的に敏感な機器をトリップするか、または広範囲にわたる不足電圧を引き起こします。従来のコンデンサーバンクは、スイッチに1〜3秒かかります。それは初期の過渡を阻止するために遠くまで遅くなります。

装置 圧力および減らされた寿命

繰り返し電圧のエクスカーションは、トランス、遮断器、およびケーブル絶縁の老化を加速します。 現在の変化からの熱循環はまた、機器の寿命を短縮します。 高需要領域のユーティリティは、変圧器の故障が±5%を超える電圧偏差の領域で50%以上頻繁であったと報告しました。 STATCOMは、タイトバンド(±1〜2%)内の電圧を維持し、機械的および熱的ストレスを大幅に低減します。

再生可能エネルギーの統合

高需要領域は、ますますます分布太陽と風生成をホストしています。 これらのインバーターベースのリソースは、同期マシンの慣性と反応力能力を欠きます。 クラウドカバーが大きなソーラーファームを通過すると、出力は80%を低下させ、補償されていない場合は電圧崩壊を引き起こします。 STATCOMは、このような傾斜中に電圧をサポートするための反応力を注入することができ、より高い再生可能貫通を有効にします。

導入事例: 首都グリッドのアップグレード

次のケーススタディでは、230kVのサブステーションで100MVAR STATCOMの設置を検討し、8万人の都市圏を占めています。この地域は、夏のピーク時間に1か月あたりの40の電圧サグイベントの平均を経験し、顧客の苦情や機器の損傷につながります。エンジニアは、100MVARの容量/誘導体で評価されたMMCベースのSTATCOMを選択しました。サブステーションに隣接するコンパクトなモジュラービルディングに収容されています。

サイト選定と統合

大型産業負荷(鋼製工場、自動車用組立)、大型住宅用給餌機など、その近接により、サブステーションが選定されました。

  • 新たな230kVブレーカベイとカップリングトランス(230kV / 48kV)を取り付けます。
  • 既存のオートトランスフォーマーのtertiary巻上げにSTATCOMを接続します。
  • 保護・制御システムをアップグレードし、エネルギー管理システム(EMS)とのリアルタイム通信を可能に。
  • パワーエレクトロニクスの冗長冷却システムの導入

インストール全体が14ヶ月かかり、最終タイインに必要な最低のアウトタイムがかかりました。

制御システムの設計

STATCOM制御システムは、d-q軸参照フレームを使用して、独立してアクティブおよび反応力を調整します。 電圧調整器ループは、変調指数を調整し、所定の点(典型的に1.0pu)でサブステーションバス電圧を維持します。 追加のダンピングコントローラーは、電力振動を対向する反応電力を調節します。 システムは、グリッド条件に基づいて、電圧制御、var制御、およびパワーファクタ制御モードの間で切り替えることができます。

運用実績

運用開始から18か月経過したデータが大幅に改善されました。

  • 35%:1]によって改善される電圧安定性:0.9 puの下の電圧サグの数は1ヶ月あたりの40から4まで減少しました。
  • ]42%[:1]でパワーアウトの減少:過電圧負荷シーディングイベントは、年12から7に低下し、ケーシングアウトの発生は発生しません。
  • 寿命延長[: トランスタップ交換操作は60%減少し、スチールミルはモータの巻上げ障害の25%削減を報告しました。
  • 反応力機能]:STATCOMは、雷撃時の過電圧を効果的に低下させる、1サイクル内のすべてのイベントの98%に応答しました。

経済分析では、メンテナンスの短縮、停電コストの回避、産業顧客向けの電力品質の向上などから3.5年を経た。

SVC の代替との比較

計画フェーズでは、100 MVAR のヒリスタ スイッチ リアクター (TSR) と コンデンサ (TSC) ベースの SVC が考慮されました。SVC は、資本コストを削減 (約 20% 未満) が 1 サイクル以内に、その反応力の 50% しか提供できませんでした。残りの部分は 2～3 サイクルです。STATCOM の優れたダイナミック パフォーマンスと足跡の小さい (40% 土地面積) は、最終的に決定を揺るがしました。サイトの制約スペースが与えられた。

グリッドモダナイゼーションのためのブラー・インプリケーション

STATCOM技術は、需要の高い都市エリアに限定されません。世界中のユーティリティは、以下の目的で展開しています。

  • []ウインドファームインテグレーション]:オフショア風公園は、反応力と障害の乗り継ぎのためのグリッドコード要件に準拠するために、大規模なSTATCOMを使用します。
  • 長距離伝送[]]]: リモートハイドロをロードセンターに接続するような弱いACシステムでは、STATCOMは一時的な安定性と電力転送能力を向上させます。
  • 産業電力品質[]:スチールミル、アーク炉、および鉱山操作は、フリッカーと調和を補正するためにDSTATCOMsを使用します。

IEEE Power & Energy Society[]ホワイトペーパーによると、STATCOMのグローバル容量は2027年までに50GVARを超えると予想され、再生可能エネルギーの統合とグリッド硬化のイニシアチブによって駆動されます。

コンテンツ

STATCOM技術の統合は、需要の高い地域に直面するグリッド安定性の課題に実証済みのスケーラブルなソリューションを提供しています。 サブサイクルの反応力補償を提供することで、STATCOMは電圧規制を改善し、機器のストレスを軽減し、停電頻度を削減し、より高い再生可能な貫通を可能にします。 ケーススタディでは、100 MVARの設置が、信頼性と経済リターンの測定可能な改善をもたらすことができることを実証しています。 電力消費が成長し、STCOMの移行が進んでおり、STATCOMは、特に重要なリソースの効率性を維持するためには重要となります。