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STATCOM

Statischer Kompensator (STATCOM)

Elektrische Lasten können Blindleistung sowohl erzeugen als auch aufnehmen. Da sich die übertragene Last von einer Stunde zur nächsten oft erheblich ändern kann, ändert sich auch die Blindleistungsbilanz in einem Netz. Dies kann zu unzulässigen Spannungsschwankungen, Spannungsflauten oder sogar zu Spannungseinbrüchen führen.

Im Vergleich zur SVC-Technik liefert STATCOM noch schneller eine kontinuierliche, variable Blindleistung bei Spannungsvariationen und unterstützt so die Netzstabilität. STATCOM arbeitet nach dem Prinzip der Spannungszwischenkreis-Umrichter (VSC), und kombiniert dabei PWM (Pulsweitenmodulation) mit Schaltungen im Millisekunden-Bereich. STATCOM funktioniert mit einem sehr geringen Bedarf an Oberschwingungsfiltern und trägt daher zu einem geringen Platzbedarf bei. Wenn nötig können geschaltete oder feste Luftdrosseln und Kondensatoren mithilfe von VSC als zusätzliche Blindleistungselemente verwendet werden, um jeden gewünschten Bereich zu erreichen.

Die Installation einer STATCOM an einer oder mehreren geeigneten Stellen im Netz verbessert die Spannungsstabilität, hält das Spannungsniveau aufrecht und erhöht die Leistungsübertragungsfähigkeit unter verschiedenen Netzwerkbedingungen. Die Fähigkeit einer STATCOM, aktive Filterung durchzuführen, trägt zusätzlich zur Verbesserung der Stromqualität bei.

ABBs Angebot im STATCOM-Hochspannungsbereich umfasst SVC Light STATCOM sowie PCS 6000 STATCOM, wobei PCS 6000 STATCOM für Leistungen von bis zu 38 Mvar und SVC Light STATCOM für eine Leistung von mehr als 38 Mvar geeignet ist.

SVC Light® STATCOM

SVC Light basiert auf verketteten, modularen Multiniveau-Umwandlern (MMC) und eignet sich insbesondere für Leistungsanwendungen. Physikalisch gesehen ist SVC Light eine Spannungsquelle hinter einem Blindleistungswiderstand. Es erzeugt und absorbiert Blindleistung, indem es Spannungs- und Stromkurven in VSC elektronisch umformt und macht dadurch physische Kondensator- oder Reaktorzweige überflüssig, die Blindleistung erzeugen oder  absorbieren. SVC Light ist in der Lage, eine große Menge an Blindleistung selbst bei unterdrückten Netzspannungen relativ ungehindert und mit hoher Dynamik in das Netz zu bringen.

Dies ist zum Beispiel bei der Unterstützung schwacher Netze nützlich, um die Leistungsfähigkeit von großen Windparks bei unterschiedlichen Netzbedingungen oder von Netzen zu verbessern, die beispielsweise in heißen und feuchten Klimazonen zu einem Großteil durch Klimaanlagen belastet werden. Die effektive Leistungsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit von SVC Light ist bisher unerreicht. Es ist für die Oberschwingungsfilterung und für den Spannungsausgleich von asymmetrischen Lasten, beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitsbahnsystemen oder Schwerindustrieanlagen, angelegt und verringert von Lichtbogenöfen erzeugten Flicker.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) Halbleiter sind Schlüsselkomponenten des SVC Light. Die verkettete, modulare Multiniveau-Lösung wird durch die Verknüpfung von aneinandergereihten H-Brückenmodulen gebildet, um Phasen-Verbindungen des VSC zu bilden. Figur 1a zeigt eine einzelne H-Brücke mit vier IGBTs; Figur 1b zeigt eine Konfiguration, bei der vier H-Brückenmodule jede der drei Phasen-Verbindungen bilden.

H bridges

Fig. 1: Multilevel chain-link converter setup.

SVC Light ist für Systemspannungen bis zu 69 kV und für Konverterleistungen von bis zu - / + 360 Mvar erhältlich. Für höhere Spannungen wird ein Abspann-Transformator verwendet, um SVC Light mit dem Netz zu verbinden. SVC Light bietet einen symmetrischen Betriebsbereich. Für einen asymmetrischen Betrieb und zur Optimierung der Leistungsfähigkeit werden thyristorgeschaltete Reaktoren und Kondensatoren parallel betrieben, um Hybridlösungen zu bilden.

In Figur 2 wird ein Bild von modularen H-Brückeneinheiten mit jeweils zwei Stapeln der vier Module angezeigt. Die Kompaktheit der IGBT-Ventile, das Fehlen von physikalischen Kondensator- und Reaktorzweigen zur Erzeugung und Neutralisierung von Blindleistung sowie die Notwendigkeit zur Oberschwingungsfilterung ermöglichen eine sehr kompakte Konstruktion von SVC Light.

H bridge units2

    Fig. 2: Modular H-bridge units

PCS 6000 STATCOM

PCS 6000 STATCOM ist ein effizientes Stromversorgungspaket, das für anspruchsvolle Netze entwickelt worden ist. Die Flexibilität des Systems ermöglicht es, in einem weitgefächerten Bereich eingesetzt zu werden, z.B. für dynamische Spannungsstabilisierung, den Spannungsausgleich von asymmetrischen Lasten, die Verringerung von durch Lichtbogenöfen erzeugter Flicker sowie Oberschwingungsfilterung.

Die PCS 6000 STATCOM ist insbesondere in Bezug auf die Installationszeit und den Platzbedarf wettbewerbsfähig. Darüber hinaus führen hohe Effizienz und geringe Wartung zu niedrigen Betriebskosten. Die PCS 6000 bietet eine hervorragende Leistungsfähigkeit für den stationären und dynamischen Betrieb als rein statisches Gerät ohne passiv geschaltete Elemente.

Die PCS 6000 STATCOM-Lösung ist aufgrund der minimalen Anzahl an beweglichen, mechanischen Teilen praktisch wartungsfrei. Ein inspektionsbedingter Betriebsunterbruch kann daher nach den Bedürfnissen und Präferenzen des Kunden eingeplant werden. Aufgrund der fehlenden rotierenden Teile auf der Energiebahn entsteht eine hohe Verlässlichkeit, Verfügbarkeit, lange Lebenserwartung und niedrige Betriebskosten. Die Ausstattung wird typischerweise in einem vormontierten Container installiert. Das STATCOM-System einschließlich der Regler, Leistungselektronik und Kühleinheiten sind an die kundenspezifischen Anforderungen angepasst.

PCS 6000 converter

Die PCS 6000 STATCOM nutzt die fortschrittliche IGCT-Technologie (IGC-Thyristoren) und wurde abgeleitet von der bewährten Bipolar-Halbleitertechnik (GTO) von ABB entwickelt. Die PCS 6000-Umrichter basieren auf IGCT PEBB (Leistungselektronik-Bausteinen). Diese Standardisierung ermöglicht es, Systeme mit geringeren Engineering- und Konstruktionskosten zu realisieren und damit die Endkosten des Kunden positiv zu beeinflussen. Die innovative Verbindungskonfiguration ermöglicht eine sehr gute Oberschwingungsdämpfung und kommt somit fast komplett ohne Oberwellenfilterung aus.

PCS 6000 2
                      Fig. 3: PCS 6000 converter.

 

Zeiteinsparungen 

ABB hat dafür gesorgt, dass das Design-Konzept des modularen Containersystems die Vor-Ort-Bauzeit auf ein Minimum reduziert. Der Umrichter ist vormontiert, nach den höchsten Standards getestet und wird direkt zum Bauplatz geliefert, wo das Container-Paket für den sofortigen Einbau bereitsteht.

Dank des hohen Standardisierungsgrades können die definierten Schnittstellen vor Ort bei der Inbetriebnahmearbeit auf ein Minimum reduziert werden. Durch den modularen Aufbau kann das System in kurzer Zeit auch an einen neuen Standort verlegt werden.

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