Современная силовая, или, как ее иногда называют, промышленная электроника базируется на полупроводниковой технике, обеспечивающей возможность коммутировать токи и напряжения высоких параметров.
Это в свою очередь позволяет преобразовать и управлять большими мощностями и энергией практически без расходования ресурса энергоустановок при максимальном энергосбережении.
Достигнутый за последние 20-30 лет уровень развития этой наукоемкой области техники выдвинул ее на самые передовые рубежи широко используемых высоких технологий.
Одним их основных направлений деятельности многопрофильного "Научно-исследовательского института по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" (НИИПТ) на протяжении всех лет его существования являются исследования и разработки в области преобразовательной техники на базе использования научных и практических достижений физики силовых полупроводниковых приборов. Совместно с Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе и Саранским заводом "Электровыпрямитель" были разработаны неуправляемые и управляемые преобразовательные установки различного назначения: для гальванического производства, электролиза, первые в стране агрегаты питания контактной сети трамвая, троллейбуса, метрополитена, источники бесперебойного питания, установки специального назначения и др. Наиболее сложными техническими решениями в этой области отличаются высоковольтные диодные и тиристорные вентили с воздушным охлаждением для преобразовательных мостов электропередач и вставок постоянного тока. Эти разработки и исследования проводились в тесном сотрудничестве с ВЭИ, ЭНИН, заводами СВПО "Трансформатор" (г. Тольятти), "Преобразователь" (г. Запорожье) и др.
В последние два десятилетия усилия ряда мировых фирм направлены на разработку и практическое освоение принципиально нового направления в области силовой (промышленной) электроники и преобразовательной техники на базе так называемых полностью управляемых вентилей (ПУВ), способных прерывать ток путем подачи запирающего сигнала на электрод управления. К числу известных в настоящее время и освоенных промышленностью силовых полупроводниковых приборов этого типа относятся: запираемый тиристор - GTO, биполярный транзистор с изолированным затвором - IGBT, запираемый тиристор с встроенной системой управления - IGCT и их модификации.
Преобразователи выполненные с использованием таких приборов, обладают новыми свойствами, недоступными при применении традиционных силовых полупроводниковых приборов.
В НИИПТ с середины 80-х годов под руководством проф. А.В. Поссе проводились работы по использованию ПУВ для преобразовательных подстанций передач постоянного тока. На последнем этапе научно-исследовательской работы тех лет удалось даже провести в небольшом объеме исследования на электродинамической модели НИИПТ многоподстанционной передачи постоянного тока, одна из преобразовательных подстанций которой была выполнена на базе ПУВ. В этот период институт успешно сотрудничал с некоторыми зарубежными научными организациями, прежде всего - с исследовательским центром концерна ABB. При этом мы видели, сколь мощные усилия предпринимаются нашими зарубежными коллегами в развитии и использовании этой техники.
Отечественным организациям в тот период удалось продвинуться в теоретическом обосновании возможностей применения ПУВ, начать разработки отдельных устройств, прежде всего для решения задач гибкого привода. Однако в последующие годы экономического кризиса в этой области возникло значительное отставание на фоне исключительно интенсивного развития данного направления в Европе, США и Японии. Исследовательские работы практически были свернуты и сохранились лишь отдельные разработки для решения практических задач. Отсутствие соответствующих средств привело к необходимости практически прекратить и непосредственные творческие контакты с западными научными организациями.
В 2001 году, благодаря поддержке Департамента научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России", было принято решение о проведении научно-исследовательской работы, охватывающий широкий круг вопросов, связанных с использованием ПУВ, в том числе для передач постоянного тока. Последние можно рассматривать как высшую ступень с точки зрения условий использования этой техники, хотя и не единственную и даже не главную область применения ПУВ. Это и современные регулируемые средства компенсации реактивной мощности, и различные элементы гибких связей переменного тока, и мощные приводы в системе собственных нужд электростанций, а также многие виды регулируемого электропривода в различных отраслях промышленности и транспорта, геологоразведке, военной технике и т.д.
Отметим, что в последние годы практически все новые разработки в области регулируемого электропривода передовыми западными фирмами проводятся на базе использования ПУВ. Все более широкое использование получает так называемая Light HVDC технология для электропередачи постоянного тока малой и средней мощности, например, в системах "сбора и распределения" мощности от ветроэнергетических установок, для кабельных линий электропередачи по дну моря и др.
За прошедшие 1,5 года в рамках упомянутой НИР удалось развернуть работы прежде всего по исследованию преобразователей напряжения на базе ПУВ, что определилось наименьшим исходным заделом в области этого типа преобразователей с одной стороны и широким применением их в зарубежной практике при решении задач электрического привода, устройств гибких связей и некоторых других областях – с другой. Были разработаны цифровые модели, создана физическая модель вставки постоянного тока, получены первые результаты, позволяющие оценить возможности этой техники применительно к условиям российской электроэнергетики, определить требования к некоторым техническим решениям практического назначения. Начата также разработка цифровых моделей и схемных решений преобразователей тока на базе ПУВ, которые, возможно, будут иметь определенное преимущество в некоторых областях, в частности – для мощных ППТ с воздушными линиями.
Результаты НИР уже используются в практических разработках устройств электрического привода, при разработке рекомендаций по применению управляемых средств компенсации реактивной мощности нового поколения (STATCOM) и др. Ведется работа в таких направлениях, как исследования и разработки высоковольтных полностью управляемых вентильных блоков на базе ПУВ, исследования новых преобразовательных схем, реализующих преимущества ПУВ, разработка активных фильтров высших гармонических тока и напряжения, создание компенсаторов реактивной мощности, создание преобразователей частоты различной мощности и различного назначения, эскизная проработка мощных преобразователей для вставок и передач постоянного тока, в том числе предназначенных для использования в условиях примыкания к сравнительно слабой сети переменного тока.
Разумеется, эти работы должны рассматриваться лишь как одна из составляющих в общем комплексе исследований, направленных на расширение области использования промышленной электроники в различных областях техники, в том числе в электроэнергетике. Следует иметь в виду, что уровень использования силовой электроники в определенном смысле характеризует уровень промышленного развития страны.
Источник: http://www.rao-ees.elektra.ru/