Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ работы систем транспорта электроэнергии на сверхдальние расстояния 15
1.1 Традиционные системы транспорта электроэнергии переменного тока 15
1.2 Перспективные системы транспорта электроэнергии 18
1.3 Системы транспорта электроэнергии постоянного тока 20
1.4 Особенности создания полуволновых электропередач 23
1.5 Применение полуволновых технологий для построения системообразующих магистральных линий электропередачи Республики Саха (Якутия) в составе ЕНЭС Востока России 28
Выводы к главе 1 34
2 Методология и средства стабилизации параметров на промежуточной подстанции полуволно вой электропередачи 35
2.1 Особенности стабилизации параметров на промежуточной подстанции отбора мощности 35
2.2 Структура унифицированного тиристорного стабилизатора параметров 37
2.3 Быстродействие и помехозащищенность системы управления стабилизатора параметров 40
2.4 Метод стабилизации параметров на промежуточной подстанции по изменению тока нагрузки отбора мощности 42
2.5 Назначение метода искусственной коммутации тиристоров стабилизатора параметров 50
2.6 Исследование качества электроэнергии на промежуточной подстанции с ТСП 57
2.7 Регулировочная характеристика стабилизатора параметров 62
2.8 Оценка влияния экстремальных климатических условий на эксплуатационную наджность силовых тиристоров стабилизатора параметров 65
2.9 Влияние промежуточного отбора мощности с тиристорным стабилизатором параметров на устойчивую работу системообразующей полуволновой электропередачи 70
Выводы к главе 2 73
3. Методы и средства промежуточного отбора мощности из полуволновой электропередачи 75
3.1 Способы отбора мощности из полуволновой электропередачи 75
3.2 Методика расчта режимов отбора мощности из полуволновой электропередачи 76
3.3 Режимы работы полуволновой электропередачи с отбором мощности 80
3.4 Метод и средства промежуточного отбора мощности из полуволновой электропередачи 83
Выводы к главе 3 92
Заключение 94
Список литературы
- Системы транспорта электроэнергии постоянного тока
- Применение полуволновых технологий для построения системообразующих магистральных линий электропередачи Республики Саха (Якутия) в составе ЕНЭС Востока России
- Быстродействие и помехозащищенность системы управления стабилизатора параметров
- Режимы работы полуволновой электропередачи с отбором мощности
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в России большое внимание уделяется разработке проектов формирования Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) Восточной Сибири, Республики Саха (Якутия) с созданием Южно-Якутского гидроэнергетического комплекса (ЮЯГЭК), Магаданской области и Дальнего Востока.
В качестве эффективного элемента ЕНЭС, охватывающей большие пространства, могут рассматриваться электропередачи полуволнового типа, позволяющие передавать электроэнергию на расстояния 2000 – 4000 км. Теоретические и практические вопросы таких электропередач хорошо разработаны применительно к транзитным электропередачам [Самородов Г.И., 2003; Веников В.А. и др., 1985; Самородов Г.И., 1998; Зильберман С.М. и др., 2009; Щербаков В.К., 1960; Зильберман С.М. и др., 2007], т.е. без осуществления промежуточного отбора мощности. Однако в ряде случаев целесообразно присоединение промежуточных электроэнергетических систем и автономных потребителей к полуволновой электропередаче (ПЭП) с целью взаимного обмена энергией или постоянного отбора мощности [Кобылин А.В. и др., 2014; Копач Е.Н., 1965; Воробьв Г.В., 1964].
Особенностью полуволновых электропередач является значительное изменение напряжения вдоль линии. Так, в средней части линии напряжение меняется от минимальной величины, близкой к нулю, в режиме холостого хода до наибольшего рабочего напряжения в режиме максимальной нагрузки. Это не позволяет осуществлять традиционным способом параллельный отбор мощности из ПЭП на большей е части в режимах сниженных нагрузок.
Известны схемы параллельного (в концевых зонах), последовательного (в средней зоне) и последовательно-параллельного (в промежуточных зонах между концевой и средней) отборов мощности из ПЭП с помощью трансформаторов соответствующей конструкции. Очевидным недостатком такого решения является необходимость разработки и использования различных типов трансформаторов.
Отсюда вытекает актуальность создания универсального устройства, позволяющего осуществлять промежуточный отбор в любом пункте ПЭП в различных режимах, включая предельные режимы, к которым относятся режимы передачи натуральной мощности и холостого хода.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами. Работа выполнена в соответствии с планами основных научных исследований Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН в рамках программ фундаментальных исследований РАН: «Исследование технических, экономических и экологических особенностей развития энергетики на Севере», «Технико-экономические и экологические системы развития топливно-энергетических комплексов Севера с учтом межрегиональных и межгосударственных связей», «Основные принципы и методологии разработки способов повышения эксплуатационной наджности и безопасности систем электро- и теплоснабжения в условиях холодного климата», «Разработка науч-
но-методологического сопровождения реализации энергетической стратегии региона Севера с учтом неопределнности будущих условий при осуществлении масштабных проектов топливно-энергетического комплекса и магистральных линий электропередачи развития ЕНЭС на Востоке России».
Целью работы является разработка универсального унифицированного устройства для осуществления отбора мощности из полуволновой электропередачи в любом промежуточном пункте линии.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методов и средств эффективного управления режимами работы, стабилизации напряжения и коэффициента мощности на промежуточной подстанции;
разработка универсального параллельно-последовательного способа присоединения тиристорного стабилизатора параметров (ТСП) к ПЭП, позволяющего осуществлять промежуточные отборы мощности в любых пунктах магистральной линии;
анализ влияния унифицированного тиристорного стабилизатора параметров на качественные показатели электроэнергии;
разработка методики расчта режимов в ПЭП при наличии отбора мощности в промежуточных пунктах линии;
исследование работы ПЭП в характерных режимах передачи натуральной мощности и холостого хода при отборе мощности в различных зонах электропередачи.
Методы исследований. В работе применены методы системного анализа, математического моделирования электрических сетей и фундаментальные разработки в области полуволновой технологии передачи электроэнергии.
Научная новизна заключается в разработке:
- унифицированного устройства ТСП и универсального способа парал
лельно-последовательного присоединения ТСП к ПЭП для осуществления от
бора мощности в любых промежуточных узлах;
метода стабилизации напряжения и коэффициента мощности на промежуточной подстанции ТСП в зависимости от изменения тока нагрузки отбора мощности;
схемно-режимных решений поддержания напряжения вдоль полуволновой линии в допустимых пределах при осуществлении отборов мощности на промежуточных подстанциях.
Положения, выносимые на защиту:
1. Концепция создания унифицированного устройства ТСП и способа уни
версального параллельно-последовательного присоединения ТСП к ПЭП для
осуществления отбора мощности из полуволновой электропередачи в любом
промежуточном пункте линии.
2. Методы и средства стабилизации режимных параметров на промежу
точной подстанции в зависимости от изменения тока нагрузки отбора мощно
сти.
3. Схемно-режимные решения для исключения недопустимых повышений напряжения вдоль полуволновой линии с промежуточными отборами мощности.
Достоверность и обоснованность результатов. Научные положения, выводы и рекомендации подтверждены: глубоким анализом аспектов, построения наджных устройств, стабилизации параметров на промежуточной подстанции отбора мощности; корректным применением математических методов используемых при решении задач; объмом исследований, достаточным для получения достоверных результатов.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработанные унифицированный ТСП и универсальный способ параллельно-последовательного присоединения ТСП к ПЭП, позволяют осуществлять промежуточные отборы мощности из ПЭП, не оказывая влияния на работу магистральной линии в любых промежуточных узлах;
даны рекомендации по стабилизации режимных параметров на промежуточной подстанции, в зависимости от изменения тока нагрузки отбора мощности;
определены параметры компенсирующих устройств, для обеспечения допустимых уровней напряжения вдоль полуволновой линии в режимах отбора мощности.
Апробация результатов. Основные положения, вынесенные на защиту, и результаты исследований докладывались и обсуждались на: Международной конференции «Инвестиционный потенциал Республики Саха (Якутия) – Восточный вектор развития России», Иркутск, 2006; Международной научно-практической конференции «Южная Якутия – новый этап индустриального развития», Нерюнгри, 2007; Международном научном семинаре им. Руденко Ю.Н. «Методические вопросы исследования наджности больших систем энергетики», Вологда, 2007; 13-й научно-технической конференции «Энергетика: экология, наджность, безопасность», Томск, 2007; IV Евразийском симпозиуме по проблемам энергетики Севера, Якутск, 2008; VII Международной конференции АЕС-2010 «Энергетическая кооперация в Азии: что после кризиса?», Иркутск, 2010; V Евразийском симпозиуме по проблемам энергетики Севера, Якутск, 2010; Всероссийской научно-практической конференции «Сварка и безопасность», Якутск, 2012; VI Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, Якутск, 2013.
Личный вклад диссертанта состоит в обосновании общей концепции диссертационной работы, постановке целей исследований и их решению, в формулировании научной новизны и положений, выносимых на защиту, в основных выводах и рекомендациях. В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад составляет не менее 50 %.
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 18 печатных работах, в том числе в 4 статьях в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, и в главе монографии издательства РАН, в 2 патентах на изобретение.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трх глав, заключения, списка цитируемой литературы, приложений. Содержит 139 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 155 источников, 10 приложений.
Системы транспорта электроэнергии постоянного тока
Традиционная электроэнергетика характеризуется мощными объединнными энергосистемами. Электроэнергия передатся от мест генерирования к местам потребления по протяжнным и дальним линиям электропередачи переменного тока. Преимущество воздушных линий 35-1150 кВ перед кабельными линиями, того же класса напряжения и равной пропускной способности, заключается в простой конструкции опор, с подвешенными к ним гирляндами изоляторов и проводов, а так же в более низкой стоимости. По этой причине во всем мире и, в том числе в России, почти все ЛЭП переменного тока 35-1150 кВ выполнены в воздушном варианте.
Одной из трудомких технических задач, при передаче электроэнергии на дальние и сверхдальние расстояния, является обеспечение необходимой пропускной способности ЛЭП при высоких качественных и экономических показателях. Максимальная пропускная способность ЛЭП достигается снижением продольного индуктивного сопротивления и увеличением поперечной мкостной проводимости. В работах [1, 2, 4, 9-11, 22, 25, 49, 105] показано, что технико-экономические показатели работы потребителей электроэнергии и электрических сетей зависят от качества напряжения.
При компенсации индуктивного сопротивления линии на 25 % - пропускная способность линии увеличивается на 30-40%, при компенсации на 50% - в 1,7-2,0 раза.
Вопрос компенсации перетоков реактивной мощности необходимо рассматривать комплексно, как с точки зрения повышения пропускной способности и регулирования напряжения, так и с позиции потери энергии.
В ряде зарубежных стран, таких как США, Япония, Польша, Германия, Финляндия и других, широко используются конденсаторные установки [6, 108] для регулирования мощности и напряжения в распределительных сетях. Вопрос оптимальной компенсации реактивной мощности нельзя полностью сводить только к количественным показателям, достигнутым в зарубежных странах. В работе [3] отмечено, что одной из главных причин широкого применения конденсаторных установок является техническая сторона вопроса электроснабжения. Прежде всего, этому способствует применение трансформаторов с меньшими диапазонами регулирования работающих на повышенных частотах. При частоте 60 Гц, принятой в США, Корее и частично в Японии, реактивное сопротивление линии возрастает на 20%, по сравнению с частотой 50Гц. Одновременно на 20% возрастает компенсационная мощность конденсаторных батарей. Оба эти фактора делают целесообразным применение в этих странах батарей статических конденсаторов (БСК).
Применение БСК должно рассматриваться с позиции получения максимального эффекта в масштабах государства. Необходимо учитывать и тот факт, что БСК обладают односторонним действием, а для компенсации колебаний напряжения нужны реверсивные установки. Поэтому, для получения сверхсильного эффекта рекомендуется использовать быстродействующие статические компенса 17 торы реактивной мощности (СTК) или синхронные компенсаторы (СК) обладающие реверсивным действием [67, 109].
Пропускная способность протяжнных электропередач является важнейшим оптимизирующим фактором и ограничивается пределом передаваемой мощности по условию статической устойчивости генераторов электростанций, связываемых электропередачей. Для идеализированной электропередачи (без потерь) предел передаваемой мощности определяется выражением (1.1): где Е и U - ЭДС генераторов передающей станции и напряжение примной системы; Хс - реактивное сопротивление всей системы. То есть, чем меньше Хс, тем большую мощность можно передать по линии.
Анализ способов повышения предела передаваемой мощности протяжнных системообразующих ВЛ свидетельствует о том, что при увеличение сечения проводов ВЛ на один класс - увеличивает предел передаваемой мощности не более 60 %, при этом расход цветного металла удваивается. Повышение класса напряжения (например, с 220 кВ до 330 кВ) увеличивает предел передаваемой мощности на 214 %, т.е. в 3,6 раза по сравнению с вариантом увеличения сечения проводов [25].
К тому же, мощность потерь в воздушной линии более высокого класса напряжения всегда меньше, чем у «и» линий более низкого класса. Экономически обоснованная максимальная длина ВЛ - Lmax, при которой линия способна передавать максимальную мощность с учтом допустимых ограничений, находится в прямой зависимости от класса напряжения [/ и равна Lv = 2[/ . Для ВЛ лин ШаХ лин 220 кВ длина не превышает 440 км, для ВЛ 330 кВ – 660 км и для 500 кВ –1000 км. Использование более высокого класса напряжения ведт к снижению мощности потерь, затрат на алюминий для проводов, капитальных и расчтных затрат на воздушные транспортные системы электроэнергии. Например, межсистемные связи на напряжении 750 кВ в 1,6 раза дороже линий 500 кВ, но их передаваемая мощность в два раза больше (2 ГВт), что в сумме на 20 % снижает удельные капиталовложения в межсистемную связь [12, 61]. Ещ более низкие удельные капитальные затраты будут при строительстве линий 1150кВ, для которых передаваемая мощность возрастает до 5 -6 ГВт. По данным «ЭСП» [73, 146, 147] для линий электропередачи, выполняющих функции магистральной связи, увеличение номинального напряжения технически и экономически оправдано. Таким образом, для линий переменного тока, увеличение номинального напряжения является основным способом удешевления стоимости и улучшения основных технических характеристик линий.
В настоящее время во всем мире и в том числе в России, ведтся поиск новых видов электропередач, способных снизить потери мощности в ЛЭП и одновременно повысить их пропускную способность, наджность и эффективность. К таким системам транспорта электроэнергии следует отнести передачи постоянного тока, полуволновые и настроенные на полуволну линии электропередачи переменного тока и другие перспективные виды электропередач.
Применение полуволновых технологий для построения системообразующих магистральных линий электропередачи Республики Саха (Якутия) в составе ЕНЭС Востока России
После устранения аварийной ситуации (или самоликвидации) система стабилизации автоматически включается при токе нагрузки не более l,l/nom.
Кратковременное снижение напряжения в системе отбора мощности оправдывается сохранением режима устойчивой работы магистральной линии.
Рабочий тиристор искусственно коммутируется подачей на него напряжения противоположной полярности. Для запирания тиристора подключают индуктивность последовательно с нагрузкой и тиристором, или мкость, подключенную параллельно тиристору. Наиболее рациональный способ - использовать для ИК силовые тиристоры не участвующие в данное время в коммутации тока нагрузки. Такое решение максимально сокращает количество дополнительных тиристоров. Коммутация считается устойчивой, если время разряда конденсатора превышает время запирания тиристоров в два раза, а напряжение во время коммутации не ниже минимально необходимого для запирания тиристоров.
В ТСП применн способ ИК тиристоров разрядным током, предварительно заряженной мкости, подключаемой параллельно тиристору [64, 69, 70]. Тиристор запирается «ударным» мкостным током, направленным встречно индуктивному току нагрузки. где Ск - коммутирующая мкость; Lк - коммутирующая индуктивность; ЛНmax – максимальный ток нагрузки; выкл – время выключения тиристора; Ud - действующее значение напряжения. При ИК уменьшается время восстановления управляемости тиристора, улучшаются энергетические характеристики стабилизатора, в аварийных ситуациях исключаются режимы перегрузки и короткого замыкания прекращением стабилизации напряжения раньше завершения полупериода.
Особенностью схемы синхронизации является наличие тиристоров в тракте прохождения импульсов, обеспечивающих работу ИК только на первом полупериоде после поступления сигнала от токовой защиты, переводя ВДТ ТСП в дроссельный режим.
Для пояснения работы искусственной коммутации предположим, что все секции стабилизатора включены для режима вольтодобавки, когда обе коммутирующие мкости не заряжены, а регулируемая секция I включается согласованно с секциями II - IV подключаемыми дискретно. Ток нагрузки в цепи протекает от начала к концу обмотки. При протекании тока в прямом направлении включаются ключи VS9, VSIO, VS1 и VS6, VS8, подготавливая полярность коммутирующих мкостей, соответствующую полярности секции I. Очердность работы ключей чередуется в момент реверсирования секции I, а тиристоры VS5, VS6, VS1, VS8, подготовив нужную полярность коммутирующей мкости, отключаются и остаются в ждущем режиме до следующего реверсирования секции. Заряд коммутирующих мкостей C и C2 показан для положительной полуволны. По цепи VS9-l-VS\\-C\-L\-VS\-wb-iy-lll-ll-VS9
заряжается мкость C, приобретая полярность, указанную без скобок. Заряд мкости прекращается при запирании VS\1 в момент прохождения тока через нулевое значение. Конденсатор C перестат заряжаться раньше завершения полупериода рабочего тока, и мкость остатся заряженной. Хотя на тиристоры VS6 и VSS будут поданы синфазные сигналы - они не включатся, поскольку будут находиться под напряжением обратной полярности.
На (рис. 2.9) показаны характеристики выходного напряжения и тока нагрузки, напряжений на коммутирующих мкостях и диаграммы очердности работы тиристоров для режима неискажнной передачи с вольтодобавкой дискретных секций при а фн.
Ёмкости перезаряжаются только в моменты временных сдвигов углов и сигналов управления силовыми ключами и во время плавного регулирования. При этом схема содержит минимальное количество тиристоров, а вспомогательные тиристоры VS5 - VS8 исключены из контура коммутации и используются только для подготовки необходимой полярности коммутирующих мкостей во время реверсирования регулирующей секции, причм только в интервале первого полупериода тока нагрузки.
Дискретные секции включаются синхронно в токовые паузы, а регулирующая секция I управляется симметричным изменением угла а отпирания и угла f запирания тиристоров, обеспечивая симметричную кривую тока в нагрузке относительно оси абсцисс. Изменение углов коммутации а и Р в интервале от 0 до Зтг/2 позволяет регулировать фазовый сдвиг напряжения, как в сторону отставания, так и в сторону опережения по отношению к напряжению линии.
При поступлении сигнала на включение регулирующей секции, заряженная мкость C 1 начинает перезаряжаться, приобретая полярность, указанную в скобках, по цепи (+)C1-VS2-VS1-L1-(-)C1. Разрядный ток по контуру двух проводящих тиристоров VS2 и VS1 является ударным вследствие малого сопротивления контура. При этом, разрядный ток мкости равен ik =Ikms ,mo)klt, находясь в про тивофазе с индуктивным током iysl =iн-ikt, протекающим через тиристор VS1, скомпенсирует его и закроет рабочий тиристор VS\ на время, необходимое для восстановления его запирающей способности. Индуктивность Ы ограничивает скорость перезаряда мкости О. Поскольку, тиристор VS1 был закрыт до начала прохождения тока нагрузки через нулевое значение, то для завершения полупериода он будет протекать по цепи VS9-1- VS11-VS2. По цепи VS9-l-VSU-VSS-L\-C\-VS2-wb-W-m-U-VS9 заряжается мкость О. Далее, следует режим искусственной коммутации секции I и ток нагрузки протекает через тиристор VS1 который повторно включается сигналом управления фазосдвигающего устройства, запускаемого генератором линейно падающей пилы с зависимостью AU = f[lH). Ёмкость С\ разряжается через VS\ на
VS2, запирает его и подключается VS10. VS1 остатся включенным. Схема возвращается в исходное состояние для работы в отрицательном полупериоде после прохождения тока нагрузки через нулевое значение. Работа ключей отрицательного полупериода аналогична с той лишь разницей, что в работе участвуют С2 и 12. Режим вольтоотбавки формируется включением секции I инверсно по отношению к комбинации II - IV секций.
Схема ИК содержит минимальное количество силовых тиристоров, а вспомогательные тиристоры VS5 - VS8 не участвуют в коммутации и используются только для подготовки необходимой полярности коммутирующих мкостей во время реверсирования секции I на интервале первого полупериода тока нагрузки. Секции II - IV включаются синхронно в токовые паузы, обеспечивая симметрию тока в нагрузке.
В ТСП применены тиристоры с лавинной характеристикой, зарекомендовавшие себя как высоконаджные [19, 50]. Их достоинство в том, что они работают без дополнительной защиты RLCD - цепями от обратных перенапряжений. 2.6 Исследование качества электроэнергии на промежуточной подстанции с ТСП
Гармонический анализ, расчт качественных показателей и регулировочной характеристики рассмотрены для секции I регулировочного трансформатора стабилизирующей напряжение в пределах ступени регулирования. Включение и выключение регулируемой секции осуществляется системой управления в моменты, обозначенные точками 6 _4 (рис. 2.11).
Быстродействие и помехозащищенность системы управления стабилизатора параметров
Если напряжение будет продолжать снижаться до пределов критического и ниже (кривая 5), то процесс перейдт в точку «0». Стабилизатор напряжения будет работать в режиме вольтодобавки. Здесь стабилизатор напряжения принят идеальным с неограниченными пределами регулирования.
Рассматривая аналогично режим в точке «6» можно утверждать, что повышение напряжения отправного конца линии формирует переходный процесс, направленный в сторону точки «да», а затем по новой кривой характеристики перемещается в точку «/». При понижении напряжения до «U[ », процесс сместится в точку ««», ТСП введт вольто добавку и дойдт до режима в точке «Р», ограничивая передаваемую мощность. Следовательно, режим в точке «6» является неустойчивым. Такая неустойчивость связана с работой регулирующих и стабилизирующих устройств напряжения, влияние которых может распространиться на работу магистральной линии и других электропередач энергосистемы.
При перемещении переходного процесса в сторону точки «6», ток в линии увеличивается за счт уменьшения комплексного сопротивления нагрузки.
Снижение напряжения в каком-либо пункте сети снижает потребление реактивной мощности нагрузкой, главным образом, за счт уменьшения мощности на намагничивание асинхронных двигателей и трансформаторов. Однако дальнейшее понижение напряжения (на 20 % и более) ведт к резкому возрастанию потерь реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях асинхронных двигателей, трансформаторов и ЛЭП, а также к снижению зарядной мощности последних. Дальнейшее снижение напряжения обусловлено коэффициентом функциональной зависимости Kuf=AU/Af. Снижения частоты на 1 % соответствует уменьшению напряжения на 1,4 %. Характеристика мощности переходит в неустойчивую зону ветви, что приводит к развитию лавинообразного падения напряжения с полным прекращением электроснабжения потребителей из-за отключения линии токовой защитой.
Лавинообразному падению напряжения способствуют реактивные сопротивления питающих ЛЭП, недостаточное возбуждение генераторов и отказ в работе автоматической частотной разгрузки (АЧР). Если отказы в работе АЧР исключаются, то лавинообразное падение напряжения устраняется действием АЧР.
На промежуточной подстанции напряжение стабилизируется ТСП. Характер нагрузки и мощность не зависят от входного напряжения на стабилизаторе. С целью предотвращения развития аварии в линии отбора, в ТСП предусматривается режим запрета стабилизации напряжения и перевода ВДТ в дроссельный режим работы токовой защитой при превышении тока перегрузки на 20 % от I . При этом, линейная обмотка, включенная последовательно с линией отбора, увеличивает реактивное сопротивление линии отбора и снижает ток короткого замыкания. В отличие от идеального стабилизатора, интервал стабилизации реального ТСП находится в пределах + 20 %Uн. Поэтому, при любой комбинации секций
ВДТ, режим стабилизации напряжения тиристорным стабилизатором параметров остатся в зоне устойчивой ветви характеристики мощности. В этом случае диапазон стабилизации может охватывать обе ветви характеристики мощности. Причиной неустойчивого режима по напряжению могут быть непредвиденные отключения и подключения нагрузки, отключения параллельно работающей линии, разрыв межсистемной связи и другие.
Параллельная работа энергосистем через полуволновую или настроенную линию электропередачи характеризуется высоким запасом статической устойчивости. Настроенные на полуволну электропередачи по своим технико-экономическим характеристикам могут быть рекомендованы в качестве мощных магистральных транзитных электропередач на расстояния 2000-4000 км [78, 79, 80]. В определнных условиях, целесообразно промежуточное присоединение электроэнергетических систем и автономных потребителей, с целью взаимного обмена энергией или постоянного отбора мощности. а)
В СибНИИЭ были разработаны три способа присоединения трансформаторов промежуточного отбора мощности к полуволновой электропередаче (рис. 3.1): параллельный (в концевых зонах), последовательный (в средней зоне), последовательно-параллельный (в промежуточных зонах между концевой и средней). в)
Схемы промежуточного отбора мощности: а) – параллельный; б) – последовательный; в) – последовательно–параллельный Ток в средней части ПЭП изменяется в пределах 5-10 % от натурального, независимо от передаваемой мощности. Поэтому, традиционно, в этой части линии применяется способ последовательного отбора через присоединнный последовательно с линией трансформатор. В режиме холостого хода ПЭП из-за отсутствия тока нагрузки схема становится неработоспособной.
В данной работе предложен универсальный способ параллельно-последовательного промежуточного присоединения унифицированного устройства отбора мощности (ТСП) в любом пункте ПЭП (рис. 3.2), исключающий необходимость разработки и использования различных типов трансформаторов.
При осуществлении отбора мощности в промежуточных точках полуволновой электропередачи, необходимо обеспечить допустимый уровень напряжения вдоль линии [89].
На (рис. 3.3) представлена схема полуволновой электропередачи, на которой показана нагрузка в произвольной точке m и устройство реактивной мощности в пункте п, которое может потребоваться для введения режимов по условию напряжения в допустимую область.
В качестве исходной информации принимается мощность и напряжение на примном конце полуволновой электропередачи, мощность нагрузки в промежуточной точке, которая в общем случае может включать мощность дополнительных компенсирующих устройств, необходимых по условию обеспечения приемлемого режима напряжений в любой точке линии. Кроме того, предусматривается установка устройств реактивной мощности в промежуточном пункте со стороны отправного конца линии.
Режимы работы полуволновой электропередачи с отбором мощности
Особенности распределения напряжения вдоль полуволновой линии не позволяют в режиме пониженных нагрузок осуществлять традиционный параллельный отбор мощности на большей е части, исключая небольшие концевые зоны, где такой отбор возможен.
В случае, когда рассматривается отбор мощности близко к электрическому центру линии, для обеспечения возможности отбора мощности ТСП необходимо повысить уровень напряжения в средней части линии. Это можно осуществить за счт выдачи или потребления реактивной мощности на отправном конце линии. Однако возможности такого способа повышения напряжения в средней зоне ограничены, поскольку при реактивной мощности, превышающей 30 % от величины натуральной мощности, напряжения в концевых зонах линии выходят за допустимые пределы.
При потреблении или выдаче реактивной мощности в начале полуволновой электропередачи Q = ± 275 Мвар в режиме холостого хода в конце линии, в средней части полуволновой электропередачи (1500 км), появляется возможность обеспечить уровень напряжения 140-173 кВ, достаточный для осуществления промежуточного отбора мощности унифицированным ТСП. Режим напряжения в начальной и конечной зонах находится в допустимых пределах. При осуществлении отбора мощности в промежуточных точках полуволновой линии главной задачей является обеспечение допустимого уровня напряжений вдоль линии. Изоляция линии рассчитана так, чтобы в длительных режимах напряжение в любой промежуточной точке не превосходило наибольшего рабочего напряжения, которое для линий класса 500 кВ составляет 525 кВ.
Два характерных режима полуволновой электропередачи: режим холостого хода в конце линии (Pнат = 0) и режим передачи максимальной мощности, что соответствует натуральной мощности на примном конце линии, при максимальном рабочем напряжении (Pнат1 = 5252/280=985МВт).
Варианты промежуточного отбора мощности: - зона отбора со стороны примного конца в расчтных пунктах, отстоящих на 500 км и 1000 км от примного конца; - зона средней части линии в расчтных пунктах, отстоящих на 1300 км, 1500 км и 1700 км от примного конца; - зона со стороны отправного конца в расчтных пунктах, отстоящих на 2000 км и 2500 км от примного конца.
Активная составляющая мощности отбора Pа = 241,5МВт, равна 30% от натуральной мощности примного конца линии, рассчитанной при минимальном рабочем напряжении (Pнат2 = 4752/280=805МВт). Более высокие значения активной мощности нагрузки не рассматриваются, поскольку в этом случае полуволновая электропередача используется не в полной мере. Более того, в этом случае может оказаться целесообразно переводить е для работы по компенсированной схеме, представляющей цепочку обычных компенсированных линий.
Для обеспечения допустимых уровней напряжения в любой точке полуволновой электропередачи может потребоваться дополнительное потребление или выдача реактивной мощности в узлах подключения нагрузки в зависимости от расположения нагрузки. Это потребует установить устройства реактивной мощности в нагрузочных узлах. 3.4 Метод и средства промежуточного отбора мощности из полуволновой электропередачи
В режиме холостого хода (рис. 3.5 а) допустимый режим напряжения обеспечивается при скомпенсированной реактивной составляющей нагрузки. В режиме натуральной мощности (рис. 3.5 б) компенсировать реактивную составляющую нагрузки почти не требуется. Отбор мощности осуществляется с допустимым распределением напряжения вдоль линии (рис. 3.5 в). На (рис. 3.6) показан промежуточный отбор мощности на расстоянии 2000 км от начала ПЭП.
В режиме холостого хода (рис. 3.6 а) допустимый режим напряжения обеспечивается при скомпенсированной реактивной составляющей нагрузки. В режиме натуральной мощности (рис. 3.6 б) требуется увеличение потребления реактивной мощности нагрузкой. При этих условиях удатся осуществить отбор мощности с допустимым распределением напряжения вдоль линии (рис. 3.6 в).
В режиме холостого хода (рис. 3.7 а) допустимый режим напряжения обеспечивается при скомпенсированной реактивной составляющей нагрузки. В режиме натуральной мощности (рис. 3.7 б) необходима выдача реактивной мощности в узле подключения нагрузки. При выполнении этих условий распределение напряжения вдоль линии находится в допустимых пределах (рис. 3.7 в) . На (рис. 3.8) рассмотрен промежуточный отбор мощности на расстоянии 500 км от начала ПЭП.
В режиме холостого хода (рис. 3.8 а) допустимый режим напряжения обеспечивается при скомпенсированной реактивной составляющей нагрузки. В режиме натуральной мощности (рис. 3.8 б) необходимая выдача реактивной мощности в узле подключения нагрузки уменьшается. Выполнение этих условий позволяет осуществить отбор мощности с допустимым распределением напряжения вдоль линии (рис. 3.8 в).
В режиме холостого хода (рис. 3.9 а) допустимый режим напряжения обеспечивается при небольшой компенсации реактивной составляющей нагрузки. В режиме натуральной мощности (рис. 3.9 б), ни при каких значениях реактивной мощности в узле подключения нагрузки не удатся обеспечить допустимое распределение напряжения вдоль полуволновой линии. Установка шунтирующей конденсаторной батареи (ШКБ) на расстоянии 850 км от отправного конца линии (рис. 3.9 в) позволяет ввести режим напряжений в допустимую область (рис. 3.9 г).