Диссертация (Повышение эффективности применения УШР на ЛЭП 500 кВ и ПС 110 кВ электроэнергетической системы), страница 2

Таким образом, разработка имитационноймодели УШР в среде Simulink, верифицированной по натурным испытаниям, является актуальной задачей.Пятнадцатилетний опыт применения управляемых реакторов 110 кВ позволяет утверждать, что на начальных этапах применения УШР, они устанавливались исключительно с целью стабилизации напряжения в точке подключения [2124]. Сегодня, путем применения УШР специалисты сетевых компаний пытаютсярешать вопросы, связанные с устойчивостью двигательной нагрузки [25-26].

Таким образом, возможность увеличения быстродействия реактора является важнойзадачей, которая рассмотрена в работе.Цели работы. Целью работы является разработка способов и алгоритмовболее эффективного использования УШР в электрической сети на основе математического моделирования управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора для исследования коммутационных и динамических режимов работы УШР всоставе электроэнергетической системы.5Задачи исследования:1.

Разработать имитационные модели УШР 110 и 500 кВ в графической средеSimulink (Matlab).2. Исследовать влияние УШР на процессы, протекающие в цикле ОАПВ, сцелью разработки аналитических выражений, определяющих эффективностьиспользования линейных УШР с точки зрения ограничения тока подпитки дуги вместе КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе послегашения дуги.3. Исследовать процессы в УШР и разработать на их основе мероприятия,позволяющие обеспечить надежность оборудования реактора, и алгоритмы,повышающие эффективность использования реактора в цикле ТАПВ линии.4. Исследовать на разработанной модели процессы, протекающие в УШР 110кВ,иопределитьбыстродействия.факторы,Разработатьограничивающиерешениеповозможностьувеличениюувеличениябыстродействияуправляемого реактора 110 кВ.5.

Рассмотреть возможность повышения эффективности использования УШР враспределительныхсетях110кВпутемотказаотпредварительногоподмагничивания реактора перед подачей на него напряжения.Научная новизна.1. Разработаны математические модели УШР в среде Simulink, которыеиспользуются для анализа коммутационных и динамических процессов в реакторепри его работе в энергосистеме.2.

Полученыуточненныевыражения,определяющиеэффективностьиспользования УШР в цикле ОАПВ с точки зрения ограничения тока подпиткидуги места КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазепосле гашения дуги.3. Исследовано влияние степени намагничивания стержней магнитнойсистемы УШР и получены значения амплитуды и энергии коммутационныхвоздействий на выводах обмотки управления УШР 500 кВ в циклах ТАПВ.64. Исследованы процессы, протекающие в УШР в цикле ТАПВ линии,которые определяют время необходимого подмагничивания реактора в течениебестоковой паузы.5. Проведен анализ динамических процессов в УШР 110 кВ при его работе сэлектрической сетью и определена возможность улучшения характеристикбыстродействия реактора без изменения его конструкции.6.

Проведены исследования и оценка возникающих на выводах обмоткиуправления напряжений при включении УШР 110 кВ в сеть без предварительногоподмагничивания.Практическая ценность работы.1. Созданы математические модели УШР 110 - 500 кВ, которые реализованы вграфической среде Simulink математического комплекса Matlab с использованиемстандартных блоков библиотеки SimPowerSystem (SPS). Проведена верификациямодели УШР 500 кВ по данным протоколов испытаний завода-изготовителя исетевых испытаний.2. Представленыаналитическиевыражения,позволяющиеоценитьэффективность мероприятий в цикле ОАПВ линии с УШР, связанных сограничениемтокаподпиткиместакороткогозамыканияивосстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе после гашениядуги, которые учитывают различный состав линейного оборудования, а такжезависимость от передаваемой по линии мощности.3.

Сформулированыперенапряжения,требованиякоторыекобеспечиваютнелинейнымзащитуограничителямполупроводниковыхпреобразователей при включении управляемого реактора 500 кВ в сеть безпредварительногоподмагничивания.ИзготовленныеОПНпримененынавведенных эксплуатацию УШР 500 кВ на действующих объектах (ПС Амурская,ПС Лозовая).74. Разработан и применен на действующих объектах алгоритм управленияУШР 500 кВ, позволяющий снизить время, за которое обеспечивается готовностьреактора к повторному включению в сеть в режиме ТАПВ.5. Разработан и запатентован способ, позволяющий значительно увеличитьбыстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.6.

Доказано отсутствие возможности появления опасных с точки зренияоборудования УШР 110 кВ перенапряжений на выводах обмотки управления привключении реактора в сеть без предварительного подмагничивания, что снимаетограничения на включение реактора в сеть для ПС с односторонним питанием.Основные положения, выносимые на защиту.1. Математические модели управляемых подмагничиванием шунтирующихреакторов, позволяющие проводить анализ в коммутационных и динамическихрежимах УШР 110 и 500 кВ в электрической сети.2. Разработанные аналитические выражения для оценки влияния УШР 500 кВна величину тока подпитки дуги однофазного короткого замыкания ивосстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе в циклеоднофазного автоматического повторного включения.3. ИсследованиянамагничиванияограничителямпроцессоввмагнитопроводаУШРреактораперенапряжения,сучетомикоторыеразличнойтребованиякстепенинелинейнымобеспечиваютзащитуполупроводниковых преобразователей при включении управляемого реактора 500кВ в сеть без предварительного подмагничивания.4.

Алгоритм управления УШР 500 кВ в цикле трехфазного автоматическогоповторного включения.5. Результаты исследований динамических режимов, возможных мероприятийпо повышению быстродействия, а также способ, позволяющий значительноповысить быстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.86. Расчеты, доказывающие отсутствие возможности появления опасных, сточки зрения преобразовательного блока УШР, перенапряжений на выводах ОУпри включении реактора в сеть без предварительного подмагничивания.Личный вклад соискателя.В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит:- в публикации [31], [32], [40] - теоретические и практические исследованияпроцесса предварительного подмагничивания УШР, а так же разработка на ихоснове алгоритма управления УШР 500 кВ, позволяющего снизить время, закоторое обеспечивается готовность реактора к повторному включению в сеть врежиме ТАПВ;- в публикации [39], [42] - исследования процессов, препятствующих возможности улучшения динамических характеристик УШР 110 кВ, а также разработкаспособа увеличения быстродействия реактора;- в публикации [25], [38] - моделирование УШР c среде Simulink и Nrast в коммутационных режимах его работы и анализ величины и энергетики появляющихся на выводах обмотки управления напряжений;- в публикации [25], [33] - оценка эффективного использования УШР в циклеОАПВ с точки зрения ограничения тока подпитки дуги места КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе после гашения дуги.Методы исследования.

Теоретические исследования базируются наосновных положениях теории электромагнитного поля, электрических имагнитных цепей, основных законах электротехники, а также на теориидифференциальных уравнений и компьютерного моделирования.Достоверность результатов. Достоверность результатов базируется наосновных положениях теории электрических и магнитных цепей. Результаты,полученные на математической модели расчетным путем, сопоставлены сэкспериментальными данными, данными, полученными в ходе эксплуатацииоборудования и данными завода-изготовителя, а также результатами сетевыхиспытаний УШР с участием автора.9Апробация результатов работы.

Основные положения диссертационнойработы докладывались и обсуждались на:1. Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам,высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другим комплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК". Силовые трансформаторы и системы диагностики (Москва, 2010 г);2. Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам,высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другим комплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК". Силовые трансформаторы(Москва, 2011 г);3. Международный энергетический форум UPGrid (Москва, 2012 г).Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ [25, 2742], в том числе 5 работ в рецензируемых научных журналах, рекомендованныхВАК РФ, монография и патент РФ на изобретение №RU 2473999 C1, опубликованного в Бюл.

№3 от 27.01.2013 г [42].Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 164страницах, включает 94 рисунка, 9 таблиц и 2 приложения. Список использованной литературы содержит 69 наименования.10Глава 1. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей.В настоящее время в электроэнергетике стран СНГ и зарубежных странбольшое значение придается созданию управляемых или гибких линий электропередач, являющихся составной частью «интеллектуальных» (Smart Grid) сетей сустройствами FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems) [43].

Дляоптимального ведения режимов таких энергосистем необходимы высокоэффективные средства регулирования потоков как активной, так и реактивной мощности.Для управления режимами по напряжению и реактивной мощности наряду страдиционным применением генераторов, синхронных и статических компенсаторов, коммутируемых реакторов и конденсаторных батарей в последнее десятилетие все более широко используются новые устройства – управляемые шунтирующие реакторы (УШР) [44].

Трансформаторное исполнение для открытой установки на любой класс напряжения с возможностью плавного регулирования потребляемой реактивной мощности позволяет установить УШР в любой частиэнергосистемы и обеспечить стабилизацию напряжения, оптимизацию перетоковреактивной мощности, повышение пропускной способности электропередач,снижение потерь, числа коммутаций выключателей и действий РПН трансформаторов [45].

Сочетание УШР с параллельно установленной батареей статическихконденсаторов (БСК) позволяет обеспечить не только плавнорегулируемую компенсацию (потребление) реактивной мощности, но и ее выдачу в соответствии смощностью БСК при разгрузке УШР до режима холостого хода [46-48].1.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта разработок УШР.За предшествующий к настоящему времени период (к 2014 г.) в странах СНГи ближнего зарубежья изготовлено и введено в эксплуатацию более восьмидесятиуправляемых реакторов напряжением от 6 до 500 кВ.