ДИССЕРТАЦИЯ (1202439), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 2.2 – Последствия повышенного потребления реактивной мощности

Из-за большой протяженности и количества ЛЭП потери в них составляют большую часть суммарных потерь в распределительных сетях России, поэтому даже при небольшом снижении потерь ощущается экономический эффект. Снижая в энергосетях потери активной мощности, вызванные потоками реактивной мощности, разгружая ЛЭП и повышая их пропускную способность, можно снизить риск возникновения дефицита электрической энергии [9].

2.2 Статическая устойчивость энергосистемы

У ЛЭП 220-750 кВ пропускная способность ограничивается нагревом проводов и устойчивостью электропередачи (рисунок 2.3). К тому же при увеличении длины линий устойчивость влияет на предел передаваемой мощности. Активная мощность, передаваемая по линии без потерь, определяется в зависимости от угла передачи как:

(2.1)

где – напряжения в начале и конце линии; – индуктивное сопротивление линии; – угол между векторами напряжений и [12].

Рисунок 2.3 – Пропускная способность воздушной линии

Передаваемая мощность ограничена в связи с необходимостью обеспечить статическую устойчивость в нормальном режиме с коэффициентом запаса по передаваемой мощности [12]:

(2.2)

где предельная мощность

Также необходимо обеспечить динамическую устойчивость в аварийном режиме и передачу требуемой мощности по линиям в послеаварийном режиме с коэффициентом запаса [12].

Согласно формуле 2.1 повысить передаваемую мощность, а значит и уровень устойчивости энергетический системы, можно изменением параметров ее режима, элементов или введением дополнительных устройств [13].

2.3 Устройства компенсации реактивной мощности

При передаче электроэнергии в сетях существует ряд проблем. К техническим проблемам относятся проблемы повышения пропускной способности электропередач, управления режимами энергосистем, обеспечения статической и динамической устойчивости, снижения потерь мощности, уменьшения экологического влияния. К экономическим проблемам относятся проблемы снижения капитальных затрат на строительство новых ЛЭП и подстанций, уменьшения потерь электроэнергии и эксплуатационных затрат. Актуальность и сложность данных проблем возрастает с дальнейшим развитием энергосистем, увеличением дальности электропередач и потребляемой электроэнергии, необходимостью обеспечения требуемого уровня надежности [14].

Для борьбы с представленными проблемами применяются механические компенсирующие устройства. Они состоят из несколько ступеней силовых конденсаторов. Включение или отключение происходит механически с помощью выключателей, которые даже с современными вакуумными контакторами не обеспечивают требуемого быстродействия, вследствие чего при быстром изменении нагрузки могут возникнуть перенапряжения или провалы напряжения. Плавность регулирования реактивной мощности зависит от числа ступеней в устройстве и от их мощности, поэтому в сети с динамической нагрузкой напряжение нестабильно. Дополнительным недостатком статических компенсирующих устройств является их практически полная неспособность к компенсации высших гармоник тока и напряжения, причем дополнительная установка фильтров гармоник зачастую малоэффективны из-за нестабильности сети [14].

Одним из современных способов передачи электрической энергии является технология гибкой передачи (ГЭП), которая улучшает управление потоками мощности в сети в различных режимах и позволяет повысить эффективность, безопасность и надежность электроэнергетической системы (ЭЭС) [15,16].

Данная технология основана на использовании тиристоров и других запираемых электронных компонентов высокой мощности. С их помощью системы ГЭП могут управлять взаимосвязанными параметрами ЭЭС такими, как ток, напряжение, полное сопротивление, угол сдвига фаз напряжения по концам линии и т.д. Например, автоматическое регулирование мощности осуществляется по отклонению величины измеряемого трехфазного напряжения от заданной уставки. Надежность работы системы управления и регулирования обеспечивается программой по каналам связи. Цифровое построение системы позволяет включить ее в автоматическую систему управления подстанции [17].

Логика программного управления состоит в том, что управление производится с помощью программы или заданного алгоритма. Условно данный принцип отображен на рисунке 2.4. Устройство, которое измеряет входные параметры z, вырабатывает компенсирующее воздействие. Воздействие корректирует закон управления x(t), в итоге устройство, обозначенное кругом, разделенным на секторы, вырабатывает совокупность новых управляемых воздействий u(t). Они приходят на объект управления, после чего полученные значения y_вых корректируются на основе измерения отклонений ∆y от требуемого результата [18].

Рисунок 2.4 – Принцип программного управления

Управлять мощностью, передаваемой по линии, можно несколькими способами [19]:

- стабилизация на заданном уровне и изменение в допустимых пределах напряжений в узлах сложной электрической сети, к которым подсоединена линия;

- регулирование напряжений в узлах изменяет мощность, передаваемую по ЛЭП;

- изменение реактивного сопротивления ЛЭП;

- изменение угла фазового сдвига между напряжениями в начале и в конце линии;

- комбинация вышеперечисленных способов.

Исходя из этого все устройства, которые могут управлять мощно­стью и изменять пропускную способность линий, можно разделить на четыре типа [19]:

I тип – устройства, способные регули­ровать и стабилизировать напряжения в соответствующих узлах электрической системы или в промежуточных точках ЛЭП;

II тип – устройства, способные изме­нять реактивное сопротивление линии. Так как у линии в основном индуктивное сопротивление, то оно может быть изменено с помощью включения в линию последовательно емкости или последовательного включения в ЛЭП напряжения, эквивалентного напря­жению на этой емкости;

III тип – устройства, способные изменять угол фазового сдвига между напряжениями в начале и в конце линии. Сдвиг по фазе может быть достигнут с помощью введения в каж­дую фазу ЛЭП дополнительного регулируемого напряжения, который сдви­нут на угол ± 90 по отношению к начальному напряжению каждой фазы. На выходе такого устройства результирующее напряжение сдвинется на угол, который определяется величиной вводимого напряжения, в сторону запаздывания или опе­режения. В итоге угол фазового сдвига будет уменьшен или увеличен. В первом случае это приведет к уменьшению передаваемой мощности по линии, во втором — к увеличению;

IV тип – устройства, способные изменять напряжение по величине, регулировать фазный угол между напряже­ниями в начале и в конце линии и изменять реактивное сопротивление линии. Данное воздействие можно осуществить с помощью последовательного введения в линию определенное дополнительное напряжение, у которого фаза по отношению к напряжению начала линии может регулироваться от 0 до [19].

На что влияет система гибких электропередач и за счет чего представлено на рисунке 2.5. Классификация устройств ГЭП представлена на рисунке 2.6, а на рисунках 2.7 и 2.8 приведены их схемы.

Рисунок 2.5 – Область влияния системы гибкой электропередачи

Рисунок 2.6 – Классификация устройств гибкой электропередачи

Управляемые тиристорами шунтирующие реакторы (УШР) используют для регулирования потоков реактивной мощности. УШРТ включаются между фазами линии и землей с целью компенсации емкости линии. Диапазон регулирования составляет от холостого хода до предельно допустимой мощности. С помощью тиристорных блоков регулирование мощности происходит плавно и с высоким быстродействием. Это позволяет стабилизировать напряжения, повысить пропускную способность ЛЭП, обеспечить статическую и динамическую устойчивость ЭЭС, ограничить перенапряжения, обеспечить быстрое гашение дуги однофазного короткого замыкания (КЗ) на линиях, полностью освободить генераторы на электростанциях от функции потребления реактивной мощности [17,20].

Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ) – это специальный трансформатор с сопротивлением рассеяния, равным 100 %. Т.е. при КЗ на вторичной обмотке ток в первичной равен номинальному. Это делает такой трансформатор идентичным реактору. На одну из вторичных обмоток включается блок тиристоров, которые при открытии создают КЗ на обмотке. На другую вторичную обмотку включаются фильтры высших гармоник тока для улучшения синусоидальности тока, потребляемого из сети.

УШР может работать в режиме длительной перегрузки на 20 % и кратковременной – на 10 %. К недостаткам УШР с тиристорным управлением относятся невозможность генерировать реактивную мощность в сеть (только потребление) и большая мощность тиристорных блоков, что приводит к удорожанию данного устройства. Предпочтительно применяются в распределительных сетях [17,20].

Вакуумно-реакторные группы (ВРГ) автоматически ступенчато регулируют напряжение, как правило, в узлах с повышенным напряжением. Подключаются к вторичной обмотке трансформатора через вакуумные элегазовые выключатели. ВРГ способны только поглощать избыточную реактивную мощность, обладают относительно малым быстродействием. Но за счет этого имеют сравнительно невысокую стоимость. Предпочтительно применяются в распределительных сетях [21].

Рисунок 2.7 – Статические устройства: а) УШР; б) УШРТ; в) ВРГ; г) СТК;

д) СТАТКОМ; е) ССПК; ж) ОРПМ; з) ТУПК; и) БУПК; к) ФПУ; л) ВПТ; м) ТОУ

Статический тиристорный компенсатор (СТК) представляет собой регулируемый источник реактивной мощности, который подключается непосредственно к шинам потребителя. Способен как поглощать, так и генерировать реактивную мощность в диапазоне ± 100 % установленной мощности устройства. Входящие в устройство тиристорные блоки обеспечивают плавность и быстродействие регулирования мощности. Но при их работе возникают высшие гармоники, поэтому необходимо дополнительно устанавливать фильтры высших гармоник тока. СТК применяются в распределительных и магистральных сетях, в узлах межсистемных связей для глубокого регулирования реактивной мощности и обеспечения устойчивости, но не эффективны в слабых сетях [17,21,22].

Статический компенсатор (СТАТКОМ) применяется для регулирования напряжения с помощью управляемых силовых транзисторов. Включается параллельно линии через трансформатор связи в узел сети, к которому подключена ЛЭП. Принцип работы статического компенсатора основан на изменении напряжения вентильной обмотки трансформатора связи. Если напряжение вентильной обмотки меньше напряжения сетевой обмотки, то статический компенсатор потребляет из сети реактивную мощность, и наоборот. Диапазон регулирования составляет ± 100 % установленной мощности устройства. В отличие от других компенсирующих устройств, СТАТКОМ может изменять одновременно модуль и фазу напряжения, а так же суммарное реактивное сопротивление линии, порождает меньшие гармоники тока и напряжения, обладает малыми габаритами. Может использоваться в любых электрических сетях, особенно большая эффективность наблюдается в слабых сетях [21,22,23].

Статический синхронный продольный компенсатор (ССПК) представляет собой СТАТКОМ, который включается в линию последовательно. Несмотря на различное присоединение к линии данных устройств, все элементы у них идентичны, поэтому наблюдается общность режимов их работы. ССПК плавно регулирует напряжение в линии по величине и фазе [21,23].

Объединенный регулятор перетока мощности (ОРПМ) состоит из двух преобразователей, один из которых включается в сеть параллельно, а другой – последовательно. ОРПМ регулирует величину (от 0 до заданного значения) и фазовый угол напряжения (от 0 до 2π), значение сопротивления линии, а также управляет потоками активной и реактивной мощности в обоих направлениях. Это наиболее сложная из систем ГЭП. Существуют недостатки, такие, как высокая стоимость и трудности в согласовании совместной работы преобразователей. Поэтому применяется данное устройство в основном в узлах межсистемных связей со сложными условиями обеспечения устойчивости ЭЭС [21,23].

Характеристики

Список файлов ВКР