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

Текст из файла (страница 3)

а) Асинхронизированные синхронные компенсаторы (АСК) применяют для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности электропередачи, уменьшения колебаний напряжения, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, улучшения демпфирования энергосистемы;

б) Асинхронизированные синхронные электромеханические преобразователи частоты (АС ЭМПЧ) применяются для несинхронного объединения энергосистем, требующих регулирование реактивной мощности, особенно эффективны при питании чувствительных к посадкам напряжения потребителей и потребителей с импульсной нагрузкой;

в) Фазовращающие трансформаторы – вращающиеся машины с питанием статора и ротора от сетей с различной частотой с дополнительным двигателем на валу (ВФТ) применяются для несинхронного объединения энергосистем, имеющих устройства регулирования реактивной мощности.

Шакарян Ю.Г. (д.т.н., профессор, научный руководитель ОАО ВНИИЭ) предлагает такой вариант деления устройств FACTS на группы:

- различного рода статические преобразователи в электропередачах переменного тока;

- вставки постоянного тока и электропередачи постоянного тока;

- электромашинные комплексы, состоящие из электрических машин переменного тока или трансформаторов в комбинации с устройствами силовой электроники.

В данной работе рассматриваются только статические устройства – то есть представители первых двух групп.

Как отметилось, существует несколько десятков устройств FACTS, которые отличаются по назначению, принципам работы и составом основного оборудования. Однако стоит отметить, что основу их работы составили общие принципы продольной и/или поперечной компенсации [12].

На рисунке 1.1 приведена классификация основных устройств управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях.

Рисунок 1.1 – Классификация основных устройств управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях

1. Статический тиристорный компенсатор (СТК)

Один из ключевых способов повышения уровня передаваемой мощности без строительства новых линий и подстанций – компенсация реактивной мощности на всех уровнях ее генерации, передачи и потребления.

Устройства компенсации реактивной мощности (КУ) могут быть разных типов и выполнять разные функции: от простейших – нерегулируемых конденсаторных батарей, до наиболее совершенных, называемых FACTS – устройств гибких (регулируемых) линий передач переменного тока. Одним из наиболее распространенных в мире видом устройств FACTS являются статические тиристорные компенсаторы (СТК).

Основные свойства:

- регулирование реактивной мощности в широких пределах;

- способность как поглощать, так и генерировать реактивную мощность;

- высокое быстродействие (воздействие на устойчивость).

При работе тиристорных ключей возникают высшие гармоники, часто требующие фильтров. Не эффективен в слабых сетях.

Возможны несколько вариантов подключения конденсаторов:

- подключение через выключатели без последующей коммутации;

- подключение через выключатели с последующей коммутацией.

Статические тиристорные компенсаторы (СТК) широко используются для решения проблем передачи и распределения электрической энергии, связанных с колебаниями реактивной мощности.

Преимущества СТК по сравнению с другими типами КУ (СК, БСК, УШР):

- высокое быстродействие (для ДСП время реакции – не более 5 мс, для ЛЭП время реакции – до 20 мс в стационарных режимах, не более 10 мс в аварийных режимах);

- возможность пофазного регулирования реактивной мощности для симметрирования нагрузки или напряжения;

- минимальные затраты на эксплуатационное обслуживание, обусловленные отсутствием в СТК изнашиваемых и вращающихся частей, узлов с масляным охлаждением;

- низкий уровень потерь – не более 1,3 % при номинальной мощности;

- высокая надежность и большой межремонтный ресурс.

СТК выпускаются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов и для высоковольтных ЛЭП. Кроме того, существует специальное исполнение СТК для тяговых подстанций.

В зависимости от места установки, СТК выполняет различные функции:

1. Для промышленных установок и тяговых подстанций:

- Снижение колебаний напряжения;

- Повышение коэффициента мощности;

- Балансирование нагрузки;

- Снижение токов высших гармоник.

1. Для ДСП:

- Снижение колебаний напряжения (фликера) в питающей сети;

- Повышение среднего коэффициента мощности;

- Снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему;

- Симметрирование токов, потребляемых из сети;

- Стабилизация напряжения на шинах нагрузки;

- Повышение производительности печи;

- Снижение расхода электродов и футеровки.

1. Для ЛЭП:

- Повышение статической и динамической устойчивости;

- Снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе;

- Стабилизация напряжения;

- Ограничение внутренних перенапряжений;

- Увеличение пропускной способности (из-за улучшения устойчивости) при большой передаваемой мощности;

- Фильтрация токов высших гармоник.

СТК осуществляет разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности, снижает величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить передаваемую активную мощность без установки нового оборудования. Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.

Схемная конфигурация статического тиристорного компенсатора включает в себя конденсаторные батареи, настроенные как фильтры высших гармоник – фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к сети или коммутируемые выключателями, являющиеся источниками реактивной мощности, и включенные параллельно им в треугольник три фазы управляемых тиристорами реакторов – тиристорно-реакторную группу (ТРГ), являющуюся плавно регулируемым потребителем реактивной мощности. Угол зажигания тиристоров ТРГ может быстро изменяться таким образом, что ток в реакторе отслеживает ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме. Время реакции системы регулирования СТК на изменение регулируемого параметра составляет 5 мс для нагрузок типа ДСП и 25-100 мс для общепромышленных нагрузок и сетевых подстанций.

Управление СТК производится от пульта дистанционного управления (ПДС СТК) или от АСУ ТП через внешний интерфейс. На рисунках 1.2 и 1.3 представлены типовые схемы СТК для дуговых сталеплавильных печей и линий электропередачи.

Рисунок 1.2 – Типовая схема СТК для дуговых сталеплавильных печей

Рисунок 1.3 – Типовая схема СТК для линии электропередачи

При использовании СТК на линии электропередачи высокого напряжения его эффективность тем больше, чем выше точка его подключения. Обычно оборудование СТК выполняется на напряжение 10-35 кВ и подключается через понижающий трансформатор к шинам подстанции или к третичной обмотке автотрансформатора на подстанции.

Номинальная мощность ФКЦ и ТРГ выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от назначения СТК, требований по диапазону, алгоритмам регулирования реактивной мощности, параметров и конфигурации энергосистемы и подстанции.

1. ГИБКИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ: ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

Загруженность линий электропередач на магистральных участках в среднем по России составляет 40-50% от номинальной пропускной способности. Пропускная способность в основном ограничивается устойчивостью передачи. Данный факт дает обоснованность применения различных устройств и методов укрепления устойчивости и повышения эффективности использования линий электропередач.

Наиболее оптимальным на данное время является использование силовой электроники и устройств на их основе, прежде всего различного рода сетевых управляемых устройств (гибких систем передачи переменного тока – FACTS) и применение устройств на их основе (УПК, СТАТКОМ, СТК). Применение подобных устройств в России распространено не очень широко. В основных случаях для энергосистемы проекты по внедрению стартовали в начале уже XXI века, тогда как в мире устройства на основе силовой электроники применяются достаточно широко.

В мире получили широкое применение статические устройства FACTS: статические тиристорные компенсаторы (СТК), фазоповоротные устройства (ФПУ), устройства нерегулируемой и регулируемой продольной компенсации (УПК и ТУПК). В последние годы получают все большее применение новейшие статические устройства — СТАТКОМ, активные фильтры, СТАТКОМ с накопителями энергии, вставки постоянного тока на СТАТКОМах (ВПТН).

1. Опыт применения устройств FACTS за рубежом

Мировые производители оборудования FACTS: ABB, Siemens, Areva, японские фирмы, лидером из которых является фирма ABB.

За период с 1980 по 2005 гг. только фирмой АВВ произведено и установлено в магистральных сетях и сетях промышленных предприятий около 320 СТК общей мощностью более 50000 МВА. За тот же период фирмой АВВ внедрено устройств управляемой и неуправляемой продольной компенсации около 280 шт. общей мощностью около 70000 МВА. На базе ВПТН созданы и реализованы проекты воздушных и кабельных линий постоянного тока (HVDC-Zight), в том числе для подключения ветрокомплексов (ВК) к электрическим сетям.

В [13,14 и др.] приводятся примеры целого ряда конкретных проектов внедрения FACTS в ЭЭС различных стран. Эксплуатируются установки СТАТКОМ на параметры 80 МВА, 154 кВ на переключательном пункте электропередачи в Японии, на параметры 100 МВА, 161 кВ на подстанции ЭЭС в США. ОРПМ различной единичной мощности до 250 МВА внедрены в ЭЭС США, Канады, Бразилии, Южной Кореи, КНР и др. В 2001 г. в Индии введен в эксплуатацию разработанный в России УШРТ на параметры 50 МВАр, 400 кВ. Построены и эксплуатируются в Бразилии и Китае несколько компактных линий электропередачи повышенной натуральной мощности напряжением 220, 330, 500 кВ.

В 2011 году система FACTS, включающая СТАТКОМ (статический синхронный компенсатор) и SVC (статический компенсатор реактивной мощности), была поставлена и введена в эксплуатацию компанией АББ в энергосети компании Transelec, расположенной в Чили. Целью установки системы было увеличение пропускной способности Центральной взаимосвязанной системы за счет повышения стабильности системы в условиях статической устойчивости, а также в случае неисправностей в сети.

Данная система FACTS включает в себя следующие элементы:

- СТАТКОМ, расположенный на подстанции Cerro Navia 220 кВ, на 65 Мвар индуктивных до 140 Мвар емкостных (-65/+ 140 Мвар);

- Устройство SVC, расположенное на подстанции Polpaico 220 кВ, на -65/+ 100 Мвар.

- Регулятор устройства MSC (механически переключаемый конденсатор), расположенный на подстанции Polpaico 220 кВ, на 100 Мвар.

Обе подстанции Cerro Navia и Polpaico расположены в столице страны Сантьяго-де-Чили, где сосредоточена большая часть нагрузки Центральной взаимосвязанной системы. Вместе эти устройства увеличили пропускную способность с 1400 МВт до 1600 МВт на линии электропередачи 500 кВ между районами Анкоа — Альто-Хауэль и Анкоа — Польпайко, протянувшейся на расстояние свыше 300 км.[15]

В 2007 году АББ поставила самый большой в мире компенсатор SVC (500 кВ) для подстанции Black Oak компании Allegheny Power в штате Мэриленд. Это решение позволило повысить надежность критически важной линии электропередачи в среднеатлантическом регионе США и увеличить пропускную способность линии. АББ завершила проект всего за 14 месяцев — мировой рекорд, если учитывать сложность и масштаб проекта.

Решение продольной компенсации компании АББ для саудовской энергокомпании Saudi Electricity Company увеличило пропускную способность важной межсистемной линии передачи электроэнергии на 30 %. Благодаря этому удается предотвращать нехватку электроэнергии в столице Саудовской Аравии Эр-Рияде. Кроме того, Saudi Electricity Company сэкономила огромную сумму капиталовложений, отказавшись от возведения новой линии электропередачи в пользу установки FACTS. [16]

1. Опыт применения устройств FACTS в России

Основными разработчиками устройств FACTS в России являются: ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»; ФГУП ВЭИ; ОАО «Электровыпрямитель». В некоторых случаях отечественные производители используют оборудование зарубежных поставщиков, дополняя его своим программным обеспечением.

Первый пилотный образец отечественного устройства СТАТКОМ, мощностью 50 Мвар был разработан в 2006–2007 годах ОАО «НТЦ электроэнергетики» ФСК ЕЭС совместно с ООО «НПЦ Энерком-Сервис». Устройство было задумано как базовый элемент для создания инновационных систем компенсации реактивной мощности и управления потоками электроэнергии, включая современные линии электропередачи и вставки постоянного тока. По словам разработчиков, отечественный СТАТКОМ отличается от зарубежных аналогов тем, что в нем использованы только транзисторные вентили. Такой подход создает возможность более гибкого управления и дополнительного снижения потерь.

Характеристики

Список файлов ВКР