Инновационные решения в области создания

УДК 621.318.435,621.31.002.237
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИЛОВЫЕ СТАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Зайцев А.И., Крысанов В.Н.
Россия, г. Воронеж, ФГБОУВПО «ВГТУ»
В докладе рассмотрены вопросы применения многофункциональных регулирующих
устройств нового поколения для
управления режимами электроэнергетических
системам.
In the report questions of use of multipurpose regulating devices of new generation for
management of modes electro power to systems are considered.
Научно-технический прогресс в области систем передачи электроэнергии
развивается в направлении повышения их управляемости, устойчивости и надежности
при обеспечении высокого качества энергоснабжения потребителей. Наиболее
оптимально и комплексно указанные цели могут быть достигнуты путем применения
технологии гибких (управляемых) линий электропередачи переменного тока (FACTS),
содержащих современные многофункциональные устройства [1].
Сегодня крупнейшие мировые энергокомпании (ABB, GE, Siemens и др.)
развернули широкомасштабные работы по практическому внедрению технологии
FACTS для управления режимами энергосистем. В России технология FACTS пока еще
не получила широкого распространения, но серьезные шаги в этом направлении уже
делаются.
Так, в сфере технологического совершенствования ЕЭС России, Энергетической
стратегией-2030 предусмотрены для повышения управляемости и обеспечения
надежности функционирования электроэнергетических систем широкое внедрение, в
первую очередь, устройств современной силовой электроники. Реализация этого
направления позволит эффективно превратить существующие электрические сети из
«пассивных» в «активные».
Из известных, классических, средств управления режимами можно отметить:
батареи силовых конденсаторов (подключаемые силовыми ключами), тиристорнореакторные группы (ТРГ) и статический
компенсатор (СТАТКОМ). Последний,
на сегодняшний день, является
ключевым устройством FАСТS поперечной
компенсации.
Наряду с существенными достоинствами СТАТКОМ, следует отметить
ограниченность генерации реактивной энергии. В тоже время СТАСКОМ является все
же дополнительным регулирующим оборудованием.
Вышеперечисленные устройства имеют свои достоинства и недостатки и, как
правило, являются дополнительным оборудованием.
Особый интерес представляет применение многофункционального штатного
оборудования, предлагаемого авторами.
Первым примером такого оборудования могут быть «компенсационные
выпрямители»
(как отдельное оборудование, так и в паре с инвертором установленных на подстанциях постоянного тока). Такие выпрямители по отношению
питающей сети становятся потребителями переменного тока [2]. Ниже будет
рассмотрено принципиально новое техническое решение в области создания
современных управляемых выпрямителей.
При искусственной коммутации ток опережает по фазе напряжение. Это
означает, что потребляется (генерируется) реактивная мощность емкостного характера,
которая по знаку противоположна реактивной мощности индуктивного характера.
В результате питающая сеть разгружается от перетока реактивной мощности на
всей протяженности линии и трансформаторов от источника питания до места
потребления. При этом, кроме экономии активной электроэнергии, происходит
разгрузка распределительных сетей, дающая возможность увеличения их пропускной
способности.
Наибольший эффект снижения потерь активной энергии может быть достигнут
при совмещении генерации реактивной мощности и решении технологических задач.
Положительными особенностями компенсационного выпрямителя являются:
- обеспечивается выполнение действующих российских и зарубежных стандартов
по электромагнитной совместимости с питающей сетью;
- при всех углах управления происходит генерация реактивной мощности
емкостного характера;
- величина генерируемой реактивной мощности изменяется плавно;
- возможно исключение 5,7,9 и других высших гармоник из тока, потребляемого
из питающей сети;
- компенсирующая способность возрастает при отказе от согласующего
трансформатора;
- при параллельной работе этих выпрямителей с потребителями реактивной
мощности индуктивного характера в узле нагрузки питающая сеть разгружается от
перетока реактивной мощности, а эффективность применения компенсационных
выпрямителей получается двукратной (выпрямитель разгружает сеть от реактивной
мощности Qc плюс скомпенсированная реактивная мощности индуктивного характера
в узле нагрузки).
Вторым примером многофункционального оборудования могут быть
тиристорно-трансформаторные регуляторы (ТТР), осуществляющие регулирование
напряжения под нагрузкой с помощью вольтодобавочного агрегата [3]. Такие
устройства позволяют реализовать плавное, быстродействующее регулирование
напряжения на всех высоковольтных трансформаторах (автотрансформаторах).
Силовая часть тиристорного регулятора (ТР) содержит 2 группы тиристоров в каждой
фазе.
Одна тиристорная группа осуществляет функции регулирования вводимой ЭДС.
Другая тиристорная группы служат для снятия перенапряжений.
Благодаря реализации такого ТТР возможно выполнение следующих задач:
- оптимизация уровня напряжения ЛЭП по критерию минимума потерь энергии
от нагрева, коронирования и емкостных токов;
- повышение пропускной способности ЛЭП;
- обладая высоким быстродействием (инерционность системы «АТ – ВДТ – ТТР»
в основном определяется инерционностью АТ и ВДТ) такой регулятор может успешно
выполнять функцию снижения возможных перенапряжений;
- весьма перспективным является возможность, благодаря ТТР, использовать
трансформаторы и автотрансформаторы (именно они являются наиболее
распространенным типом оборудования в электрических сетях) в качестве средства
компенсации реактивной мощности (емкостного характера – на первых этапах
эксплуатации ЛЭП);
- режим симметрирования параметров энергосистемы.
Присущие рассматриваемому типу ТТР недостатки, такие как искажение формы
выходного напряжения, незначительно ухудшают характеристики устройства в целом.
Проведенные исследования показывают, что коэффициент нелинейных искажений
выходного линейного напряжения при 15%-ном диапазоне регулирования не
превышает 5%.
Литература
1. European Commission Directorate-General for Research Information and
Communication Unit European Communities: «European Technology Platform Smart Grids,
Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the future», European Communities,
2006.
2. А.И.Зайцев, А.С.Плехов Применение компенсационных преобразователей в
целях энергосбережения // «Электротехнические комплексы и системы управления»
НТЖ №4/2010, ВГТУ, Воронеж.
3.
В.Н. Крысанов, О возможности применения тиристорного регулятора
напряжения в электрических сетях класса 6-1150 кВ. // « Электротехнические
комплексы и системы управления», НТЖ №2/ 2008, ВГТУ, Воронеж.
Зайцев Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор
кафедры АИТС ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ, 394068 Воронеж, ул.Беговая , 2/3, 86,
тел. 2756139, [email protected]
Крысанов Валерий Николаевич, кандидат технических наук, старший научный
сотрудник, доцент кафедры АИТС ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ, 394068 Воронеж, ул.
Хользунова, 10б-86, тел. 2759309, [email protected]