|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕТИ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.Стр 1 из 10Следующая ⇒
ФАКТОРЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВ FACTS Повышение управляемости режимов работы ЭЭС Включение в состав ЭЭС устройств FACTS способствует повышению управляемости режимов работы ЭЭС, увеличению степени компенсации зарядной мощности электрической сети и переводу потоков активной мощности в линии с большим классом напряжения. Появляется возможность аккумулирования электроэнергии непосредственно в электрической сети с возвратом е. в ЭЭС. Благодаря этому создаются технические возможности для более полного использования пропускной способности существующих электрических сетей, вплоть до предела по нагреву проводов линий электропередачи, повышается статическая и динамическая устойчивость синхронной работы генераторов и нагрузки и улучшается качество электроэнергии. Расширяются возможности оперативной и автоматической нормализации и оптимизации параметров режимов работы ЭЭС. Повышение пропускной способности линий электропередач Более полное использование пропускной способности существующих электрических сетей, в частности отдельных межсистемных и межгосударственных связей, может обеспечить: · передачу дополнительной электроэнергии из избыточных энергосистем с более низкими тарифами в дефицитные с вытеснением там менее экономичных источников энергии; · увеличение выдачи активной мощности электростанций, за сч.т повышения максимально-допустимых перетоков мощности. Это может позволить рассмотреть вопрос о переносе сроков ввода генерирующих мощностей и строительства новых высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) с целью увеличения пропускной способности электрических сетей, а в отдельных случаях, возможно, и отказе от этих мероприятий. При этом генерирующая компания может получить дополнительную выручку на электростанциях от продажи электроэнергии, а сетевая компания - экономию затрат на строительство и эксплуатацию новых ЛЭП, а также дополнительную выручку за предоставляемые транспортные услуги по передаче электроэнергии в дефицитные районы. В принимающей дефицитной энергосистеме или энергоузле выгода может быть получена за счет вытеснения замыкающих генерирующих мощностей с большими удельными расходами топлива и (или) использующих дорогое топливо, что приводит к снижению тарифов у потребителей. Повышение статической и динамической устойчивости ЭЭС Повышение устойчивости синхронной работы генераторов и нагрузки снижает вероятность нарушения нормальной работы ЭЭС и соответственно способствует уменьшению частоты срабатывания противоаварийной автоматики (ПА), предотвращающей эти нарушения. Кроме того, появляется возможность снизить дозировки управляющих воздействий ПА, уменьшив тем самым объем отключений нагрузки и генераторов. Результатом этого является: · снижение потребности в аварийном резерве в ЭЭС; · уменьшение ущербов на электростанциях от недовыработки электроэнергии; · уменьшение компенсационных выплат потребителям за перерывы электроснабжения; · экономия топлива на повторные пуски энергоблоков электростанций, отключенных ПА. СТАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СТК И СТАТКОМ Введение
Статические тиристорные компенсаторы (СТК) [1 – 4] использовались для компенсации реактивной мощности с середины 1970-х годов, сначала для компенсации дуговых печей, а затем в системах передачи электроэнергии. Один из первых СТК 40 МВар был применен на Шаннонской подстанции энергосистемы Minnesota Power and Light в 1978 г. Преимущества СТК заключаются в следующем:
Несмотря на то, что существует множество вариантов СТК, наиболее традиционным считается вариант на основе тиристорно или механически переключаемых конденсаторов и тиристорно-управляемых реакторов (рис. 1а). Координируя работу конденсатора и реактора подходящим образом (см. рис. 1b) можно непрерывно и быстро управлять реактивной мощностью в пределах ее емкостных/индуктивных значений. Это позволяет поддерживать значение статического и динамического напряжения в заданных пределах, в некоторой степени управлять устойчивостью [9], но не на столько, чтобы управлять потоком активной мощности. Подробный список литературы по применению СТК приведен в [11]. В последние годы вследствие развития тиристоров GTO и транзисторов IGBT был разработан новый статический компенсатор. В более ранних исследованиях его называли «Усовершенствованным статическим компенсатором реактивной мощности». Однако работа данного устройства была более похожа на работу вращающегося синхронного компенсатора, но без большого времени реакции и механической инерции, поэтому он стал называться «Статический синхронный компенсатор (STATCON)» [12, 13]. В настоящее время он известен как «Статический компенсатор СТАТКОМ».
Рис. 1 – Статический компенсатор реактивной мощности (СТК) СТАТКОМ превосходит традиционный СТК по следующим причинам: - сокращение внешнего оборудования вследствие отсутствия объемных емкостных/реакторных батарей, необходимых для СТК; - улучшение динамических характеристик и устойчивости вследствие возможности кратковременного увеличения генерации реактивной мощности; - улучшение характеристик при уменьшенных рабочих напряжениях вплоть до 0, 15 отн.ед. (ограниченных только рассеиванием трансформатора); - ослабление требований к фильтро-компенсирующим устройствам (ФКУ). СТАТКОМ формирует трехфазное напряжением с управляемыми амплитудой и фазным углом. При превышении (принижении) выходного напряжения инвертора на шине, электрический ток опережает (отстает), а разница в амплитудах определяет значение этого тока. Это позволяет управлять реактивной мощностью. На рис. 2а показан СТАТКОМ, реализованный на 6-пульсном инверторе напряжения, включающим в себя GTO-тиристоры с питанием от накопительного конденсатора (аккумуляторной батареи, СПИНЭ). Для уменьшения генерации гармоник и формирования практически синусоидального тока применяются многопульсные схемы. На рис. 2b приведена вольт-ампер характеристика этого компенсатора. СТАТКОМ способен управлять выходным током независимо от напряжения на линии напряжения, в отличие от СТК, где ток изменяется с изменением напряжения на линии. Поэтому СТАТКОМ эффективнее СТК с точки зрения поддержания напряжения и улучшения устойчивости.
Рис. 2 – Статический компенсатор СТАТКОМ
Характеристики СТК зависят от напряжения, в то время как СТАТКОМ способен вырабатывать емкостной ток независимо от напряжения. Кроме того, выходной ток может временно превышать номинальные значения установившегося режима. Значения амплитуды и времени таких возможных перегрузок зависят от характеристик охлаждающих радиаторов и минимального тока выключения GTO-тиристоров. В зависимости от конструкции преобразователя переходные характеристики СТАТКОМ меняются в пределах 120-180% от значений в установившемся режиме. Сравнение характеристик СТК и СТАТКОМ приведено в табл. 1. Разработана модификация СТАТКОМ на основе IGBT-транзисторов с коммутационной частотой до 2 кГц. Базовые элементы этого изделия, включающие в себя IGBT-вентили, конденсаторы, систему управления и систему охлаждения вентилей, могут быть размещены в контейнере размера 10х20 м. Внешнее оборудование ограничено теплообменниками, коммутационными реакторами без стали и силовым трансформатором. Типовой СТАТКОМ способен работать в режиме генерации/потребления ± 100 MВар. Для увеличения номинальных мощностей несколько СТАТКОМ могут работать параллельно. Модульная конструкция СТАТКОМ позволяет в случае необходимости легко перестраивать систему. Время переходного процесса СТАТКОМ очень мало (~ четверть цикла). Вследствие высокой частоты коммутации такой компенсатор может работать без фильтров подавления гармоник или, а в случае необходимости, с фильтром верхних частот небольшой емкости. Поэтому риск возникновения резонансных условий незначителен. Более того, существует возможность активной фильтрации гармоник, присутствующих в сети.
Таблица. Сравнение СТАТКОМ и СТК
Недавно был разработано новое устройство СТАТКОМ на основе преобразователя, описание которого приводится ниже. Ступенчатый преобразователь Каждое звено нового преобразователя образовано четырехплечевым мостовым преобразователем и конденсатором (рис. 3).
Рис. 3 – Схема однофазного звена цепи
Каждое плечо состоит из самокоммутирующегося GTO-тиристора и встречно-параллельного диода. Несколько таких мостов соединяются последовательно, формируя одну фазу преобразователя. Таким образом, трехфазный преобразователь состоит из трех таких звеньев, соединенных по схеме звезда или треугольник. Суммарное напряжение определяется суммой напряжений звеньев. Каждая пара плеч моста работает в двухстороннем режиме (рис. 4). В любой момент времени плечо моста может быть подключено либо к положительной, либо к отрицательной пластине конденсатора. При подходящем выборе соединения каждый конденсатор может добавлять положительное, отрицательное или нулевое напряжение (режим транзитной передачи) в напряжение звена цепи. Таким образом, вся цепь с N последовательными звеньями может синтезировать синусоидальный сигнал с (2N+1) уровнями.
Рис. 4 – Аналог переключения в трехзвеньевом преобразователе
Для формирования хорошего синусоидального сигнала с незначительными гармоническими составляющими используется многоуровневый подход таким образом, что для каждого звена используется различный угол переключения (рис. 5). Каждое из трех напряжений звеньев имеют различную ширину импульсов, комбинация которых формирует семиуровневое колебание. Это достигается за счет переключения GTO-тиристоров всего один раз за период собственной частоты. Углы переключения 5.3. Характеристики звеньев цепи Характеристики звеньев цепи определяются характеристиками применяемых GTO-тиристоров. Стандартные промышленные изделия имеют максимально допустимое импульсное напряжение 4, 5 кВ и ток выключения 4 кА. На практике необходимо понижать номинальные значения для обеспечения устойчивости в переходных режимах и при воздействии неисправностей и возмущений.
Рис. 5 – Форма напряжения 3-х звеньевого (7-уровневого) ступенчатого преобразователя
Характеристики преобразователя улучшаются при добавлении дополнительных последовательных звеньев с целью увеличения напряжения преобразователя. Номинальные значения тока остаются неизменными, вследствие затруднений при подключении GTO-тиристоров параллельно. Номинальные характеристики стандартного 3-х фазного функционального блока составляют ± 100 MВар. Для обеспечения непрерывной работы преобразователя в случае возникновения неисправности GTO-тиристора осуществляется резервирование путем добавления дополнительного звена в цепь каждой фазы. Вследствие идентичности звеньев система управления адаптируется автоматически для реконфигурации порядка коммутации в оставшихся звеньях с целью минимизации генерируемого гармонического напряжения. 5.4. Потери Потери мощности, как правило, являются важным фактором в оценке экономической целесообразности конкретных конструкций СТК. Во всех модификациях СТАТКОМ основные потери определяются потерями в основном трансформаторе и силовом электронном оборудовании. Затем идут потери, связанные с проводимостью GTO-тиристоров, цепями коммутации и демпфирования. Ступенчатый преобразователь поддерживает потери ниже 0, 65% от номинальных значений в МВар. Коммутационные потери минимизируются при одной коммутации каждого тиристора за один цикл собственной частоты. Потери на демпфирование минимизируются использованием специальных конструкций с малыми потерями. Также возможно применение демпферов со способностью восстановления энергии. На рис. 6 в общем виде приведено размещение СТАТКОМ в системе сверхвысокого напряжения (СВН). Соединение СВН-шин с компенсатором осуществляется через ступенчатый понижающий трансформатор. Значение реактивного сопротивления соединения
Рис. 6 – Расположение СТАТКОМ
5.5. Преимущества ступенчатого СТАТКОМ Ступенчатый преобразователь (СП) обладает следующими преимуществами по сравнению с другими GTO-схемами и обычными тиристорными СТК [9]: - реактивные характеристики могут быть улучшены простым добавлением дополнительного звена (стоимость преобразователя пропорциональна характеристикам); - СП по существу являются однофазными устройствами, что допускает возможность использования разности потенциалов для балансирования фаз; - за один цикл осуществляется одна операция включения или выключения тиристора, что позволяет минимизировать потери на коммутацию; - для минимизации потерь могут быть использованы схемы демпфирования с малыми потерями и демпферы с восстановлением энергии; - для защиты от неисправностей возможно резервирование звеньев; - минимизация влияния радиопомех вследствие того, что коммутация звеньев осуществляется последовательно, и максимальное мгновенное отклонение напряжения не превышает 2 кВ; - для понижения напряжения требуется всего один трансформатор традиционной схемы; - хорошие гармонические характеристики могут быть достигнуты с помощью маломощных фильтров подавления помех или без них. Возникновение гармоник малого порядка (в частности гармоник, кратных трем) в условиях разбалансировки системы может быть предотвращено подходящим выбором углов коммутации, что не возможно при использовании схем, основанных на трехфазных мостах; - технология СТАТКОМ характеризуется быстрыми переходными процессами. Переходные характеристики можно улучшать за счет мгновенного изменения выходного напряжения с помощью независимого управления углом коммутации каждого звена и включения или отключения звеньев; - на работу не влияют проблемы и ограничения, вызываемые прямым последовательным соединением тиристоров GTO; - вследствие постоянства токовых характеристик СТАТКОМ способен работать при низких напряжениях системы переменного тока и поддерживать номинальные значение тока опережения во время развития аварий; - использование СТАТКОМ позволяет экономить до 50% занимаемой площади по сравнению с тиристорными СТК. - накопительные конденсаторы каждого звена могут быть заменены аккумуляторными элементами или другими подходящими накопителями энергии (СПИНЭ), позволяющими обеспечивать эффективную компенсацию реактивной мощности; - возможность использования при управлении частотой, снижении максимума нагрузки, замене нагруженного резерва и включении линий (при слепом пуске); - ступенчатый СТАТКОМ может быть последовательно подключен к каждой фазе для обеспечения управляемого положительного или отрицательного реактивного сопротивления с целью управления потоком мощности; - способность преобразователя СТАТКОМ управлять гармоническими колебаниями может быть использована для управления ранее возникшими гармониками в системе, что определяет свойства активной фильтрации преобразователя. 5.6. Проектирование для промышленности Впервые СТАТКОМ на основе СП в промышленности использовался в 1999 г. Это был ± 75 MВар СТАТКОМ, выполненный по заказу Национальной Сетевой Компании (НСК) (рис. 7) в качестве элемента с мощностью 0 - 225 Mвар перемещаемого СТК для начальной установки на подстанции East Claydon [10]. Для обеспечения достаточной емкости использовалась конденсаторная батарея с тиристорным переключением (КБТП, TSC – Thyristor Switched Capacitor). Характеристики КБПТ выбирались меньше динамического диапазона СТАТКОМ для предотвращения нарушения непрерывности параметров и любой тенденции к колебаниям сигналов управления вблизи точки коммутации КБПТ. При отключении КБПТ СТАТКОМ работал в индуктивной зоне для удовлетворения временных потребностей системы при действии возмущений. Общая площадь оборудования составила 35x40 м. Все необходимое внутреннее оборудование умещается в специальных передвижных контейнерах.
4.2 Определение мест расстановки и объема устройств FACTS в НЭС Республики Казахстан. Транзит Казахстан-Урал В предельных режимах наибольшее снижение напряжения происходит на ПС Аврора, ПС Кокшетавская 1150 и ЕГПП. Соответственно данные подстанции рассматривались в расчетах для установки на них устройств УРМ. Оценивалось влияние изменения предельной величины передаваемой мощности по транзиту при установке устройств реактивной мощности на одной из перечисленных подстанций, и одновременная установка на всех трех подстанциях с суммарной мощность равной мощности устройства на одной подстанции. Изменение величины предельного перетока мощности по контролируемому сечению при применении устройства реактивной мощности на одной подстанции и комплексно одновременно на трех подстанциях показано ниже в таблице 4.2.1.
Как видно из таблицы 4.2.1 коэффициент эффективности размещения устройств реактивной мощности на подстанциях транзита Казахстан-Урал составляет 25-35%, т.е. изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Казахстан-Урал на 0, 25-0, 35 МВт. Зависимость увеличения величины пропускной способности транзита от места установки и мощности устройства реактивной мощности показана на рисунке 4.2.1
Рисунок 4.2.1 -Изменение предельного перетока мощности по транзиту Казахстан-Урал при изменении места установки и регулирующей мощности устройств реактивной мощности (УРМ).
Из рисунка 4.2.1 заметно, что по эффективности влияния на пропускную способность транзита варианты размещения устройств реактивной мощности сопоставимы.
Транзит Север-Юг В предельных режимах наибольшее снижение напряжения происходит на ПС Агадырь, ПС Актогай, ПС Жезказган, ПС Нура и ПС ЮКГРЭС. Расчет эффективности применения устройств FACTS по данному транзиту выполним следующим образом применения УСК рассмотрим на ПС Агадырь и ПС Актогай, применения устройств СТК, СТАТКОМ и УУПК на ПС Агадырь, ПС Жезказган, ПС Нура и ПС ЮКГРЭС. Применение УСК (ШР+БСК) Оценка влияния изменения предельной величины передаваемой мощности по транзиту при установке устройств реактивной мощности на выше перечисленных подстанциях, с учетом одновременной и поочередной установкой представлена в таблице 4.2.2. Изменение величины предельного перетока мощности по контролируемому сечению при применении устройств реактивной мощности на одной подстанции или одновременно на двух показано ниже в таблице 4.2.2.
Таблица 4.2.2 - Изменение величины предельного перетока мощности по контролируемому сечению транзита Север-Юг
Зависимость увеличения величины пропускной способности транзита от места установки и мощности устройства реактивной мощности показана на рисунке 4.2.2:
Рисунок 4.2.2-Изменение предельного перетока мощности по транзиту Север-Юг Казахстана при изменении места установки и регулирующей мощности устройств реактивной мощности (УРМ) Как видно из таблицы 4.2.2 коэффициент эффективности размещения устройств реактивной мощности на ПС Агадырь составляет 40-50%. Соответственно изменение на ПС Агадырь мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Север-Юг Казахстана на 0, 4-0, 5 МВт. Коэффициент эффективности размещения устройств реактивной мощности на ПС Агадырь составляет 40-50%. Изменение на ПС Агадырь мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Север-Юг на 0, 4-0, 5 МВт. Коэффициент эффективности размещения устройств реактивной мощности на ПС Актогай или на ПС Агадырь и Актогай одновременно, составляет 45-60%. Для данных двух вариантов размещения изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Север-Юг Казахстана на 0, 45-0, 6 МВт. Необходимо отметить, что более высокая эффективность повышения пропускной способности в последних двух вариантах размещения устройств реактивной мощности определяется использованием устройства реактивной мощности на ПС Актогай. В отличии от других транзитов Экибастуз-Семей-Актогай-Талдыкорган-Алма имеет значительную протяженность (более 1200 км), не имея по маршруту транзита подпирающих реактивной мощностью электростанций, что создает значительную зависимость пропускной способности транзита от баланса реактивной мощности в середине транзита. Расположение ПС Актогай в «электрическом центре» длинного транзита позволяет разместить на данной подстанции устройства реактивной мощности, способных значительно влиять на пропускную способность транзита. Таким образом из выше изложенного следует: · Размещать устройства реактивной мощности необходимо на промежуточных подстанциях транзитов, находящихся близи с электрическим центром транзита, в котором при повышении передаваемой мощности по транзиту возникает наибольший дефицит реактивной мощности и наибольшее снижения напряжения при работе с максимальными перетоками. · В нормальных режимах для обеспечения допустимых уровней напряжения на промежуточных подстанциях протяженных транзитов включены шунтирующие реакторы, компенсирующие излишнюю зарядную мощность ВЛ-500 кВ. По мере загрузки транзитов до максимально- или аварийно-допустимых перетоков для поддержание допустимых уровней напряжения и устранения возникающего дефицита реактивной мощности необходимо поэтапное отключение шунтирующих реакторов. · Удельное повышение пропускной способности транзита при уменьшении потребления шунтирующих реакторов аналогично удельному повышению пропускной способности транзита при увеличении генерации реактивной мощности шунтирующих конденсаторов (коэффициенты эффективности использования ШР и БСК равны). Учитывая оснащение подстанций 500 кВ ЕЭС Казахстана управляемыми шунтирующими реакторами, дополние их установкой БСК позволит кроме увеличения пропускной способности дополнительно увеличить диапазон регулирования реактивной мощности в узле, за счет использования регулирующего диапазона реактора в режиме только управляемого реактора и далее в режиме параллельной работы управляемого реактора и БСК. При этом расширение диапазона регулирования в два раза будет достигнуто без установки регулятора мощности на БСК и аппаратного устранения причины возникновение гармоник, присущих регуляторам. Энергоузел Жезказган Как показал вышеприведенный анализ режимов и устойчивости, Жезказганский узел характеризуется следующими «узкими местами»: - основное питание осуществляется посредством промежуточного отбора мощности по ВЛ 500 кВ Жезказган – Агадырь, имеющей большую протяженность и как следствие зарядную мощность, от транзита 500 кВ Север –Юг, характеризующегося изменениями перетоков от 100 до 1400 МВт и как следствие колебаниями значений уровней напряжения на шинах ПС 500 кВ Жезказган в диапазоне от 520 до 485 кВ и ниже, что приводит к частой коммутации ШР 500 кВ со скачкообразным изменением напряжения на 30-40 кВ, а также ухудшению экономических показателей работы ВЛ 500 кВ за счет повышенных потерь. - основную нагрузку энергоузла составляет один из мощнейших медных комбинатов, включающий в себя две обогатительные фабрики, медеплавильный завод, литейно-механический завод, предприятие промышленного железнодорожного транспорта и, как следствие, характеризующийся высокими значениями потребления реактивной мощности, приводящими к недопустимому снижению напряжения в ряде наиболее тяжелых режимов. - допустимый переток рассматриваемого сечения по полной схеме составляет 512 МВт. При отключении ВЛ 500 кВ Жезказган – Агадырь наблюдается существенное снижение допустимого перетока до 201 МВт с учетом ПА. Для устранения «узких мест» данного энергоузла рассмотрим возможность применения устройств FACTS 1) Статический компенсатор (STATCOM) - состоит из конденсатора подключенного к сети через преобразователь напряжения работающий по принципу широтно-импульсной модуляции. Данное устройство может работать как источник и потребитель реактивной мощности. Установка статического компенсатора на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган позволит стабилизировать уровни напряжения, повысить пропускную способность рассматриваемого сечения и предотвратить частые коммутаций ШР в сети 500 кВ. 2) Управляемый шунтирующий реактор (УШР). Установка на шинах ПС 500 кВ Жезказган позволит стабилизировать уровни напряжения и предотвратить частые коммутаций ШР в сети 500 кВ.
В качестве оптимального варианта рассмотрим установку статического компенсатора на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган с диапазоном регулирования +\- 100 и 200 МВар. Как видно из результатов расчета (таблицы 4.1.4-4.1.5): - установка СТАТКОМа с диапазоном регулирования +\- 100 МВар позволит повысить максимально допустимый переток по приемному сечению Жезказганского энергоузла в нормальной схеме до 295 МВт + назначаемый объем ограничения потребителей, но не более 558 МВт и.до 260 МВт + назначаемый объем ограничения потребителей, но не более 281 МВт в ремонтной схеме. - установка СТАТКОМа с диапазоном регулирования +\- 200 МВар позволит повысить максимально допустимый переток по приемному сечению Жезказганского энергоузла в нормальной схеме до 342 МВт + назначаемый объем ограничения потребителей, но не более 578 МВт и.до 266 МВт + назначаемый объем ограничения потребителей, но не более 340 МВт в ремонтной схеме. Увеличение диапазона регулирования со 100 МВар до 200МВар, приводит к незначительному увеличению максимально допустимого перетока в нормальной схеме, так как на первое место выходит ограничения по длительно допустимому току. Таким образом установка СТАТКОМа с диапазоном регулирования +/-100 МВар достаточна и позволит повысить на 46 МВт допустимый переток по приемному сечению энергоузла в нормальной схеме и на 80 МВт в схеме ремонта ВЛ 500 кВ Жезказган – Агадырь уменьшая при этом на 54 МВт объем ограничения потребителей в режиме зимнего максимума 2012 и стабилизировать уровни напряжения в ремонтных и аварийных режимах предотвратив частые коммутаций ШР в сети 500 кВ. А так же сгладить скачкообразные изменения напряжения на 30-40 кВ при отключении реактора до 10-15 кВ
Таблица 4.2.6 - Результаты расчета статической устойчивости в режиме зимнего максимума при установке СТАТКОМа с диапазоном регулирования +\-100 МВт на шины 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган
Таблица 4.2.7 - Результаты расчета статической устойчивости в режиме зимнего максимума при установке СТАТКОМа с диапазоном регулирования +\-200 МВт на шины 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган
Выводы Коэффициент эффективности размещения УСК на ПС Агадырь и ПС Актогай составляет 40-50%. Соответственно изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Север-Юг на 0, 4-0, 5 МВт. На подстанциях ПС Аврора, ПС Кокшетавская 1150 и ЕГПП транзита Казахстан-Урал составляет 25-35%, т.е. изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Казахстан-Урал на 0, 25-0, 35 МВт. Оптимальным вариантом выбора типа и мест расстановки устройств FACTS является установка четырех комплектов СТАТКОМ: 1 комплект с диапазоном регулирования +/-100 Мвар на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган и три комплекта с диапазоном регулирования +/-600 Мвар шинах 500 кВ ПС Нура, Агадырь и ЮКГРЭС. Дальнейшее увеличение диапазона регулирования СТАТКОМ приводит к незначительному увеличению предельного перетока по транзиту и экономически нецелесообразно. Размещение четырех комплектов СТАТКОМ с последовательным увеличением диапазона регулирования на трех комплектах с 200 МВар до 600 МВар повышает максимально допустимый переток по сечению, ограничивающему максимально допустимый переток с учетом действия ПА в нормальной схеме по данному направлению в диапазоне от 262 МВт до 613 МВт Установка СТАТКОМа на ПС Жезказган с диапазоном регулирования +/-100 МВар достаточна и позволит повысить на 46 МВт допустимый переток по приемному сечению Жезказганского энергоузла в нормальной схеме и на 80 МВт в схеме ремонта ВЛ 500 кВ Жезказган – Агадырь уменьшая при этом на 54 МВт объем ограничения потребителей в режиме зимнего максимума 2012 и стабилизировать уровни напряжения в ремонтных и аварийных режимах предотвратив частые коммутаций ШР в сети 500 кВ. А так же сгладить скачкообразные изменения напряжения на 30-40 кВ при отключении реактора до 10-15 кВ.
4.3 Укрупненная оценка экономической эффективности применения устройств FACTS. В настоящем разделе сравниваются следующие варианты повышения пропускной способности НЭС Республики Казахстан: - установка СТАТКОМ; - сооружение ВЛ 500 кВ Экибастузская – Агадырь – ЮКГРЭС. Расчет стоимости установки СТАТКОМ В работе предложено три варианта установки СТАТКОМов с различными диапазонами регулирования. Вариант 1: Установка устройства СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-100 Мвар на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган и трех устройств СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-200 Мвар на шинах 500 кВ ПС Нура, Агадырь и ЮКГРЭС. Ориентировочная стоимость данного варианта приведена в таблице 4.3.1.
Таблица 4.3.1- Стоимость установки СТАТКОМа по первому варианту.
Вариант 2: Установка устройства СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-100 Мвар на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган и трех устройств СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-400 Мвар шинах 500 кВ ПС Нура, Агадырь и ЮКГРЭС. Ориентировочная стоимость данного варианта приведена в таблице 4.3.2.
Вариант 3: Установка устройства СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-100 Мвар на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган и трех устройств СТАТКОМ с диапазоном регулирования +/-600 Мвар шинах 500 кВ ПС Нура, Агадырь и ЮКГРЭС. Ориентировочная стоимость данного варианта приведена в таблице 4.3.3.
Расчет стоимости сооружения ВЛ 500 кВ Расчет стоимости варианта с сооружением ВЛ 500 кВ Экибастузская – Агадырь – ЮКГРЭС рассмотрен ранее в разделе « Оценка экономической эффективности использования новых технологий» По результатам расчетов выявлено, что из сравниваемых вариантов повышения пропускной способности НЭС Республики Казахстан дешевле оказывается вариант с применением устройств FACTS. По этой причине считаем целесообразным исключить вариант с сооружением новой связи 500 кВ и далее рассматривать установку FACTS как наиболее экономически эффективное мероприятие из рассмотренных в настоящем разделе. Вариант покрытия дефицита мощности с использованием ГЭС стран Центральной Азии Рассмотренные способы повышения пропускной способности транзита Север - Юг позволяют покрыть дефицит мощности южной части НЭС Республики Казахстан. Так, вариант с использованием СТАТКОМ позволяет повысить пропускную способность транзита Север – Юг на 600 МВт. Помимо этих способов проблема дефицита на юге НЭС Республики Казахстан может быть решена путем покупки недостающего объема электроэнергии у государств Центральной Азии, находящихся южнее Казахстана и располагающих многочисленными ГЭС с относительно недорогой вырабатываемой электроэнергией. Оценим стоимость ( K ЦА ) такого варианта. В качестве средней цены на электроэнергию ( Цээ ) примем 3000 тенге за 1 МВт·час. Суммарной продолжительностью прохождения максимума потребления ( Тгод ), в течение которого поставляется мощность ( РЦА ) из стран Центральной Азии в объеме 600 МВт, считаем 730 часов в год. Стоимость рассчитываем, исходя из продолжительности срока покупки электроэнергии государств Центральной Азии 5 лет - с 2014 года по 2019 год включительно (к концу 2019 года завершится сооружение электропередачи 500 кВ Север – Восток - Юг, который пройдет через ПС 500 кВ Семей, Актогай, Талдыкорган, Алма). Получим: K ЦА = Цээ · РЦА ·5· Тгод =600·3000·5·730 = 6570 млн. тенге. Приведенный вариант полностью решает вопрос дефицита юга НЭС Республики Казахстан. Иными словами, обеспечивается балансовая надежность. Однако такое мероприятие никак не влияет пропускную способность электрических сетей Казахстана, и, следовательно, не повышает надежность электроснабжения дефицитного района. Ввиду того, что основной целью данной работы является разработка мероприятий для повышения пропускной способности сети, вариант обеспечения мощностью юга НЭС Республики Казахстан, поставляемой гидроэлектростанциями стран Центральной Азии, из дальнейшего рассмотрения исключается. Стоимость мероприятий приведена в сравнительной таблице 4.3.4. Таблица 4.3.4 - Стоимость мероприятий по повышению пропускной способности НЭС Казахстана.
100 310 | 12 690 | 29 070 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
41 760 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Выводы
1. Обзор существующих устройств FACTS в области применения и использования показал, для исследования повышения пропускной способности ВЛ 220-500-1150 кВ НЭС Республики Казахстан необходимо рассматривать УСК, СТК, СТАТКОМ и УУПК.
2. Коэффициент эффективности размещения УСК на ПС Агадырь и ПС Актогай составляет 40-50%. Соответственно изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Север-Юг на 0, 4-0, 5 МВт. На подстанциях ПС Аврора, ПС Кокшетавская 1150 и ЕГПП транзита Казахстан-Урал составляет 25-35%, т.е. изменение мощности устройства реактивной мощности на 1 МВАр позволяет увеличивать пропускную способность транзита Казахстан-Урал на 0, 25-0, 35 МВт.
Оптимальным вариантом выбора типа и мест расстановки устройств FACTS является установка четырех комплектов СТАТКОМ: 1 комплект с диапазоном регулирования +/-100 Мвар на шинах 220 кВ ПС 500 кВ Жезказган и три комплекта с диапазоном регулирования +/-600 Мвар шинах 500 кВ ПС Нура, Агадырь и ЮКГРЭС. Дальнейшее увеличение диапазона регулирования СТАТКОМ приводит к незначительному увеличению предельного перетока по транзиту и экономически нецелесообразно. Размещение четырех комплектов СТАТКОМ с последовательным увеличением диапазона регулирования на трех комплектах с 200 МВар до 600 МВар повышает максимально допустимый переток по сечению, ограничивающему максимально допустимый переток с учетом действия ПА в нормальной схеме по данному направлению в диапазоне от 262 МВт до 613 МВт
Установка СТАТКОМа на ПС Жезказган с диапазоном регулирования +/-100 МВар достаточна и позволит повысить на 46 МВт допустимый переток по приемному сечению Жезказганского энергоузла в нормальной схеме и на 80 МВт в схеме ремонта ВЛ 500 кВ Жезказган – Агадырь уменьшая при этом на 54 МВт объем ограничения потребителей в режиме зимнего максимума 2012 и стабилизировать уровни напряжения в ремонтных и аварийных режимах предотвратив частые коммутаций ШР в сети 500 кВ. А так же сгладить скачкообразные изменения напряжения на 30-40 кВ при отключении реактора до 10-15 кВ.
3. Подводя итог, необходимо отметить, что автоматическая всережимная система управления на базе WAMS позволяет повысить пропускную способность транзита Север - Юг НЭС Республики Казахстан приблизительно на 300 МВт. В случае использования устройств FACTS (СТАТКОМ), устанавливаемых на определенных выше подстанциях, показана возможность дополнительного повышения пропускной способности рассматриваемого транзита еще на 300 МВт. Отсюда следует, что технически целесообразно использовать эти рассмотренные мероприятия совместно: пропускная способность транзита в этом случае повышается на 600 МВт . Даже при совместной реализации этих вариантов их суммарная стоимость отличается от стоимости сооружения дополнительной ВЛ 500 кВ, рассмотренного в качестве альтернативы, более чем в два раза, что подтверждает их экономическую эффективность.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕТИ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
Электроэнергетика Казахстана на современном этапе претерпевает значительные изменения как в структуре энергосистемы (увеличение плотности потоков мощности по линиям электропередачи, усложнение конфигурации электрических сетей, рост генерирующих мощностей) так и в области рынка (функционирует рынок электроэнергии, планируется ввод рынка мощности). Данные изменения приводят к появлению новых требований предъявляемых к НЭС Казахстана в части увеличения пропускной способности существующих сетей, повышению их управляемости, стабилизации режимных параметров (уровней напряжения, потоков реактивной мощности, устойчивости параллельной работы и др.), повышению надежности и живучести системы.
Проблема недостаточной пропускной способности традиционно решается путём строительства дополнительных электрических сетей и применения более высоких классов напряжения, что требует больших капитальных затрат. Однако, данные мероприятия как правило не решают, а порой даже усугубляют проблемы связанные с управляемостью сетей и стабилизации режимных параметров.
Для решения описанных проблем в мировой практике на протяжении длительного времени разрабатывается концепция так называемых " интеллектуальных электрических сетей" (перевод с англ. - Smart Grids) и её наиболее распространенного направления так называемых " гибких передач переменного тока" (перевод с англ. – FACTS Flexible AC Transmission Systems).
Термин управляемые (гибкие) системы электропередачи переменного тока -Flexible Alternative Current Transmission System (FACTS) введен в обращение Институтом электроэнергетики EPRI (США).
FACTS является одной из наиболее перспективных электросетевых технологий, суть которой состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. Благодаря этому удается «в темпе процесса» управлять значением пропускной способности линии электропередачи, перераспределять между параллельными линиями электропередачи потоки активной мощности, оптимизируя их в установившихся режимах и перенаправлять их по сохранившимся после аварий линиям электропередачи, не опасаясь нарушения устойчивости, тем самым обеспечивая повышение надежности электроснабжения потребителей.
К устройствам FACTS первого поколения (FACTS -1) относят устройства, обеспечивающие регулирование напряжения (реактивной мощности) и обеспечивающие требуемую степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях (статический компенсатор реактивной мощности (СТК), реактор с тиристорным управлением, стационарный последовательный конденсатор с тиристорным управлением, фазосдвигающий трансформатор и др.).
К новейшим FACTS второго поколения (FACTS-2) относят устройства, обеспечивающие регулирование режимных параметров на базе полностью управляемых приборов силовой электроники (IGBT транзисторы, IGCT - тиристоры и др.). FACTS-2 обладают новым качеством регулирования - векторным, когда регулируется не только величина, но и фаза вектора напряжения электрической сети (синхронный статический
компенсатор (СТАТКОМ), синхронный статический продольный компенсаторреактивной мощности на базе преобразователя напряжения (ССПК), объединённый регулятор потоков мощности (ОРПМ), ВПТН, , ФПУ, асинхронизированный синхронный компенсатор в том числе с маховиком ( АСК), асинхронизированный синхронный электромеханический преобразователь частоты (АС ЭМПЧ), фазовращающий трансформатор(ВФТ).
Виды устройств FACTS:
Все устройства FACTS делятся на статические и электромашинные системы.
1) К статическим относятся:
· управляемые шунтирующие реакторы (УШР), реализованные по принципу магнитного усилителя (УШРП) или трансформаторного типа (УШРТ или реактор-трансформатор) с тиристорным управлением;
· реакторы, коммутируемые вакуумными выключателями (ВРГ);
· статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК), состоящие из одной или нескольких тиристорно-реакторной групп и набора фильто-компенсирующих цепей;
· синхронные статические компенсаторы реактивной мощности типа СТАТКОМ на базе преобразователя напряжения с параллельным подключением к сети;
· синхронные статические продольные компенсаторы реактивной мощности на базе преобразователя напряжения (ССПК);
· объединенный регулятор перетока мощности на основе преобразователей напряжения параллельного и последовательного включения, объединённых по цепям постоянного тока (ОРПМ);
· управляемые тиристорами устройства продольной емкостной компенсации (УУПК);
· управляемые фазоповоротные устройства (ФПУ) на базе фазосдвигающих трансформаторов с тиристорным управлением или РПН;
· вставки постоянного тока на базе преобразователей напряжения (ВПТН);
· токоограничивающие устройства на основе технологии FACTS (для ограничения токов короткого замыкания).
2) Группу электромашинных систем образуют:
· асинхронизированные синхронные компенсаторы (АСК);
· асинхронизированные электромашинные преобразователи частоты (АС ЭМПЧ) на основе двух асинхронизированных машин (АСМ) на одном валу либо на основе асинхронизированной (АСМ) и синхронной машин (СМ) на одном валу;
· фазовращающийся трансформатор-вращающаяся машина с питанием статора и ротора от сетей с различной частотой с дополнительным двигателем на валу (ВФТ).
Таблица 1. Классификация управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях
| Наименование | Обозначение |
| Статический тиристорный компенсатор | СТК |
| Синхронный статический компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя напряжения | СТАТКОМ |
| Управляемый шунтирующий реактор с подмагничиванием | УШР |
| Реакторные группы, коммутируемые выключателями | ВРГ |
| Асинхронизированный синхронный компенсатор в том числе с маховиком | АСК |
| Неуправляемое устройство продольной компенсации | УПК |
| Управляемое устройство продольной компенсации | УУПК |
| Фазовращающийся трансформатор вращающаяся машина с питанием статора и ротора от сетей с различной частотой с дополнительным двигателем на валу | ВФТ |
| Синхронный статический продольный компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя напряжения | ССПК |
| Объединенный (параллельно-последовательный) регулятор потоков мощности | ОРПМ |
| Фазосдвигающий трансформатор, управляемый тиристорами тиристорами | ФПУ |
| Асинхронизированный синхронный электромеханический преобразователь частоты | АС ЭМПЧ |
| Вставка постоянного тока на полностью управляемых приборах силовой электроники | ВПТН |
| Токоограничивающие устройства (Ограничители токов короткого замыкания ) | ТОУ |
Технические характеристики устройств FACTS и рекомендации по их применению при проектировании и реконструкции объектов в НЭС Казахстана
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 729; Нарушение авторского права страницы
, 
и 
выбираются так, чтобы суммарное напряжение было приблизительно синусоидальной формы.
обычно равно 0, 2 отн.ед. (при номинальных значениях напряжения и тока в системе) и может рассматриваться как в виде внешнего сопротивления (как показано на рисунке), так и в виде составляющего эффективного реактивного сопротивления трансформатора. Вследствие незначительных гармонических токов, возбуждаемых в звеньях СТАТКОМ, на конструкцию трансформатора не накладывается дополнительных требований. Могут быть использованы существующие СВН трансформаторы с подходящими характеристиками третичных обмоток. Для расширения возможностей традиционных статических компенсаторов в изменении угла фаз к высоковольтной или низковольтной линии могут подключаться неуправляемые конденсаторы или реакторы.
= 45 МВт