Сравнение поперечных и продольных компенсаторов

Продольные компенсаторы оказывают непосредственное влияние на напряжение возбуждения, а, следовательно, на ток и поток мощности. Поэтому если целью является управление током и мощностью или демпфирование колебаний, то эффективность использования продольных компенсаторов в несколько раз превышает эффективность поперечных компенсаторов.

Поперечные регуляторы подобно источникам тока осуществляют инжекцию или отвод токов линии. Таким образом, они применяются для управления напряжением путем инжекции реактивного тока в месте включения. Так как STATCOM способен инжектировать как активный, так и реактивный ток, он способен обеспечивать более эффективное управление напряжением и демпфирование колебаний напряжения.

Это не означает, что продольные регуляторы не могут быть использованы для управления напряжением. Вследствие того, что колебания напряжения, в основном, являются последствиями падений напряжений на волновом сопротивлении линии, трансформаторах и генераторах, введение продольных компенсаторов может быть самым экономически выгодным способом улучшения качества напряжения. Тем не менее, поперечные регуляторы являются более эффективными для управления напряжением на шинах подстанций вследствие их способности к независимому управлению.

Таким образом, можно утверждать, что комбинация продольных и поперечных компенсаторов является наиболее эффективным решением для одновременного управления токами, напряжениями и мощностью.

 

Унифицированный регулятор потокораспределения мощности
(Unified Power Flow Controller – UPFC)

Унифицированный регулятор потокораспределения мощности (UPFC): комбинация статического синхронного компенсатора (STATCOM) и статического продольного компенсатора (SSSC), соединенных с помощью общей вставки постоянного тока, позволяющая осуществлять двунаправленное управление потоком активной мощности между последовательными выводами SSSC и параллельными выводами STATCOM, а также обеспечение соответствующей активной и реактивной компенсациями без использования внешних источников энергии. UPFC посредством инжекции напряжения без ограничений по углу сдвига фаз способен одновременно и избирательно управлять напряжением, волновым сопротивлением, углом сдвига фаз или активной и реактивной мощностью в линии передачи. Кроме того, с помощью UPFC можно осуществлять независимое управление компенсацией реактивной составляющей.

UPFC был разработан для оперативного управления и динамической компенсации систем передач переменного тока. С его помощью можно управлять всеми параметрами, оказывающими влияние на потокораспределение мощности. Кроме того, он способен осуществлять независимое управление как активной, так и реактивной мощностью.

UPFC может рассматриваться в качестве источника синхронного напряжения с регулируемыми амплитудой  и углом , включенного в линию последовательно, как показано на рисунке 20. Источник напряжения осуществляет перераспределение как активной, так и реактивной мощности. Однако источник напряжения может генерировать только реактивную мощность, активную мощность необходимо подводить с помощью источника питания, расположенного в одной из оконечных шин.

 

 

Рисунок 20 – Принцип действия UPFC на примере двухмашинной энергосистемы

 

В настоящее время UPFC состоит из двух преобразователей напряжения, соединенных встречнопараллельно и работающих через общую DC вставку (конденсатор постоянного тока), как показано на рисунке 21. Активная мощность может свободно перетекать в любом направлении между АС выводами преобразователей, при этом каждый преобразователь способен независимо генерировать или поглощать реактивную мощность. Преобразователь 2 инжектирует в линию напряжение  с управляемыми амплитудой и углом сдвига фаз  и таким образом работает в качестве источника тока, показанного на рисунке 20.

 

Рисунок 21 – Схема UPFC

 

Переток реактивной мощности, генерируемой преобразователями, происходит на АС выводах. Активная же мощность преобразуется в мощность постоянного тока, поступая во DC вставку в виде отрицательного или положительного потребления активной мощности, которая снова преобразуется в мощность переменного тока в преобразователе 1 и поступает в линию через трансформатор напряжения ТН. Кроме того, в случае необходимости преобразователь 1 может осуществлять управление перетоком реактивной мощности для обеспечения компенсации реактивной составляющей.

Для системы, приведенной на рисунке 22 а), передаваемая активная мощность может быть вычислена как

                                         .                                                     

При

                                                                          

выражение (30) можно записать в виде:

      

Для обеспечения максимального влияния  на передаваемую мощность угол .

а)

б)

Рисунок 22 – UPFC в двухмашинной системе

 

На рисунке 23 приведен соответствующий график зависимости передаваемой мощности от транспортного угла. В зависимости от амплитуды напряжения UPFC характеристика пропускания смещается верхи или вниз.

 

 

Рисунок 23 – Зависимость передаваемой мощности от транспортного угла для UPFC ( )

 

Влияние  на  при различных значениях  выражается как:

                                      ,                                              

где

                                                    .                                                          

Таким образом, при постоянных  и  эта характеристика постоянна при любых , что также можно увидеть на рисунке 23, где линии, соответствующие различным , эквидистантны.

Подобные вычисления можно сделать и для угла . Производная  по  имеет вид

                                  .                                        

Таким образом, при постоянных  и  характеристика  также постоянна при любых .

 

Межлинейный регулятор потокораспределения мощности
(Interline Power Flow Controller –IPFC)

Межлинейный регулятор потокораспределения мощности (IPFC): комбинация двух или более статических синхронных компенсаторов, соединенных через общую вставку постоянного тока для обеспечения двунаправленного потокораспределения активной мощности между АС выводами SSSC, предназначенных для обеспечения независимой компенсации реактивной составляющей с целью регулировки потокораспределения активной мощности в каждой линии и поддержания желаемого распределения реактивной мощности линий. Схема IPFC может также содержать STATCOM, соединенный с IPFC через DC вставку, для компенсации реактивной составляющей и поглощения или подведения активной мощности к SSSC.

IPFC предназначен для решения проблем, возникающих при необходимости компенсации реактивной составляющей в нескольких линиях. Продольные емкостные компенсаторы используются для увеличения передаваемой активной мощности конкретной линии, но они не способны к управлению потокораспределением реактивной мощности, что может приводить к нарушению симметричности нагрузки. С помощью IPFC можно управлять потокораспределением активной мощности между несколькими линиями одновременно. Таким образом, они обеспечивают решение следующих задач:

· выравнивание как активной, так реактивной мощностей между линиями;

· уменьшение вторичных нагрузок перегруженных линий;

· компенсация падений напряжений в линиях и соответствующих расходов реактивных мощностей;

· увеличение эффективности суммарной компенсации при действии динамических возмущений.

Схема IPFC в общем виде приведена на рисунке 24. В нее входит несколько инвертеров (SSSC), каждый из которых обеспечивает продольную компенсацию своей линии.

 

 

Рисунок 24 – Межлинейный регулятор потокораспределения мощности (IPFC)

 

Согласно этой схеме преобразователи не только обеспечивают продольную компенсацию реактивной составляющей, но и способны передавать активную мощность соответствующей линии к общей вставке постоянного тока. Таким образом, можно осуществить отведение активной мощности из перегруженных линий для компенсации активной составляющей в других линиях. Данная схема требует строго поддержания энергетического баланса во вставке постоянного тока с помощью подходящего управления: вместо перегруженных линий передачу активной мощности обеспечивают недогруженные линии.

 

4.    Исследование применения устройств FACTS в электрических сетях 220кВ и выше НЭС Республики Казахстан.

4.1. Анализ возможности применения устройств FACTS (УШР, УПК, ФПУ, СТК и др.) в целях повышения системной надежности и пропускной способности линий электропередачи.

Расчеты по определению пределов статической устойчивости, представленные в разделе 2 показывают, что электросетевой строительство ЕЭС до 2020 года особенно ЛЭП 220-500 кВ определяют рост зарядной мощности, тем самым снижая пропускную способность и управляемость ЛЭП по основным транзитам НЭС Республики Казахстан. При последовательном приближении к пределу пропускной способности транзитов 500кВ наибольшее снижение напряжения происходит на подстанциях расположенных вблизи «электрического центра» транзита. Для дальнейшего повышения величины пропускной способности транзитов необходимо применять специальные установки, позволяющие по мере загрузки транзита уменьшать потребление реактивной мощности шунтирующих реакторов и/или генерировать дополнительную реактивную мощность в узлах возникновения ее дефицита. Расчеты статической устойчивости и электрических режимов проведенные на этап 2020 г по транзитам НЭС Республики Казахстан наглядно показывают следующие важные особенности:

1) Вследствие большой протяженности (около 1000 км) основным фактором, ограничивающим максимально допустимый переток в обоих направлениях, является условие соблюдения коэффициента запаса статической устойчивости, а не длительно допустимая токовая загрузка транзитов 500 - 220 кВ.

2) Нарушение устойчивости, обуславливающее ограничение предельного перетока, определяется снижением напряжения ниже критического уровня в энергоузлах, обусловленного общим снижением уровней напряжения по узлам 500 кВ транзитов.

 Номенклатура мирового опыта создания регулируемых средств FACTS (УШР, УПК, ФПУ, СТК и др) достаточно широка, в Приложении 4 приведены наиболее известные средства и подробное описание, принцип действия данных устройств.

Использование гибких линий зависит от решаемых задач. В таблице 4.1.1 приведен обзор задач, возникающих при передаче энергии, а также гибкие линии, используемые для их решения.

 

 

Таблица 4.1.1-Примеры использования гибких линий
Предмет	Задача	Корректирующее действие	FACTS
Ограничения по напряжению	Низкое напряжение при большой нагрузке	Подвод реактивной мощности	SVC, STATCOM
		Уменьшение реактивного сопротивления линии	TCSC
	Высокое напряжение при малой нагрузке	Отвод реактивной мощности	SVC, STATCOM
	Высокое напряжение после сбоя	Отвод реактивной мощности, предотвращение перегрузки	SVC, STATCOM
	Низкое напряжение после сбоя	Подвод реактивной мощности, предотвращение перегрузки	SVC, STATCOM
	Уменьшение продольного реактивного сопротивления		УПК
	Низкое напряжение при большой нагрузке	Подвод реактивной мощности	УСК
Ограничения по температуре	Перегрузка линии передачи	Увеличение пропускной способности	TCSC, SSSC, UPFC
Потокораспределение	Энергоснабжение параллельных линий	Корректировка реактивных сопротивлений линий	TCSC, SSSC, UPFC
		Корректировка угла сдвига фаз	UPFC, SSSC, PAR
	Опрокидывание потока нагрузки	Корректировка угла сдвига фаз	UPFC, SSSC, PAR
Короткое замыкание	Большой ток КЗ	Ограничение тока КЗ	TCSC, UPFC
Устойчивость	Ограниченная пропускная способность	Уменьшение реактивного сопротивления линии	TCSC, SSSC

SVC - статические компенсаторы реактивной мощности

STATCOM - статические синхронные компенсаторы

TCSC - Последовательный (продольный) конденсатор (добавочная емкость) с тиристорным управлением

SSSC- Статический синхронный продольный компенсатор

UPFC -Унифицированный регулятор потокораспределения мощности

PAR –Регулятор угла сдвига фаз

На основании выше описанных особенностей устройства FACTS для исследования пропускной способности ЛЭП 220-500-1150 кВ НЭС Республики Казахстан на период до 2020 года рекомендуются к установке две основные группы, описание которых с перечислением рассматриваемых устройств приводятся ниже:

1) устройства продольной компенсации

УУПК – управляемое устройство продольной компенсации. Регулирует сопротивление ЛЭП, увеличивает пропускную способность, обеспечивает перераспределение мощностей по параллельным линиям электропередачи, демпфирует низкочастотные колебания мощности

2) устройства поперечной компенсации

УСК – комбинированной устройство управляемого реактора с батареями статических конденсаторов.

СТАТКОМ - используется для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности электропередачи, уменьшения колебаний напряжения, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, улучшения демпфирования энергосистемы. Применяется в любых электрических сетях, особенно эффективен в слабых сетях.

СТК (статический тиристорный компенсатор) – используется в распределительных и магистральных сетях, в межсистемных связях в целях глубокого регулирования реактивной мощности и обеспечения устойчивости. Не эффективен в слабых сетях.

Выводы

Обзор существующих устройств FACTS в области применения и использования показал, для исследования повышения пропускной способности ВЛ 220-500-1150 кВ НЭС РК необходимо рассматривать УСК, СТК, СТАТКОМ и УУПК.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: