Средства регулирования режимов электрических сетей на базе силовой электроники

Сегодня эффективными устройствами регулирования напряжения в узлах и потоков мощности в линиях являются элементы «гибкого» – адаптивного управления, которые включают ряд современных высокотехнологичных решений на базе силовой электроники, улучшающих качество работы, надежность, мощность и гибкость систем передачи электроэнергии [1, 2]. На основе исследования по-слеаварийных и нормальных режимов в типичном районе электрической сети с двумя классами напряжения, с потребителями, получающими питание от крупной узловой подстанции, показана целесообразность применения таких устройств.

Район сети (рис. 1), включающий подстанцию, требует увеличения надежности. Это связано с тем, что возможным послеаварийным режимом является отключение одной цепи ЛЭП 110 кВ «Металл – Сокол». При этом ток в оставшейся цепи повышается до 663 А и приближается к предельно допустимому значению. Поэтому актуально уменьшить ток этой цепи. Рассмотрено решение задачи с помощью различных устройств «гибкого» регулирования, устанавливаемых на шинах 110 кВ подстанции «Узловая».

Выполнены расчеты распределения потоков мощности в программе RastrWin для послеаварий-ного и нормальных характерных режимов. При этом шины 500 кВ подстанции «Узловая» приня-

ты в качестве шин неизменного напряжения. В результате расчетов получаются значения напряжений в узлах (величина и угол относительно неизменного напряжения), величины и направления потоков мощности по ветвям.

Из результатов исследований (см. таблицу) послеаварийного режима следует, что увеличение напряжения по величине и по фазе позволяет снизить ток в рассматриваемой линии на 194 А, что позволяет избежать перегрузки этой ЛЭП. Это обеспечивается за счет перераспределения мощности, в частности, разгружаются ЛЭП 220 кВ «Узловая – Металл» и ЛЭП 110 кВ «Металл – Сокол», а мощность на подстанцию «Сокол» поступает по линиям 110 кВ «Узловая – Цинк», «Узловая – СЗК», «Узловая – Тайга» и «Узловая – Орел», которые практически не загружены в исходном режиме. Следовательно, пропадает необходимость сбрасывать нагрузку при аварийном отключении одной цепи ЛЭП. Также такое техническое решение позволяет избежать необходимости строить дополнительную цепь ЛЭП.

Рассмотрено несколько способов управления потоками мощности (с помощью батарей статических конденсаторов (БСК), статических тиристорных компенсаторов (СТК) или объединенного регулятора потоков мощности (ОРПМ)). Наиболее эффективным является корректировка напряжения

Краткие сообщения

Рис. 1. Упрощенная схема характерного участка сети, аналогичного одному из реальных участков

Результаты расчета режимов в программе «RastrWin»

Способ регулирования потоков ЛЭП 110 кВ «Металл – Сокол» Ток в линии, А Напряжение в начале ЛЭП Напряжение в конце ЛЭП U1, кВ δ1, эл. гр. U2, кВ δ2, эл.гр. Без регулирования 663 118,7 –3,07 117,4 –4,48 С помощью БСК на шинах 110 кВ (QБСК = 51,8 МВАр) 612 121,3 –3,01 120,5 –4,36 Повышение напряжения на шинах 110 кВ подстанции «Узловая» до 123 кВ с помощью СТК 594 122,9 –3,04 122,5 –4,35 Повышение напряжения на шинах 110 кВ подстанции «Узловая» до 120 кВ и увеличение угла δ на 2,29 эл. гр. с помощью ОРПМ 469 120,6 –1,23 119,7 –2,21 не только по величине, но и по фазе. Такое регулирование обеспечивает ОРПМ. При установке ОРПМ на подстанции «Узловая» появляется возможность существенно влиять на потокораспреде-ление в сети. В рассмотренном случае увеличение напряжения на шинах 110 кВ подстанции «Узловая» до 120 кВ и увеличение угла δ на 2,29 эл. гр. позволило существенно разгрузить линию 110 кВ «Металл – Сокол» (см. таблицу). ОРПМ состоит из двух преобразователей напряжения, первый создает напряжение с регулируемой амплитудой и фазой, которое прибавляется к напряжению сети в точке подключения преобразователя. Второй служит для генерации или потребления реактивной мощности (в зависимости от режима работы) [1, 2]. На подстанции «Узловая» преобразователи ОРПМ подключаются через промежуточные трансформаторы, один из которых целесообразно присоединить к шинам 10 кВ автотрансформатора АТ1, второй на стороне 110 кВ АТ1 (рис. 2),

Рис. 2. Схема подключения ОРПМ на подстанции «Узловая»

Егоров И.С.

Средства регулирования режимов электрических сетей на базе силовой электроники

на примере линии 110 кВ «Узловая – Тайга»

что позволяет обеспечить регулирование напряжения на системе шин 110 кВ.

Следует заметить, что ОРПМ, первоначально предназначенный для управления послеаварий-ными режимами сети, в нормальных режимах целесообразно использовать для создания условий снижения потерь мощности и для поддержания нормируемых уровней напряжения. На рис. 3 на примере линии «Узловая – Тайга» приведены зависимости потерь активной и реактивной мощности, а также продольной составляющей падения

напряжения от реактивной мощности, генерируемой устройствами «гибкого» регулирования.