Объединенный регулятор перетока мощности

Большинство устройств гибкого управления режимами электрических сетей строится на основе применения силовой электроники по схемам преобразователей напряжения. Рассмотрим принцип работы одного универсального устройства FACTS, позволяющего наиболее эффективно влиять на потокораспределение в замкнутых электрических сетях, и названного объединенным регулятор перетока мощности (ОРПМ). Регулятор включает два комплекта преобразователей напряжения, его принципиальная схема приведена на рис.2. Как видно из рисунка, преобразователи напряжения на стороне постоянного тока включаются параллельно, на стороне же переменного тока один из преобразователей (ПН1) через трансформатор Т1 подключается на отправном конце линии к шинам подстанции, выходное напряжение другого преобразователя (ПН2) через вольтодобавочный трансформатор Т2 включается последовательно в линию. Вектор напряжения DU на выходе этого трансформатора, амплитуда и фаза r которого может быть изменена с помощью систем управления ПН1 и ПН2 в широких диапазонах, обеспечивает управление режимом работы ЛЭП. Векторная диаграмма схемы приведена на рис.3.

Рассмотрим физическую сторону работы ОРПМ и оценим степень эффективности его работы в установившихся режимах в зависимости от установленной мощности его оборудования. Для наглядности результатов представим ЛЭП в простейшем виде без учета ее активного сопротивления и емкостной составляющей. Пусть напряжения на шинах примыкающих подстанций равны U₁=U₂=1, реактивное сопротивление х=1. Как известно, передаваемые мощности определяются углом d между векторами U₁ и U₂. При DU =0 активная и реактивная мощности будут равны

; .

Рис. 2. Объединенный регулятор перетока мощности

Рис. 3. Векторная диаграмма ОРПН

Оценить влияние введения ОРПМ на потокораспределение в системе можно с помощью программ расчета режимов, которые допускают учет комплексных коэффициентов трансформации. С этой целью на линии со стороны отправных шин вводят фиктивный трансформатор и дополнительный узел. Комплексный коэффициентом трансформации его устанавливается в соответствии с заданными значениями вектора DU. При качественном анализе реактивное сопротивление трансформатора Т2 можно не учитывать.

Результаты расчетов применительно к вектору напряжения DU амплитудой 0,5, фаза которого относительно вектора U₁₀ варьировалась от 0 до 360⁰, показаны на рис.4, где приведены значения Pлэп, значения активной мощности ОРПМ Рорпм, реактивной мощности преобразователя ПН2 Qп₂, полной мощности преобразователя П2 Sп_2, суммарной мощности преобразователей ОРПМ Sсум, а также значение напряжения на отправном конце линии электропередачи U₁. Как видно из рисунка, введение регулирования в зависимости от фазы вектора DU может приводить как к повышению, так и к снижению предела пропускной способности ЛЭП. Максимальное значение предела пропускной способности при принятой амплитуде вектора DU составляет 1,5, оно соответствует значению r =0⁰.

Рис.4. Зависимости Pлэп, Рорпм, Qп₂, Sп_2, Sсум, U₁ от r

Одним из благоприятных свойств ОРПМ является его способность к поддержанию постоянства перетока мощности по линии в условиях колебаний относительного фазового угла между напряжениями на шинах примыкающих энергосистем, то есть работа в качестве фазоповоротного устройства. Представляет интерес оценить диапазон углов фазоповорота, в котором ОРПМ сохраняет эту способность.

Для указанной оценки необходимо найти связь между следующими параметрами режима: DU, r и a (см. рис. 3). Как следует из векторной диаграммы на рис.10,б, в предположении U₁₀=1 эта связь описывается следующими двумя равенствами:

;

.

Эти равенства позволяют определить комплексный коэффициент трансформации для учета ОРПМ при анализе режимов. Модуль его равен U₁ , а аргумент равен a. Ниже приведена таблица значений a и К при DU=0,1

r, эл.град	-180	-90	-60	-30
a, эл.град	-0,0	-5,71	-4,72	-2,63	0,0	1,35	3,78	5,38	5,71
К, о.е.	0,9	1,0	1,05	1,09	1,1	1,1	1,07	1,03	1,0

4.4. Проблемы планирования и управления режимом ЕЭС России

Актуальными остаются подходы к декомпозиции задачи управления по территориальному и иерархическому принципам, трёхуровневая иерархическая система оперативно-диспетчерского управления различными частями энергосистемы, распределённая по всей территории ЕЭС.

Управление режимом энергосистемы должно осуществляться с максимальным использованием автоматических технических средств: управления частотой и активной мощностью, оценки тяжести и надёжности текущих режимов, управления напряжением в основной сети с целью обеспечения нормативных запасов устойчивости и минимизации потерь электроэнергии, управления коммутационными аппаратами, находящимися в непосредственном управлении персонала данного уровня диспетчерского управления.

Должна быть выработана политика поддержания нормальных уровней напряжения в электрической сети, а также политика в области выравнивания графиков нагрузки.

Для эффективного управления в различных схемно-режимных ситуациях должно быть обеспечено наличие надёжных каналов связи и обмена различной информацией между объектами и центрами управления.

Эффективные системы регулирования возбуждения генераторов и релейной защиты в сочетании с высокоразвитой противоаварийной автоматикой будут и в дальнейшем играть важнейшую роль в обеспечении надежности электроснабжения потребителей и живучести энергосистемы.

Созданная в ЕЭС России система децентрализованной и централизованной противоаварийной автоматики показала свою высокую эффективность, предоставила возможность более полного использования пропускной способности электрической сети и неоднократно способствовала предотвращению, локализации и ликвидации аварийных ситуаций. Предполагаемое ужесточение требований системной надежности (переход к выполнению критерия «n–1» без противоаварийного управления) прежде всего за счет соответствующего развития электрической сети не должно предполагать отказа или прекращения совершенствования структуры, программных и аппаратных частей устройств противоаварийного управления.

Таким образом, система противоаварийной автоматики должна быть безусловно сохранена и развита на основе совершенствования технических средств и алгоритмов. Должна быть сохранена и основная структура системы противоаварийной автоматики в виде глубокоэшелонированной защиты, на каждом следующем рубеже которой осуществляется резервирование (компенсация) недостаточно эффективного действия на предыдущих рубежах.

Система противоаварийного управления, предназначенная для обеспечения устойчивой работы ОЭС при возмущениях, должна иметь информацию обо всей энергосистеме как для расчёта послеаварийного потокораспределения, так и для выявления слабых в смысле устойчивости частей, которые могут быть значительно удалены от места возмущения.

Координирующая система противоаварийного управления (КСПАА) для обеспечения устойчивости ЕЭС должна включать в себя следующие уровни:

- уровень ЦДУ;

- уровень ОДУ;

- уровень РДУ

- подстанционный уровень;

- уровень электростанции;

- агрегатный уровень.

Эшелонированность системы противоаварийного управления состоит в использовании резервных устройств противоаварийной автоматики, таких как устройства предотвращения асинхронного хода (АЛАР), поддержания частоты (АЧР), автоматика поддержания напряжения на шинах подстанции. Создание иерархической эшелонированной системы противоаварийного управления позволит обеспечить надежность работы и живучесть функционирования энергосистем.

Совершенствование системы противоаварийного управления должно быть направлено на повышение уровня надежности при снижении объема управляющих воздействий. Для достижения этой цели должна быть использована всё более глубокая координация воздействий всех элементов иерархической системы противоаварийного управления, в том числе за счет широкого внедрения централизованных систем автоматического управления (ЦПА), увеличения роли таких, пока мало используемых управляющих воздействий, как форсировка электрической мощности энергоблоков ТЭС и ТЭЦ, принудительное управление мощностью устройств FACTS и ППТ, а также управление (без отключения) мощностью определенных видов нагрузки. По мере внедрения в ЕЭС ВПТ, ППТ и устройств FACTS им будет отводиться всё более важная роль в системе противоаварийного управления). Противоаварийная автоматика должна охватывать все уровни ЕЭС.