СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1994 года по МПК H02J3/06 H02J3/12 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для автоматического управления режимом электропередачи, определяемым ее нагрузкой и напряжением на высоковольтной линии (ВЛ).

Известно устройство регулирования напряжения на ВЛ в функции ее нагрузки, в котором вторичная обмотка регулирующего трансформатора (РТ) соединена с обмоткой возбуждения (ОВ) линейного трансформатора (ЛТ) через управляемый источник реактивной мощности (ИРМ) [1]. Устройство производит регулирование продольной составляющей напряжения и продольной емкости, вводимых в ВЛ. Схема устройства включает два трансформатора, ИРМ, реактор и другие элементы. Большое число составляющих усложняет схему и снижает надежность ее работы.

Известно также устройство регулирования напряжения сети, в котором, с целью упрощения обмотка возбуждения ЛТ питается от напряжения сети и включена последовательно с ИРМ [2] . Изменение продольной и поперечной составляющих напряжения, вводимого в ВЛ посредством ЛТ, осуществляется регулированием проводимости ИРМ, состоящего из конденсатора и управляемого реактора (УР). При регулировании в токе УР возникают гармоники, что требует специальных устройств для их подавления. Это является недостатком указанного устройства.

Известно устройство регулирования напряжения ВЛ, в котором ОВ линейного трансформатора включена на напряжение ВЛ последовательно с конденсатором. Дополнительное напряжение, вводимое в ВЛ посредством ЛТ, определяется величиной емкости конденсатора и параметрами ЛТ. Регулирование напряжения ЛТ не производится, что является недостатком устройства. Кроме того, затруднительно использование системы на ВЛ сверхвысокого напряжения из-за прямого включения конденсаторов на напряжение ВЛ.

Цель изобретения - повышение эффективности управления режимом ВЛ по напряжению и реактивной мощности.

Это достигается регулированием ЭДС последовательных (линейных) трансформаторов, включаемых в рассечку ВЛ на ее отправном и приемном концах. Обмотка возбуждения ЛТ включается на напряжение ВЛ и соединяется последовательно с шунтирующим реактором. Изменение МДС намагничивания ЛТ производится переключением ответвлений обмотки возбуждения. ЭДС линейной обмотки, пропорциональная МДС намагничивания, изменяет напряжение ВЛ. Закон регулирования напряжения ВЛ определяется теми задачами, которые ставятся перед системой управления режимом электропередачи.

Как известно, реактивная мощность, генерируемая (потребляемая) ВЛ, определяется ее нагрузкой и выражается формулой
Q_вл= - Psinλ ,
(1) где Р_н - натуральная мощность ВЛ; λ - волновая длина ВЛ. В случае малой нагрузки (S < P_н) ВЛ генерирует избыточную мощность, которая должна поглощаться ШР. Осуществляется компенсация примерно 60-80% зарядной мощности ВЛ Q_вл.з = -Р_нx xsin λ. По мере изменения нагрузки ВЛ ШР отключаются (включаются) с помощью высоковольтных выключателей (ВВ). При этом колебания напряжения не должны превышать 2-3% и определяются по формуле Δ U = =Q_p/S_к, где S_к - мощность к.з. в точке подключения реактора; Q_p - мощность одного реактора в группе.

Опыт эксплуатации энергосистем показал невысокую эффективность использования ШР из-за ограничений по числу допустимых коммутаций ВВ, посредством которых ШР подключаются к ВЛ. В результате ШР не отключаются при больших нагрузках ВЛ, что повышает потери активной мощности и снижает пропускную способность электропередачи. Кроме того, коммутация ШР вызывает колебания напряжения, которые превышают допустимый уровень. Поэтому приходится уменьшать единичную мощность ШР, что экономически нецелесообразно.

Применение управляемых шунтирующих реакторов (УШР) повышает эффективность регулирования ВЛ. Однако тиристорное управление мощностью УШР вызывает генерацию высших гармоник, подавление которых требует дополнительной дорогостоящей аппаратуры фильтрации. Кроме того, УШР до сих пор находятся в стадии разработки, серийный выпуск их не освоен отечественной промышленностью.

Генерация реактивной мощности ВЛ определяется ее нагрузкой s и величиной натуральной мощности ВЛ Р_н (Уравнение (1)). Натуральная мощность Р_н пропорциональна квадрату напряжения ВЛ U²_вл и определяется выражением Р_н = U²_вл/Z_в, где Z_в - волновое сопротивление ВЛ. Генерируемая емкостная мощность ВЛ Q_вл = -Р_н x xsin λ может эффективно регулироваться путем изменения напряжения U_вл. Для осуществления глубокого изменения напряжения ВЛ по технологии предлагаемого способа используются ЛТ, включаемые в рассечку ВЛ. В режиме регулирования напряжения ВЛ U_вл возбуждение ЛТ будет обеспечиваться током ШР. Реактивный ток ШР, проходя по обмотке ЛТ, возбуждает в его стали магнитный поток, который генерирует ЭДС в линейной обмотке ЛТ. При постоянстве тока ШР величина этой ЭДС может изменяться путем изменения коэффициента трансформации ЛТ (переключение ответвлений обмотки возбуждения).

Для ЛТ принято различать проходную и собственную мощности. Под проходной мощностью подразумевается мощность цепи, в рассечку которой включен ЛТ. Относительное значение собственной мощности равно относительному значению ЭДС ЛТ. Регулирование ЛТ может осуществляться по тем же схемам, что и регулирование трансформаторов с РПН. Реактивное сопротивление ЛТ, отнесенное к напряжению линии, невелико и обычно составляет величину порядка 2%. Потери мощности в них не превышают 0,5% от проходной мощности. Приведенные данные относятся к ЛТ с величиной ЭДС (добавочного напряжения) порядка 15%.

Обмотка возбуждения ЛТ обычно питается от специального регулировочного трансформатора (РТ) с РПН. В предлагаемом техническом решении нет необходимости в РТ, так как питание обмотки возбуждения ЛТ производится от ВЛ или шин передающей (приемной) энергосистемы. При этом ток возбуждения (ток ШР) определяется в основном сопротивлением ШР и напряжением в точке питания. Приведенное сопротивление ЛТ по обмотке возбуждения невелико и составляет порядка 3-5%.

Мощность ЛТ S_лт = Δ Е ^. I_вл определяется величиной диапазона изменения ЭДС Δ Е и током ВЛ I_вл.

Ток ШР I_шр образует МДС намагничивания F и соответствующую ей магнитную индукцию В в стали ЛТ. В линейной обмотке ЛТ индуктируется ЭДС Δ Е = 4,44 ^. f ^. B ^. H x x W₁, где f - частота тока I_шр; П-активное сечение магнитопровода, определяемое по расчетной мощности ЛТ S_лт; W₁ - число витков линейной обмотки, величина которой определяется значением магнитной индукции В. При постоянстве напряжения в точке подключения цепи обмотка возбуждения ЛТ-ШР магнитная индукция В зависит только от числа витков обмотки возбуждения W₂, так как МДС намагничивания равна F = I_шрx xW₂, а ток I_шр может быть принят постоянным.

На чертеже приведена схема реализации способа управления режимом электропередачи.

Схема содержит шины 1 передающей энергосистемы, высоковольтную линию 2, шины 3 приемной энергосистемы, линейные трансформаторы 4, линейные обмотки ЛТ 5, обмотки возбуждения ЛТ 6, шунтирующие реакторы 7, устройства 8 переключения под нагрузкой ответвлений обмотки 6 возбуждения, датчик 9 напряжения ВЛ, датчик 10 активной мощности ВЛ, задатчик 11 параметров ВЛ, блок 12 управления режимом ВЛ, канал 13 телеуправления.

Система работает следующим образом.

Шины 1 передающей и шины 3 приемной энергосистемы соединены ВЛ 2, в рассечку которой на передающем и приемном концах включены обмотки 5. Обмотки возбуждения ЛТ 6 получают питание от ВЛ или шин передающей (приемной) энергосистемы. Последовательно с обмотками 6 включаются шунтирующие реакторы 7. ЛТ имеют устройства 8 переключения ответвлений обмоток 6. Режим ВЛ по напряжению и нагрузке фиксируется соответственно датчиками 8 и 9. Расчетные параметры ВЛ и параметры режима энергосистемы определяются в задатчике 11. Блок 12 управления режимом ВЛ вырабатывает управляющие воздействия на изменение положения устройств 8 в зависимости от величины напряжения ВЛ, ее нагрузки и параметров ВЛ и энергосистемы. Управляющие воздействия на устройства 8 переключения ответвлений под нагрузкой ЛТ приемного конца ВЛ передаются по каналам 13 телеуправления.

Ток ШР I_шр, проходя по обмотке возбуждения, создает МДС намагничивания в стали ЛТ, что вызывает возникновение магнитной индукции В и ЭДС в линейной обмотке Е_вл. Знак ЭДС Е_вл отрицательный, напряжение ВЛ снижается. Это относится к передающему узлу ВЛ. В приемном узле ЭДС ЛТ имеет противоположный знак, так как напряжение ВЛ должно быть повышено до величины напряжения шин приемной энергосистемы. Регулирование ЭДС ЛТ передающего и приемного узлов ВЛ производится путем переключения ответвлений (устройство типа РПН) обмоток возбуждения.

Как показали исследования, для снижения активных потерь и ограничения стока емкостной мощности в энергосистемы напряжение на ВЛ должно изменяться пропорционально корню из активной мощности. При этом напряжение в начале ВЛ должно изменяться по выражению
U_вл.опт= ,
(2) где ϕ_н - угол сдвига фаз; а_к, а_х - коэффициенты потерь активной мощности короткого замыкания и холостого хода соответственно; Р_вл - активная мощность в начале ВЛ. Расчеты показывают, что оптимальное напряжение, вычисленное по (2), достигает максимально допустимого уровня при нагрузке S = (0,3-0,4) ^. P_н.

Можно показать, что при заданном значении стока емкостной мощности в энергосистеме Q_c напряжение в начале ВЛ должно изменяться по зависимости
U_вл=
(3)
В зависимости от поставленных задач управления режимом ВЛ могут изменяться и законы регулирования напряжения ВЛ.

Блок 12 управления в соответствии с принятыми законами регулирования напряжения (по формулам (2), (3) или другим зависимостям) вырабатывает управляющие воздействия на устройства 8 переключения ответвлений. Управление ЛТ приемного конца ВЛ осуществляется посредством канала 11 телеуправления.

Для реализации предлагаемого технического решения линейные трансформаторы должны быть оборудованы устройством автоматического переключения ответвлений. Отечественные заводы выпускают автоматические регуляторы напряжения для трансформаторов типа БАУРПН и АРТ-1Н. Устройство типа АРТ-1Н осуществляет автоматическое управление электроприводами переключателя ответвлений трансформатора. Устройство имеет тракт регулирования напряжения, блок управления и контроля, генератор тактовых импульсов и устройство введения внешнего изменения уставки по напряжению. При простом законе регулирования напряжения, например пропорциональном с учетом одного или двух параметров, схема управления может строиться на базе штатного устройства РПН. Если требуется более сложная обработка информации (по формулам (2), (3) и т.п.) с учетом ряда системных параметров, то выработка управляющего воздействия должна возлагаться на счетно-решающее устройство (аналоговое или цифровое), которыми снабжаются в настоящее время крупные подстанции 500-750 кВ.

Таким образом, согласно предлагаемой технологии глубокое изменение напряжения ВЛ по заданному закону производится линейными трансформаторами с автоматически регулируемым возбуждением. В качестве возбуждения используется ток нагрузки шунтирующего реактора. Регулирование возбуждения осуществляется автоматическим изменением числа витков, обтекаемых указанных током. Предлагаемый принцип управления значительно упрощает установку глубокого регулирования напряжения ВЛ, повышает эффективность регулирования и экономичность работы электропередачи.

Использование: в энергетике, для автоматического управления режимом электропередачи. Сущность: в линии электропередачи, по концам которой в рассечку включены линейные трансформаторы (ЛТ), в обмотку возбуждения которых включены шунтирующие реакторы, регулируют напряжение на линии регулированием возбуждения ЛТ. Устанавливают напряжение в зависимости от перетока мощности соответствующим заданному стоку реактивной мощности в энергосистемы. 1 ил.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, включающий высоковольтную линию с включенными в ее рассечку линейными трансформаторами в отправном и приемном узлах, обмотки возбуждения которых соединены с линией через реактивные сопротивления, согласно которому изменяют напряжение высоковольтной линии путем регулирования возбуждения линейных трансформаторов, отличающийся тем, что дополнительно измеряют величину перетока мощности по линии P_вл и определяют величину напряжения на линии U_л, соответствующую заданному значению стока реактивной мощности в соединяемые ею энергосистемы Q_с, по выражению
U_л = Q_c + ,
где Z_в - волновое сопротивление линии;
λ - волновая длина линии,
измеряют величину текущего напряжения линии U_лт, сравнивают его с U_л и при U_лт < U_л увеличивают, а при U_лт > U_л снижают напряжение на линии до значения U_л путем соответствующего изменения числа витков обмоток возбуждения линейных трансформаторов, а в качестве реактивных сопротивлений используют шунтирующие реакторы.