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.

Известен способ регулирования напряжения высоковольтной линии (ВЛ) с использованием линейного трансформатора (ЛТ), обмотка возбуждения которого подключается к питающей сети через преобразователь, состоящий из выпрямителя и инвертора [1]. Устройство по способу [1] позволяет осуществлять продольное и поперечное регулирование напряжения на ВЛ. Наличие звена постоянного тока, как основного элемента установки способа [1], усложняет систему регулирования напряжения ВЛ и делает ее мало пригодной для практического использования в электропередачах большой мощности.

Известно устройство для регулирования напряжения [2], которое содержит регулировочный автотрансформатор (РАТ), питающий обмотку возбуждения последовательного трансформатора (ПТ). В цепь между РАТ и ПТ дополнительно включен нелинейный реактор для стабилизации напряжения в переходных режимах. Управление реактором обеспечивается цепью подмагничивания магнитопровода постоянным током. Дополнительный реактор повышает быстродействие изменения напряжения на ВЛ, но это удается выполнить ценою значительного усложнения установки.

Цель изобретения - упрощение технологии регулирования возбуждения ЛТ, включаемых в рассечку ВЛ в отправном и приемном узлах.

Для этого осуществляют управление режимом электропередачи, включающей ВЛ с ЛТ в узлах ее примыкания к энергосистемам, путем глубокого регулирования напряжения линии в функции ее нагрузки по активной и реактивной мощности. Указанное регулирование производят изменением напряжения на зажимах обмоток возбуждения последовательных ЛТ, питаемых от регулировочных обмоток автотрансформаторов связи. При этом используется регулировочный диапазон РПН трансформаторов связи, что значительно упрощает реализацию способа.

Реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) ВЛ, зависит от ее загрузки S и определяется выражением
Q_вл= - Psinλ ,
(1) где Р_н - натуральная мощность, ВЛ; λ - волновая длина ВЛ. При S < Р_н ВЛ генерирует избыточную емкостную мощность, которая расходуется в энергосистемах. Для ограничения перенапряжений, вызываемых избыточной генерацией реактивной мощности, на ВЛ устанавливаются шунтирующие реакторы (ШР), коммутируемые с помощью высоковольтных выключателей (ВВ). Если нагрузка ВЛ превышает натуральную мощность S > P_н, то недостающая реактивная мощность поступает из энергосистем или специально устанавливаемых источников реактивной мощности (ИРМ), размещаемых в концевых узлах ВЛ.

Опыт эксплуатации энергосистем показал небольшую эффективность использования ШР из-за ограничений по числу коммутаций ВВ, имеющих высокую аварийность. В результате ШР не отключаются при значительных загрузках ВЛ, что приводит к увеличению потерь и снижению пропускной способности электропередачи. ИРМ пока не нашли широкого применения на ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения. Поэтому загрузка ВЛ, превышающая величину натуральной мощности, сопровождается снижением напряжений в узлах электропередачи и, как результат, недоиспользование ее пропускной способности.

При использовании ВЛ повышенной натуральной мощности (ПНМ) требуется установка дополнительных ШР по сравнению с ВЛ традиционного исполнения (ТИ). Экономически целесообразная степень повышения натуральной мощности ВЛ определяется в основном стоимостью компенсирующих устройств, предназначенных для поглощения избыточной емкостной мощности, значительно большей, чем у ВЛ ТИ.

Из уравнения для натуральной мощности ВЛ
Р_н = 3U_ф²/Z_в, (2) где U_ф - фазовое напряжение ВЛ; Z_в - волновое сопротивление ВЛ, следует, что P_н может регулироваться путем изменения напряжения на ВЛ U_ф. С изменением нагрузки ВЛ S можно так регулировать напряжение U_ф, чтобы величина и знак реактивной мощности, определяемые выражением (1), соответствовали заданным значениям. В режиме максимума нагрузки энергосистемы полезна генерация ВЛ избыточной емкостной мощности. Возможны режимы, при которых будет целесообразно поглощение ВЛ избыточной емкостной мощности, генерируемой элементами энергосистемы. Таким образом, управляемая ВЛ ПНМ может стать своеобразным источником реактивной мощности для нужд энергосистем.

Снижение напряжения на ВЛ для ограничения генерации емкостной мощности приводит к снижению предела статической устойчивости электропередачи. Коэффициент запаса по активной мощности электропередачи К_р, определяемый выражением
К_р = (Р_пр - Δ Р - Р_п)/P_п, (3) где Р_пр - предел статической устойчивости электропередачи; Δ Р - амплитуда нерегулярных колебаний перетока; Р_п - величина перетока мощности, не должен быть ниже нормативного при всех значениях изменяемого напряжения на ВЛ.

Увеличение напряжения на ВЛ, осуществляемое в целях повышения пропускной способности электропередачи и в ряде случаев, для увеличения генерации емкостной мощности в режиме максимальной нагрузки энергосистемы, имеет ограничение по условиям нормальной работы изоляции ВЛ. В зависимости от класса напряжения ВЛ допускается длительное повышение напряжения на 5-10% сверх номинального. Проведенные исследования показали, что, например, для ВЛ-500 кВ допустимо длительное повышение напряжения до 550 кВ. При этом повышается натуральная мощность и пропускная способность электропередачи примерно на 20%.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы с РПН традиционного исполнения имеют недостаточный регулировочный диапазон для осуществления глубокого изменения напряжения на ВЛ.

Для регулирования напряжения на отдельных ВЛ в настоящее время широко используются ЛТ, работающие совместно с трансформаторами, диапазоны регулирования которых недостаточны. Обмотка возбуждения ЛТ получает питание от РТ, имеющего систему РПН. Мощность ЛТ определяется величиной максимальной ЭДС его вторичной обмотки, включаемой последовательно в ВЛ. Реактивное сопротивление ЛТ, отнесенное к напряжению ВЛ, невелико и обычно составляет величину порядка 2%. Потери мощности в них, как правило, не превышают 0,5% от проходной мощности. Поэтому во многих расчетах не учитываются ни потери напряжения, ни потери мощности в ЛТ. Серийно выпускаются ЛТ на напряжение до 35 кВ с проходной мощностью до 100 МВ А и диапазоном регулирования ±15%. Последовательные трансформаторы (ПТ), предназначаемые для цели регулирования напряжения на выводах автотрансформатора, изготовляются на проходные мощности до 250МВ А для класса напряжения оборудования до 750 кВ. Однако ПТ включаются в нейтраль автотрансформатора. При этом изоляция ПТ должна быть рассчитана на сравнительно умеренное напряжение.

Современный уровень трансформаторостроения позволяет осуществить изготовление ЛТ на более высокие напряжения (220-500 кВ) и большие значения проходной мощности. Это необходимо для реализации глубокого изменения напряжения на межсистемных связях, обладающих большими зарядными мощностями, когда к регулировочному диапазону РПН автотрансформатора добавляется регулировочный диапазон ЛТ.

Согласно предлагаемому техническому решению ЛТ включаются в начале и конце ВЛ. Питание обмотки возбуждения ЛТ осуществляется от шин передающей (приемной) энергосистемы через устройство РПН автотрансформаторов связи.

На чертеже приведена схема включения ЛТ в рассечку ВЛ на отправном ее конце.

Аналогичная схема имеет место на приемном конце ВЛ.

Схема состоит из автотрансформатора 1 связи, ЛТ 2 с его вторичной 3 и возбуждающей 4 обмотками, переключателя 5 ответвлений автотрансформатора, дополнительных двухпозиционных переключателей 6-9, шин 10 отправного конца ВЛ, ВЛ 11, шины 12 приемного конца ВЛ, переключающего устройства 13 РПН, регулятора 14 напряжения ВЛ, датчика 15 напряжения ВЛ, датчика 16 величины перетока мощности ВЛ, канала 17 телеуправления.

Схема работает следующим образом.

В пределах регулированного диапазона РПН автотрансформатора напряжение на ВЛ изменяется путем перевода переключателя 5 ответвлений из одного положения в другое. При этом дополнительный переключатель 7 находится во включенном положении, остальные переключатели 6, 8 и 9 отключены и обмотка возбуждения 4 разомкнута. Если предположить, что регулировочный диапазон РПН на увеличение напряжения ВЛ исчерпан и переключатель 5 находится в крайнем верхнем положении, но требуется дальнейшее повышение напряжения на ВЛ, производятся включение переключателей 6 и 8 и отключение переключателя 7. Переключатель 5 перемещается в противоположном направлении и обмотка 4 начинает получать питание от регулировочной обмотки автотрансформатора. При этом возникает добавочная ЭДС во вторичной обмотке 3 линейного трансформатора 2. В крайнем нижнем положении переключателя 5 исчерпывается регулировочный диапазон ЛТ на повышение напряжения ВЛ.

Для получения ЭДС противоположного знака в случае глубокого снижения напряжения ВЛ 11, когда переключатель 5 находится в крайнем нижнем положении, включают переключатели 9 и 8 (переключатели 6 и 7 должны быть отключены). При передвижении переключателя 5 в направлении от крайнего нижнего положения возбуждающая обмотка 4 будет получать питание противоположной полярности, что вызывает образование отрицательной ЭДС во вторичной обмотке 3. Регулировочный диапазон на дополнительное снижение напряжения ВЛ будет полностью исчерпан в крайнем верхнем положении переключателя 5.

Следует заметить, что отключение дополнительных переключателей 6-9 происходит без разрыва токовой цепи, так как их шунтирует переключатель 5 в крайних положениях.

В приемном узле задачей ЛТ является повышение напряжения ВЛ до уровня напряжения шин 12. Поэтому при повышении напряжения на ВЛ ЛТ должен работать на снижение напряжения, что достигается противоположным включением обмотки 4 возбуждения. Технология работы переключателей аналогична технологии отправного узла ВЛ.

Питание обмотки возбуждения ЛТ от регулировочной обмотки автотрансформатора исключает из схемы регулировочный трансформатор, что упрощает систему регулирования напряжения ВЛ, удешевляет ее и делает более надежной в эксплуатации. Кроме того, возможно резервирование питания обмотки возбуждения ЛТ от другого автотрансформатора, оборудованного дополнительными переключателями в системе РПН. При неисправности ЛТ ВЛ включается непосредственно на выводы автотрансформатора или шины передающего (приемного) конца ВЛ через шунтирующую перемычку. Устройство переключения ответвлений автотрансформатора, дополнительные переключатели и ЛТ должны быть рассчитаны по изоляции на уровень напряжения ВЛ. Изоляция между выводами ЛТ определяется величиной его максимальной ЭДС, вводимой в канал ВЛ. Исходя из того, что диапазон изменения напряжения РПН не превышает 15% номинального напряжения трансформатора, напряжение между выводами обмотки возбуждения ЛТ для ВЛ класса 220-750 кВ не будет выше соответственно 25-90 кВ.

Регулирование напряжения ВЛ с использованием ЛТ может осуществляться для повышения пропускной способности электропередач, оптимизации потерь активной мощности ВЛ, маневрирования реактивными мощностями, генерируемыми ВЛ, для нужд энергосистем, ограничения перенапряжений при малых загрузках ВЛ.

Повышение пропускной способности ограничивается максимально допустимыми напряжениями на ВЛ (превышение номинальных значений на 5-10%).

Оптимальное напряжение в начале ВЛ, отвечающее минимальным активным потерям, равно U_но = U_но= K , где К_вл - коэффициент, зависящий от параметров ВЛ, Р_нач - активная мощность в начале ВЛ.

Генерация дополнительной емкостной мощности ВЛ может оказаться весьма полезной и в максимальном режиме энергосистемы. Можно показать, что в этом случае оптимальное напряжение в начале ВЛ будет определяться выражением U_но = U_вл= где Q - емкостная мощность, генерируемая ВЛ; Р_нач - активная мощность в начале ВЛ.

Регулятор 14 напряжения ВЛ осуществляет изменение напряжения в зависимости от принятого закона регулирования, удовлетворяющего ряду требований. Фактическое напряжение на ВЛ контролируется датчиком 15, а величина перетока мощности - датчиком 16. По параметрам текущего режима ВЛ, заданным условиям и закону управления регулятор 14 формирует управляющее воздействие на изменение положения переключателя ответвлений РПН, действие дополнительных переключателей для реализации принятого закона регулирования напряжения ВЛ. Для согласованного действия РПН передающего и приемного узлов ВЛ в схеме предусмотрен канал 17 телеуправления, осуществляющий передачу управляющих воздействий на систему РПН противоположного конца ВЛ.

Использование: в электроэнергетике, для автоматического управления режимом высоковольтной линии /ВЛ/, подключенной к энергосистемам посредством автотрансформаторов связи регулированием напряжения под нагрузкой /РПН/ и линейных трансформаторов /ЛТ/, включенных в рассечку линий. Сущность: для глубокого изменения напряжения ВЛ, производимого в функции параметров ее нагрузки, используют регулировочный диапазон РПН автотрансформаторов для регулирования возбуждения ЛТ. В этом случае линия подключается к одному из крайних ответвлений /максимальному или минимальному/ регулировочных обмоток автотрансформаторов. Изменение возбуждения ЛТ производится переключением ответвлений регулировочной обмотки РПН трансформаторов. Регулировочный диапазон РПН используется дважды: в процессе изменения коэффициента трансформации автотрансформатора и в процессе регулирования возбуждения ЛТ. Это позволяет осуществить глубокое регулирование напряжения ВЛ, что необходимо при значительном изменении ее нагрузки. 1 ил.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, содержащей высоковольтную линию с включенными в ее рассечку последовательными трансформаторами в отправном и приемном узлах с обмотками возбуждения, включенными на регулированную обмотку автотрансформатора, согласно которому изменяют напряжение линии путем регулирования возбуждения последовательных трансформаторов, отличающийся тем, что определяют зависимость напряжения линии в функции ее активной мощности и в соответствии с заданным режимом электропередачи по потерям и стоку реактивной мощности в передающую и приемную энергосистемы, изменяют напряжение линии в функции измеренного значения ее мощности соответствующим переключением ответвлений регулировочных обмоток автотрансформаторов, при полной реализации регулировочного диапазона указанной обмотки на повышение или соответственно минимальное ответвление этой обмотки, затем подключают обмотку возбуждения последовательного трансформатора к регулировочной обмотке автотрансформатора, осуществляют дальнейшее повышение или понижение напряжения на линии по указанной зависимости путем переключения ответвлений регулировочной обмотки указанных автотрансформаторов при соблюдении ограничений по предельно допустимым для изоляции электрооборудования значением напряжения на линии, при этом в качестве автотрансформаторов с регулировочными обмотками использованы автотрансформаторы связи с энергосистемами с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой.