Совершенствование управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Колобродов, Евгений Николаевич

• Колобродов, Евгений Николаевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Колобродов, Евгений Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ 1 ОГЛАВЛЕНИЕ 2 ВВЕДЕНИЕ

1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЛИНИИ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ

1.1. Принцип работы и режимы УУПК, регулируемого на основе встречно-параллельного включения тиристоров

1.2. Основные свойства УУПК

1.3. Традиционные алгоритмы управления, применяемые в 18 регуляторах УУПК

1.4. Влияние УУПК на устройства РЗА ЛЭП

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ОЦЕНКИ ЗНАЧЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛЭП С УУПК ДЛЯ 33 РЕГУЛЯТОРА УУПК ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПЕРЕХОДНЫМ РЕЖИМАМ

2.1. Управление УУПК в переходных режимах при наличии возможности измерения и использования в регуляторах угла между векторами напряжений по концам компенсированной линии

2.2. Оценка прогнозируемого значения активной мощности

2.3. Оценка погрешности определения прогнозируемого значения активной мощности

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА И АЛГОРИТМА 57 УПРАВЛЕНИЯ УУПК

3.1. Анализ эффективности традиционных алгоритмов управления УУПК

3.2 Способ управления степенью компенсации УУПК по отклонению

от прогнозируемого значения активной мощности

3.3. Исследование алгоритма управления УУПК по отклонению активной мощности от прогнозируемого значения

3.4. Структурная схема усовершенствованного регулятора УУПК

3.5. Проведение испытаний на моделях сетей, реализованных в программе моделирования PSCAD

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ПОСТРОЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, УСТАНАВЛИВАЕМОЙ НА ЛЭП С УУПК

4.1.Новый способ построения релейной защиты ЛЭП с УУПК на 108 примере дистанционного принципа

4.2. Анализ достигаемых показателей дистанционных защит на ЛЭП с УУПК при применении нового способа построения защит

4.3 Организация команды на отключение устройств дистанционных защит, установленных на ЛЭП с УУПК 124 4.4. Испытания нового способа построения защит на ЛЭП с УУПК

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Акты о внедрении результатов работы соискателя

Приложение 2. Оценка эффективности применения УУПК на ЛЭП

Приложение 3. Оценка эффективности установки УУПК в различных

точках ЛЭП

Приложение 4. Численная оценка влияния УУПК на длины зон,

защищаемых первыми и вторыми ступенями ДЗ компенсированной ЛЭП Приложение 5. Оценка стандартных моделей УУПК в программе PSCAD 155 Приложение 6. Оценка исходной модели сети

Приложение 7. Сравнительная оценка традиционного регулятора УУПК 181 и регулятора с усовершенствованной структурой в сети станция-ШБМ

Приложение 8. Сравнительная оценка традиционного регулятора У УПК

и регулятора с усовершенствованной структурой в двухмашинной

системе

Приложение 9. Оценка усовершенствованного способа построения ДЗ на 218 линии с УУПК в программе Р8САГ)

Приложение 10. Перечень используемых сокращений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации»

ВВЕДЕНИЕ

Стремление повысить пропускную способность линий электропередачи (ЛЭП) вызывает необходимость изменять их электрические параметры в процессе работы. Для этих целей в сетях высокого и сверхвысокого напряжения, в основном за рубежом, применяют управляемые устройства продольной компенсации (УУПК), позволяющие изменять электрические параметры ЛЭП в зависимости от режимов. В Российской Федерации это направление работы также приобретает все больший масштаб.

В связи с этим существенно изменяются условия работы релейной защиты и автоматики (РЗА), при которых устройства РЗА должны обеспечить управление и защиту элементов энергосистемы во всех режимах работы сети. При этом традиционные способы управления и защиты, основанные на моделях элементов электроэнергетических систем с постоянными электрическими параметрами во многих случаях неприменимы.

Все это приводит к необходимости пересмотра требований к устройствам РЗА в части новых способов управления и защиты УУПК и ЛЭП с УУПК.

В этих условиях совершенствование способов управления и защиты ЛЭП с продольной компенсацией играет важную роль в повышении эффективности использования УУПК и самих электроэнергетических систем и представляет собой значимую и актуальную научно-техническую задачу, решение которой и составляет содержание диссертационной работы.

Таким образом, целыо работы является совершенствование управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации на основе разработки и исследования предложенного автором комплекса научно обоснованных способов.

Усилиями ведущих в области релейной защиты и автоматики коллективов научных школ («НИУ «МЭИ», СпбГПУ, ЧТУ и др.), научно исследовательских организаций (ОАО «ВНИИР», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» (ВНИИЭ), ОАО «НТЦ ЕЭС» (НИИПТ), ОАО «Сибирский ЭНТЦ» и др.) и международных организаций (IEC, CIGRE, IEEE) решены многие научно- технические задачи, связанные с внедрением неуправляемой продольной компенсации.

С другой стороны, построение интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) привело к новому толчку во внедрении УУПК в России и в мире. При этом многие задачи, решенные ранее для нерегулируемой компенсации, в условиях применения УУПК и развития техники и технологий приобрели другую значимость. Это требует пересмотра решений в области управления и защиты для случаев использования управляемой продольной компенсации.

В частности, применение традиционных регуляторов УУПК, основанных на пропорционально-интегральном и дифференциальном алгоритмах, обеспечивает регулирование пропускной способности ЛЭП, гашение синхронных колебаний в переходных режимах и предотвращение возникновения подсинхронных колебаний. Однако указанные алгоритмы не

позволяют раскрыть все возможности указанных устройств, что выражено в неоптималыюм задании степени компенсации УУГЖ, особенно в переходном режиме.

Также необходимо отметить, что сближение значений электрических параметров ЛЭП с УУПК, характерных для коротких замыканий (КЗ), возникающих в различных точках, существенно затрудняет работу устройств РЗА компенсированной линии. В связи с этим селективно выявить повреждения для дистанционной защиты (ДЗ) на фоне близких по электрическим параметрам аварийных режимов с помощью традиционно используемых защит и способов их построения во многих случаях невозможно.

Хорошие перспективы в области совершенствования управления и защиты ЛЭП с УУПК открывает применение способов их управления, основанных на формировании упреждающих воздействий, и способов построения защит, основанных на выделении на ЛЭП с УУПК однородных по контролируемым электрическим параметрам участков с последующей защитой указанных участков отдельными устройствами. Кроме того, прогресс в области микроэлектроники дает широкие возможности для повышения точности измерений и углубленной обработки полученных сигналов.

Таким образом, способы управления и защиты ЛЭП с УУПК должны быть адекватны возможностям современной техники обработки сигналов и максимально полно их использовать для повышения эффективности применения УУПК и работы электроэнергетических систем. В диссертации решена актуальная научно-техническая задача совершенствования управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации, повышающих эффективность ее применения на основе разработки и исследования предложенного автором комплекса научно обоснованных способов. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:

■ обоснование направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной компенсацией;

■ разработка и исследование способов оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК применительно к переходным режимам;

■ разработка и исследование способа и алгоритма управления УУПК;

■ разработка и исследование способа построения релейной защиты, устанавливаемой на ЛЭП с УУПК.

Первая глава диссертации «Обоснование направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной компенсацией» посвящена оценке существующих устройств управления и защиты ЛЭП с УПК/УУПК и самих УУПК. Также показано направление их совершенствования за счет селективной ликвидации повреждений и повышения эффективности использования регулировочного диапазона самого УУГЖ. Проанализированы известные способы управления степенью компенсации УУПК и эффекты, возникающие при КЗ на ЛЭП с УУГЖ. Оценены предельные

значения электрических параметров ЛЭП с УУПК, характеризующих повреждения на компенсированных линиях. Рассмотрены расчетные условия выбора параметров срабатывания ДЗ, устанавливаемых на ЛЭП с УУПК. Сформулированы цели и задачи работы.

Во второй главе «Разработка и исследование способов оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК применительно к переходным режимам» рассмотрены аналитические решения задачи определения угла 5 между векторами напряжений по концам компенсированной линии. Предложен способ оценки величины активной мощности послеаварийного установившегося режима в переходном режиме (прогнозируемое значение активной мощности).

В третьей главе «Разработка и исследование способа и алгоритма управления УУПК» дано описание нового способа и алгоритма управления УУПК. На его основе предложена усовершенствованная структурная схема регулятора УУПК. Рассмотрены результаты сравнительного анализа регуляторов с традиционной и усовершенствованной структурными схемами, проведенных в программном комплексе моделирования Р8САЭ.

В четвертой главе «Разработка и исследование способа построения релейной защиты, устанавливаемой на ЛЭП с УУПК» рассмотрен вопрос реализации нового способа построения релейной защиты, устанавливаемой на линиях с УУПК. Описана суть предложенного способа и принципы выбора уставок, а также выполнены оценки селективности и быстродействия устройств ДЗ, размещенных в соответствии с предлагаемым способом построения защит на ЛЭП с УУПК.

Глава 1. Обоснование направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной

компенсацией

Постоянный рост нагрузки в сложно замкнутых сетях, имеющих связи как на высоком (ВН) 110-220 кВ, так и на сверхвысоком напряжении (СВН) 330-750 кВ, приводит к необходимости регулирования пропускной способности на указанных связях. Одним из решений данной проблемы является применение элементов ААС. При этом наибольшее распространение в мире в целом получили управляемые на основе встречно-параллельного включения тиристоров УУПК. В частности, уже построены и введены в эксплуатацию ЛЭП с УУПК в США, Бразилии, Швеции, Китае [1-4] и в других странах (таблица №1.1)

Таблица 1.1. Места установок УУПК

№ Страна Место установки Напряжение, кВ Решаемые задачи

1 США ПС Kayenta, Аризона 230 Повышение пропускной способности

2 США ПС C.J.Slatt, 500 Управление мощностью, передаваемой по линии

3 Швеция Stode 400 Гашение ББЛ

4 Бразилия ПС Imperatriz и Sarra de Mesa 500 Гашение межсистемных колебаний

5 Китай ПС Pinguo 500 Гашение низкочастотных колебаний и повышение устойчивости системы

6 Индия ПС Raipur 400 Гашение межсистемных колебаний, повышение пропускной способности

7 Китай Северо-Западная энергосистема Китая 220 Гашение низкочастотных колебаний и повышение устойчивости системы

Ведутся исследовательские работы по вопросу установки продольной компенсации и на ряде объектов ЕЭС РФ [5,6]. В частности, инвестиционной программой ОАО «ФСК ЕЭС» планируется установка подобных устройств на ряде объектов в Карелии, Сибири и на Дальнем Востоке.

При этом сами УУПК представляют собой сложные объекты, включающие в себя, как первичное оборудование, так и достаточно большой комплекс вторичных устройств, обеспечивающих изменение степени компенсации линии, на которую устанавливается рассматриваемое устройство, и защиту первичного оборудования от анормальных режимов работы.

Рассмотрим более детально вопросы, связанные со способами управления УУПК, местами его наиболее рациональной установки и проблемами, возникающими перед устройствами РЗА при их применении на линиях с продольной компенсацией.

1.1. Принцип работы и режимы УУПК, регулируемого на основе встречно-параллельного включения тиристоров

УУПК является управляемым сосредоточенным емкостным сопротивлением, включенным последовательно с ЛЭП. Применение рассматриваемого устройства позволяет проводить регулирование режима сети в широком диапазоне путем изменения электрических параметров комплекса ЛЭП-УУПК. Основной принцип, на котором базируется регулирование емкостного сопротивления непосредственно в УУПК, заключается в изменении напряжения основной гармоники, приложенного к конденсаторной батарее с фиксированной емкостью, что достигается путем регулирования угла открытия тиристоров а тиристорного блока управления УУПК.

Упрощенное понимание процессов в УУПК дает схема рис. 1.1.а, включающая в себя конденсаторную батарею (КБ), соединенную параллельно с управляемым реактором (управление реактором происходит путем изменения угла открытия тиристоров а) [1]. При этом необходимо учесть, что при рассмотрении простой ЬС цепи напряжения и токи в схеме синусоидальные с частотой 50 Гц, в то время, как применительно к случаю управления реактором, шунтирующим КБ, с помощью встречно-параллельно включенных тиристоров токи и напряжения имеют несинусоидальную форму.

а). б).

Рис. 1.1. Упрошенная модель УУПК (а) и зависимость сопротивления УУПК от индуктивного

сопротивления реактора

Эквивалентное сопротивление схемы определяется соотношением (1.1) и представлено на рис. 1.1.6

2Ж=-}-(1.1)

соС--

о)Ь

где С - емкость КБ УУПК; Ь - индукция реактора УУПК; со = - угловая частота.

Указанное эквивалентное сопротивление будет иметь емкостной характер,

если а)Ь>-^—. В этом случае индуктивное сопротивление реактора больше, чем

озС

величина емкостного сопротивления КБ УУПК [1]. С увеличением индуктивности происходит уменьшение эквивалентного емкостного сопротивления в пределе до уровня емкостного сопротивления КБ (см. рис. 1.1.6).

В случае, если coL <-í—, то эквивалентное сопротивление устройства имеет

íüC

индуктивный характер. Аналогично рассмотренному выше случаю эквивалентного емкостного сопротивления при увеличении coL (в пределе до

) наблюдается повышение эквивалентного индуктивного сопротивления

соС

устройства (см. рис. 1.1).

При этом для обоих режимов необходимо отметить, что токи в LC контуре УУПК больше тока линии, на которую устанавливается устройство (рис. 1.2). В предельном случае при переходе из емкостного режима в индуктивный наблюдается резонанс токов в LC контуре [7].

1вл

1вл

а).

Uc

б).

Рис. 1.2. Векторные диаграммы УУПК в емкостном (а) и индуктивном (б) режиме

Следовательно, имеются ограничения по управлению уровнем сопротивления в емкостном и индуктивном режимах, связанные с уровнями токов в УУПК.

Таким образом, анализ поведения УУПК с тиристорным управлением сводится к анализу поведения параллельно соединенной ЬС цепи. При этом можно выделить следующие режимы работы устройства:

1) тиристоры полностью открыты;

2) тиристоры закрыты;

3) тиристоры частично открыты (емкостной или индуктивный режим УУПК).

в). ч г).

Рис. 1.3. Токораспределение в разных режимах УУПК: а - шунтирование КБ УУГЖ тиристорами; б -блокировка работы тиристоров УУПК; в-тиристоры частично открыты (емкостной режим УУПК); г — тиристоры частично открыты (индуктивный режим УУПК)

Первый режим соответствует углу открытия тиристоров а=90° (рис. 1.3 а), т.е. в индуктивной схеме тиристоры открываются как только напряжение, прикладываемое к тиристорам, становится положительным. Соответственно токи, протекающие как через реактор, так и через КБ, синусоидальные с частотой 50 Гц, а УУПК ведет себя в данном режиме как параллельно соединенные конденсатор и реактор. В силу выбранных параметров КБ и реактора, зависящих от резонансной частоты ЬС контура, обычно составляющей 120-150 Гц [1], эквивалентное сопротивление относительно точек М и N будет индуктивное.

При этом рассматриваемый режим УУПК отличен от режима, при котором происходит замыкание шунтирующего выключателя в связи с неисправностью УУПК. Рассматриваемый режим используется для целей регулирования или обеспечения действия устройств РЗА при КЗ на линиях.

При закрытии тиристоров (второй режим) управляющие импульсы на тиристоры не поступают. Соответственно, ветвь с реактором заблокирована и весь ток идет через КБ (рис. 1.3 б). В этом режиме УУПК превращается в нерегулируемое устройство продольной компенсации (УПК), а эквивалентное сопротивление комплекса соответствует емкостному сопротивлению КБ УУПК.

В третьем режиме эквивалентное сопротивление УУПК на основной гармонике может быть как емкостное, так и индуктивное. Это достигается путем задания соответствующего угла открытия тиристоров а. При этом плавный переход из емкостного режима в индуктивный и наоборот не допускается, что вызвано возникновением резонансных явлений [1,7].

Эквивалентное сопротивление УУПК емкостное в том случае, если тиристоры открываются в момент, когда напряжение и ток на КБ имеют противоположную полярность (рис. 1.3.в). Таким образом, ток через реактор складывается по первому закону Кирхгофа в точке М (см. рис. 1.3.в), что приводит к тому, что через КБ течет увеличенный ток, а следовательно, напряжение, прикладываемое к КБ, тоже увеличивается. Сопротивление основной гармоники указанного устройства увеличивается в связи с тем, что увеличивается падение напряжения на УУПК при условии, что ток ЛЭП остался прежним. В связи с повышенными токами, протекающими в КБ, уровень регулирования емкостного сопротивления обычно ограничивают величиной до трех емкостных сопротивлений КБ, взятых на основной гармонике [1]. Указанной величине соответствует предельный угол открытия

тиристоров aMIN, т.е. в емкостном режиме угол а может меняться от амш до 180°. Выход за указанные пределы может привести к перегрузке составных частей УУПК и/или возникновению перенапряжений на КБ.

Эквивалентное сопротивление УУПК будет индуктивным в том случае, если направление тока циркуляции противоположно рассмотренному выше (рис. 1.3.г). В этом случае, в связи с опасностью возникновения в контуре резонансных токов, также применяют ограничение, аналогичное выше рассмотренному для случая емкостного сопротивления. Максимальная величина индуктивного сопротивления не должна превышать в 2-3 раза индуктивное сопротивление реактора. Указанной величине соответствует определенный угол открытия тиристоров , т.е. в индуктивном режиме угол а может меняться от 90° до аМАХ. Выход за указанные рамки может привести к перегрузке составных частей УУПК и/или возникновению перенапряжений на КБ [1].

С учетом выше означенных ограничений вольт-амперная характеристика (ВАХ) одного модуля УУПК представлена на рис. 1.4 а [8, 9], а зависимость сопротивления от уровня тока ЛЭП с УУПК на рис. 1.4.6 [1, 10]. Ток по оси X взят относительно номинального тока линии, напряжение определено относительно номинального напряжения U ном = ХС1Н0Л1, где Хс - это сопротивление КБ, а сопротивление на графике рис. 1.4. б определено также относительно Хс.

Очевидно, что в случае применения одномодульного УУПК реализовать непрерывное, плавное регулирование во всем диапазоне изменения сопротивления устройства затруднительно. Данную проблему решают применением многомодульных устройств [1]. На рис. 1.5 представлены упрощенная схема двухмодульного УУПК и зависимость сопротивления 2-х модульного УУПК от тока ЛЭП с УУПК. В режиме I оба модуля работают в емкостном режиме; в режиме II один модуль в емкостном, а один - в индуктивном режиме; в режиме III оба модуля работают в индуктивном режиме. С увеличением количества независимых модулей соответственно

уменьшается ступенчатость, однако при этом значительно усложняются алгоритмы управления УУПК.

Сг

Н4-

Ч>Ь

ОПН1/

а).

/

ОЛН2,

J

'Г

Y

Модуль №1 Модуль №2

Рис. 1.5. Упрощенная схема двухмодульного УУПК (а) и диапазон изменения сопротивления

двухмодульного УУПК (б)

Таким образом, устройства УУПК обеспечивают плавное (в пределах регулировочного диапазона) изменение параметров воздушной линии, на которую они устанавливаются. Это открывает широкие возможности в части регулирования нормальных и переходных режимов работы ЭЭС.

1.2. Основные свойства УУПК

Применение УУПК позволяет решать широкий спектр задач, возникающих в электроэнергетике [1, 2, 6]. На основании отечественного и зарубежного опыта к основным задачам подобных устройств относят:

1) повышение пропускной способности воздушных линий;

2) перераспределение потоков мощности в сети, позволяющее оптимизировать потери и предотвратить перегрузки отдельных элементов сети;

3) гашение синхронных колебаний в переходном режиме и предотвращение самораскачивания.

Помимо указанных выше основных задач УУПК также необходимо отметить ряд свойств, позволяющих предотвратить или существенно снизить негативное влияние неуправляемой продольной компенсации часто устанавливаемой совместно с УУПК [1, 11]:

1) предотвращение возникновения подсинхронных колебаний в электроэнергетической системе с УУПК;

2) снижение токов КЗ на втором и последующем циклах за счет шунтирования КБ УУПК реактором.

1.2.1. Перераспределение потоков мощности в сети

В связи с развитием ЭЭС, а именно шунтированием линий с более низкими классами напряжения линиями с более высокими уровнями напряжений, возникает проблема перегрузки первых в аварийных и послеаварийных режимах, приводящая к последующему отключению указанных линий и утяжелению аварийной ситуации. Таким образом, необходимо ограничить мощность, передаваемую по линии более низкого

класса напряжения, и одновременно повысить пропускную способность связи в целом. При этом под связью в данном случае понимается ряд линий различного класса напряжений, соединяющих шины подстанций (ПС), относящихся к разным частям ЭЭС, работающих параллельно.

В качестве одного из вариантов решения подобных проблем помимо вставок постойного тока (ВПТ) и фазо поворотных устройств (ФПУ) в ряде случаев может быть применено УУПЬС. Регулировочный диапазон УУПК позволяет регулировать предел пропускной способности линии с УУПК. При этом для предотвращения возникновения перегрузки на линиях ВН, зашунтированных линиями СВН (рис. 1.6), УУПК может устанавливаться как на линиях ВН, так и на линиях СВН [1].

При установке УУПК на линии СВН (линия ВЛ1 рис. 1.6) алгоритм управления, реализованный в регуляторе УУПК, должен выдавать управляющее воздействие (УВ), позволяющее зафиксировать мощность, передаваемую по параллельной линии ВН (линия ВЛ2 на рис. 1.6). Это обеспечивается путем оценки (косвенной или прямой) и последующего ограничения в рамках регулировочного диапазона, в соответствии с соотношением (1.2), угла 8 между векторами напряжений по концам контролируемого участка сети (рис. 1.7) [1]. При этом возникающее возмущение, выраженное в увеличении мощности послеаварийного режима, приводит к увеличению степени компенсации линии ВЛ1 и, следовательно, к увеличению пропускной способности линии ВЛ1 и связи в целом. Указанный эффект приводит к смещению равновесного состояния к углу 5 исходного доаварийного нормального режима. При этом уменьшение мощности, передаваемой по линии ВЛ2, приводит к увеличению на эту же величину мощности, передаваемой по линии ВЛ1, и необходимости дополнительной компенсации указанного влияния по принципу, аналогичному выше описанному. Регулирование происходит до момента, пока всю величину, на которую изменилась мощность послеаварийного режима, не возьмет на себя линия ВЛ1. В рассматриваемом случае с учетом ВАХ УУПК! устройство работает в емкостном режиме и при возмущении производит изменение степени компенсации в диапазоне от -до -(2-ЗХ/А'гуупк.

Рис. 1.6. Схема сети

(1.2)

где £/, и и2 - напряжения по концам линии с УУПК;

8 - угол между векторами напряжений на шинах ПС1 и ПС2;

Хг - суммарное индуктивное сопротивление связи.

Во втором случае фиксация мощности, передаваемой по линии ВЛ2, на которую и устанавливается УУПК, происходит путем применения в регуляторе УУПК алгоритмов управления, обеспечивающих в рамках регулировочного диапазона постоянный уровень передаваемой мощности на указанной линии [1]. Стабилизация передаваемой по линии ВН мощности при увеличении угла 5 между векторами напряжений по концам связи и возникновении возмущения происходит благодаря снижению пропускной способности линии ВЛ2 (рис. 1.8). При этом снижение мощности, передаваемой по линии ВЛ2, дополнительно увеличивает переток по линии ВЛ1, что приводит к дополнительному увеличению угла 8 и необходимости еще большего снижения предела пропускной способности линии ВЛ2. Регулирование происходит до момента, пока всю величину, на которую изменилась мощность послеаварийного режима, не возьмет на себя линия ВЛ1. В рассматриваемом случае с учетом ВАХ УУПК устройство работает преимущественно в индуктивном режиме.

РОД

Р'ВЛ1(б) при изменении степени компенсации УУПК

Град

Рис. 1.8. Угловая характеристика мощности при установке УУПК на ВН

Р'Г(б) при изменении степени компенсации УУПК

РВЛЦ6)

Рвлйотек)

Рис. 1.7. Угловая характеристика мощности при установке УУПК на СВН

РКбта)

РвЛКбтси)

РвЛ2(5та)

Рцэтск)

Рцонач) РВЛ1(5тек)

РвЛ1(6нач)

Рвпш

Р'ВЛ2(5) ри изменении степени компенсации УУПК

Ркб) при изменении степени компенсации УУПК

Таким образом, применение управляемой компенсации в установившихся режимах позволяет как ограничить мощность, передаваемую по ряду линий, так и повысить предел пропускной способности компенсированных линий и связи в целом. Это обеспечивает возможность регулирования транзита мощности в широком диапазоне для целей оперативного управления в части поддержания заданных в регуляторах УУПК параметров режима.

При этом наибольший эффект (максимальный диапазон регулирования) имеет вариант установки УУПК на линию СВН (приложение 2). Указанное решение позволяет обеспечить ограничение уровня мощности, передаваемой по линии более низкого класса напряжения, при возмущающих воздействиях,

приводящих к значительно большему изменению мощности, передаваемой по связи, с одновременным существенным увеличением пропускной способности всей связи в целом.

Одновременно с этим применение УУПК на ЛЭП СВН и ВН в нормальном установившемся режиме позволяет обеспечить перераспределение потоков активной мощности с целью минимизации потерь в сети. В частности, применительно к схеме см. рис. 1.6 условие оптимизации потерь задается соотношением (1.3) [2].

у у

ИЛУ _ НЧ2 (1

п п ' V ' /

лВЛ 1 ЛIIЧ 2

где, Хп,п и Я,т - индуктивное и активное сопротивления линии СВН ВЛ1;

Хв,п и Яп,п - индуктивное и активное сопротивления линии ВН ВЛ2, взятые с учетом сопротивлений автотрансформатора и приведенные к напряжению СВН.

1.2.2. Гашение синхронных колебаний

Помимо выше указанных задач УУПК (повышение пропускной способности и перераспределение потоков мощности в сети) устройство позволяет обеспечить гашение колебаний параметров режима в ЭЭС при синхронных колебаниях, возникающих в том числе и на межсистемных связях в связи с нерегулярными изменениями нагрузки [1] и [11-13]. При этом основным устройством, обеспечивающим гашение синхронных колебаний в большинстве режимов, были и остаются устройства автоматики регулирования возбуждения (АРВ). Применение УУПК как одного из дополнительных устройств, обеспечивающих гашение синхронных колебаний, позволяет усилить демпфирующие свойства системы.

Базовый принцип гашения колебаний с применением УУПК рассмотрим на примере сети, представленной на рис. 1.6 с применением метода площадей [14]. При возникновении возмущения в моменты, когда механический момент на валу ротора эквивалентного генератора больше электрического, алгоритм управления УУПК, заложенный в регулятор, увеличивает пропускную способность линии и, следовательно, обеспечивает передачу большей мощности (см. соотношение (1.2)). Аналогичный процесс происходит при торможении С1 (электрический момент на валу турбины больше механического), но в этом случае происходит снижение пропускной способности компенсированной линии и, соответственно, передаваемой мощности. Это обеспечивает дополнительный момент, действие которого направлено противоположно направлению ускорения или торможения соответствующих систем, что и обеспечивает наряду с работой АРВ сильного действия демпфирование колебаний ротора эквивалентного генератора. Т.е. как при ускорении, так и при торможении происходит уменьшение кинетической энергии, получаемой ротором эквивалентного генератора передающей части

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Колобродов, Евгений Николаевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

[1] Mohan Mathur, Rajiv К. Varma. «Thyristor-Based FACTS Controllers for Electrical Transmission System». NJ, Wiley-IEEE Press, 2002.

[2] Anderson P. M., Farmer R. G. «Series Compensation of Power System». California, PBLSFI! Inc, 1996.

[3] Naresh Acharya, Arthit Sode-Yome, Nadarajah Mithulananthan «Facts about flexible AC Transmission Systems (FACTS) Controllers: Practical Installations and Benefits» Australian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), Tasmania, Australia, September 25-28, 2005.

[4] В.И. Кочкин «Новые технологии повышения пропускной способности ЛЭП» // «Новости ЭлектроТехники» - Москва, 2007 г. №4.

[5] В.К. Фокин «Повышение выдачи мощности Саяно-Шушинской ГЭС с помощью емкостной компенсации на линии СШ гЭС-«Нововкузнецкая», «Кузбасская»» // «Энергия единой сети» - Москва, 2013 г., №2.

[6] В.К. Фокин, Л.К. Филатов «Электропередачи переменного тока и их применение в ЕНЭС России». // «Энергия единой сети» - Москва, 2013 г., №3.

[7] Ю.П. Рыжов «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения». Москва, Издательский дом МЭИ, 2007 г.

[8] IEEE Std 1534 ТМ - 2009 «IEEE Recommended practice for specifying thiristor-controlled series capacitor». NY, IEEE, 2009.

[9] International standard IEC 60143-4 «Series capacitors for power systems - Part 4: Thyristor controlled series capacitors». IEC, 2010.

[10] В.И. Кочкин, Ю.Г. Шакарян «Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах». Москва, Торус Пресс, 2011 г.

[11] Technical Brochures 411 - WG В5.10 CIGRE «Protection Control and Monitoring of Series Compensated Networks». CIGRE 2010.

[12] L Angquist, В Lundin, J. Samuelson «Power oscillation damping using controlled reactive power compensation - a comparison between series and shunt approaches». // IEEE Transactions on Power Systems - IEEE TRANS POWER SYST, 1993.

[13] М.Г. Портной, P.С. Рабинович «Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости». Москва, «Энергия», 1978 г.- 352 с.

[14] В.А. Веников «Переходные электромеханические процессы в электрических системах». Изд. «Высшая школа», Москва, 1985 г.

[15] Г.Н. Александров, В.П. Лунин «Управляемые реакторы». С-П. Третье издание Центра подготовки кадров энергетики 2005 г.

[16] ГОСТ 721-77 «Системы электроснабжения , сети, источники, преобразователи т пртемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В».

[17] Alberto D. Del Rosso, Claudio A. Cañizares , Victor M. Doña «A Study of TCSC Controller Design for Power System Stability Improvement». IEEE Transactions on Power Systems - IEEE TRANS POWER SYST, 2003.

[18] Nelson Martins, Herminio J.C.P. Pinto, John J. Paserba «Usinf a TCSC for line power scheduling and system oscillation damping - small signal and transient stability studies». Power Engineering Society Winter Meeting, IEEE, Conference Publications, 2000.

[19] Sarin Baby, V.P.Mini «Transient Stability Enhancement of Power System using a Thyristor Controlled Series Capacitor». Knowledge Base of College of Engineering, Trivandum, 2010.

[20] L.A.S. Pilotto, A.R. Carvalho, A. Bianco, W.F. Long, F.L. Alvarado, C.L. DeMarco, A Edris "The Impact of Different TCSC Control Methodologies on the Subsynchronous Resonance Problem". Proceeding of ERPI Conference on FACTS, Washington DC, 1996.

[21] Lennart Ängquist «Synchronous Voltage Reversal Control of Thyristor Controlled Series Capacitor». Doctoral Dissertation Royal Institute of Technology Department of Electrical Engineering. Stockholm, 2002.

[22] M.W. Mustafa, Nuraddeen Magaji «TCSC Control of Power System oscillation and Analysis using Eigenvalue Techniques». International Journal of Engineering & Technology IJET Vol: 9 No: 10

[23] K. R. Padiyar, K. Urna Rao «Discreet control of series compensation for stability improvement in power system». // Electrical Power & Energy Systems vol. 19 No. 5. Elsevier Science Ltd., GB, 1997.

[24] Lennart Ängquist*, Gunnar Ingeström, Hans-Áke Jönsson «DYNAMICAL PERFORMANCE OF TCSC SCHEMES». 14-302. 36th CIGRÉ Session, Paris - France, 1996

[25] Lennart Ängquist, Carlos Gama «Damping Algorithm based on Phasor Estimation». Power Engineering Society Winter Meeting, IEEE, Conference Publications, 2001.

[26] Carlos Gama, R. Leoni, J. B. Gribel, R. Fraga, M. J X. Eiras, J. Cavalcanti, R. Tenorio "Brazilian North- South Interconnection - Application of Thyristor Controlled Series Compensation (TCSC) to Damp Inter-Area Oscillation Mode" 14-201, 37th CIGRÉ Session, Paris - France, 1998.

[27] C. Gama, L. Ängquist, G. Instrom, M. Noroozian «Comissioning and operative experience of TCSC for damping power oscillationin the Brazililan North-South Interconnection »14-1041, 38th CIGRÉ Session, Paris - France, 2000.

[28] «NETWORK PROTECTION & AUTOMATION GUIDE, EDITION MAY 2011». Published by Alstom Grid, 2011.

[29] H. J. Altuve, J.B. Mooney, G. E. Alexander «Advances in series-compensated line protection». Conference Publications 62nd Annual Conference for Protective relay Engineers, 2009.

[30] B.M. BUCHHOLZ, V. HENN, R. KREBS, G. ARRUDA, R. DUTRA P. CAMPOS «Продольно компенсированные линии в большинстве энергосистем требуют особого подхода в испытаниях защит в режиме реального времени» // Сборник докладов второй международной научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем.», Москва. 2009 г.

[31] С.Б. Лосев, А.Б. Чернин «Расчет электромагнитных переходных процессов для релейной защиты на линиях большой протяженности». Москва, «Энергия», 1972 г.

[32] International standard IEC 60143-1 «Series capacitor for power systemsPart 1: General». Forth edition, 2004.

[33] International standard IEC 60143-2 «Series capacitor for power systemsPart 2: Protective equipment for series capacitor banks». First edition, IEC 1994.

[34] International standard IEC 60143-3 «Series capacitor for power systemsPart 3: Internal fuses». First edition, IEC 1998.

[35] Goldsworthy, Daniel, L. «А Linearised model for MOV-Protected Series Capacitors», IEEE Trans., v. PWRS-2, n.4, Nov. 1987.

[36] Lutz Kirschner, Gerhafd H. Thumm «Design and experience with thyristor controlled and thyristor protected series capacitors». // Conference Publications International conference Power System Technology, 2002.

[37] Lutz Kirschner, Jeff Bohn, Kadry Sadek «Thiristor protected series capacitor: Design aspects». // IEEE^ES T&D, Sao Paulo, Brazil, 2002.

[38] Лачугин В. Ф., Ахметов И. М. «Релейная защита фазоповоротных устройств различного исполнения» // Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. - 2012. - № 5.

[39] Ghassemi, F.; Johns, А.Т.; Goddarzi, J.: "A method for eliminating the effect of MOV operation on digital distance relays when used in series compensated lines", // Proceedings of 32nd Universities Power Engineering Conference - UPEC'97, Manchester, UK, 1997

[40] S. K. Salman, R. Gordon, N. Rajoo, V. Leittloff «Investigation of the effects of the insertion of series capacitors in high voltage transmition lines on the settings of distance protection». // Conference Publications Seventh international Conference Development in Power System Protection, 2001.

[41] Saha, M.M.; Kasztenny, В.; Rosolowski, E.; Izykowski, J.: "First zone algorithm for protection ofseries compensated lines", // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.16, No. 2, 2001

[42] Saha, M.M.; Izykowski, J.; Rosolowski, E.; Kasztenny, В.: "A new fault locating algorithm forseries compensated lines", // IEEE Transactions on Power Delivery, 1999, vol. 14, No. 3

[43] Руководящие указания. Выпуск 7. «Дистанционная защита линий 35-330 кВ». Москва, «Энергия», 1966 г .

[44] A.M. Федосеев, M.A. Федосеев «Релейная защита электроэнергетических систем». Москва, «Энергоатомиздат», 1992 г.

[45] Н.В. Чернобровов, В.А. Семенов «Релейная защита энергетических систем». Москва, «Энергоатомиздат», 1998 г.

[46] Г.И. Атабеков Г.И. «Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей». Москва, «Госэнергоиздат», 1957 г.

[47] Ю.Я. Лямец, Д.В. Кержаев, C.B. Иванов,А.Н. Подшивалин, Я. Закончек, Г.С. Нудельман «Обучение релейной защиты: закономерности и методология». // Сборник докладов первой международной научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем.», Чебоксары. 2007 г.

[48] Лачугин, В. Ф., Тамазов А. И. «Требования к системе измерений параметров режимов энергосистем» // Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. - 2012. - № 2.

[49] Сацук Е.И. Опыт применения автоматизированной информационной системы монито-ринга воздушных линий на Юге России// Известия вузов. Электромеханика (спец. вы-пуск). 2008.

[50] Жуков A.B., Демчук А.Т., Сацук Е.И. Легкоконец П.В., Кац П.Я., Лисицын A.A. Современные системы противоаварийной автоматики в ЕЭС России. // Сборник докладов XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем», Москва 29-31 мая 2012 г.

[51] A.B. Данилин, В.Л. Прихно, A.B. Жуков, А.Т. Демчук «Система мониторинга запасов устойчивости энергосистемы на основе данных СМПР» // Сборник докладов второй международной научно-практической конференции «Мониторинг параметров режимов электроэнергетической системы», С-П., 2008

[52] A.B. Жуков, А.Т. Демчук, В.И. Леонидов, В.А. Андреюк,Г.В. Кирьенко, Т.А. Гущина «Исследование эффективности управления режимами энергосистемы с воздействием на турбины энергоблоков электростанций по данным СМПР» // Сборник докладов второй международной научно-практической конференции «Мониторинг параметров режимов электроэнергетической системы», С-П., 2008.

[53] М. Кезунович, Зенг Се «Мониторинг динамических характеристик устойчивости на базе синхронизированных векторных измерений» // Сборник докладов второй международной научно-практической конференции «Мониторинг параметров режимов электроэнергетической системы», С-П., 2008.

[54] IEEE РС37.118.1/D4.2 - 2011. «Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems». IEEE, NY, 2011.

[55] «Организация связи между устройствами дифференциальной защиты RED670 и передача дискретных сигналов между устройствами 670 серии в сетях передачи данных». 1MRK 505 197 - UEN ред D.

[56] «Цифровая автоматика ликвидации асинхронных режимов AJIAP-Ц. Модификации АЛАР-Ц-02, АЛАР-Ц-03, АЛАР-Ц-04. Руководство по эксплуатации». ТИЯК.648229.001.РЭ. С-П., 2008 г.

[57] «АЛАР-М». Устройство автоматики ликвидации асинхронного режима. Рекомендации по применению». КДРН.402252.002 РП. Версия 04.02. Москва, 2008 г.

[58] В. Г. Наровлянский «Современные методы и средства предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы». Москва, «Энергоатомиздат», 2004 г.

[59] «Line distance protection REL 670. Technical reference manual». 1MRK506312 - UEN. ABB, 2011.

[60] Donald Reimert «Protective relaying for power génération systems».Taylor&Francis Group, NY, 2006.

[61] «SIPROTEC. Многофункциональное Устройство Защиты Электрических Машин 7UM62. Руководство по эксплуатации». Версия 4.6. С53000-Gl 156-С149-2.

[62] П.С. Жданов «Вопросы устойчивости электрических систем». Москва, «Энергия», 1979 г.

[63] Эрих Камке «Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям». Москва, «Наука», 1971 г.

[64] Guo Jianbo, Chen Gesong, Lin Jiming, Li Baiqing, and Wang Weizhou «Chengxian 220kV Thyristor Controlled Sériés Compensation: Parameters Design, Control &Overvoltage Protection». // IEEE/PES Transmission and Distribution Conférence & Exhibition: Asia and Pacific Dalian, China, 2005.

[65] И. Овчаренко «Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем». Москва, «Издательство НЦ ЭНАС», 2000 г.

[66] О. П. Алексеев, В.Е. Казанский, В. Л. Козис, Н.И. Овчаренко, Л.И. Сиротинский «Автоматика электроэнергетических систем». Москва, «Энергоиздат», 1981 г.

[67] B.H. Саввина «Паровая турбина К-500-240 ХТГЗ». Москва, «Энергоатом издат», 1984 г.

[68] «Методические указания по устойчивости энергосистем». Москва, «Издательство НЦ ЭНАС», 2004 г.

[69] А.А. Самарский, А.В. Гулин «Численные методы». Москва, «Наука», 1989 г.

[70] Г.М. Павлов, Г.В. Меркурьев «Автоматика энергосистем». С-П., Издание центра подготовки кадров РАО «ЕЭС России», 2001 г.

[71] В.А. Бесекирский, Е. П. Попов «Теория систем автоматического управления». Москва, «Наука», 1975 г.

[72] А.А. Воронов «Основы теории автоматического регулирования и управления». Москва, «Высшая школа», 1977 г.

[73] Е.П. Попов «Теория линейных систем автоматического регулирования и управления». Москва, «Наука», 1989 г.

[74] В.А. Веников, Э.Н. Зуев, И.В. Литкенс, И.М. Маркович, Н.А. Мельников, Л.А. Солдаткина, В.А. Строев «Математические задачи электроэнергетики». Издание второе, переработанное. Москва, «Высшая школа», 1981 г.

[75] И.З. Глускин, Б.И. Иофьев «Противоаварийная автоматика в энергосистемах. Том. I». Москва, «Знак», 2009 г.

[76] Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин, Ш.Ю Исмаилов «Основы метрологии и электрические измерения». Ленинград, «Энергоатом издат» Ленинградское отделение, 1987 г.

[77] Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов «Метрология, стандартизация и технические средства измерения». Москва, «Высшая школа», 2001 г.

[78] PSCAD. Power Systems Computer Aided Design. User's guidea». Winnipeg, Manitoba - HVDC research center, 2005.

[79] В. H. Ивакин «Исследование характеристик управляемой продольной компенсации как устройства для регулирования потоков мощности гибких линий электропередачи переменного тока». // «Электротехника» - Москва, 2003 г. №6.

[80] . G. Jalali, R. Н. Lasseter, I. Dobson «Dinamic Response of Thyristor-Controlled Switch Capacitor», IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 9,No. 3, July 1994.

[81] P. Kundur «Power system stability and control». McGrow-Hill, Inc,

1994

[82] Jan Machowsky, Janusz W. Bialek, James R. Bumby «Power system dynamics stability and control». UK, John Willey & Sons, Ltd., 2008.

[83] Иванов И. И, Арсентьев А. П., Григорьев С. А. «Рекомендации по применению и выбору уставок защиты линии устройства REL670». Методическое пособие. АББЧ.650031.005, 2008 г.

[84] «Line distance protection REL 670. Aplication manual». 1MRK506278-UEN. ABB, 2007.