Повышение пропускной способности ЛЭП. Часть третья - FACTS

14 октября 2011 в 14:00

Системы передачи переменного тока FACTS - повышение качества работы электрических сетей.

Существующий во многих электрических сетях на протяжении многих лет дефицит инвестиций вынуждает больше внимания уделять интенсификации использования имеющихся линий передачи, повышению качества передаваемой электроэнергии. В результате резко возрос интерес как к новым, так и к традиционным техническим решениям, к числу которых относятся гибкие системы передачи переменного тока (FACTS — Flexible AC Transmission Systems) такие, как SVC, SVC Light®, TCSC и др.

В качестве примера подобного рода задач можно было бы назвать повышение пропускной способности любой линии электропередачи.

Привлекательным решением представляется установка в коридоре существующей линии передачи электроэнергии дополнительных конденсаторов, включенных в схему последовательной компенсации. Последовательно включенный конденсатор снижает реактивное сопротивление линии электропередачи (ЛЭП) с промышленной частотой (50 Гц), одновременно отдавая в сеть реактивную мощность. Такая схема обладает следующими достоинствами:

1. повышение фазовой устойчивости: для обеспечения передачи электроэнергии требуется постоянно иметь определенную разность фаз напряжения на каждом из концов ЛЭП. Этот сдвиг фазы увеличивается с ростом передаваемой мощности, последовательно же включенный конденсатор поддерживает его в безопасных пределах. Иными словами, наличие конденсатора гарантирует, что сдвиг фазы не превысит уровня, за которым возможна опасная потеря фазовой устойчивости;
2. повышение стабильности напряжения ЛЭП;
3. оптимальное распределение мощности между обеими параллельными цепями: в отсутствие последовательных конденсаторов первой входить в режим насыщения будет ЛЭП с меньшей пропускной способностью, не позволяя дальше повышать подаваемую в систему мощность, несмотря на то, что вторая цепь могла бы ее принять. При наличии последовательных конденсаторов мощность перераспределяется между цепями, что повышает эффективность использования системы.

Последовательно включенные конденсаторы полностью интегрированы в энергосистему и используют ее механизмы управления, защиты и контроля. При этом они полностью изолированы от земли.

Технология SVC Light — фирменное наименование статического синхронного компенсатора компании АББ, выполненного на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

Базирующаяся на применении конверторов напряжения (voltage source converter — VSC), эта технология обеспечивает также необходимые средства поддержания требуемого напряжения в головных сетях. Платформа VSC сконфигурирована как линия передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) со встречно-параллельной схемой, отличающейся тем, что приоритет в ней отдается поддержанию напряжения с помощью сдвоенных систем SVC Light.

В этом плане особенно важен тот факт, что создание возможности передачи активной мощности с использованием вставок HVDC Light либо на определенных участках, либо включенных по встречно-параллельной схеме обеспечивает одновременно двунаправленную передачу активной составляющей мощности и динамической реактивной составляющей мощности. Тем самым не только поддерживается стабильность режима передачи электроэнергии, но и открываются большие возможности для поддержания напряжения за счет резервных мощностей.

Техническое решение для кольцевых схем и ЛЭП на границе энергосистем, основанное на использовании конверторов напряжения.

Как показало исследование потокораспределения нагрузки, снять впредь на многие годы имеющиеся проблемы могла бы установка непосредственно на подстанциях конвертора напряжения реактивной мощности. Применение конверторов напряжения идеально подходит для систем малой мощности, так как возможности в виде альтернативного решения за счет реактивной мощности шунтирующих конденсаторов, быстро сокращаются с понижением напряжения. Дальнейшее развитие такого подхода за счет использования двух VSC-установок, включенных по встречно-параллельной схеме, позволяет не только получить требуемую реактивную мощность.

Схема со встречно-параллельным включением (BtB) могла бы дать возможность постоянной подпитки ЛЭП и мгновенной перекачки активной составляющей мощности как с одной, так и с другой стороны (при кольцевой схеме ЛЭП).

Для соединений со встречно-параллельной схемой на основе конверторов напряжения возможность управления одновременно активной и реактивной составляющими мощности в динамическом режиме не имеет прецедента. Такая возможность обеспечивается применением именно преобразователей напряжения.

Поскольку коммутация конвертора напряжения осуществляется внутренними схемами этого устройства, его работа не зависит от системы переменного тока, к которой оно подключено. Максимальная гибкость достигается при использовании в схемах управления IGBT-мостами широтно-импульсной модуляции. Кроме того, это открывает неограниченные возможности для управления напряжением как при прямой, так и при обратной последовательности чередования фаз. Благодаря этому обеспечивается надежное функционирование встречно-параллельной соединительной вставки между энергетическими системами переменного тока даже при возникновении между ними разбаланса. К тому же такой вставкой можно воспользоваться для подачи напряжения и поддержания автономной нагрузки. Возможна также подача напряжения в соединительную вставку с обеих сторон ЛЭП без каких-либо переключений, сопряженных с перерывами в подаче электроэнергии потребителям.