Применение фазоповоротных трансформаторов для оптимизации режимов работы электроэнергетических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Акимов Дмитрий Андреевич

• Акимов Дмитрий Андреевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Акимов Дмитрий Андреевич

Введение

1 Способы регулирования потоков мощности в электрических сетях переменного тока

1.1 Устройства поперечного включения

1.1.1 Синхронный компенсатор

1.1.2 Шунтирующий реактор

1.1.3 Статические тиристорные компенсаторы

1.1.4 СТАТКОМ

1.2 Устройства продольного включения

1.2.1 Устройство продольной компенсации

1.2.2 Статический синхронный продольный компенсатор

1.3 Комбинированные устройства

1.3.1 Объединенный регулятор потоков мощности

1.3.2 Межлинейный регулятор потоков мощности

1.3.3 Передача постоянного тока

1.3.4 Фазоповоротные трансформаторы

1.3.4.1 Принцип действия и основные конструкции ФПТ

1.3.4.2 История и опыт применения ФПТ

2 Алгоритм выбора оптимального места установки и угла фазоповоротного трансформатора

2.1 Расчет установившихся режимов электрических цепей

2.2 Методика выбора оптимальных положений и углов фазоповоротных трансформаторов

2.2.1 Существующие методы и их недостатки

2.2.2 Блок-схема разработанного алгоритма

2.2.3 Выделение свойств матрицы угловой чувствительности

2.2.4 Обоснование необходимости кластеризации матрицы угловой чувствительности

2.2.5 Применение следствия билинейной теоремы для эффективного нахождения оптимального места установки и настройки ФПТ

2

2.3 Учет сопротивления фазоповоротного трансформатора

2.4 Учет вещественной части коэффициента трансформации

2.5 Выбор настроек нескольких фазоповоротных трансформаторов, расположенных в одном кластере

3 Выбор оптимальных мест установки и настроек фазоповоротных трансформаторов в реальных энергосистемах

3.1 Выбор настроек фазоповоротного трансформатора на примере проекта ФПТ на ПС 750 кВ Новобрянская

3.2 Выбор мест установки и настроек фазоповоротных трансформаторов в ЕЭС России

3.3 Выбор настроек фазоповоротного трансформатора с помощью метода многокритериальной оптимизации на ПС 500 кВ Ульке

Заключение

Список литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение фазоповоротных трансформаторов для оптимизации режимов работы электроэнергетических систем»

Актуальность работы

Проводимая в последние десятилетия в ряде ведущих в области электроэнергетики стран интенсивная работа по реструктуризации и изменению принципов управления этой отраслью. Переход к рыночным отношениям в сочетании с изменением состава генерирующих источников (распределенная генерация, ветроэнергетика и др.), а также наличие законодательных и социальных ограничений по строительству новых линий электропередачи привели к значительным трудностям в развитии электрических сетей, связанных, прежде всего, с сокращением инвестиций в их создание и развитие.

Кроме того, в большинстве стран, включая Россию, также имеет место недостаток регулируемых средств компенсации реактивной мощности в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Ограничения пропускной способности линий электропередачи (ЛЭП) при авариях ограничивают мобилизацию аварийного резерва на электростанциях, даже если он есть. Таким образом, стремление к уменьшению затрат на производство и транспорт электроэнергии приводит к снижению надежности работы энергосистем, уменьшению аварийного резерва, а в некоторых странах - к возрастанию вероятности системных аварий.

Уменьшение аварийного резерва можно компенсировать организацией электрических связей большой пропускной способности, которые обеспечивают взаимное резервирование энергосистем в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Примерами подобного взаиморезервирования могут стать электросетевое объединение стран Европейского содружества, создаваемые Балтийское и Средиземноморские кольца, а также обсуждаемое объединение энергосистем Европы и России. Развитие линий электропередачи большой мощности - один из важных факторов обеспечения надежного энергоснабжения потребителей. Задача обеспечения надежного энергоснабжения может быть решена путем

строительства новых или повышением пропускной способности существующих линий. При этом усиление существующих линий электропередачи при их достаточном количестве в ряде случаев может оказаться более экономичным, чем сооружение новых. При подобном усилении предъявляются более жесткие требования к новым устройствам и системам по обеспечению повышенных пределов передаваемых модностей, демпфирования колебаний мощности, поддержания напряжения в сети, быстродействия для предотвращения лавины напряжения, а также в части перераспределения потоков мощности в электрических сетях ([1]).

Необходимо также отметить, что применение новых технологий регулирования режимов работы электроэнергетических систем для решения поставленных задач в промышленно развитых странах вызвано рядом обстоятельств:

• трудностями с отводом земли под трассы линий электропередачи и увеличением стоимости сооружения новых линий из-за ужесточения экологических требований, необходимостью вести строительство в уже освоенных и заселенных регионах со сложившейся инфраструктурой и коммуникациями;

• необходимостью увеличения пропускной способности системообразующих связей;

• ростом потерь в системах и некоторым снижением эффективности использования мощных линий электропередачи, обусловленных тем, что в сложной электрической сети с параллельной работой линий разных номинальных напряжений часто оказывается, что линии более низкого напряжения часто перегружаются, а более высокого - недогружаются.

Указанные проблемы регулярно возникают по мере развития электроэнергетических систем, повышения класса напряжения линий электропередачи, увеличения протяженности линий электропередачи, возрастания нагрузок и плотности этих нагрузок. Они решались путем применения более совершенных систем регулирования возбуждения

синхронных машин, создания и применения устройств регулирования реактивной мощности, таких как синхронные компенсаторы, управляемые шунтирующие реакторы, трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой, фазоповоротные трансформаторы и статические тиристорные компенсаторы (СТК), а в последнее время - сложные силовые устройства, выполненные на основе преобразователей напряжения.

В 1986 г. в журнале американского института ERPI (Electric Power Research Institute) появилась программная публикация с концепцией развития гибких систем переменного тока - Flexible AC Transmission System (FACTS) ([2]). Сущность этой концепции сводилась к применению силовой электроники в устройствах в сети переменного тока с целью повышения их управляемости. При этом указывалось, что такого рода устройства могут обеспечить стабилизацию напряжения, демпфирование низкочастотных колебаний, повышение статической и динамической устойчивости, оптимизацию потокораспределения, а в итоге - повышение пропускной способности сети и снижение потерь. При этом термин FACTS был распространен как на уже существующие устройства, основанные на применении тиристоров (СТК), а также на фазоповоротные устройства, различные трансформаторные схемы и на новейшие, основанные на применении полностью управляемых приборов силовой электроники.

Следует отметить, что в последнее десятилетие ведущие зарубежные компании достигли большого прогресса в части внедрения устройств FACTS в энергосистемы ([2]).

Данная работа посвящена фазоповоротным трансформаторам (ФПТ),

их применению и принципам действия в электрических сетях, выборе

оптимальных мест их установки и настроек. Электрические сети ЕЭС России

характеризуются значительной протяженностью - они охватывают 8 часовых

поясов. Необходимость электроснабжения столь значительной территории

обусловило широкое применение дальних электропередач высокого и

сверхвысокого напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. В электрических сетях

большинства сетей ОЭС России используется шкала 110-220-500-1150 кВ, в

6

ОЭС Северо-Запада и Юга также эксплуатируются линии класса напряжения 330 кВ. Потери электроэнергии в сетях России составляют 13,5%, а в некоторых сетевых организациях они достигают 20%. Это существенно превышает показатели западно-европейских стран, где такие потери не превышают 7% ([3]). В некоторых электросетевых организациях они достигают 20%. В ряде исследований ([4], [5]), показано, что потери электроэнергии при передаче в сетях возможно путем организации оптимального или близкого к нему потокораспределения. Потоки мощности распределяются по линиям электропередач в зависимости от величин их полных сопротивлений (естественное потокораспределение), в то время как минимуму потерь соответствует режим, в котором потоки мощности распределены согласно величинам их активных сопротивлений (равнозатратное, экономическое потокораспределение). По данным [6] показатели естественного и равнозатратного потокораспределений характерного участка трехслойной сети 110-220-500 кВ следующие:

• относительные величины транспортных потоков при естественном потокораспределении: 110 кВ - 37%, 220 кВ - 38%, 500 кВ - 25%;

• относительные величины транспортных потоков при равнозатратном потокораспределении: 110 кВ - 2%, 220 кВ - 16%, 500 кВ - 82%;

• коэффициент уменьшения транспортных потерь при равнозатратном потокораспределении транспортных потоков 1,65.

Аналогичный уровень ожидаемого снижения потерь приводится и в [4], в которой указывается, что организация оптимального потокораспределения позволит уменьшить потери в электрических сетях в 1,5 раза. Таким образом, перераспределяя потоки активной мощности в энергосистеме, можно существенно улучшить режимы работы энергосистемы.

Одним из путей оптимизации потокораспределения может быть использование фазоповоротных трансформаторов (принцип их действия, а также другие возможные технические решения подробно рассмотрены в первой главе). По сравнению с другими устройствами, позволяющими

осуществлять управление потоками активной мощности, такими как ППТ или ОРПМ, ФПТ недороги и просты в эксплуатации. Несмотря на большой потенциал их использования и удачный мировой опыт в осуществлении задач оптимизации потокораспределения, в настоящее время в сетях ЕЭС России ФПТ применяются мало ([7]), ([5]). Вместе с тем ряд исследований ([8], [9], [4], [10]), проведенных к настоящему времени, свидетельствуют о своевременности и актуальности применения фазоповоротных технологий в сетях ЕЭС России. Существуют отечественные разработки ФПТ, не уступающие, а по некоторым показателям превышающие лучшие зарубежные образцы. К таковым относится ФПТ с тиристорным коммутатором, разработанный НИИ им. Г.М. Кржижановского ([11]). За счет своего быстродействия он является хорошим средством для гибкой подстройки параметров ФПТ под различные режимные требования.

В настоящее время место установки ФПТ обычно выбирается эмпирически исходя из локальных требований (снятие токовой перегрузки элементов энергосистемы или снижение трансграничных потоков мощности). Очевидно, что такой подход не является оптимальным. Строгое математическое обоснование места установки ФПТ позволит существенно увеличить потенциал данного устройства, как средства повышения степени управления энергосистемой, маршрутизации потоков мощности и снижения потерь. Обзор существующих научных публикаций, посвященных разработке методов выбора мест установки и настроек ФПТ, проведен в главе 2. Указаны недостатки данных методов.

Таким образом, выбор оптимального месторасположения ФПТ является актуальной и до конца не решенной на настоящий момент задачей.

В настоящее время выбор оптимального угла сдвига фазы работы ФПТ

осуществляется несколько упрощенно - обычно он выбирается сезонно по

соображениям обеспечения допустимой загрузки элементов сети ([9]). В

частности, таким образом реализуется управление ФПТ, установленного в

настоящее время на ЛАЭС. При таком подходе потенциал ФПТ для гибкого

управления реализуется не в полной мере, например, не используется

8

возможность снижения потерь. Таким образом, выбор оптимального расположения и угла сдвига фазы ФПТ является актуальной в настоящее время задачей.

Цель работы

Целями работы являются разработка алгоритма выбора оптимального места установки ФПТ, разработка алгоритма выбора оптимального угла сдвига фазы, верификация данных алгоритмов в тестовых и реальных схемах.

Методы исследования

Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электрических цепей, теория систем линейных уравнений, методы математического моделирования, методы многокритериальной оптимизации, программно-вычислительные комплексы (ПВК) «Rastr», Matlab.

Научная новизна

Проведено сравнение методов, основанных на линеаризованной и полной моделях для выбора оптимального места установки ФПТ. Предложен алгоритм выбора оптимального места установки ФПТ. Предложен способ оптимизации выбора угла сдвига ФПТ на основе выражения зависимости потерь активной мощности участка сети от углов сдвига ФПТ, рассчитанных на основе следствия билинейной теоремы. Показана возможность выбора угла регулирования ФПТ для случая многокритериальной оптимизации.

Практическая ценность

Показано, что математически обоснованная установка в электрические сети ФПТ, позволяющих перераспределять потоки мощности, является способом снижения потерь активной мощности в электрических сетях. Предлагаемые методы позволяют существенно повысить точность выбора оптимального места установки и настройки ФПТ, что позволяет улучшить эффективность работы энергосетей и снизить потери мощности. Данные подходы могут быть использованы в практике диспетчерского управления и научно-исследовательских организациях при решении задач улучшения характеристик режимов и развития электрических сетей и энергосистем.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технической секции НТЦ ЕЭС. Материалы работы доложены на V Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи - 2014» (Томск). По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, три из них в изданиях, входящих в список рекомендуемых в перечне ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

В первой главе дано краткое описание способов регулирования потоков мощности в электрических сетях переменного тока, такие, как устройства поперечной компенсации, устройства продольной компенсации (УПК), фазоповоротные трансформаторы (ФПТ), вставки и линии постоянного тока (ВПТ, ППТ) и объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ). Рассмотрены история и опыт применения ФПТ в России и за рубежом.

Во второй главе описаны существующие алгоритмы выбора оптимального расположения фазоповоротных трансформаторов, предложен метод, основанный на анализе матрице угловой чувствительности. Обоснована необходимость кластеризации данной матрицы. Также предложен и рассмотрен алгоритм выбора оптимальных настроек фазоповоротного трансформатора в зависимости от внешних условий сети, основанный на следствии билинейной теоремы, без учета и с учетом зависимости изменения индуктивного сопротивления ФПТ от его угла регулирования. Получены удобные выражения зависимостей параметров электрической схемы (напряжение, ток, потери активной мощности) от вещественной и мнимой частей коэффициентов трансформации, а также от мнимых частей коэффициентов трансформации расположенных в одном кластере фазоповоротных трансформаторов.

В третьей главе показано применение разработанного алгоритма в

реальных энергосистемах. Для ликвидации токовой перегрузки

10

АТ 500/220 кВ ПС 750 кВ Новобрянская после анализа матрицы угловой чувствительности ветвей схемы было предложено применение фазоповоротного трансформатора на ПС 750 кВ Новобрянская. Были определены его настройки, при которых значение потерь активной мощности в ОЭС Центра является минимальным, а ток через автотрансформатор остается в допустимых пределах. Была произведена приблизительная экономическая оценка срока окупаемости ФПТ с точки зрения снижения потерь активной мощности. С помощью разработанного алгоритма в схеме ЕЭС России предложены оптимальные с точки зрения снижения потерь активной мощности варианты местоположения для установки ФПТ, определены их настройки. На примере ФПТ на ПС 500 кВ Ульке показана возможность применения метода многокритериальной оптимизации для определения оптимальных настроек ФПТ.

В заключении приведены основные выводы по диссертационной работе.

1 Способы регулирования потоков мощности в электрических сетях переменного тока

Как известно ([12]), передаваемая по линии активная мощность может быть представлена уравнением (выражение 1.1, рисунок 1.1):

Р = —-—$1п5; (1Л)

Л

Рисунок 1.1 - Передача активной мощности по линии без потерь: а - схема модели линии электропередачи; б - векторная диаграмма; в -зависимость активной мощности от угла 8.

Вектор напряжения передающего источника и1 опережает вектор напряжения принимающего и2. Максимальное значение передаваемой мощности Рт достигается при значении угла 8 = ^ . Как видно из

выражения (1.1), значение потока мощности можно регулировать следующими основными способами, изменяя:

• сопротивление X;

• напряжения и1 и и2;

• угол 8.

Согласно этим способам выделяют следующие методы управления потоком мощности:

• компенсация параметров ЛЭП посредством последовательного включения в линию реакторов или конденсаторов;

• компенсация реактивной мощности за счет параллельного подключения реакторов или конденсаторов;

• включение фазоповоротных устройств, которые позволяют изменять величину угла 5 и, следовательно, управлять потоком электроэнергии.

На базе данных традиционных устройств управления потоком мощности с развитием силовой электроники были сконструированы устройства FACTS, о которых уже кратко было упомянуто во введении. Устройства FACTS традиционно делят на четыре группы ([2]):

• устройства продольного включения;

• устройства поперечного включения;

• комбинированные устройства продольного включения;

• комбинированные устройства продольного и поперечного включения.

Основные типы устройств FACTS приведены на рисунке 1.2. На рисунке 1.2 (а) изображено условное обозначение устройств FACTS: тиристор внутри квадрата.

и

ri ' К

Линия

(а)

(Ь)

ДГ Й

Линия

(С)

А

А

Звено Линия постоянного переменного тока тока

гтг

л

Линия

ТЪЧ

Согласованное регулирование

№

(е)

I

А

А

Линия

Звено постоянного

Линии

переменного

тока

Звено

а

постоянного тока

(д)

н

1—Г

Линия

Линия

Накопитель

А

(h)

JUL

А

А

Накопитель

(i)

Линия

Звено постоянного тока

Накопитель

fl)

Рисунок 1.2 - Основные типы устройств FACTS: (a) общее обозначение устройства FACTS; (b) последовательное устройство; (с) устройство параллельного включения; (d) обобщенное устройство последовательного типа; (e) последовательно-параллельное устройство с координированным управлением; (f) обобщенное устройство последовательно-параллельного типа; (g) обобщенное устройство для нескольких линий; (h) последовательное устройство с накопителем; (j) обобщенное последовательно-параллельное устройство с накопителем; (i) устройство параллельного включения с накопителем.

Таким образом, все устройства (традиционные и новейшие), позволяющие осуществлять воздействия на потоки мощности в электрической сети, можно представить следующим образом ([13]) (рисунок 1.3).

Устройства

поперечного

включения

Устройства

продольного

включения

Устройства управления потоком мощности в сети переменного тока

■

г Л г

Традиционные Устройства FACTS

L J 1 j

R, L, C, трансформатор

С тиристорными переключателями

С преобразователем напряжения

Комбинированные устройства

Рисунок 1.3 - Классификация устройств управления потоком мощности в

сетях переменного тока. Принятые сокращения (при отсутствии русского

устоявшегося сокращения принималось английское):

ШР - шунтирующий реактор;

БСК - батарея статических конденсаторов;

СК - синхронный компенсатор;

ТОР - токоограничивающий реактор; УПК - устройство продольной компенсации;

СТК - статический тиристорный компенсатор (англ. Static VAR Controller (SVC));

УШР - управляемый шунтирующий реактор (англ. Thyristor Controlled Reactor (TCR));

УУПК - управляемое устройство продольной компенсации (англ. Gate Turnoff Thyristor Controlled Series Compensator (GCSC), Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC), Thyristor Switched Series Compensator (TSSC)); ФПТ с ТК - фазоповоротные трансформаторы с тиристорными коммутаторами (англ. Thyristor Controlled Phase-shifting Transformer (TCPST));

ППТ - передача постоянного тока (англ. High Voltage Direct Current (HVDC)); СТАТКОМ - статический синхронный компенсатор (англ. Static Synchronous Compensator (STATCOM));

SSSC - Static Synchronous Series Compensator (рус. продольный статический синхронный компенсатор);

ОРПМ - обобщенный регулятор потоков мощности (англ. Unified Power Flow Controller (UPFC));

МРПМ - межлинейный регулятор потоков мощности (англ. Interline Power Flow Controller (IPFC)).

Стоит отметить, что добавление к вышеописанным устройствам FACTS устройств аккумулирования энергии (типа мощных конденсаторов на стороне постоянного напряжения или аккумуляторных батарей) позволяет существенно увеличить их возможности. В этом случае они становятся весьма эффективными для управления системой в случае динамических возмущений. Подобные устройства обеспечивают обмен активной мощностью с системой переменного напряжения вместо влияния на передачу активной мощности только за счет управления напряжением при применении устройств FACTS без аккумулирования энергии.

Далее вышеупомянутые виды устройств рассмотрены более подробно.

1.1 Устройства поперечного включения

1.1.1 Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор представляет собой электрическую машину, работающую в режиме двигателя без активной нагрузки и генерирующую в сеть емкостной или индуктивный ток. Таким образом, СК способен как потреблять, так и генерировать реактивную мощность. Управление реактивной мощностью осуществляется регулированием тока возбуждения с помощью тиристорной или бесщеточной систем возбуждения.

Стоит отметить, что СК присущ ряд недостатков, ограничивающих его применение:

• наличие вращающихся частей машины и большого количества вспомогательных систем приводит к необходимости установки СК на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом либо с нетрадиционным подходом к защите и автоматике;

• большая удельная стоимость;

• неспособность к ограничению внутренних перенапряжений на линии;

• сложность выбора оптимальной структуры и коэффициентов АРВ СК.

Все это, а также развитие устройств управления мощностью на базе силовой преобразовательной техники (СТК, СТАТКОМ), рассмотренные ниже, постепенно приводит к снижению применения СК в электрических сетях.

1.1.2 Шунтирующий реактор

Как известно ([1]), линия электропередачи обладает значительными

емкостными проводимостями фаз по отношению к земле. Это вызывает

повышение напряжения вдоль линии, и в режиме малых нагрузок, способно

вызвать повышение напряжения в электрической сети сверх допустимого

предела. Компенсацию зарядной реактивной мощности, обусловленной

значительными емкостными проводимостями, можно осуществлять с

17

помощью шунтирующих реакторов или, что еще эффективнее, управляемых шунтирующих реакторов ([14]).

Основными требованиями к УШР являются:

• ограничение повышения напряжения и коммутационных перенапряжений;

• гашение дуги в паузе однофазного АПВ (ОАПВ) с помощью УШР.

Использование УШР позволяет:

• автоматизировать процесс стабилизации напряжения или одного из заданных параметров режима с одновременной разгрузкой коммутационного оборудования в схемах регулирования напряжения;

• повысить пропускную способность линии электропередачи по допустимому уровню напряжений;

• снизить потери мощности в электрических сетях и повысить надежность их эксплуатации, в том числе за счет резкого снижения числа срабатывания устройств РПН трансформаторов;

• сократить время протекания переходных процессов;

• уменьшить использование генераторов электростанций в качестве регулируемых источников реактивной мощности;

• сократить применение дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования (синхронные компенсаторы и т.п.);

• ограничить использование сложной системы коммутации неуправляемых шунтирующих реакторов на линиях;

• повысить технико-экономические показатели электроэнергетических систем.

По принципу действия УШР делятся на три класса ([15]):

• трансформаторного типа;

• управляемые подмагничиванием магнитопровода;

• реакторы с переключением отпаек.

Управляемые шунтирующие трансформаторы трансформаторного типа (УШРТ) разрабатывались в Санкт-Петербургском политехническом университете под руководством проф. Г.Н. Александрова. УШРТ представляет собой силовой трансформатор с напряжением короткого замыкания 100%, на вторичной обмотке которого установлены встречно-параллельные тиристорные ключи на полную мощность реактора. Полностью открытые тиристоры закорачивают вторичную обмотку и обеспечивают максимальную потребляемую мощность УШРТ, при закрытых тиристорах его мощность соответствует холостому ходу трансформатора, а в промежуточных режимах потребляемая мощность плавно регулируется изменением угла управления вентилей с соответствующим появлением высших гармоник в потребляемом токе. Для снижения уровня этих гармоник со стороны низшего напряжения устанавливаются фильтры. Пока на настоящий момент в России установлены только два УШРТ.

Другой принцип действия заложен в УШР, управляемом подмагничиванием ([16]). В УШР с подмагничиванием используется насыщение стали магнитопровода постоянным потоком, создаваемым специальной обмоткой управления. Фактически для мощного высоковольтного трансформаторного устройства используется принцип магнитного усилителя, когда по мере насыщения стержней магнитопровода снижается индуктивность расположенной на них сетевой обмотки, и также пропорционально снижается ее индуктивное сопротивление. По мере снижения или повышения индуктивного сопротивления сетевой обмотки реактора пропорционально возрастает или уменьшается ее ток, а значит и потребляемая мощность УШР в диапазоне от холостого хода (около 1%) до номинальной мощности или допустимой перегрузки (100-120%). Таким образом, использование глубокого насыщения участков стали магнитопровода УШР позволяет получить диапазон плавного регулирования реактивной мощности с кратностью более 100.

Из большого числа предложенных схемотехнических решений и конструкций подмагничиваемых реакторов практическое применение получили УШР с продольным подмагничиванием стержней, на которых расположены обмотки реактора. Для того, чтобы обеспечить независимость электромагнитных процессов в сетевой обмотке (СО) и обмотке управления (ОУ), расположенных на одном магнитопроводе, необходимо два условия -встречное включение секций этих обмоток (тогда на выводах обмотки управления не будет переменного напряжения) и создание отдельных путей для переменного и постоянного потоков, что обеспечивается бронестержневой конструкцией магнитопровода с расщепленными стержнями фаз.

На рисунке 1.4 приведена схема одной фазы такого реактора с бронестержневым магнитопроводом и двумя полустержнями, на которых расположены секции СО и ОУ, к которой в свою очередь подключен источник постоянного или выпрямленного напряжения для подмагничивания. Постоянный поток подмагничивания, создаваемый током ОУ, замыкается между центральными полустержнями, а переменный поток -через верхние и боковые ярма магнитопровода, складываясь в полустержнях с постоянным.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Акимов Дмитрий Андреевич, 2018 год

Список литературы

1. Кочкин, В.И. Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах / В.И. Кочкин, Ю.Г. Шакарян. - М.: ТорусПресс, 2011. - 311 с.

2. Hingorani N.G. Understanding FACTS. / Hingorani N.G., Gyugui L. // The Institute of Electrical and Electronics Engineers. - 2004. - 494 р.

3. Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей. / Д.Л. Файбисович. - М. : НЦ ЭНАС, 2006. - 350 c.

4. Локтионов, С.В. Разработка алгоритма для выбора мест установки фазорегулирующих трансформаторов в электрических сетях : дис. к-та техн. наук: 05.14.02 / Локтионов Сергей Викторович. - М., 2003. - 182 с.

5. Добрусин, Л.А. Тенденции применения фазоповоротных трансформаторов в электроэнергетике. / Л.А. Добрусин. // Силовая электроника. - 2012. - №4 - с. 60-66.

6. Портал Энерготрейдера [электронный ресурс] URL: http://www.energotrade.ru/forum.aspx?g=posts&m=48079 (дата обращения 21.09.16).

7. Ольшванг, М.В. Особенности кросс-трансформаторной технологии транспортирования энергии по сетям 110-765 кВ. / М.В. Ольшванг. // Электро. - 2004. - №4 - с. 6-12.

8. Рашитов, П.А. Разработка и исследование алгоритмов управления мощными полупроводниковыми фазоповоротными устройствами для объектов Единой Национальной Электрической сети России : дис. к-та техн. наук: 05.09.12 / Рашитов Павел Ахматович.- М., 2011.- 196 с.

9. Фролов, О.В. Оптимизация режимов энергосистемы Северо-Запада на основе применения фазорегулирующих устройств России : дис. к-та техн. наук: 05.14.02 / Фролов Олег Валерьевич. - СПб., 2007. - 149 с.

10. Повышение энергоэффективности электросетевого комплекса России [электронный ресурс] URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5650 (дата обращения 21.09.16).

11. Асташев, М.Г. Применение фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами в активно-адаптивных электрических сетях. / Асташев М.Г., Новиков М.А., Панфилов Д.И. // Энергия единой сети. - 2013. -№5 - с. 60-64.

12. Бурман, А.П. Управление потоками электроэнергии и повышение

эффективности электроэнергетических систем. / А.П. Бурман, Ю.К. Розанов, Ю.Г. Шакарян // М. : изд-во МЭИ, 2012. - 336 с.

13. Rehtanz, С. New types of FACTS-devices for power system security and efficiency. / C. Rehtanz, J.-J. Zhang // IEEE Lausanne Power Tech - 2007. -pp. 293-298.

14. Зильберман, С.М. Комбинированная поперечная компенсация линий сверхвысокого напряжения / С.М. Зильберман, Е.Н. Красильников. // Электричество. - 2012. - №1 - с. 19-23.

15. Долгополов А.Г. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей. / А.Г. Долгополов, Д.В. Кондратенко, С.В. Уколов, В.М. Постолатий // Problemele Energeticii Regionale. - 2011. - №3. - c. 121.

16. Брянцев, А.М. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для сети 35-500 кВ. / А.М. Брянцев, А.Г. Долгополов, Г.А. Евдокунин // Электротехника. - 2003. - №1. - c. 5-13.

17. Sood. HVDC and FACTS Controllers. / Sood, Vijay K. // Boston : Kluwer Academic Publishers, 2004. - p. 297.

18. Куро, Ж. Современные технологии повышения качества электроэнергии при ее передаче и распределении. / Ж. Куро // Новости Электротехники. - 2005. - №1. - c. 22-26.

19. Laszlo Gyugyi. Static synchronous series compensator: a solid-state approach to the series compensation of transmission lines. / Laszlo Gyugyi, Colin D. Schauder, Kalyan K. Sen // The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Transactions on. power delivery - 1997. - №1 - V. 12. - pp. 406417.

20. Mohan Mathur, R. Thyristor-based FACTS controllers for electrical transmission systems. / R. Mohan Mathur, Rajiv K. Varma // John Wiley & Sons inc. Publication - 2002. - 495 p.

21. Голов, В.П. Устойчивость электроэнергетической системы из двух электрических станций с регулируемой продольной компенсацией. / В.П. Голов и др. // Вестник ИГЭУ - 2012. - №5. - с.1-7.

22. De Souza L.F.W. GTO controlled series capacitor. / de Souza L.F.W., Watanabe E.H., Aredes M. // Power Engineering Society Winter Meeting, 2000. - V.4 - pp. 2520-2525.

23. Johansson, N. An adaptive controller for power system stability improvement and power flow control by means of a thyristor switched series capacitor (TSSC). / Johansson, N., Angquist, L., Nee H.P. // Power Systems, The

132

Institute of Electrical and. Electronics Engineers Transactions on, 2010. -№1. - V. 25. - pp.381-391.

24. Varma, R.K. Mitigation of subsynchronous oscillations in a series compencated wind farm with thyristor controlled series capacitor (TCSC). / Varma R.K., Semsedini Y., Auddy S. // Power Systems Conference: Advanced Metering, Protection, Control. Communication, and Distributed Resources. - 2007. - pp. 331-337.

25. Неуймин, В.Г. Программный комплекс «RastrWin3». Руководство пользователя. 29.08.2012. / В.Г. Неуймин, Е.В. Машалов, А.С. Александров, А.А. Багрянцев. URL: http://www.rastrwin.ru/ download/Files/HELP_RastrWin3_29_08_12.pdf (дата обращения 21.09.2016).

26. Kundur P. Power system stability and control / Kundur P. // McGraw-Hill Education (India) Pvt Limited, 1994. - 1176 p.

27. Поссе, А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока./ А.В. Поссе // Л. : Энергия, 1973. - 302 с.

28. Бурман, А.П. Современная электроэнергетика. / А.П. Бурман, В.А. Строев // М. : изд-во МЭИ, 2003. - 130 с.

29. АО «НТЦ ФСК ЕЭС». Вставка постоянного тока [электронный ресурс] URL: http://www.ntc-power.ru/innovative_projects/insert_dc (дата обращения 21.09.16).

30. Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Том 1 / К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. — СПб: Питер, 2003. - 463 с.

31. IEEE Guide for the Application, Specification, and Testing of Phase-Shifting Transformers [электронный ресурс] URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/5993462/?reload=true (дата обращения 21.09.16).

32. Hurlet P. French experience in phase-shifting transformers / Hurlet P., Riboud J.C., Margoloff J., Tanguy A // CIGRE, the Council on Large Electric Systems. - A2-204 - 2006.

33. Акимов Д.А. Технологии применения фазоповоротных трансформаторов в электрических сетях / Д.А. Акимов // Известия НТЦ Единой энергетической системы. - 2014. - №2. - с. 86-96.

34. Холмский В.Г. Применение регулируемых трансформаторов / В.Г. Холмский // М. : Госэнергоиздат, 1950. — 152 с.

35. Lyman W.J. Controlling power flow with phase shifting equipment / W.J. Lyman // A.I.E.E. Transactions. — 1930. — pp. 825 - 831.

36. Verboomen J. Indication of safe transition paths of phase shifter settings by greedy algorithms / J. Verboomen // UPEC 42nd International, Brighton. -2007. - pp. 905-910.

37. Verboomen J. Border-flow control by means of phase-shifting transformers / J. Verboomen // IEEE Lausanne Power Tech. - 2007. - pp. 1338-1343.

38. Bekaert D. How to increase cross border transmission capacity? A case study: Belgium / D. Bekaert, L. Meeus, D. Van Hertem, E. Delarue // 6th International Conference on the European Energy Market. - 2009. - pp. 1-6.

39. Verboomen J. Coordination of Phase Shifters by Means of Multi-Objective Optimisation / J. Verboomen // Proceedings of the 41st International UPEC. -2006. - pp. 432-436.

40. Van Hertem D. Power flow controlling devices: an overview of their working principles and their application range / D. Van Hertem, J. Verboomen, R. Belmans, W.L. Kling // International Conference on Future Power Systems. -2005. - pp. 1-6.

41. Verboomen J. Phase shifting transformers: principles and applications / J. Verboomen // International Conference on Future Power Systems. - 2005. -pp. 1-6.

42. Verboomen J. Monte Carlo simulation techniques for optimisation of phase shifter settings / J. Verboomen, D. Van Hertem, P.H. Schavemaker, F.J.C.M. Spaan, J-M. Delince, R. Belmans, W.L. Kling // European Transactions on Electrical Power. —2007. — pp. 285. -296.

43. Одинцов М.В. Оптимизация режимов работы энергосистемы с помощью фазоповоротного трансформатора на подстанции 500 кВ / М.В. Одинцов, Д.А. Акимов, Н.В. Коровкин, О.В. Фролов // Электротехника. - 2014. - №3. - с. 139-145.

44. Kling W.L. Phase shifting transformers installed in the Netherlands in order to increase available international capacity / W.L. Kling // CIGRE Session, C2-207. - 2004.

45. ABB. Phase shifting transformers. [электронный ресурс] URL: https://library.e.abb.com/public/2eee6e01c1e2a30583257984002ce047/PST_l ow%20res.pdf (дата обращения 21.09.16).

46. Mohsin Q.K. Iraq network 400kV, 50Hz interconnect with Iran, Turkey and Syria using phase-shifting transformers in control and limit power flow of countries. / Q.K. Mohsin, Xiangning Lin. // IEEE PES. - 2014. - pp. 1-6.

47. Siddiqui A.S. Application of phase shifting transformer in Indian network /

A.S. Siddiqui, Shaguftta Khan. // ICGT. - 2012. - pp.186-191.

48. Reddy T. Application of phase shifting transformer in Indian Power System / T. Reddy, A. Gulati, M.I. Khan, R. Koul. // International Journal of Computer and Electrical Engineering. - 2012. - V.4 - pp.242-245.

49. Петербургский Дневник [электронный ресурс] URL: http://www.spbdnevnik.ru/news/2014-12-22/novaya-podstantsiya-vasileostrovskaya-zamknula-energokoltso-vokrug-peterburga/ (дата обращения 21.09.16).

50. Ершевич В.В., Крайз А.Г., Кривушкин Л.Ф. Некоторые итоги разработки и внедрения поперечного регулирования в сетях 750-330 кВ /

B.В. Ершевич // Электричество. — 1982. — № 2. — c. 47-49.

51. Евдокунин А.Г., Николаев Р.Н., Искаков А.К., Оспанов Б.К., Утегулов Н.И. Фазоповоротный трансформатор впервые в СНГ применен в Казахстане / Г.А. Евдокунин // Новости электротехники. — 2008. — № 6. — с. 12-16.

52. ЭНИН [электронный ресурс] URL: http://www.enin.su/press/event/41/ (дата обращения 21.09.16).

53. Жмуров В.П. Применение фазоповоротных устройств с тиристорным управлением как элемента управляемых (гибких) линий электропередачи переменного тока / В.П. Жмуров, В.Н. Стельмаков, А.Н. Тарасов // Электротехника. — 2014. — № 1. — c. 2-10.

54. Жмуров В.П. Применение фазоповоротных устройств с тиристорным управлением при больших углах регулирования фазового сдвига / В.П. Жмуров, В.Н. Стельмаков, А.Н. Тарасов, Б.И. Гринштейн // Известия РАН. Энергетика. - 2010. - № 5. - с. 132-141.

55. Лачугин В.Ф. Релейная защита фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором для линий электропередачи высокого напряжения / В.Ф. Лачугин, Д.И. Панфилов, И.М. Ахметов, М.Г. Асташев, А.В. Шевелев // Известия РАН. Энергетика. - 2014. - № 5. - c. 122-134.

56. Mathur R. A thyristor controlled static phase shifter for AC power transmission / R. Mathur, R. Basati // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. — 1981. — pp. 2650-2655.

57. Arnold C.P. Transient stability improvement using thyristor controlled quadrature voltage injection / C.P. Arnold, R.M. Duke, J. Arrilaga // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. — 1981. — V. 3. — pp.

1382-1388.

58. Веников В.А. Электрические системы. Том 2. Электрические сети / В.А. Веников. — М.: Высшая школа, 1971. - 440 с.

59. Идельчик В.И. Расчеты установившихся режимов электрических систем / В.И. Идельчик. — М.: Энергия, 1977. — 189 с.

60. Acha E. Modelling and Simulation in Power Networks / E. Alcha, C.R. Fuerte-Esquivel, H. Ambriz-Perez, C. Angeles-Camacho // New York: Wiley. - 2004. - 420 p.

61. Zhang, D.X. Flexible AC Transmission Systems: modelling and control /

D.X. Zhang, B. Pal, C. Rehtanz // Berlin: Springer - 2012. - 552 p.

62. Zhu, J. Optimization of power system operation / J. Zhu. // Wiley, 2004. - 633 p.

63. Wang Xi-Fan. Modern Power Systems Analysis. / Xi-Fan Wang, Y. Song, M. Irving. // Springer, 2009. - 561 p.

64. Von Meier, A. Electric Power Systems / A. von Meier. // Wiley, 2009. - 328 p.

65. Shakib, A.D. Optimal location and control of shunt FACTS for transmission of renewable energy in large power systems. / A.D. Shakib, G. Balzer. // 15th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference - 2010. - pp. 890-895.

66. Feng Qian. Optimal location and capability of FACTS devices in a power system by means of sensitivity analysis and EEAC / Feng Qian, Guangfu Tang, Zhiyuan He. // Third International Conference on Electricity Utility DRPT, 2008. - pp. 2100-2104.

67. Magaji, N. Optimal location of FACTS devices for damping oscillations using residue factor / Magaji N., Mustafa M.W. // IEEE 2nd International Power and Energy Conference - 2008. - pp. 1339-1344.

68. Ghahremani E. Optimal placement of multiple-type FACTS devices to maximize power system loadability using a generic graphical user interface /

E. Ghahremani, I. Kamwa // IEEE Transactions on Power Systems. - 2013. -V. 28. - pp. 764-778.

69. Jumaat, S.A. Optimal placement and sizing of multiple FACTS devices installation / S.A. Jumaat, I. Musirin, M. M. Othman, H. Mokhlis // IEEE International Conference on Power and Energy. - 2012. - pp. 145-150.

70. Saravanan, M. Application of PSO technique for optimal location of FACTS devices considering system loadability and cost of installation / M. Saravanan, S.M.R.Slochanal, P. Venkatesh, P.S. Abraham // Power

Engineering Conference IPEC. - 2005. - pp.716-721.

71. Tiwari, P.K. Optimal location of FACTS devices in power system using Genetic Algorithm / P.K. Tiwari, Y.R. Sood // Nature & Biologically Inspired Computing World Congress. - 2009. - pp. 1034-1040.

72. El Metwally, M.M. Optimal allocation of FACTS devices in power system using genetic algorithms / M.M. El Metwally, A.A. El Emary, F.M. El Bendary, M.I. Mosaad // Power System Conference MEPCON. - 2008. - pp. 1-4.

73. Wolfram, M. A comparative study of evolutionary algorithms for phase shifting transformer setting optimization. / Wolfram M., Marten A-K., Westermann D. // IEEE ENERGYCON. - 2016. - pp. 1-6.

74. Xihg, K. Application of thyristor-controlled phase-shifters to minimize real power losses and augmment stability of power systems / K. Xihg, G. Kusig // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 1988. - V.3. - pp. 792-798.

75. Самородов Г.И. Фазовое управление и его использование для расчета потокораспределений в электрических схемах / Г.И. Самородов // Электричество. - 1985. - №9. - с. 10-13.

76. Самородов Г.И. Использование фазового уравнения для анализа потокораспределений в схемах с фазоповоротными устройствами / Г.И. Самородов, С.Н. Галдонов // Труды института энергетики АН Молд. СССР. - 1987. - с. 115.

77. Paterni, P. Optimal location of phase shifters in the French network by genetic algorithm / P. Paterni, S. Vitet, M. Bena // IEEE Transactions on Power Systems. - 1999. - V. 14. - pp. 37-42.

78. Ippolito, L. Selection of optimal number and location of thyristor-controlled phase shifters using genetic based algorithms / L. Ippolito, P. Siano // IEEE Proceedings. - 2004. - pp. 630-637.

79. Савина, Н.В. Применение сенсорного анализа в задачах компенсации реактивной мощности / Н.В. Савина, А.С. Минжулин, С.С. Шеленок // Вестник Амурского государственного университета. - 2008. - c. 32-36.

80. Guha Thakurta, P. An approach for managing switchings of controllable devices in the Benelux to integrate more renewable sources / P. Guha Thakurta, D. Van Hertem, R. Belmans // PowerTech, IEEE Trondheim. -2011. - pp. 1-7.

81. Отдел Энергетики Института Социально-Экономических И Энергетических Проблем Севера: официальный сайт [электронный ресурс] URL: http://www.energy.komisc.ru/dev/test_cases (дата обращения

137

21.09.16).

82. Purchala, K. Usefulness of DC power flow for active power flow analysis / K. Purchala, L. Meeus, D. Van Dommelen, R. Belmans // Power Engineering Society General Meeting. - 2005. - V.1 - pp. 454-459.

83. Van den Bergh, K. DC power flow in unit commitment models / K. Van den Bergh, E. Delarue, W. D'haeseleer. Leuven, 2014.

84. Baldick R. Variation of distribution factors with loading / Ross Baldick // IEEE Transactions on power systems. - 2003. - V.18 - pp.221-229.

85. Guo J. Direct calculation of line outage distribution factors / Jiachun Guo, Yong Fu, Zuyi Li, Mohammad Shahidehpour // IEEE Transactions on power systems. - 2009. - V.24 - pp.1633-1634.

86. Duthaler C. Analysis of the use of PTDF in the UCTE transmission grid. / Christof Duthaler, Marc Emery, Goran Andersson, Martin Kurziden // Glasgow: 16th Power Systems Computation Conference. - 2008. - pp.1-6.

87. Papazoglou, T.M. Phase shifting transformers in an efficient power flow control method / T.M. Papazoglou // International conference on electrical and electronics engineering. -1999. -p.8.

88. Sosic D. Features of power transfer distribution coefficients in power system networks / Darko Sosic, Ivan Skokljev // Infoteh-Jahorina. -2014. - pp.86-90.

89. Vukasovic M. Implementation of different method for PTDF matrix calculation in flow-based coordinated auction / Milan Vukasovic, Sreten Skuletic // Setubal: Poweerng. - 2007. - pp.791-795.

90. Vukasovic M. Implementation aspects of partial netting in flow-based auction clearing mechanism / Milan Vukasovic, Mladen Apostolovic, Christian Todem // Lissabon : Proceedings of the 5th International Conference on the EEM. - 2008. - pp.1-6.

91. Srinivasan N. On-line computation of phase shifter distribution factor and line load alleviation / N. Srinivasan // IEEE Transactions on PAS. - 1985. -V.PER-5 - pp. 28-29.

92. Беляев, Н.А. Математическое описание управляемых сетевых устройств на режим электроэнергетических систем / Н.А. Беляев, Н.В. Коровкин, В.С. Чудный // Электричество. - 2014. - №24. - с. 18-24.

93. http://algowiki-

proj ect. org/ га/Метод_Холецкого_(нахождение_симметричного_треуголь ного_разложения) (дата обращения 21.09.16).

94. Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей.

/ Д.Л. Файбисович. - М. : НЦ ЭНАС, 2006. - 350 c.

95. Остапенко, Е.И. Определение реально достижимого уровня снижения потерь в сетях высокого напряжения вытеснением транзитных потоков мощности в сети СВН посредством поперечных трансформаторов. Отчет по НИОКР. / Е.И. Остапенко, М.В. Ольшванг, Г.А. Кузнецова. -М.: ВЭИ, 1996.

96. Marinakis, A. Control of phase shifting transformers by multiple transmission system operations / A. Marinakis, M.Glavic, T. Van Cutsem // Power Tech IEEE Lausanne. - 2007. - pp. 119-124.

97. Verboomen, J. The influence of phase shifting transformers on transient stability / J. Verboomen, D. Van Hertem, P. Schavemaker, W. Kling, R.Belmans // Proceedings of the UPEC conference. - 2005. - pp. 1-5.

98. Van Hertem, D. Power flow controlling devices as a smart and independent grid investment for flexible grid operations / D. Van Hertem // IEEE Transactions on Smart Grid. - 2013. - V.4 - pp. 1656-1664.

99. S., Luke. Essentials of metaheuristics. A set of undergraduate lecture notes. [электронный ресурс] URL: http://cs.gmu.edu/~sean/book/metaheuristics/Essentials.pdf (дата обращения 21.09.16).

100. Черноруцкий, И.Г. Методы принятия решений / И.Г.Черноруцкий.-СПб: БХВ-Петербург, 2005. - 416 c.

101. Korovkin N. Various approaches to problems of multiciteria optimization procesess of EPS / N. Korovkin, M. Odintsov, N. Belyaev, O.Frolov, M.Hayakawa // Proceedings of EMC, Tokyo. -2014.- pp.418-421.

102. Коровкин Н.В. Энергосберегающие и комплексные задачи электроэнергетики: учебное пособие. / Н.В. Коровкин, О.В. Фролов, М.В. Одинцов. - СПб:2014.