Управляемая поперечная компенсация для электропередач переменного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Ли Ченгуань

• Ли Ченгуань
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ли Ченгуань

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

1.1. Воздушные линии электропередачи повышенной натуральной мощности.

1.2. Регулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

1.3. Проблемы дальних линий электропередачи переменного тока и их решение

2. АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЖИМОВ ДАЛЬНЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ БЕЗ УЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Математические модели элементов электропередачи при анализе статической устойчивости.

2.2. Статическая устойчивость режимов дальней электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами.

2.3. Статическая устойчивость режимов дальней электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами и синхронными компенсаторами.

2.4. Статическая устойчивость режимов электропередачи в послеаварийном режиме.

2.5. Выводы.

3. АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕГУЛИРУЕМЫХ СВЕРХДАЛЬНИХ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ.

3.1. Особые свойства цепочечной сверхдальней управляемой электропередачи, обнаруживаемые при анализе установившихся режимов работы.

3.2. Исследование статической устойчивости режимов сверхдальних линий электропередачи с управляемыми реакторами для схемы ШБМ - линия - ШБМ.

3.3. Исследование статической устойчивости режимов сверхдальних линий электропередачи с синхронными компенсаторами для схемы ШБМ - линия - ШБМ

3.4. Выводы

4. АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЖИМОВ ДАЛЬНЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ.

4.1. Математические модели элементов электропередачи при анализе статической устойчивости системы в среде АТР-ЕМТР.

4.2. Математические модели элементов электропередачи при анализе статической устойчивости в среде "МаЙаЬ".

4.3. Анализ условий работы устройств регулирования реактивной мощности в сети, односторонне питаемой от шин бесконечной мощности.

4.4. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управляемая поперечная компенсация для электропередач переменного тока»

Начиная с практики экономической реформы и открывающий к внешней стороне, электроэнергетика продолжила расти быстрым темпом. К концу 1997 г. общая установленная мощность генераторов достигла 250 гВт, среди которой 75% составляет тепловая энергия, 24% составляет гидроэнергия , 1% составляет ядерная энергия. Общая вырабатываемая энергия достигла 1,000 тВт*ч. Таким образом Китай по установленной мощности занимает третье место и по вырабатываемой энергии занимает второе место в мире.

Наряду с быстрым ростом установленной мощности интенсивно развивалось строительство новых линий электропередач. К концу 1996 г. общая длина линий электропередач классом 220 кВ и выше достигла 122270 км, среди них общая длина линий 220 кВ - 102417 км; ЗЗОкВ - 6218 км; 500 кВ - 13635 км.

В течение 90-ых годах выработка энергии в Китае хранила высокий темп роста и средняя ежегодная скорость роста вырабатываемой энергии равна примерно 9.6% с 1991 г. по 1997 г., однако, согласно прогнозу спроса энергии, ежегодная скорость роста генерируемой энергии должна держаться около 8% в течение 1996 - 2000 г.г. Общее количество ежегодная вырабатываемая энергия в 2000 г. достигнет к 1,4 тВт*ч и общая установленная мощность должна добраться к 290 - 300 гВт. Параллельно этим нужно увеличить общую длину ВЛ классом напряжения 220 кВ и выше до 171200 км, среди них длину В Л увеличить до 27200 км.

Выше показанный перспектив развития электроэнергетики вполне выполнимый, если учитывать то, что Китай имеет богатые гидроресурсы и уголь. Потенциальные запасы угля оценивают приблизительно 4500 миллиарда тонн, а годные для использования гидроресурсы составляют 378 гВт. Однако месторасположение этих ресурсов крайне неравномерно, почти 90% запасов угля расположено в западных регионах Китая, более 70% гидроресурсов сконцентрировано в юго-западе Китая, а центры нагрузки находятся в юго-восточных побережьях. Стоит отметить, что строящая в настоящее время гидростанция три ущелья", установленная мощность которой состоит 18.2 гВт, находится на расстоянии более чем 1100 км от города Шанхай, куда следует передать энергию. В энергосистемах Китая также имеются четыре гидростанции мощностью 32.56 МВт, расположенные в верхнем течении реки Лш1га, которые передают энергию соответственно на расстояние более чем 2000 км, 1200 км, 1000 км в три крупные энергосистемы. Несомненно, что в дальнейшем развитии энергетики требуется усовершенствование техники передачи большой энергии на дальних расстояниях и одной из главных задач является создание дальних линий электропередач с повышенной пропускной способностью.

В долгое время наиболыне широко применяемым способом повышения пропускной способности электропередачи является использование поперечной компенсации в виде мощных шунтирующих реакторов и конденсаторных батарей. При изменении режима электропотребления в суточном или сезонном разрезе времени для удержания режимных параметров в заданном диапазоне допустимых или оптимальных изменений предусматривается коммутация реакторов и конденсаторных батарей или дробление их по мощности. Подобное решение приводит к увеличению габаритов подстанций, удорожанию стоимости оборудования, снижению общей системной надежности, большим эксплуатационным расходам. По этим причинам очень часто такое решение вообще не реализуется и шунтирующие реакторы и конденсаторные батареи остаются практически неотключаемыми. В свою очередь, последнее решение ведет к дополнительному увеличению потерь энергии и снижению пропускной способности участков сети. Для дальних электропередач по условиям устойчивости и недопустимости значительных колебаний напряжения и реактивной мощности коммутации, например, шунтирующих реакторов практически невозможны. По этой причине в ряде зарубежных проектов параллельно неотключаемым реакторам появляются статические тиристорные компенсаторы (СТК), что ведет фактически как минимум к удвоению мощности компенсирующих устройств. И, наконец, одной из серьезных проблем применения неуправляемых устройств поперечной компенсации является проблема ограничения коммутационных перенапряжений, возникающих при включениях и отключениях конденсаторных батарей и реакторов, решение которой требует существенных затрат на средства ограничения перенапряжений.

В этих условиях обоснование целесообразности и эффективности применения того или иного регулируемого устройства поперечной компенсации разработка требований к системе их управления является актуальной задачей.

Предлагаемая диссертационная работа посвящена разработке методов анализа оценки работоспособности устройств регулируемой поперечной компенсации и обоснование требований к системе автоматического регулирования их мощности в различных условиях применения.

Основными задачами исследования в настоящей работе являются:

- Разработка методики аналитического обоснования режимных особенностей сверхдальних линий электропередачи и устойчивости работы регуляторов управляемых устройств, установленных на линии;

- Разработка методики создания компьютерных моделей регулируемых устройств и их систем регулирования на базе элементарных блоков управляемых источников тока и напряжения и произвольного вида передаточных функций;

- Формулирование требований к системам регулирования управляемых шунтирующих реакторов и регулируемых инверторов в простых схемах электропередачи;

- Выяснение причины неустойчивости режимов электропередачи с воздушной линией длиной 1 > 2400.2600 км и рассмотрение разных вариантов преодоления неустойчивости работы регуляторов реакторов для этих линий;

5. Проведение анализа электромеханической и электромагнитной устойчивости дальних электропередач с учетом переходных процессов во всех элементах электропередачи.

В первой главе работы дается аналитический обзор литературы по методам и средствам повышения пропускной способности электропередач церёмен-ного тока. Коротко изложен принцип построения компактной линии; правила конструирования; преимущества при использовании линии с повышенной натуральной мощностью и области их применения. В этой главе также дана классификация регулируемых устройств компенсации реактивной мощности типа синхронного компенсатора (СК), статического тиристорного компенсатора (СТК), статических компенсаторов инверторного типа, управляемых или насыщающихся шунтирующих реакторов. Были изложены общие технические требования к этим устройствам, их преимущества, недостатки и области применения. В работе затронуты вопросы об использовании следующих новых технологий для повышения пропускной способности электропередачи, как возможность использования линии с повышенной натуральной мощности; создание управляемых шунтирующих реакторов большой мощности на номинальное напряжение электропередачи; использование устройств для управления параметрами и режимами электропередачи переменного тока (технология FACTS - Flexible AC transmission line).

Вторая глава посвящена анализу статической устойчивости режимов дальней линии электропередачи при использовании математических моделей элементов сети без учета электромагнитных переходных процессов. Изучены влияния коэффициента усиления системы автоматического регулирования УШР коир, постоянной времени регулирования реактора Тр, коэффициента стабилизации по производной напряжения Kiup и постоянной времени регулирования по каналу стабилизации Tip на статическую устойчивость режимов электропередачи. В целях увеличения предельной передаваемой мощности вплоть до натуральной для линии длиной больше 3000 км было выполнено исследование параллельного включения УШР с синхронными компенсаторами. Найдены минимальные требуемые значения мощности СК для разных длин линии, при которых обеспечивается статическая устойчивость электросистемы от режима холостого хода до режима передачи натуральной мощности. Выполнена оптимизации электропередачи с УШР и СК.

Третья глава посвящена анализу нормальных режимов статической устойчивости режимов работы регулируемых сверхдальних электропередач аналитическими методами. В работе выполнен анализ уравнений установившихся режимов цепочечной схемы электропередачи ШБМ - линия - ШБМ с промежуточными статическими компенсаторами и с синхронными компенсаторами. Для обоих случаев выполнен анализ устойчивости установившихся режимов электропередачи на основе анализа знаков коэффициентов характеристического полинома и выяснена основная причина неустойчивости режимов электропередачи с воздушной линией длиной 1 > 2400. .2600 км.

Четвертая глава посвящена анализу статической устойчивости режимов дальних электропередач при использовании математических моделей элементов сети с учетом электромагнитных переходных процессов. Разработана методика математического моделирования системы электропередачи с промежуточными управляемыми реакторами и управляемыми инверторами в среде "АТР" и "Matlab". С использованием математической модели управляемого реактора и управляемого инвертора выполнены исследования их регулирующих свойств в простейших схемах сети. Проведено исследование управляемого шунтирующего реактора в длинной цепочечной схеме электропередачи с двумя, тремя и пятью участками линии длиной по 600 км каждый в однофазной постановке задачи. Кроме того, для случая двух участков расчеты были повторены для варианта схемы, когда вместо одного из источников неизменного напряжения использовалась полная модель синхронного генератора с регулятором возбуждения пропорционального типа. В этой главе также выполнено исследование управляемого инвертора в длинной цепочечной линии электропередачи с четырьмя участками линии длиной по 800 км в однофазной постановке задачи.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по проведенным исследованиям.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Ли Ченгуань

4.4. Выводы:

1. Учет электромагнитных переходных процессов в простейших схемах сети с УШР показывает возможность самораскачивания процесса регулирования при больших коэффициентах усиления и малых постоянных реактора. При достаточно большой емкости сети работа регулятора может вызвать существенные перенапряжения на реакторе.

2. Увеличение постоянной времени реактора до Тр = 0.5 сек дает возможность существенно увеличить коэффициент усиления регулятора реактора без развития каких-либо высокочастотных колебаний. Быстродействие установления нового режима в этом случае составляет ~ 0.1 сек.

3. Работа регулируемого инвертора в простых схемах показывает его высокое быстродействие практически независимо от коэффициента усиления его системы регулирования, однако при очень больших коэффициентах также возможна неустойчивая работа регулятора.

4. Анализ условий регулирования реакторов в схеме с двухсторонним питанием (от шин бесконечной мощности) показало целесообразным увеличение постоянной реактора до Тр = 0.5 сек с одновременным увеличением коэффициента усиления регулятора реактора до такого значения, которое обеспечило и малый статизм регулирования, и отсутствие самораскачивания регулятора, и отсутствие резонансного увеличения колебаний собственной частоты схемы. Полученные значения коэффициентов усиления достаточны для поддержания апериодической электромеханической устойчивости работы дальней электропередачи, полученные с помощью программы "ПОИСК".

5. Показано, что электромагнитная устойчивость работы регуляторов реакторов на линиях до длин меньших 3000 км может быть проанализирована только при учете переходных процессов в линиях и реакторе. Учет уравнений переходных процессов (и самого реактора) здесь играет второстепенную роль.

6. На основе результатов расчета отмечено, что "особое" свойство не играет роли при анализе уравнений установившегося режима, а проявляется только при анализе устойчивости (линеаризации уравнений): когда для УШР и СТК переход угла через 180° отвечает потери устойчивости, а для СК и управляемого инвертора этот переход не приводит к нарушению устойчивости.

7. Обеспечение статической устойчивости режимов электропередачи любых длин 2400 км < 1 < 4800 км может обеспечено включением в состав устройств компенсации реактивной мощности управляемого синхронного компенсатора, включаемого на одном из участков линии.

8. Управляемые статические компенсаторы на базе полностью управляемых вентилей позволяют обеспечить статическую устойчивость любых режимов независимо от длины линии.