автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Режимы и устойчивость межсистемной транзитной электропередачи 330 кВ Кольская АЭС - Ленэнерго с управляемыми устройствами компенсации реактивной мощности

ООЗ166331

На правах рукописи

Смирнов Владимир Александрович

РЕЖИМЫ И УСТОЙЧИВОСТЬ МЕЖСИСТЕМНОЙ ТРАНЗИТНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 330 кВ КОЛЬСКАЯ АЭС - ЛЕНЭНЕРГО С УПРАВЛЯЕМЫМИ УСТРОЙСТВАМИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 3 ДПР 2008

Санкт-Петербург 2008

00586954625759

Работа выполнена на кафедре «Электрические системы и сети» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель доктор исторических наук, профессор

Смоловик Сергей Владимирович

Официальные оппоненты доктор технических наук

Долгополов Андрей Геннадиевич

кандидат технических наук Кац Пинкус Янкелевич

Ведущая организация Федеральное государственное

образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Петербургский энергетический институт повышения квалификации» (ФГОУ ДПО «ПЭИПК»)

Защита состоится » С^гМ^сВ- 2008 г в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д^ 12.229 11 при Санкт-Петербургском государственном политехническом университете по адресу 195251, Санкт-Петербург, ул Политехническая, д 29 Главное здание, ауд 325

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский политехнический государственный университет»

Автореферат разослан « » 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 229.11 кандидат технических наук, доцент

М Г Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Развитие объединенных электроэнергетических систем, охватывающих большие территории с многочисленными мощными электрическими станциями, обуславливает необходимость углубленного рассмотрения вопросов обеспечения статической и динамической устойчивости их параллельной работы Вопрос обеспечения устойчивой работы объединенных энергосистем остро стоит во многих странах мира, о чем свидетельствуют многочисленные системные аварии, сопровождающиеся продолжительным нарушением электроснабжения значительного числа потребителей Высокая стоимость линий электропередачи заставляет полностью использовать их пропускную способность, возлагая решение задачи обеспечения устойчивости на вспомогательные силовые устройства, обеспечивающие ее заданные или допустимые показатели

В настоящее время значительный прогресс достигнут в технике передачи электрической энергии высоковольтными ВЛ переменного тока Благодаря применению новых изоляционных и конструкционных материалов, более совершенных устройств и конструкций по ограничению коммутационных и грозовых перенапряжений появилась возможность сокращения размеров опор, ширины отчуждаемой земельной полосы и тд Важным направлением совершенствования ВЛ переменного тока является разработка конструкций высоковольтных линий повышенной натуральной мощности (ВЛ ПНМ) Указанное направление сочетает все упомянутые выше мероприятия с глубоким расщеплением проводов, увеличением радиуса расщепления и рационального размещения проводов расщепляемой фазы в пространстве Использование этого подхода позволяет дополнительно сократить расстояние между осями фаз и значительно увеличить натуральную мощность ВЛ Недостатком является увеличение зарядной мощности ВЛ, которую нужно компенсировать

Опыт эксплуатации линий электропередачи 1150 кВ, полученный в течение 80-х годов показал, что без применения управляемой поперечной компенсации зарядной мощности линий использование их пропускной способности практически невозможно при полностью включенных неуправляемых шунтирующих реакторах пропускная способность трех участков линии 1150 кВ Экибастуз - Кокчетав - Кустанай - Челябинск составляла менее 50% натуральной мощности

В соответствии с возникшей проблемой в течение 80-х - 90-х годов в России интенсивно развивалось научное направление, связанное с использованием управляемой поперечной компенсации и, в частности, управляемых шунтирующих реакторов (УШР) На основе УШР и коммутируемых

конденсаторных батарей может быть выполнен регулируемый источник реактивной мощности двухстороннего действия

В данной работе выполнено исследование применения управляемой поперечной компенсации для улучшения характеристик установившихся режимов и обеспечения устойчивости протяженной транзитной линии электропередачи переменного тока Объектом исследования является протяженная электропередача 330 кВ, отходящая от Кольской атомной электростанции, после ее усиления второй цепью В качестве устройств компенсации предполагается применение статических тиристорных компенсаторов или других устройств, способных как потреблять, так и генерировать реактивную мощность Одним из возможных вариантов является совместное применение батарей нерегулируемых конденсаторов и управляемых шунтирующих реакторов Применение устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет существенно улучшить распределение напряжений вдоль линии электропередачи и одновременно обеспечить достаточно высокие показатели демпфирования малых колебаний Весьма важным для практической реализации является вопрос о расстановке УКРМ на промежуточных подстанциях транзита, выборе законов регулирования УКРМ, установленных в различных точках электропередачи, и о выборе их настроечных параметров

Основной проблемой рассматриваемой транзитной электропередачи является несоответствие ее пропускной способности резервам мощности Кольской энергосистемы (1430 МВт), и, как следствие, наличие «запертой» мощности

Для усиления транзита реализовано сооружение второй цепи ВЛ 330 кВ с «севера» на участке Кольская АЭС - Княжегубская ГЭС - Путкинс-кая ГЭС протяженностью 354 км Далее предусмотрен ввод в эксплуатацию участков ВЛ 330 кВ Путкинская ГЭС - Онда длиной 130 км и Онда -Петрозаводск длиной 280 км и ввод последнего участка транзита Петрозаводск - Сясь - Киришская ГРЭС длиной 338 км

Однако следует отметить, что и этот вариант не может обеспечить выдачу избытка мощности всех электрических станций Кольской энергосистемы Поэтому в диссертации в качестве возможного варианта развития транзита рассмотрено выполнение одной из параллельных линий ВЛ 330 кВ Кольская АЭС - Киришская ГРЭС в виде линии повышенной натуральной мощности, в том числе и при условии установки на промежуточных подстанциях электропередачи регулируемых устройств компенсации реактивной мощности

Работа выполнялась в рамках реализации программы «Создание в единой энергосистеме России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока и устройств регулирования напряжения», предусмотренной приказом РАО «ЕЭС России» № 488 от 19 09 2003

Целью работы является рассмотрение влияния устройств поперечной компенсации на статические и динамические свойства электрической системы Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1 Выполнен анализ состояния рабочих режимов электропередачи Ко-лэнерго - Карелэнерго - Ленэнерго в прошедшие годы и при перспективном оптимистическом росте нагрузок ОЭС Северо-Запада Рассмотрено усиление транзита при последовательном сооружении второй цепи Кольс-ко - Карельского транзита и выполнении второй цепи в виде линии повышенной натуральной мощности

2 Определение допустимых и предельных режимов работы рассматриваемой электропередачи и оценка потерь в существующей и усиленной схемах

3 Выбор оптимальных точек установки УКРМ на основе анализа расчетов установившихся режимов работы при применении УКРМ на транзите

4 Рассмотрение статической устойчивости при различных вариантах усиления транзита и установки компенсирующих устройств

5 Настройка каналов системы регулирования генераторов Кольской АЭС для улучшения статических и динамических свойств энергосистем в приближенной схеме и оценка динамической устойчивости

6 Разработка методики математического моделирования УКРМ в программе «Мустанг» и расчет динамической устойчивости в полной схеме с применением этой модели Оценка влияния регулирования УКРМ на динамическую устойчивость Кольской и Карельской энергосистем.

Научная новизна диссертационной работы

1 Разработка методики математического моделирования УКРМ в программе «Мустанг» для расчета динамической устойчивости в сложных схемах

2 Исследование особенностей управления электрическими режимами работы энергосистемы с ВЛ ПНМ

3 Сравнительная оценка эффективности применения управляемых компенсирующих устройств или конденсаторных батарей совместно с включенными параллельно с ними коммутируемыми шунтирующими реакторами

Практическая ценность работы

Разработанный метод расчета динамической устойчивости в сложных схемах энергосистем при наличии регулируемого устройства поперечной компенсации в энергосистеме может применяться при решении научно-исследовательских и проектных задач для определения управляющих воздействий при возмущениях на ВЛ

Разработан комплекс мероприятий для предотвращения нарушения устойчивости параллельной работы Кольской и Карельской энергосистем и

ОЭС Северо-запада при авариях на BJ1330 кВ в перспективной схеме электропередачи

Даны рекомендации по оптимальной расстановке УКРМ с точки зрения регулирования напряжения и снижения потерь

Расчетно-эксперименталышм путем продемонстрирована возможность увеличения передаваемой мощности из Колэнерго в Ленэнерго при применении комплекса работ по усилению транзита и установке УКРМ

Выработанные в процессе работы приемы анализа и расчетные методики могут использоваться при рассмотрении перспективных вопросов установки управляемых устройств компенсации реактивной мощности в энергосистемах с BJ1 различных классов напряжения

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научных семинарах кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ и на научно-технических конференциях «Фундаментальные исследования в технических университетах» 2003-2005 годах

Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 печатных работы

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, четыре главы и выводы, изложенные на 144 страницах Содержит приложения на 32 страницах, 38 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 97 наименований Общий объем работы 177 страниц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дана характеристика ОЭС Северо-Запада, которая обслуживает потребителей Архангельской, Ленинградской, Мурманской, Новгородской и Псковской областей, Карельской и Коми Республик, г Санкт-Петербурга, охватывая территорию в 1256 тыс. кв км с населением около 12,2 млн. человек

Наиболее плотный график электрической нагрузки имеют Кольская и Карельская энергосистемы, в которых число часов использования максимума нагрузки составляет около 7000 часов

Анализируя состояние существующей основной электрической сети 220 кВ и выше ОЭС Северо-Запада необходимо отметить постоянную загрузку транзита 330 кВ Колэнерго - Карелэнерго - Ленэнерго, передача мощности осуществляется в Карельскую энергосистему и далее в Ленинградскую энергосистему Большую часть времени загрузка достигает максимально допустимой величины 500 - 600 МВт

При отсутствии ограничений в использовании ресурса по выработке электроэнергии Кольской АЭС, что обусловлено недостаточной пропуск-

ной способностью электрической сети транзита Колэнерго - Карелэнер-го - Ленэнерго, выработка электроэнергии названной АЭС могла бы быть увеличена не менее, чем на 2,0 млрд кВт ч

Проблема «запертой» мощности Кольской энергосистемы усугубляется в период паводка при работе ГЭС северной части Карелии максимальной мощностью и при выводе в ремонт практически любой ВЛ 330 кВ, отходящей от Кольской АЭС, а также на всем протяжении транзита Колэнерго -Ленэнерго

К настоящему времени ведется строительство 2-ой цепи ВЛ 330 кВ на участках Кольская АЭС - ПС Княжегубская - ПС Лоухи - Путкинская ГЭС -Онда и планируется строительство второй цепи ВЛ 330 кВ транзита до Киришской ГРЭС в следующей последовательности

сооружение ВЛ 330 кВ ПС Онда- ПС Петрозаводск с вводом в 2011 г,

• сооружение ВЛ 330 кВ Петрозаводск - Сясь - Киришская ГРЭС с

вводом в 2011-2012 гг Сооружение воздушных линий электропередачи связано с решением проблем, сложность которых возрастает с повышением класса напряжения Несмотря на очень большие усилия, направленные на решение этих проблем в течение 60 - 80 годов прошлого века и создание реальных конструкций ВЛ вплоть до напряжения 1200 кВ, широкого внедрения в практику линий повышенной натуральной мощности не произошло В СССР была спроектирована и введена в строй ВЛ ПНМ 330 кВ Псковская ГРЭС - Новосокольни-ки Следует отметить, что организация ее эксплуатации происходила с достаточно большими трудностями, и обеспечение приемлемых уровней напряжения было достигнуто только после установки четырех групп неуправляемых реакторов - 100 МВАр на Псковской ГРЭС, 2x30 МВАр на ПС Старая Русса, 2x30 МВАр на ПС Великорецкая и 2x30 МВАр на ПС Новосокольни-ки Последние три группы реакторов присоединены к третичным обмоткам автотрансформаторов на указанных подстанциях Линия выполнена с четырьмя проводами в фазе (4хАСО-240) с радиусом расщепления 75 см и уменьшением расстояния между осями фаз до 5,3 м (вместо 6,5 при горизонтальной подвеске) Это привело к снижению волнового сопротивления до 172,5 Ом и увеличению натуральной мощности до 631,4 МВт с соответствующим увеличением генерации реактивной мощности

Отработанная технология позволяет рекомендовать применение варианта ВЛ ПНМ на Кольско-Карельском транзите

Следует указать, что существующая ВЛ 330 кВ от Кольской АЭС в значительной мере выработала свой ресурс и подлежит реконструкции По всей видимости, необходимость ремонтных работ возникнет сразу после завершения строительства второй цепи транзита Весьма вероятным является вывод на реконструкцию участков старой линии по мере ввода в строй

новых В соответствии со сказанным в работе рассматривается вариант выполнения одной из параллельных линий транзита в виде ВЛ ПНМ и выполнены оценки передаваемых мощностей и показателей устойчивости Показано, что именно этот вариант выполнения транзитной электропередачи обеспечивает выдачу избытка мощности всех электрических станций Кольской энергосистемы Основное внимание уделено оценке необходимой мощности компенсирующих устройств

Во второй главе описаны основные математические модели элементов электроэнергетической системы и приемы их реализации в различных программных средах, включая существующие программные комплексы для расчетов установившихся режимов и динамической устойчивости сложных энергосистем

В общем комплексе исследований условий работы электрических систем (расчеты нормальных, переходных, послеаварийных режимов, токов короткого замыкания, статической устойчивости, оптимизации текущих и перспективных режимов и др.) основную роль играют расчеты установившихся режимов Они представляют не только непосредственный интерес для целей проектирования и эксплуатации, но используются также для получения исходных данных при исследовании других, перечисленных выше, вопросов Удельный вес расчетов установившихся режимов в современной расчетной практике составляет около 80 %

Представлены расчетные модели, применяемые в программном комплексе «Мустанг-95», в которых учитываются электромагнитные переходные процессы в обмотке возбуждения и демпферных контурах, и переходные процессы в системе возбуждения, включая АРВ Уравнения системы возбуждения (СВ) и уравнения АРВ образуют единый блок и составлены таким образом, что они пригодны для описания приближенных моделей практически всех существующих СВ и АРВ (при условии соответствующего задания параметров) Предусмотрена возможность моделирования большинства типов СВ

Предполагается, что проводимость устройства УКРМ регулируется по отклонению напряжения Ди, по отклонению частоты напряжения Аю и по производной отклонения частоты напряжения рАсо в точке его присоединения Возможно регулирование по току линии

Линеаризованный закон регулирования имеет вид (1 + рТукрм) • АЬукрм = КАи • А и [+ К,-А/ + КАю • Дш + КрАф • рДю/,

где Тукрм - постоянная времени устройства УКРМ, с, АЬуКРМ - проводимость устройства, о е ,

К А и, К„ КА<х>, КрАф - коэффициенты регулирования по отклонению напряжения, тока линии, отклонению частоты напряжения и по производной частоты напряжения

Предлагаемая модель УКРМ реализуется в программном комплексе «Мустанг-95» как «автоматика», отслеживающая уровень напряжения в узле, где установлено управляемое компенсирующее устройство УКРМ, которое поддерживает напряжение в сети 330 кВ

Действие УКРМ реализуется по фактору превышения или понижения модуля напряжения в узле, где установлено устройство Если напряжение будет выше чем уставка (в нашем случае уставка по напряжению и=350кВ), то выполняется «действие» автоматики, направленное на увеличение «Шунта проводимости» по формуле

Уукрм (нов) = УуКРМ(спшр) + А У, где ДУ= Уукрм/п, п - число «ступеней», аппроксимирующих регулировочную характеристику УКРМ

В третьей главе приведены результаты расчетов установившихся режимов электропередачи при установке устройств управляемой поперечной компенсации Схема участка ОЭС Северо-Запада, содержащая рассматриваемую транзитную электропередачу, приведена на рис 1

Результаты расчетов электрических режимов схемы с двухцепным (обычным) исполнением линии в режиме максимума нагрузки показывают, что поток активной мощности убывает по мере удаления от Кольской АЭС, и, соответственно, изменяется режим напряжений на промежуточных подстанциях транзита и перетоки реактивной мощности На шинах 330 кВ Кольской АЭС поддерживается напряжение 355 кВ Наиболее низкий уровень напряжения имеет место на ПС Ондская (335 кВ) Далее величины передаваемых мощностей снижаются по отношению к натуральной мощности линии, что способствует повышению напряжения Потери в сети 330 кВ в нормальном режиме при передачи в Карельскую ЭС 770 МВт составляют 43,5 МВт, а в режиме передачи допустимой мощности в размере 970МВт-87 МВт

Характеристики установившегося режима работы существенно изменяются в случае установки на двух подстанциях транзита управляемых устройств поперечной компенсации Принимая во внимание перспективы развития транзита, рассмотрен вариант установки на ПС Лоухи и ПС Ондская регулируемых источников реактивной мощности ±180 МВАр каждый

Учитывая достаточно сильную зависимость предела передаваемой мощности от реактивной мощности СТК более подробно рассмотрены пределы передаваемых мощностей и режимы работы электропередачи при различных вариантах развития транзита В качестве варианта усиления транзита реализуется вариант строительства ВЛ 330 кВ Кольская АЭС — Кня-жегубская ГЭС - Путкинская ГЭС - Онда - Петрозаводск - Сясь - Кириш-ская ГРЭС Применение СТК позволяет поддерживать напряжение на шинах соответствующих подстанций на уровне 350 кВ

Рис. 1.Карта-схема электрической сети на транзите Колэнерго-Карелэнерго-Ленэнерго в период до 2011 года.

Применение компенсирующих устройств позволило поддерживать напряжение в точках установки УКРМ на уровне 346 кВ. Основной выигрыш от установки УКРМ заключается в возможности увеличения предельной передаваемой мощности и, соответственно, допустимого перетока от Кольской АЭС.

Дополнительный выигрыш от установки компенсирующих устройств состоит в том, что обеспечивается снижение потерь при передаче допусти-

10

мой мощности (970МВт) от 87 до 82 МВт, то есть на 5 МВт (рис 3) Однако следует отметить, что такой вариант исполнения схемы не может обеспечить выдачу избытка мощности Колэнерго при работе всех станций Кольской энергосистемы на полную мощность Максимальный избыток мощности Кольской энергосистемы составляет 1430МВт. В случае аварийных отключений на крупных станциях Ленинградской энергосистемы может потребоваться выработка полной мощности на станциях северного региона, но из-за недостаточной пропускной способности выдача избыточной мощности будет невозможна

Для решения этой проблемы предлагается вариант усиления транзита путем замены ВЛ 330 кВ с «севера», требующей реконструкции, на ВЛ ЗЗОкВ повышенной пропускной способности

При сооружении ВЛ 330 кВ Кольская АЭС - Киришская ГРЭС повышенной натуральной мощности (ПНМ) взамен старой линии величина допустимой передаваемой мощности составляет 1280 МВт При сравнении с предыдущими вариантами можно сказать, что относительно двухцепной схемы традиционного исполнения ВЛ эта величина выше на 310 МВт, а относительно двухцепной ВЛ традиционного исполнения и установки КУна 180 МВт

Учитывая достаточно сильную зависимость предела передаваемой мощности от реактивной мощности компенсирующих устройств целесообразно рассмотреть установку на предлагаемой сети транзита Колэнерго - Ка-релэнерго — Ленэнерго УКРМ такой мощности, чтобы решить задачу выдачу всей избыточной мощности из Кольской ЭС

Сравнительная оценка передаваемой мощности с предыдущими вариантами говорит о том, что допустимая мощность возрастает при строительстве одной ВЛ ПНМ относительно ВЛ традиционного исполнения на 345 МВт За счет установки БСК передаваемая мощность возросла на 142 МВт (рис 2)

Результаты расчетов обобщены на рис 2, на котором приведены предельные (в виде кривых) и допустимые (в виде столбовых диаграмм) перетоки в сечении I при различных вариантах в полной и послеаварийных схемах транзитной электропередачи По нижней оси расположены названия отключаемых линий Приведенный рисунок дополнительно доказывает, что для выдачи всей резервной мощности Кольской ЭС требуется сооружение второй цепи ПНМ с местами установки УКРМ на ПС Лоухи и ПС Ондская

Если предположить, что замена существующей ВЛ 330 кВ на ВЛ ПНМ начнется с «севера» от Кольской АЭС, то по мере развития схемы транзитной электропередачи предельные и допустимые мощности будут меняться Следует учитывать, какую допустимую мощность можно передавать при последовательной реконструкции существующей ВЛ На рис 4 пред-

Рис. 2. Обобщенные результаты расчета предельных и допустимых перетоков в зависимости от свойств ВЛ и установки УКРМ в полной и аварийных схемах.

ставлены и результаты расчетов предельных и допустимых мощности для различных стадий развития схемы транзитной электропередачи Колэнер-го - Карелэнерго — Ленэнерго, на которых приведены предельные (в виде кривых) и допустимые (в виде столбовых диаграмм) перетоки в сечении I.

На основании проведенных расчетов были получены величины допустимой передаваемой мощности при сооружении ВЛ 330 кВ Кольская АЭС -Киришская ГРЭС повышенной натуральной мощности взамен старой линии; предельно-допустимая мощность составляет 1280 МВт, что на 310 МВт больше, чем при использовании двух параллельных ВЛ традиционного исполнения. Дополнительная установка управляемых компенсирующих устройств, способных выдавать реактивную мощность (180 МВАр на двух подстанциях транзита), позволяет увеличи ть передаваемую мощность еще на 120 МВт и довести ее до 1400 МВт.

Такое техническое решение позволит выдать всю имеющуюся мощность станций Кольской и Карельской энергосистем в Ленэнерго. Это особенно актуально для покрытия дефицита мощности Ленинградской энергосистемы (например, в январе 2006 года, когда из-за низкой температуры резко возросло электропотребление, вследствие чего был введен в работу весь резерв электрической мощности на станциях Ленэнерго и ограничен экспортный переток в Финляндию).

Таким образом, относительное увеличение передаваемой мощности за счет установки устройств поперечной компенсации составляет 0,37 МВт на 1 МВАр мощности компенсирующих устройств при обычном исполнении линии и 0,33 МВт на 1 МВАр - при замене существующей ВЛ на ВЛ ПНМ. Однако, сделать вывод о недостаточной технической эффективности компенсирующих устройств на основании этих показателей было бы неверно. Доказательством этого является значительное снижение потерь, что иллюстрируется рис. 3.

Рис. 3. Потери в предлагаемой схеме при установке УКРМ на различных

подстанциях.

s о. G ,

S

о

Эч

2 h >

§ a

8. о

G СЧ

H rr

« CQ

ä >§ a n.

3 л

£ I

О >.

<D 03 СО

<L>

3 s

X

л <u

ë

s

0-> g

Ю

s I

О S

1850 1800 1750 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

2 ВЛ 330 кВ ОТ КАЭС до Киришской ГРЭС

ВЛ ППС 330 кВ от КАЭС до Княжегубской

ВЛ ППС 330 кВ от КАЭС до Лоухи

Г~ I Без КБ

ШШI КБ на Лоухи и Ондская -Без КБ

и КБ на Лоухи и Ондская ,

ВЛ ППС 330 кВ ВЛ ППС 330 кВ ВЛ ППС 330 кВ ВЛ ППС 330 кЕ от «АЭС до от КАЭС до от КАЭС до от КАЭС до Путкинской Онды Кон допоги Петрозаводск

Четвертая глава диссертации посвящена анализу показателей устойчивости электропередачи при малых и конечных возмущениях Основным средством улучшения динамических свойств любой электроэнергетической системы (ЭЭС) является надлежащий выбор и оптимизация настроек каналов регулирования синхронных генераторов Принималось, что Г1 (Кольская АЭС) и Г9 оснащены АРВ - СДП 1, содержащие помимо каналов регулирования по отклонению напряжения и ее производной дополнительные каналы стабилизации по частоте напряжения и ее производной Остальные эквивалентные генераторы имеют только АРВ пропорционального действия (по отклонению напряжения)

Очевидно, что устройства управляемой поперечной компенсации также являются одним из возможных средств управления режимами и устойчивостью ЭЭС Математическое описание закона регулирования УКРМ для исследования статической устойчивости традиционно представляется в следующем виде

О + рТукрм) ЬуКРМ — ЬуКРМ0 +

КГ 4.

Ко и +-

1 + рТх

УКРМ )

1 и у

где ЪУКРМж ЬУКРМ0 - текущая и исходная (в установившемся режиме) проводимость УКРМ,

К0и и К,„ - коэффициенты усиления по отклонению напряжения ДиУКРМ и его произодной,

Так- эквивалентная постоянная времени системы регулирования, Т,„— постоянная времени канала по производной напряжения

В таблице 1 приведены результаты расчета собственных значений матрицы переменных состояния (корни характеристического полинома) для электропередачи Кольская ЭС - Карельская ЭС - Ленэнерго, оснащенной регулируемыми устройствами поддержания напряжения на ПС Лоухи и ПС Ондская В приведенной таблице 1 внимание уделяется настройкам АРВ эквивалентных генераторов Кольской АЭС

В первом столбце таблицы приведены показатели устойчивости при применении наКольской АЭС регулирования слабого действия, где параметром регулирования является отклонение напряжения По кривым равного затухания в плоскости коэффициентов регулирования напряжения, представленных на рисунке 5, выбраны соответствующие оптимальным настройкам коэффициенты К0„ и К,„

к 10

А)

е 4

о -2

-4 -S -8

~1-100 -80 -60 -40 -20 0

К Ю

8

6

Б)

2 0 -2

-4 -6

-10 '-J-1-1-------1---Кои

-100 -80 -60 -40 -20 0

Рис 5. Влияние канала по отклонению напряжения системы регулирования генераторов Кольской АЭС на колебательную (А) и апериодическую (Б) устойчивость транзита.

Во втором случае применяется АРВ-СД, где помимо параметров отклонение напряжения используется отклонение частоты напряжения и производная частоты напряжения. При принятых коэффициентах регулирования К0„ и ,К;„(-100 и -10) в предыдущем опыте на рисунке 6 рассмотрена оптимизация настроечных параметров К0ш и К1шпо отклонению частоты напряжения и отклонению производной частоты. По условиям апериодической и колебательной устойчивости оптимальными настройками АРВ Кольской АЭС в режиме передачи допустимой мощности 2 o.e. являются следующие величины: К0„= -100, К,„= -10, К0ш= 1, К,ш= 1.

1u

о ■ " '' Ой-" \ К

s>v

-Рог 1. Ь

/-....Л

— ____ -.ä 91'

/

i .v.*"'

- -0. 07-- - - 'Г

Рис 6. Влияние канала по отклонению частоты системы регулирования генераторов Кольской АЭС на колебательную (А) и апериодическую (Б) устойчивость транзита (принималось К0„= -100, К,„= -10)

Таблица 1

Ры~2 о е Ро/=2 о е Ро!=2 о е

К„,,=-\00, К1и = -10 Ко,,=-100, К/и= -10, к^-т, кы=-\й,

Ькз = 0,116 ЬЕ5 = 0,166 Кош~ 1, К]а1=1

Ькз =0,116 Ья5 = 0,166 Ъы = 0 Ьа5 = 0

-0 91361 -0 95958 ± 0 08661 -0 95191 ±0 0592841

-0 76006 ±6 074Ь -0 76499 ±6 05331 -0 69108 ±5 93951

-0 61167 ±0 0677651 -0 60877 ± 0 0525021 -0 67633

-0 55369 ± 1 24461 -0 65244 ± 1 15381 -0 61642 ±1 0261

-0 51654 ± 6 91051 -0 51111 ±6 91481 -0 49145 ±6 79631

-0 33476 ±5 34631 -0 37472 ± 5 36241 -0 37146 ±5 24021

-0 073696 ±3 67111 -0 34497 ±3 55511 -0 3711 ±3 44331

-0 25511 ±4 79661 -0 25587 ±4 8011 -0 40562 ± 4 68441

-0 35879 -0 35843 -0 3903

-0 31934 -0 32016 -0 32347

-0 29946 -0 29947 -0 31435

-0 25651 -0 25657 -0 27332

-0 21797 -0 21891 -0 20624

-0 80119 -0 8302 -0 82552

Очевидно, что низкая степень затухания некоторых составляющих (например, апериодический корень -0 073696 в первом столбце) вызвана, как чрезвычайно высокими мощностями, протекающими по транзиту, так и протяженностью линий транзита При оптимизации настроек АВР-СД показатели апериодической устойчивости интенсивно изменились (от -0 073696 до -0 34497) В то же время, можно сказать, что показатели колебательной устойчивости изменяются весьма слабо (например, с -0 33476 ± 5 34631 до -О 37472 ± 5 36241) Расчеты проводились на транзите Колэнерго-Карелэнер-го-Ленэнерго при осуществимом в будущем строительстве второй ВЛ ЗЗОкВ на участках Кольская АЭС - ПС Княжегубская - ПС Лоухи - ПС Путкинс-кая - ПС Ондская - ПС Петрозаводск - ПС Сясь - Киришская ГРЭС и предлагаемой замене существующей ВЛ ЗЗОкВ в связи со старением оборудования и опор на ВЛ ЗЗОкВ ПНМ и на уровень нагрузок 2012 года

Исследования динамической устойчивости проводились с целью определения условий протекания переходных процессов при расчетных авариях, близким по тяжести к однофазным и двухфазным кз в сети ЗЗОкВ Необходимые противоаварийных мероприятий, обеспечивающие сохранение параллельной работы трех энергосистем Колэнерго, Карелэнерго и Ленэнерго при повреждениях в сети транзита 330-220кВ при наличии управления на устройствах компенсации реактивной мощности, были рассчитаны при применении новой разработанной модели управляемых компенсирующих устройств

Рис. 7. Двухфазное к.з. на землю на ВЛ ГШМ ЗЗОкВ Кольская АЭС - ПС Княжегубская вблизи шин Кольской АЭС, сопровождающееся отключением генераторов 2x36МВт на Княжегубской ГЭС в момент времени Т=0,22 с

а)

у-/

X

Кольской АЭС

Л1" ь

'^хХХ.4 ПС Петрозаводская - ПС Кинзгопожская "" Княжегубской ГЭС

V 4 О ндс ка я Г Э С \ч ПС Лоухн

4 Путгкнсхок ГЭС

б)

Петроза! опекая ТЭЦ J

\ <

В)

Киришскон ГЭС у у-

,,___ 1

\

х >л \

4 П С Ондс кая "\Ц П С Лоухк '

/ г J

л

V-v7/' .-.^it i 'il j.'" ^

-гБеломор с койГДС//' - Кр шо кор ожехон/ГЭ С

I П утк ю«1 к о ЙТ Э С

\ % д Р I

\ /Л-и

л \\

/

\

. . j

Княжегубско н ГЭС

Hitif-kitx ГЭС

X. Кольской АЭ С

(а) Напряжение на шинах станций и подстанций в кВ, (б) реактивная мощность на шинах подстанций, где установлены регулируемые компенсирующие устройства в МВА, (в) относительные углы роторов на станциях в Градусах.

Таблица 2

Результаты расчетов динамической устойчивости при повреждениях близких к двухфазным к з на землю

N Место повреждения Характеристики переходного процесса и противоаварийные мероприятия необходимые для сохранения устойчивости

1 BJI ЗЗОкВ Кольская АЭС -ПС Княжегубская вблизи шин станции Устойчивость сохраняется

2 ВЛ ЗЗОкВ Кольская АЭС -ПС Княжегубская вблизи шин ПС Устойчивость сохраняется

3 ВЛ ЗЗОкВ ПС Княжегубская- ПС Лоухи вблизи шин ПС Лоухи Устойчивость сохраняется

4 ВЛ ЗЗОкВ ПС Лоухи-Путкинская ГЭС вблизи шин Путкинской ГЭС Устойчивость сохраняется

5 ВЛ ЗЗОкВ Путкинская ГЭС - Ондская ГЭС вблизи шин Ондской ГЭС Устойчивость сохраняется

6 ВЛ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Кондо-пожская вблизи шин Ондской ГЭС Устойчивость сохраняется

7 ВЛ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Петрозаводская вблизи шин Ондской ГЭС Устойчивость сохраняется

8 ВЛ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Петрозаводская вблизи шин ПС Петрозаводская Устойчивость сохраняется

1 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Кольская АЭС -ПС Княжегубская вблизи шин станции отключаются генераторы 2x3 6МВт на Княжегубской ГЭС

2 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Кольская АЭС -ПС Княжегубская вблизи шин ПС отключаются генераторы 2x36МВт на Княжегубской ГЭС

3 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ ПС Княжегубская- ПС Лоухи вблизи шин ПС Лоухи отключаются генераторы 4x3 6МВт на Княжегубской ГЭС

4 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ ПС Лоухи-Путкинская ГЭС вблизи шин Путкинской ГЭС отключаются генераторы 4x36МВт на Княжегубской ГЭС

5 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Путкинская ГЭС - Ондская ГЭС вблизи шин Ондской ГЭС Устойчивость сохраняется

6 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Кондопожская вблизи шин Ондской ГЭС отключается генератор 1x28МВт на Путкинской ГЭС

7 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Петрозаводская вблизи шин Ондской ГЭС отключается генератор 2x28МВт на Путкинской ГЭС

8 ВЛ ПНМ ЗЗОкВ Ондская ГЭС - ПС Петрозаводская вблизи шин ПС Петрозаводская отключается генератор 2x28МВт на Путкинской ГЭС

Результаты расчетов представлены в таблице 2 Анализ результатов этих расчетов показал, что при авариях на ВЛ ПНМ 330 кВ по тяжести повреждения близких к двухфазному к з на землю и отключаемых основной защитой потребуется отключение нескольких гидрогенераторов, однако объемы отключаемой мощности невелики (менее 100 МВт) На рис 7 показан переходный процесс при такой аварии и отключении участка ВЛ ПНМ

Выводы

1 На примере Кольско-Карельского транзита в подробной схеме сети

150-220-330 кВ Северо-Западного региона рассмотрено применение линии повышенной натуральной для передачи «запертой» мощности и электроэнергии Кольской АЭС Показано, что строительство ВЛ ПНМ может существенно увеличить пропускную способность транзита по сравнению с ВЛ традиционного исполнения

2 Рассмотрено применение компенсирующих устройств для поддержания напряжения на подстанциях транзитной электропередачи и повышения запаса статической устойчивости Применение этих устройств совместно со строительством ВЛ ПНМ позволяет и передать всю «запертую» мощность Кольской ЭС при высоких показателях демпфирования

3 На основе анализа вариантных расчетов установившихся режимов транзита при исполнении одной из цепей в виде ВЛ ПНМ и при условиии применения управляемых компенсирующих устройств даны рекомендации по оптимальной расстановке этих устройств на подстанциях. Определена мощность компенсирующих устройств, обеспечивающая передачу мощности электростанций Кольской ЭС в западную часть ОЭС Северо-запада

4 Применение компенсирующих устройств позволяет увеличить рабочую мощность двухцепной электропередачи на 13,6%, замена старой цепи ВЛ на ВЛ ПНМ - на 32%, а совместное использование обоих мероприятий, направленных на увеличение передаваемой мощности - на 44%

5 Эффективность применения УКРМ с точки зрения экономии потерь проявляется при величинах перетоков мощности, приближающихся к предельным, а реконструкция линии в исполнении ПНМ позволяет снизить потери на 20-30 МВт

6 Анализ статической устойчивости, выполненный для условий эквивалентной схемы Кольско - Карельского транзита на основе расчета характеристических чисел, дает рекомендации по настройкам каналов регулирования УКРМ

7 Разработаны методики математического моделирования регулируемых устройств поперечной компенсации для применения в про-

граммах расчета динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем («Мустанг», «Дакар») В качестве альтернативы рассмотрен вариант дискретного регулирования конденсаторных батарей по факту повышения и снижения напряжения

8 При авариях, близких к двухфазным коротким замыканиям на землю на рассматриваемом объекте произведены расчеты динамической устойчивости Показано, что при выбранном варианте исполнения схемы в наиболее тяжелых случаях требуются небольшие объемы отключения гидрогенераторов Кольской ЭС для обеспечения устойчивости исследуемого транзита

9 Применении управляемых устройств компенсации реактивной мощности оказывает незначительное влияние на повышение пределов динамической устойчивости, однако существенно улучшается демпфирование послеаварийных колебаний

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1 Беляев А.Н, Смирнов В А, Смоловик С В , Фролов О В «Обоснование целесообразности установки управляемых шунтирующих реакторов на станциях для компенсации избыточной реактивной мощности»// Материалы XI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18-19 мая 2007г - Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург 2007г. - с 532

2 Смирнов В А «Оптимизация режимов Кольско-Карельскош транзита в двухцепном исполнении на основе использования устройств регулирования реактивной мощности» »// Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18-19 мая 2006г - Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург 2006г - с 327

3 Сатанин В В , Смирнов А А, Смирнов В А «Исследование эффективности применения устройств регулируемой поперечной компенсации для повышения запасов устойчивости транзита Колэнер-го-Карелэнерго-Ленэнерго»//Материалы Всероссийского научного семинара «Энергетическая безопасность России» 12 апреля 2006 года, Санкт-Петербург-СПб Изд-воПолитехи Ун-та,2006 124 с

4 Назарова Е С, Смирнов А А, Смирнов В А , Попков Е Н «Разработка критериев эффективности работы УШР в сетях 500 кВ»// НТВ СПбГПУ № 4, 2007, С 86-94

Подписано в печать 14 03 2008 Формат 60х84'/1б Объем 1,5 п л Тираж 100 экз Заказ 13

Издательство «Нестор» 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр , 11

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Проблемы обеспечения режимов и устойчивости энергосистемы Северо-Запада России.

1.1. Особенности и проблемы развития ОЭС Северо-Запада.

1.1.1. Общая характеристика ОЭС Северо-Запада.

1.1.2. Характеристики режимов работы основной электрической сети ОЭС. Основные проблемы управления режимами.

1.2. Средства регулирования напряжения в высоковольтной сети.

1.2.1.История создания и развития управляемых шунтирующих реакторов

1.2.2. Назначение и функциональные возможности УШР.

1.2.3. Управляемые шунтирующие реакторы трансформаторного типа.

1.2.4. Шунтирующие реакторы, управляемые подмагничиванием сердечника

1.2.5. Статические тиристорные компенсаторы.

1.2.6. Статический компенсатор СТАТКОМ.

1.3. Задачи диссертации

ГЛАВА 2. Математические модели элементов электрической системы.

2.1. Математические модели для расчета установившегося режима электрической системы.;.49;

2.1.1 Модели генерирующих источников.

2.1.2. Модель управляемого шунтирующего реактора.

2.1.3. Области применения и математические модели статических тиристорных компенсаторов.

2.2 Математические модели для расчета динамических процессов в электроэнергетической системе.

2.2.1. Понятие, нормативы, способы определения и требования к динамической устойчивости.'.

2.2.2. Математическое моделирование переходных процессов синхронного генератора.

2.6.1. Математическое моделирование переходных процессов синхронного генератора.

2.2.3. Математическое моделирование автоматического регулятора сильного действия (АРВ-СД).

2.2.4. Математическое моделирование переходных процессов нагрузки.

2.3. Моделирование электромеханических переходных процессов в программе МУСТАНГ.

2.4. Подход к выбору проводов ВЛ СВН.

ГЛАВА 3. Исследование эффективности применения управляемой поперечной компенсации для оптимизация режимов работы Кольско

Карельского транзита

3.1. Режимы и особенности эксплуатации Кольско-Карельского транзита

3.1.1. Двухцепная схема (без компенсирующих устройств).

3.1.2. Двухцепная схема с компенсирующими устройствами.

3.1.3. Двухцепная схема с одной из цепей ПНМ.

ГЛАВА 4. Результаты исследования статической и динамической устойчивости электропередачи Колэнерго - Ленэнерго.

4.1. Исследование статической устойчивости транзита в условиях эквивалентной схемы Колэнерго-Карелэнерго-Ленэнерго.

14.2, Исследование динамической устойчивости транзита в условиях эквивалентной схемы Колэнерго-Карелэнерго-Ленэнерго.

4.3. Исследование режимов и динамической устойчивости транзита.

4.3.1. Повреждения вблизи Кольской АЭС.121.

4.3.2. Повреждения вблизи шин ПС Княжегубская, ПС Лоухи, ПС Путкинская и ПС Ондская.

4.3.3. Повреждения вблизи шин ПС Ондская, ПС Кондопожская, ПС

Петрозаводская.

ВЫВОДЫ.

Развитие объединенных электроэнергетических систем, охватывающих большие территории с многочисленными мощными электрическими станциями, обуславливает необходимость углубленного рассмотрения вопросов обеспечения статической и динамической устойчивости их параллельной работы. Вопрос обеспечения устойчивой - работы объединенных энергосистем остро стоит во многих странах мира, о чем свидетельствуют многочисленные системные аварии, сопровождающиеся продолжительным нарушением электроснабжения значительного числа потребителей. Высокая стоимость. линий электропередачи заставляет полностью использовать их пропускную способность, возлагая решение задачи обеспечения устойчивости на вспомогательные силовые устройства, обеспечивающие ее заданные или допустимые показатели. На сегодняшний день предложено множество путей решения этой проблемы [1, 23, 25, 28, 48], но с появлением новых более эффективных устройств возникает необходимость исследования режимов' и показателей устойчивости, согласованию и оптимизации настроечных параметров и определение дополнительных возможностей управления режимами работы линий: электропередачи [39, 68, 80,82].

В настоящее время значительный прогресс достигнут в технике-передачи электрической энергии высоковольтными ВЛ переменного тока. Благодаря применению новых изоляционных и конструкционных материалов, более совершенных устройств и конструкций по ограничению коммутационных и грозовых перенапряжений появилась возможность сокращения размеров опор, ширины отчуждаемой земельной полосы и т.д. Важным направлением совершенствования BJI переменного тока является разработка конструкций высоковольтных линий повышенной натуральной мощности (BJI ПНМ). Указанное направление сочетает все упомянутые выше мероприятия с глубоким расщеплением проводов, увеличением 4 радиуса расщепления и рационального размещения проводов расщепляемой фазы в пространстве. Использование этого подхода позволяет дополнительно сократить расстояние между осями фаз и значительно увеличить натуральную мощность BJI. Недостатком является увеличение зарядной мощности ВЛ, которую нужно компенсировать.

Опыт эксплуатации линий электропередачи 1150 кВ, полученный в течение 80-х годов показал, что без применения управляемой поперечной компенсации зарядной мощности линий использование их пропускной способности практически невозможно: при полностью включенных неуправляемых шунтирующих реакторах пропускная способность трех » участков линии 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав — Кустанай — Челябинск составляла менее 50% натуральной мощности.

В соответствии с возникшей проблемой в течение 80-х — 90-х годов в России интенсивно развивалось научное направление, связанное с использованием управляемых средств компенсации, в том числе и управляемых шунтирующих реакторов (УШР) [1, 4,12,24].

В данной работе выполнено исследование применения управляемой поперечной компенсации для улучшения характеристик установившихся режимов и обеспечения устойчивости протяженной транзитной линии электропередачи переменного тока. Объектом исследования является протяженная электропередача 330 кВ, отходящая от Кольской атомной электростанции, после ее усиления второй цепью. В качестве устройств компенсации предполагается применение статических тиристорных компенсаторов или других устройств, способных как потреблять, так и генерировать реактивную мощность. Одним из возможных вариантов является совместное применение батарей нерегулируемых конденсаторов и управляемых шунтирующих реакторов (для единообразия терминологии далее в работе для обозначения регулируемых устройств компенсации реактивной мощности будет применяться термин СТК). Применение СПС позволяет существенно улучшить распределение напряжений вдоль линии 5 электропередачи и одновременно обеспечить достаточно высокие показатели демпфирования малых колебаний. Весьма важным для практической реализации является вопрос о расстановке СТК по промежуточным подстанциям транзита, выборе законов регулирования СТК, установленных в различных точках электропередачи, и о выборе их настроечных параметров.

Основной проблемой рассматриваемой транзитной электропередачи является несоответствие ее пропускной способности резервам мощности Кольской энергосистемы (1430 МВт), и, как следствие, наличие «запертой» мощности. В ранее выполненной работе [49,50] показано, что установка двух СТК мощностью 180 MB Ар на подстанциях Лоухи и Онда (при одноцепном варианте исполнения электропередачи) способствует повышению величины передаваемой мощности с 596 до 723 МВт (на 127 МВт), то есть приблизительно 0,35 кВт/кВАр.

Для усиления выполнен проект строительства BJI 330 кВ с «севера» : BJI330 кВ на участке Кольская АЭС - Княжегубская ГЭС — Путкинская ГЭС протяженностью 354 км. Далее предусмотрен ввод в эксплуатацию участков BJI 330 кВ Путкинская ГЭС - Онда длиной 130 км и Онда - Петрозаводск длиной 280 км и ввод последнего участка BJI330 кВ транзита Петрозаводск -Сясь - Киришская ГРЭС длиной 338 км.

Однако следует отметить, что и этот вариант не может обеспечить выдачу избытка мощности всех электрических станций Кольской энергосистемы. Поэтому в диссертации в качестве возможного варианта развития транзита рассмотрено выполнение одной из параллельных линий BJI 330 кВ Кольская АЭС - Киришская ГРЭС в виде линии повышенной натуральной мощности, в том числе и при условии установки на промежуточных подстанциях электропередачи регулируемых устройств компенсации реактивной мощности. После ввода в строй второй цепи первая (старая) линия электропередачи (выработавшая свой ресурс) может быть реконструирована в виде линии повышенной натуральной мощности.

В первой главе выполнен обзор литературы, касающейся рассматриваемой темы, рассмотрены технико-экономические показатели различных устройств поперечной компенсации реактивной мощности BJI. Приведены материалы, характеризующие развитие электроэнергетики Северо-западного региона России и дан обзор основных устройств поперечной компнсации линий электропередачи.

Во второй главе описаны основные математические модели элементов электроэнергетической системы и приемы их реализации в различных программных средах, включая существующие программные комплексы для расчетов установившихся режимов и динамической устойчивости сложных энергосистем. Приведена математическая модель управляемого шунтирующего реактора, пригодная для использования в распространенных программах расчета динамической устойчивости электрических систем.

В третьей главе приведены результаты расчетов установившихся режимов электропередачи при установке устройств управляемой поперечной компенсации. Показано, что использование СТК приводит к заметному улучшению распределений потоков реактивной мощности и, соответственно, значений напряжений в узловых точках электропередачи и снижению потерь. Применение BJIПНМ позволяет полностью реализовать передачу мощности Кольской энергосистемы в западную часть ОЭС.

В четвертой главе приведены результаты оценок статической устойчивости, выполненные на основе расчета характеристических чисел.

Показано, что применение СТК обеспечивает хорошие показатели демпфирования. Определены требования к быстродействию, устройств компенсации. Приведены результаты расчетов переходных процессов в электропередачи с СТК при конечных возмущениях. Показано, что возможности СТК в увеличении предельных по условиям динамической устойчивости значений передаваемых мощностей невелики. Тем не менее, регулирование СТК приводит к некоторому облегчению переходных процессов и существенно улучшает демпфирование послеаварийных 7 колебаний. В заключительной части четвертой главы и в приложениях приведены результаты расчетов динамической устойчивости, иллюстрирующие влияние СТК на протекание электромеханических переходных процессов в условиях сложной энергосистемы.

выводы

На примере Кольско-Карельского транзита в подробной схеме сети ОЭС Северо-Запада классов напряжения 150-220-330 кВ рассмотрено применение линии повышенной натуральной для передачи «запертой» мощности и электрической энергии Кольской АЭС. Показано, что строительство BJI ПНМ может существенно увеличить пропускную способность транзита, по сравнению с BJI традиционного исполнения. Рассмотрено применение компенсирующих устройств для поддержания напряжения на основных подстанциях транзита и увеличения запасов статической устойчивости. Применение этих устройств совместно со строительством ВЛ ПНМ позволяет передать в Ленэнерго всю «запертую» мощность Кольской ЭС.

На основе анализа вариантных расчетов установившихся режимов транзита при усилении его ВЛПНМ и при условиях применения управляемых компенсирующих устройств даны рекомендации по оптимальной расстановке этих устройств на подстанциях. Определена оптимальная мощность компенсирующих устройств для передачи генерируемой мощности станций Кольской ЭС в Ленинградскую ЭС. Применение компенсирующих устройств позволяет увеличить рабочую мощность на 13,6%, замена старой В Л на В Л ПНМ - на 32%, а совместное использование обоих средств, направленных на увеличение передаваемой мощности - на 44%.

Эффективность применения управляемых устройств регулирования реактивной мощности с точки зрения экономии потерь проявляется при величинах перетоков мощности, приближающихся к предельным, а сооружение линии в исполнении ПНМ позволяет снизить потери на 20-30; МВт.

На основе анализа статической устойчивости, выполненного для условий эквивалентной схемы Кольско — Карельского транзита даны рекомендации по настройкам каналов регулирования устройств компенсации.

7. Разработана методика математического моделирования регулируемых устройств поперечной компенсации для применения в программах расчета динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем («Мустанг», «Дакар»).

8. Выполнен анализ динамической устойчивости электропередачи при авариях, близких к двухфазным коротким замыканиям на землю. Устойчивость параллельной работы Кольской энергосистемы с ОЭС Северо-Запада обеспечивается. Показано, что при выбранном варианте исполнения схемы в наиболее тяжелых случаях в качестве противоаварийного мероприятия требуются незначительные отключения гидрогенераторов Кольской энергосистемы для обеспечения устойчивости транзита.

1. Александров Г.Н. Обеспечение передачи электрической энергии по длинным линиям с управляемыми шунтирующими реакторами. — Электричество, 2001, № 5.

2. Александров Г.Н. Ограничение коммутационных перенапряжений на линиях электропередачи с помощью управляемых шунтирующих реакторов, Электричество, 2001, № 1.

3. Александров Г.Н. Передача электрической энергии переменным током. — М.: Изд-во "Знак", 1998. 278 с.

4. Александров Г.Н., Альбертинский Б.И., Шкуропат И.А. Принципы работы управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа. Электротехника, 1995, № 11.

5. Александров Г.Н. Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа. Электротехника, 1996, № 10.

6. Александров Г.Н. К методике расчета управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа. Электричество, 1998, № 4.

7. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость: / Пер. с англ. под ред. Я.Н. Луганского. М.: Энергия, 1980. - 568 е., ил.

8. Асамбаев С. И., Соколов С.Е. О характеристиках потребляемого тока управляемых реакторов с подмагничиванием. Электрические станции. -1997. №11, с. 44-47.

9. Баринов В.А., Литвиненко Е.А. Определение установившихся режимов и статической устойчивости сложных электроэнергетических систем // Методы и программное обеспечение для расчетов колебательной устойчивости энергосистем (ФЭО). СПб., 1992. — с. 18-29.

10. Баринов В.А., Совалов С.А. Анализ статической устойчивости электроэнергетических систем по собственным значениям матриц // Электричество.-1983.-№ 2.-е. 8-15.

11. Бортник И.М., Буряк С.Ф., Олыпвинг М.В., Таратута И.П. Статические тиристорные компенсаторы энергосистем и сетей электроснабжения. — Электричество. 1998. № 2, с. 13-19.

12. Брянцев A.M., Евдокунин Г.А. и др. Управляемые подмагничиванием$шунтирующие реакторы Новое электротехническое оборудование. — Энергетик, 2000, №1.

13. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учебник для электроэнергетич. спец. вузов. Изд. 4-е. — М.: Высшая школа, 1985- 536 с.

14. Веников В.А. Проблемы планирования развития и эксплуатации энергосистем. -М.: Энергия, 1978. — 142 с.

15. Веников В.А., Литкенс И.В. Математические основы автоматического управления режимами электросистем.-М.: Высшая школа, 1964.-202 с.

16. Веников В.А., Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока. М.: Энергоатомиздат, 1985.

17. Глебов И.А. Современное состояние и научные проблемы электромашиностроения // Развитие и перспективы электротехники трехфазного переменного тока: Докл. к Всес. науч.-техн. конф. СПб., 1992. - с. 6-66.

18. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины.-М., Л.: Госэнергоиздат, 1950.- 551 с.

19. Груздев И.А., Терешко Л.А., Шахаева О.М. Частотные характеристики электроэнергетических систем и их использование в задачах устойчивости и эквивалентирования. Учебное пособие. — Л.: ЛПИ, 1982. — 70 с.

20. Груздев И.А., Торопцев Б.Л., Устинов С.М. Исследование эффективности расчета корней характеристических уравнений высоких порядков прирешении задач устойчивости // Энергетика (Изв. высш. учеб. заведений).— 1986,№4.-с. 7-10.

21. Дорофеев В.В. Перспективы применения в ЕЭС России гибких (управляемых) электропередач переменного тока / В.В. Дорофеев, Ю.Г. Шакарян, В.В. Кочкин и др. // Электрические станции. 2004. №8.

22. Евдокунин Г.А. Управляемые реакторы. — Электротехника (спец. выпуск), 1991, №2.

23. Евдокунин Г.А., Рагозин А.А. Исследование статической устойчивости дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами. Электричество, 1996, №8.

24. Ершевич В.В. Первый формальный шаг по пути создания Единой электроэнергетической системы мира. Электричество, 1992, № 1.

25. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем, М.: Энергия, 1979.-445 с.

26. Ивакин В.Н., Сысоева Н.Г., Худяков В.В. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристрорные компенсаторы / Под ред. В.В. Худякова. — М.: Энергоатомиздат, 1993.

27. Кашин И.В., Смоловик С.В. Устойчивость работы, протяженных электропередач переменного тока с регулируемыми устройствами поперечной компенсации. — Электричество, 2001, №2.

28. Косгюк 0:М. О математическом описании элементов энергосистемы для решения задач статической устойчивости. — Киев, 1973. — 64 с. Костюк О.М. Элементы теории устойчивости энергосистем. — Киев: Наукова думка, 1983.-295 с.

29. Кощеев JI.А., Семенов В.А. Системные аварии в Западном энергообъединении США Электричество, 1997, № 10.

30. Левинштейн М.Л. Установившиеся режимы, устойчивость и перенапряжения в электрических системах. Л., Энергия, 1968. — 202 с.

31. Левинштейн М.Л., Щербачев О.В. Статическая устойчивость электрических систем. Учебное пособие, СПб.: СПбГТУ, 1994. - 264 с.

32. Литкенс И.В., Пуго В.И. Колебательные свойства электрических систем. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 216 с.

33. Лукашов Э.С. Вопросы устойчивости в малом дальних электропередач переменного тока.: Дис.д-ра техн. наук / ЛПИ, Л., 1971.

34. Лукашов Э.С. Уравнения малых колебаний дальних электропередач и исследование их на устойчивость. — Новосибирск: Наука, сиб. отделение, 1966.-220 с.

35. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. — М., Энергия, 1969. — 351 с.

36. Масленников В.А. Управление собственными динамическими свойствами крупных энергообъединений и дальних электропередач: Дис. д-ра техн. наук / СПбГТУ, СПб., 1998. - 284 е.: ил.

37. Масленников В.А., Устинов С.М. Статическая устойчивость протяженных электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами. Изв. РАН. Энергетика, 1995, № 1.

38. Матвейник В.М., Наровлянский В.Г., Якимец И.В. Выбор параметров индуктивного накопителя для энергетической системы. Электричество, 1992, № 6.

39. Петошин B.C., Сатанин В.В. «Исследование динамической устойчивости транзита Колэнерго Карелэнерго — Ленэнерго» // Материалы научно138технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах», изд-во СПбГПУ, СПб, 2004г.

40. Рагозин А.А., Попов М.Г. Анализ эффективности применения управляемых шунтирующих реакторов в системообразующих сетях энергообъединений. — Электричество, 2002, №2.

41. Рагозин А.А. Обобщенный анализ динамических свойств энергообъединений на основе структурного подхода: Дис.д-ра техн. наук / СПбГТУ. СПб., 1998.-353 с.:ил.

42. Сатанин В.В. Применение устройств компенсации реактивной мощности для оптимизации режимов и устойчивости межсистемной транзитной электропередачи ЗЗОкВ Кольская АЭС — Ленэнерго / Автореферат дисс. . канд. техн. наук. СПбГПУ, 2005.

43. Смоловик С.В. Методы математического моделирования переходных процессов высокоиспользованных и нетрадиционных синхронныхгенераторов электроэнергетической системы: Дис. докт. техн. наук / Ленингр. политехи, ин-т. Л., 1988. - 420 с.

44. Совалов С.А., Баринов В.А. Математическое моделирование установившихся режимов электроэнергетических систем. Электричество.-1980. № 10, с. 11-17.

45. Совалов С.А. Противоаварийное управление в энергосистемах. — М.: Энергоатомиздат, 1988.-416 с.

46. Совалов С.А. Режимы Единой энергосистемы. М.: Энергоатомиздат, 1983. -384 с.

47. Соколов С.Е., Брянцев А.М. Управляемый реактор с пространственным магнитопроводом//Известие вузов. Энергетика. 1987,№ 10.

48. Соколов С.Е., Борисов Г.О., Гусев А.П., Заславская Т.Б. Управляемые ферромагнитные реакторы и их использование для управления режимами протяженным ЛЭП. Новосибирск: ВО "Наука", 1993.

49. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Перевод тематического сборника Рабочей группы ИК 38 СИГРЭ / Под ред. И.И. Карташева. М.: Энергоатомиздат, 1990.

50. Суханов Л.А., Мягкова Г.П. Основные параметры отечественных генераторов. -М.: Информэлектро, 1986.

51. Управление процессами электрических систем.: Тематический сборник/ Редакция Строева В.А. М., МЭИ, 1978. - 100 с.

52. Ушаков Е.И. Статическая устойчивость электрических систем. / АН СССР. Сиб. Отделение. Сибирский энергетический ин-т. Новосибирск: Наука. Сиб. Отделение, 1988.-273 с.

53. Цукерник Л.В. и др. Проблема колебательной статической устойчивости электроэнергетических систем // Современные проблемы энергетики: Тез. докл. и сообщ. IV Респуб. науч.техн. конф, — Киев, 1985. — с. 12-13.

54. Шанбур Ибрагим Жорж. Совершенствование методов расчета статической устойчивости и алгоритмов регуляторов возбуждения: Дис.канд. техн. наук / СПбГТУ. СПб., 1998. - 140 е.: ил.

55. Щедрин Н.Н. Упрощение электрических систем при моделировании. — М-JL: Энергия, 1966. -159 с.

56. Щербачев О.В. Передача энергии на дальные расстояния переменным током.: Представление на соискание ученой степени докт. техн. наук. — 1966. -137 с.

57. Щербачев О.В. Режимы и оборудование электрических систем. — JL, ЛПИ, 1980.-113 с.

58. Юрганов А.А. Динамические свойства и устойчивость мощных турбогенераторов АЭС с сильным регулированием возбуждения: Автореф. дис. .докт. техн. наук. — JL, 1990. — 46 с.

59. Alexanndrov G.N., Evdokunin G.A., Ragozin А.А., Seleznev Y.G. Provision of parallel operation of power systems connected by extra-long A.C. transmission lines with controlled shunt reactors. // Perspectives in Energ., vol.3.

60. Anderson P.M., Fouad A.A. Power system control and stability. — Ames, Iowa, 1977, p.569.

61. Carel C. Dewinken, Jeffrey Lamore. Stroring power for critical loads. // IEEE Spectrume, June 1993.

62. Cheng S.J., Chow Y.S., Malik O.P. Hope G.S. An. Adaptive Synchronous Machine Stabilizer // IEEE Transactions on Power Systems, Vol. PWRS-1. № 3, August 1986.-pp. 101-109.

63. Cresap R.L., Mittelstand W.A. Small-Signal Modulating of the Pacific HVDC Intertie // IEEE Transactions on Power Systems, 1997, №2.

64. De Mello P.P., Concordia C. Concepts of Synchronous Machine Stability as Affected by Excitation Control. IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-88, № 4. April 1969. pp. 189-202.

65. De Mello F.P., Nolan P.J., Laskowski T.F., Undrill J.M. Coordinated Application of Stabilizers In MultiMachine Power Systems // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-99, № 3. May 1980.-pp. 892-901.

66. Edris A. FACTS Technology Development: An Update. // IEEE Power Engineering, March 2000.

67. Gavrilovic M.M., Begin-G. SMES systems for transient stability and damping improvement of power systems. American Power Conference, Chicago, 111., April 13-15, 1993.

68. Ghosh A., Ledwich G., Malik O.P., Hope G.S. Power System Stabilizer Based on a Adaptive Control Technique // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-103, № 8. August 1984. pp. 1983-1989.

69. Gigioli R., Paris L., Zini C. et al. Reactive power balance optimization to improve the energy transfer through A.C. system over long distance. // Session CIGRE, 1988, 28th August 3rd September.

70. Gu W., Bollinger K.E. A Self-Tuning Power System Stabilizer for Wide Range Synchronous Generation // IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 4, № 3, August 1989.-pp. 1191-1199.

71. Gyugyi L. Solid-State Control of Electric Power in AC Transmission Systems. / International Symposium on "Electric Energy Conversion in Power Systems". -Invated paper, № T-IP. 4, Capri, Italy, 1989.

72. Gyugyi L. et al. Unified Power Flow Controller: A New Approach to Power Transmission Control. // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, № 2, April 1995.

73. Hingorani N.G. High Power Electronics and Flexible AC Transmission System. // IEEE Transactions on Power Systems, July 1988. pp. 3-4.

74. Hingorani N.G. Understanding FACTS concepts and technology of flexible AC transmission system / N.G. Hingorani, L. Gyudgyi // IEEE Press, 2000,486 pp.

75. Hiskens I.A., Davy R.J. A Technique for Exploring the Power Flow Solution Space Boundary. // Proc. of the International Symposium on Electric Power Engineering Stockholm Power Tech: Power Systems, Stockholm, Sweden, 18-22 June, 1995, pp. 478-483.

76. Huang X, Krai S.F., Lehmann G.A. 30 MW Baccock and Wilcos Program for Utility Applications. / Aplied Superconductivity conference. Boston, MA, 1994, October.

77. Klein M., Rogers G.J., Kundur P., Zwyno M. Applications of Power System Stabilizers for Enhancement of Overall System Stability // IEEE Transactions on Power Systems, Vol. PS-4, May 1989. pp. 614-621.

78. Kundur P. Power System Stability and Control, New-York: Mc Graw-Hill, 1994, p.979.

79. Larsen E.V., Swann D.A. Applying Power System Stabilizers. Part I, II and III // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, № 6, June 1981.-pp. 3017-3046.

80. Makarov Y.V., Dong Z.Y., Hill D.J. A General Method for Small Signal Stability Analysis. // IEEE Transactions on Power Systems, Vol.13, No3, August 1998, pp. 979-985.

81. Makarov Y.V., Hiskens I.A. A Continuation Method Aproach to Finding the Closest Saddle Node Bifurcation Point. // Proc. NSF/ECC Worcshop on Bulk Power System Voltage Phenomena 1П, Davos, Switzerland, August, 1994.

82. Tolyat H., J. Sadeh An Improved Fuzzy Logic Based PSS for Power System Stability Enhancement // Proceeding of the 9th International Power System Conference. St. Petersburg, 4-7 July, 1994, Vol. 1 pp. 121-132.

83. Sadeghzadeh S.M., Ehsan V. et al. Improvement of Transient Stability Limit in Power System Transmission Lines Using Fussy Control of FACTS Devices. // IEEE Transactions on Power Systems, Vol.13, No3, August 1998, pp. 917-922.

84. Samuelsson O. Power System Damping Structural Aspects of Controlling Active Power. Lund Institute of Technology: Department of Industrial Electrical Engineering and Automation, 1997.

85. Samuelsson O. and B. Eliasson. "Damping of Electro-Mechanical Oscillations in a Multimachine System by Direct Load Control". // IEEE Transactions on Power Systems, Vol.12, №4,1997, pp. 1604-1609.

86. Schauder C.D. et al. Development of ± 100 MVAR Static Condencer for Voltage Control of Transmission Systems. // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, № 3, July 1995.

87. Schauder C.D., Gyugyi L. et al. Operation of the Unified Power Flow Controller (UPFC) Under Practical Constraints, // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 13, № 2, April 1998. pp.630-640.

88. Y. Wang, Mohler R.R., Spee R., Mittelstadt. Variable-Structure FACTS controlles for power system transient stability. // IEEE Transactions on Power Systems, Vol.7, №1, Feb. 1992, pp. 307-313.