автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Системные аспекты применения статических тиристорных компенсаторов в энергообъединениях



- ^ * \ о

ЧУ :

ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИСО/ЩДОВАТЕЛЬСКМЙ ИНСТИТУТ ПО ПЕРЩАЧЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

<НШШТ)

На правах рукописи

БАЛЫБЕРДОН ДМИТРИЙ ЛЕОЩДОВИЧ

уда 621.311 (315)

СИСТШШЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ТИРИСТОРШХ КОМПЕНСАТОРОВ В ЗНЕРГООБЪВДИНЕНМЯХ

Специальность 05.14.02 - Электрически© станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и упр&влощю ими

Автореферат диссертации на соискаше ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 1992

Расютч ьшшднчна в Ордена "Знак Почета" Научно-исслпдевятельском институте по передаче электроэнергии постолшшм током вдсокого напряжения (г.Сэпкт-Летербург).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кощеев Л.А.

Официальнне оппоненты: доктор технических наук, профессор Смодовик C.B.

кандидат технических наук, . с.н.с. Кичвев В.В.

Ведущая оргашзация: институт "Севзапэнергосетьпроект".

Защита состоится "/Г" 1992 г. в 9 часов*"*минут но

заседают специализированного совета К 144.09.01 Ордена "Знак Почета" Научна - исследовательского института по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (ШИПТ) по адресу: г. С.-Петербург, уд.Константинова, д.1, ауд.32.

Отзывы (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью, просьба направлять по адресу: 194223, г. С.-Петербург, ул.Курчатова, д. 1/39, НИИПТ.

О диссертацией мозгно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "/¿."^кл^ 1992 г.

Учштй секретарь специализированного совета H 144.09.01,

кпндидот технических наук

- Яргомский Ю.И.

СИСТН.ЯИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИИ СТАТИЧЕСКИХ ТИРЙСТОРНЬЕХ КОШЕНСЛТОРОВ В ЭШТООЕЩЩШШЯХ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.' Вопроси регулирования напряшния н реактивной мощности приобретают с кандым годом все большую значимость. Это объясняется, с одной стороны, ростом установленных мощностей энергосистем, их расширением, повышенном единичных мощностей генераторных блоков и электростанций, увеличением числа н мощности потребителей с резкопэременним характером нагруз!Ш, а с другой - ростом требований к надежности функционирования энергосистем, качеству электроэнергии, снижению потерь. В настоящее время в энергосистемах применяется большое количество устройств, обеспечивающих поддержание требуемого уровня напряжения и реактивной мощности. Наиболее перспективными с точки зрения многофункциональности применения, надежности, экономичности, удобства в эксплуатации являются статические тиристорные компенсаторы (СТК).

Системные вопросы использования СТК рассматривались как в СССР, так и за рубеаом. Тем не менее, ввиду новизны проблемы применения СТК, особенно на электропередачах ультрависокого напряжения, передачах и вставквх постоянного тока (соответственно ПЛТ И ВПТ), необходимо продолжить исследования по вопросам режимов и устойчивости энергосистем со статическими тиристоряыми компенсаторами различного типа как в общетеоретическом плане, так и применительно к конкретным схемам энергосистем. Нуадаются в более глубоком изучении вопроси дополнительного использования СТК, в частности, демпфирования о их помощью электромеханических колебаний, регулирования СТК с цель» снижения потерь в сети.

Выполнение работ данного направления осуществлялось в соответствии с отраслевыми НТП Минэнерго СССР: "Осуществить дальнейшее развитие Единой электроэнергетической системы (ЕЭЭС) СССР с целью повышения ее эффективности, надежности работа и снижения потерь электроэнергии в электрических сетях" и "Разработать и внедрить научно- технические решения по применению устройств силовой преобразовательной техники в электроэнергетику .с целью улучшения технкко - экономических характеристик электроэнергетического оборудования".

Цолью работа является решение комплекса проблем, связанных с реализацией лэзмсшгастей статических тиристорных компенсаторов в нормпльшх и аварийных режимах работы электропередач СВН переменного и постоянного тока. В соответствии с указанной целью основными падачаш диссертации ■ ладятся следующие:

- анализ современного состояния проблем, связанна с использованием СТК на электропередачах переменного и.постоянного тока;

- определение влияния установки СТК и других устройств компенсации реактивной модности на характеристики режимов, статической и динамической устойчивости межсистемных связей ИБО кВ (на примере электропередачи Казахстан - Урал);

- исследование устойчивости СТК ступенчатого типа в различных схемах и определения областей применения ступенчатых СТК;

- оценка домгарерншс свойств СТК, синтез оптимальной структуры стабилизации статических тиристорных компенсаторов и получение приелемнх параметров стабилизации на основании местной информации;

- определение условия минимума потерь активной мощности в электропередаче и разработка алгоритма управления устройством компенсации реактивной мощюсти (УКБ1) с целью минимизации потерь;

- исследование эффективности использования СТК в качестве регулируемых УШ»1 но преобразовательных подстанциях передач и вставок постоянного тока.

Методика выполнения исследований. Поставленные задачи решались с использованием классических методов теории управления и теорий устойчивости электроэнергетических систем, а таю® методов математического и физического моделирования.

Основные научные результаты и их новизна. На основе разработанных автором физической и математической моделей СТК в сложных схемах произведено исследование комплекса вопросов по проблемам применения статических тиристорных компенсаторов на линиях электропередачи! постоянного и переменного тока.

Проведаны исследования и выработаны рекомендации по повышению уровня устойчивости электропередачи 1150 кВ Казахстан -Урал за счет повышения эффективности использования устройств компенсации реактивной мощюсти, в том числе СТК.

Рассмотрены специфические проблемы устойчивости СТК ступенчатого типа и Енрайотчнн рекомендации по их применению.

Оцененм пределыщэ возмогамсти С'ГК по демпфировшим колебаний. Осуществлен синтез оптимального режимного параметра стабилизации СТК и на его основе ярэдлокэш закон« регулирования СТК, способстаущш улучшению гатухания колебаний в схеме.

Определено условие, обеспечивающее минимальный уровень потерь активной мощности, и на его основе предложен алгор ¡тм управления УКРМ с цель» мшшлизации потерь.

Рассмотрены Еопросы применения СТК на преобразовательных подстанциях передач и bcybbok постоянного тока и выработаны рекомендации по улучшению устойчивости ППГ (ВОТ).

Практическая ценность и реализация результатов работа. Полученные в результате выполнения работы вывода по вопросам применения и эксплуатации СТК и других устройств компенсации реактивной мощности на электропередаче 1150 кв Казахстан- Урал, а также на передачах и вставках постоянного тока, предназначены для использования в научно - исследовательских, проектных и эксплуатационных организациях при выборе УЮТ, их систем регулирования, определении стратегии управления как в нормальных, так и в аварийных режимах. Рекомендации по вопросам устойчивости и областям применения СТК ступенчатого тина могут бить использованы как при проектировании, так и при эксплуатации линий электропередачи, содержащих ступенчатые ОГК.

Проработанные в диссертации вопроси дополнительного использования СТК - для демпфирования колебаний и снижения потерь в сети - позволяют сформировать структуру и законы управления СТК, повивающие их эффективность в нормальных и аварийных рекимах и могут быть использованы при создании систем регулирования промышленных образцов СТК.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Всесоюзном научно - техническом совещании "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР" (Душанбе, 1989г.);

2. Открытой научно - технической конференции молодых ученых и специалистов ВНШЭ (Москв1, 1990г.);

3. Конференциях молодых специалистов НШПТ;

4. Заседаниях секций электроэнергетических сетей и систем НИИПТ.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, а том числе 2 изобретения.

Отруктура и объем диссертация. Диссертация состоит из введет»!, пяти глив и заключения. ОСадай объем составляет 171 страницу, включая 47 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 153 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основа анализа опубликованных работ обоснована актуальность тома диссертации, сформулированы цели и задачи исследований.

Первая глава посвящала вопросам исследований регсимов и устойчивости энергосистема со статическими тирисгорными компенсаторами. В качестве расчетной принята схема, полученная путем эквтаалентированип разработанной институтом "Энергосетьпро-ект" схемы развития ЕЭС ССОР на 1995 год. Такой вкОор объекта исследования не случаен, изучение вопросов устойчивости первой строящейся в стране ЛЭЛ 1150 кВ, в динамика ее развития, со всем комплектом устройств компенсации, как регулируемых, так и коммутируемых, представляет особый интерес.

Исследования проводились на электродинамической модели. Бала разработана и создана физическая модель СТК, позволяющая имитировать работу СТК как непрерывного, так и ступенчатого типа.

В рассматривавшейся схеме выполнено сопоставление уровней устойчивости и пропускной способности электропередачи 1150 кВ Казахстан - Урал при перетоках мощности, как с востока на запад, так и с запада на восток, для двух этапов ввода в эксплуатацию а той ВЛ при разном составе регулируемых и коммутируемых устройств компенсации реактивной мощности. При оценке величины пропускной способности связи принимался подход, в соответствии о которым под пропускной способность» ВЛ 1150 кВ понималась величина, равная максиыально допустимому значению перетока активной мощности по ной при выполнения условий: обеспечения уровня напряжения на-шинах подстанций в заданных пределах; отсутствия каких-либо перегрузок оборудования, в частности, УКВ1; наличия не менее, чем двадцатипроцентдаго нормативного запаоа отатической устойчивости и эапасо на нерегулярные колебания.

В розультата выполнения исследований получено, что на всох этапах ввода ЛЭП 1150 кВ, независимо от возможности коммутаций ' гаунтоЕих реакторов, существенный средством повышения ее пропускной способности является установка СТК.

Исследования динамической устойчивости расчетной схемы с СТК свидетельствуют об удовлетворительном качества протекать переходных процессов. В работе показано, что при наличии в Епэргосистемах генераторов, оснащенных АРВ СД и имеющих суммарную мощность, шачитолыю большую суммарной мощности СТК, последние могут регулироваться только па отклонению напряжения с коэффициентом усиления в 20 ед.тока/ед.напр. и эквивалентной постоянной времени регулятора напряжения, равной 0,05-0,1 с.

Помимо проблем устойчивости схем с СТК существуют и проблемы устойчивости самих УКРМ. Особенно своеобразный характер они приобретают для СТК ступенчатого типа. Вопросам устойчивости ступенчатых компенсаторов посвящена вторая глава.

В варианте ступенчатого СТК появление бесконечно малых отклонений напряжения во всей области режимов, за исключением конечного числа точек, соответствующих коммутациям ступеней, не вызывает ответной реакции системы регулирования компенсатора, и проблема обеспечения статической устойчивости в классическом понимании отсутствует. В этом случае можно говорить об устойчивости процессов, вызванных малыми, но конечными возмущениям!, обусловленными включением или отключением ступеней. При использовании статической системы регулирования коммутация очередной ступени компенсатора происходит при достижении напряжением на входе регулятора СТК уставки срабатывания. Для ступенчатого СТК с такой системой регулирования необходимым условием успешной работы является отсутствие автоколебаний.

Для различных вариантов установки СТК получены соотношения, определяющие необходимое условие отсутствия автоколебаний при коммутации не только одной, но и произвольного числа одновременно переключаемых ступеней СТК. Для успешного функционирования компенсатора ступенчатого тина со статической системой регулирования необходимо обеспечение в регуляторе напряжения .компенсатора некоторой зоны нечувствительности, определяемой в общем виде параметрами схемы, реактивным сопротивлением СТК, коэффициентом усиления регулятора по напряжению и максимально допустимым числом одновременно коммутируемых ступеней.

Наиболее неблагоприятным случаем с точки зрения возникновения автоколебаний является вариант установки СТК на промежуточной подстанции линии электропередачи. С учетом максимально возможных длин участков ЛЭП, величина ступени СТК, установленного на ЛЭП 1150 кВ, не должна превышать 200 - 250 1ЛВ-А.

В качестве альтернативной ькжет рассматриваться астатическая система регулирования, в соответствии с которой включение всох ступеней происходит при одном и том же уровне напряжения включения ивкл, при одном и том m уровне напряжения иоткл производится и отключение всох ступеней. Разность уставок на включение и отключение Швкл-иоткл) является той самой зоной нечувствительности, которая призвана исключить появление автоколебательных режимов. Такая система способна функционировать лизвь. при использовании логики последовательной коммутации ступеней. Переход на астатическую систему регулирования может быть полезен при использовзшги ступенчатых СТК при слабых примыканиях.

Полученные теоретические вывода были подтверждены результатами исследований на физической модели переходных процессов в схеме с СТК ступенчатого типа сначала в простейшей схеме, а затем - п рассматривавшейся в первой главе модели сложного этргообъединвния, содержащего электропередачу 1150 кВ.

Помимо проблем устойчивости СТК ступенчатого типа в работа рассмотрен вопрос оптимизации использования оборудования таких компенсаторов. Проектируемый в СИГ СТК ступенчатого типа предполагается, в частности, включить в третичную обмотку автотрансформатора 1150/500 кВ, обладающую малой мощностью и высоким Шз. Эти обстоятельства будут приводить к тому, что по мере подключения секций СТК напряжение на них за счет падения напряжения на продвключенной реактивности автотрансформатора будет снижаться все в большей степени, и при этом последние подключаемые секции но смогут грузиться номинальными токами. Это водэт к недоиспользованию оборудования СТК. Если задать порядок подключения секций компенсатора, то можно рассчитать величины реактивных сопротивлений ступеней СТК, обеспечивающих номинальный ток для каждой иэ коммутируемых секций. Такой подход позволяет не только увеличить мощность компенсатора при рассмагиваемом подключетш, но и обеспечивает более равномерный характер регулирования напряжения.

В дополнение к основной функций СТК - поддержание требуемого уровня напряжения - целесообразно было бы расширить исполь-зовашге потенциальных возможностей статических тиристорных компенсаторов и, в частности, демпфировать с их помощью электромеханические колебания. . В третьей главе произведена оценка эффективности использования ОГК для этих целей, а также определены оптимальные параметры управления.

Для оценки предельных возмозкностей СТК по демпфированию произведено сравнение его с генератором, оснащенным АРВ СД. Анализ выполнен для простейшей схемы ЭЭС, содержащей эквивалентный ■ генератор, работающий через линию электропередачи 1150 кВ на шины бесконечной моадости. СТК расположен в точке, наиболее удаленной от других источников реактивной мощности, что дает максимальный эффект от его включения. Суммарная мощность генераторов равняется натуральной мощности линии, а мощность регулируемой части СТК составляет половину зарядной мощности ЛЭП. Рассмотрены две ситуации: в первом случае на генераторах станции установлены АРВ П, а задача стабилизации возлагается на СТК, во втором - агрегаты оборудованы АРВ СД, а в регулятора СТК структура стабилизации отсутствует. Решать задачу по определению демпферных моментов классическим методом малых колебаний без учета ограничений не имеет смысла, поэтому рассматриваются конечные колебания рекимных параметров, приводящие к конечным изменениям величин, влияющих на значения демпферных моментов.

Как показали расчеты, в схеме с ЛЭП, у которой пропускная способность приблизительно равна ее натуральной мощности, эффективность демпфирования электромеханических колебаний с помощью безынерционного СТК приблизительно в полтора раза выше эффективности демпфирования колебаний генераторами отправной .станции, оснащенными АРВ СД. Этот вывод касается режима загрузки передачи с нормативным запасом по отношению к пределу по статической устойчивости.

Поскольку основные данные рассматриваемого упрощенного эквивалента приняты близкими к реальной ситуации - работе узла с Экибастузскими ГРЭС на мексистемной связи Казахстан-Урал-Центр, 'то оказалось возможным проверить полученные результаты прямыми Iэкспериментами на физической модели в схеме, рассматривавшейся в 'первой глвве. Эксперименты подтвердили правильность получешшх выводов.

Выявив достаточно высокую эффективность применения статических тиристориых компенсаторов для демпфирования, целесообразно определить параметра регулирования ОГК, действие которых направлено на реализацию двьтфэриих свойств компенсатора. При этом необходимо оценивать не только эффективность параметров демпфирования, но и их доступность для получеши? и универсальность в применении. С этой точки зрегая в работе проанализированы текио параметры стабилизации, как отклонения частоты, напряжения, взаимного угла швду напрякениямя по концам электропередачи и производные указанных величин. Наличие в упомянутых параметрах существенных недостатков обусловливает необходимость поиска новых эффективных стабилизирующих воздействий.

Решение задачи синтеза оптимального рояавыого парадетри стабилизации для регулятора СТК выполнено в идеализации прямого управления. Рассмотрена система, состоящая из п нерегулируемых сиихрошшх машин (Еф*сопзг), в произвольной точке которой включен элемент с переменной реактивной проводимостью. Записав уравнения движения такой системы, в соответствии с методикой аналитического конструирования определив первый "энергетический" интеграл консервативной модели, взяв его производную по времени и определив частную производную по реактивной проводимости СТК в рассматриваемом узле, получим выражение для оптимального параметра стабилизации:

где y/w - внешняя по отношения) к СТК проводимость сети, Уро - проводимость СТК в исходном режиме, y¿p, yjp - взаимная проводимость узлов I и J относительно точки подключения СТК.

Найденный роккмшй параметр представляет собой сложную Функцию взаимных углов и скольжений, для формщювания которой необходима труднодоступная телеметрическая информация. При некотором упрощении (I) можно получить формулу для определения параметра стяПилипации СТК, основывающуюся на величине тока СТК и напряжении на его пишях:

I

(I)

d

П ---(Wc+K&Ir)

dt

При этом единственным параметром, не измеряет.™ на место установки СТК, является внешнее реактивное сопротивление. Грл проведении экспериментов на физической модели соотношение меаду током и напряжением подбиралось опитикм путем. При реализации такого закона на практике целесообразно создание специальной следящей системы, которая при выходе СТК на огрэн'-лешэ корректировала ба величину вссозого коэффициента.

Для случая установки СТК на промекуточноЛ подстанции электропередачи, не нмэщэа ответвлений, синтезирован закон управлеш1я СТК для повышония его демпферных свойств, по которому управляющий сигнал пропорционален производной; квадрата активного тока по ЛЭП. Способ управления, отввчажщй этсму закону, патеон авторским свидетельством.

Полученные теоретические результаты по попроссм определения эффективности тех или иных управляющих воздействий подтверждены экспериментами на физической модели.

Помимо удовлетворения требований по рекимш, устойчивости, вагкмм моментом в обеспечении успешного функционирования энергосистем является- проблема стдагаш потерь. Четвертая глава посвящена вопросам минимизации потерь в ЛЭП с помощью регулируемых источников реактивной мощности при неучете потерь па корону. Задача минимизации рассмотрена в предельно конкретной' постановке: как следует регулировать напряжение приемного конца ЛЗП, чтобы при фиксированном значении напряжения отправного конца потери по электропередаче были мишшальнкми. Необходим отметить, что в аналогичной форме вопрос ставился и ранее, однако ответа на него не основывались на строгом математическом обосповатш и не соответствовали минимуму потерь.

В работе теоретически, на основании известных формул, определяющих величины активных и реактивных мощностей по концам электропередачи через напряжения по концам ЛЭП и угол мекду шм, с учетом распределенности параметров ЛЭП, осуществлен вывод критерия минимума потерь в ВЛ при неучете потерь но корону.

Условию минимума функции потерь при Ру »const соответствует , Eupaseirae для реактивной мощности отправного, нерегулируемого конца электропередачи:

uf sln2 <1и

Q/опт = ■— 1 /01 соз oCif---), (3)

/В/ 2 ¡klSlnoiji

гдэ Ш, /В/, /Б/, с1„, </п, *С гг. - коэффициенты, не зависящие от рекима и характеризующие параметры участка ЛЭП.

Таким образом, для обеспечения минимума потерь по участку ЛЭП необходимо так изменять напряженна приемного конца, чтобы реактивная мощность отправного конца линии отвечала формуле (3). Ыонно записать: 0/опт=м4, где к - коэффициент пропорциональности, определявши только параметрами участка ЛЭП. Оптимальное значение реактивной мощности на отправном конце ЛЭП определяется только уровнем напряжения на нем и не зависит от величины перетока активной мощности. Сопоставительные расчеты подтверждают правильность полученного критерия минимума потерь.

На основании теоретических выводов прэдлоаген способ регулирования источника реактивной мощности и соответствующее ему устройство. Его работа направлена на минимизацию потерь в ЛЭП путем управления мощностью УКРМ, установленного на приемном конце электропередачи. На основании местной информации - измерений активной и реактивной мощностей и напряжения приемного конца -рассчитываются текущее и оптимальное значения реактивной мощности отправного конца С^тек и О/Опт, затем происходит их сравнение и, в случае появления разницы в значениях указанных величин, осуществляется соответствующее изменение мощности УЮТ.

Как показали расчеты, дал® при Сольшх длинах участков линий электропередачи неучег распределенности параметров ЛЭП не ведет к существенным погрешостям в определении величины 0 опт. Поэтому представляется возмогшим использовать в устройстве алгоритмы расчета с использованием упрощенных выражений для вычислений текущего и оптимального значений реактивной мощности и напряжения отправного конца линии.

Пятая глава госводеиа исследованиям устойчивости передач и » вставок постоянного тока, на которых в качестве устройств компенсации реактивной мощности установлены СТК. Ввиду слабой изученности вопросов были проведены два независимых исследования, одно из которых выполнялось с помощью ЭВМ, с использованием математического метода Д-разбиения, а другое - на электродинамической модели. Оценка устойчивости схем с СТК осуществлялась в сопоставлении с другими УКРМ - синхронными компенсаторами.

В качестве объекта исследования Сила принята схема, состоящая из передачи постоянного тока и двух ЛЭП переменного тока, соединящих ППТ, как со стороны выпрямителя, тек я инвертора, с Eiraaj.ni бесконечной мощности. Присоединение СТК и заменяющих их в некоторых расчетах СК осуществлялось к евшем сетевых обмоток трансфорлаторов преобразователей, к гам лэ подключены и фальтро-ношенсирутаще устройства, замещаемые в расчетах ковденсаторшми батареями. Линия ППТ при моделирования представлена тремя Т- ячейками с индуктавпостями, активнкми сопротивлениями и емкостями; для схемы со вставкой постоянного тока она превращается в один эквивалентный реактор. Система регулирования ППТ я ВПТ представлена п расчетах: на выпрямителе двухканалышм регулятором тока с пропорциональным и инерционным (с постоянной времени Гр=0.04с) либо интегральным каналами, на инверторе - идеализированным рогулятором угла погасапия, поддергивающим ¿тол погасания постоянным, и регулятором тока инвертора пропорционального пша.

В ходе исследований варьировались параметры ЛЭП переменного и постоянного тока, мощности конденсаторных батарей, тип УКРМ и законы регулирования ППГ и УКРМ,

Расчеты велись методом Д-разбиения. В качестве параметров, в плоскости которых строились расчетные области, были выбраны коэффициенты усиления по пропорциональному и инерционному каналам регулятора тока ППТ.

Новш дал моделирования элементом являлась тиристорно-реакторная группа (ТРГ) СТК. Опуская швод, приведем записанные в проекциях па синхронно - вращающиеся оси д-й результирующие выражения, описывающие силовую часть СТК:

Срлии+Хрнсм ^-рХонс» = 0 (4)

СргЛЯ+^ОлСр-рХрно^г^-Хрном ¿»М « О,

где Ср - переменный коэффициент, учитывающий последствия работы системы регулирования л характеризующий степень открытия тиристоров СТК, хрисм - номинальное индуктивное сопротивление реактора ТРГ. Получение уравнений, описываишпс систему регулирования ТРГ, слолаюстоЛ не-представляет.

Вначале проводились расчеты с нерегулируемыми СТК при варьировании величины отношения короткого замыкания (ОКЗ), как со стороны выпрямителя, так и инвертора. (Под ОКЗ будем понимать отношение мощности короткого замыкания к мощности преобразо-

вателькой подстанции). Как показали расчеты, области устойчивости имеют замкнутый характер, и, в общем случае, их конфигурация определяется как апериодической, так и колебательной границами устойчивости. Снижение ОКЗ приводит к монотонному сокращению размеров области устойчивости. Следует отметить, что с точки зрения существования областей устойчивости более существенным фактором является ОКЗ шшертора: при 0КЗи<1,75 и любой жесткости примыкания со стороны выпрямителя устойчивая зона отсутствует, тогда как при 0НЗи= оо устойчивый реиим существует вплоть до 0КЗв=1,0.

В ходе расчетов была проварьирована постоянная времени инерционного канала регулятора тока, а также осуществлен переход от пропорционально - инерционного регулирования тока выпрямителя к пропорционально - интегральному. По мере увеличения времени ' запаздывания в инерционном канале допустимые значения коэффициентов усиления по пропорциональному каналу также увэличаваются. Наличие интегрального канала регулирования делает апериодически устойчивой всю верхнюю полуплоскость система координат и неустойчивой шшшо. При частотах {>18-20 Гц влияние от перехода на другой вид регулирования укэ ш ощущается.

Области устойчивости ЛПГ с нерегулируемыми СК оказались большими по сравнению с СТК. Это объясняется как особенностями регулирующих эффектов СТК И СК, так и необходимостью в случае с СТК установки больней мощности конденсаторных батарей, имеющих неблагоприятные регулирующие эффекты.

Как показывают расчета, введение регулирования СТК по отклонению напряжения приводит к расширению области устойчивости за счет смещения апериодической границы и некоторому ее сокращению за счет колебательной границы. Повышение быстродействия СТК при принятом ■ способе регулирования сужает область устойчивости. Включение в регулятор СТК канала по производной напряжения оказывается неаффективным. Рассмотрены также случаи наличия регулирования со стороны только одной из преобразовательных подстанций. Области устойчивости, получаемые в этом случав, находятся в промежуточном положении между областями о полностью регулируемыми и нерегулируемыми СТК.

Характерным отличием полученных в результат* расчетов областей устойчивости в схеме со вставкой постоянного тока от схькш с передачей состоит в том, что они не имеют заменутого

с

хэрактера {Исключение составляет случаи слобнх претыканЕй, когда области тогвд замкнуты). Такой результат необходимо дополнить укэзатем на то, что в выполняемом в настоящей работе анализа устойчивости не учитывается специфическая неустойчивость, обусловленная импульсносткэ управления преобразователями и проявляющаяся на частотах, кратных фазности выпрямленного тока и частоте сети переменного тока. При рассмотрении областей устойчивости выявились закономерности, аналогичные полученным рзпее для ППТ. При слабом примыкании как со стороны инвертора, так и выпрямителя, условия устойчивости ВГГГ оказываются менее благоприятными, чем передач постоянного тока.

Получено, что несмотря на повышение потребления реактивной мощности на шинах шгоерторной подстанции при поддержании на ней постоянства тока, такой способ регулирования может рассм» триваться как эффективное средство для обеспечения устойчивой работы передач постоянного тока в условиях их слабого примыкания к энергосистеме.

Исследования устойчивости проводились и на физической модели в схеме, аналогичной расчетной. Полученные вывода в целом подтверждают результаты теоретических исследований. Было выявлено, что в условиях примыкания преобразовательных подстанций передач и вставок постоянного тока, характеризующиеся отношением короткого замыкания ОКЗ 1 2, применение СТК по условиям статической устойчивости возражений не вызывает.

Переходные процессы, вызванные различим! аварийными возмущениями, в частности, проходящими однофазным! к.з. на винах инвертора, могяо считать удовлетворительными по качеству де!тфпроввния, причем их сопоставление не позволяет выявить заметных преимуществ использования непрерывно регулируемых СТК по сравнению со ступенчатыми.

Исследования переходных процессов были продолжены в сложной ■схеме, описанной в первой главе и включающей ППТ Экибастуз-Урал. Как следует из опытов, и в данном случае какие-либо противопоказания к применению СТК'на преобразовательных подстанциях отсутствуют.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе физического и математического моделирования, с использованием созданных в ходе выполнения работы моделей СТК, произведено исследование комплекса вопросов по проблемам применения статических тиристорных компенсаторов на линиях электропередачи переменного и постоянного тока.

2. Исследования статической и динамической устойчивости енергообъединегаш с электропередачей ИБО кВ Казахстан - Урал выявили высокую эффективность использования статических тиристорных компенсаторов в качестве средства повышения пропускной способности ВЛ. Разработаны рекомендации по ведению режимов с учетом наличия как регулируемых, так и коммутируемых УКРМ, выявлены особенности поведения схемы при различных аварийных возмущениях.

3. Рассмотрены специфические особенности режимов и устойчивости схем электропередачи с СТК ступенчатого типа. Получены соотношения между параметрами ступенчатых компенсаторов со статической системой регулирования, определяющие необходимое условие отсутствия автоколебаний для различных случаев установки СТК. Показано, что на ЛЭП ПБО-кВ по условиям устойчивости допустимо применение СТК ступенчатого типа с величинами ступеней до 200 - 250 МВ-А.

4. Оценена величина демпферного момента СТК при оптимальном управлении. Показано, что отнесенный к единичной мощности демпферный момент СТК примерно в полтора раза выше демпферного момента, создаваемого генератором с АРВ СД.

б. Осуществлен синтез оптимального режимного параметра стабилизации статического тиристорного компенсатора, являющегося комбинацией взаимных углов и - скольжений. На основании преобразований оптимальной структуры предложена рациональная структура стабилизации,• представляющая из себя линейную комбинацию напряжения на шинах СТК и тока СТК. Для распространенного случая размещения СТК предложен способ регулирования статического компенсатора с использованием управляющего сигнала, пропорционального производной квадрата активного тока ЛЭП, при котором обеспечивается существенное Повышение демпферных свойств СТК.

-176. Определено условие минимума потерь в ЛЗП при заданном напряжении на одной из ее кондавых подстанций и неучете потерь на корону. На основании полученного критерия предложено устройство для регулирования источника реактивной мощности по условиям минимизации потерь в электропередаче. Рассмотрен вариант возможного упрощения расчетных формул. *

7. Показана принципиальная возможность использования СТК для регулирования напряжения и реактивной мощности на преобразовательных подстанциях передач и вставок постоянного гока. Выявлено, что условия статической устойчивости передач и вставок постоянного тока в наибольшей степени зависят от параметров схем примыкания преобразовательных подстанций и способа их регулирования. Изменение в реальней диапазоне коэффициентов усиления АРН устройств компенсации роактшгной мощности оказывает на размеры областей существенно меньшее влияние.

8. Установлено, что в качестве мер по обеспечению статической устойчивости ШТГ могут рассматриваться сникеюте коэффициентов усиления регулятора тока выпрямительной поцстапцш и некоторое увеличение эквивалентной постоянной времени регулятора напрякения СТК, при величине отношения короткого замыкания одной из преобразователытх подстанций менее двух целесообразно использовать такой способ регулирования передачи, при котором поддержание постоянства тока осуществляется инверторлой подстанцией.

СПИСОК 0ПУБЛИК0ВАН1ШХ РАБОТ

I. Балнбердин Д.Л., Гущина Т.Д., Маркова Э.В., Синчук Г.Г., Шлайфштейн В.А. Исследование эффективности применения тиристорннх компенсаторов в энергообъединении. //Повышение эффективности мощных преобразователей /Сб. трудов ШШ1Т. Л.:Энергоатомиздат, 1989.

Z. Балнбердин Д.Л., Гущина Т.А., Кощеев Л.А., Шлэйфитойн В.А. Режимы и устойчивость энергосистемы, включящей ВЛ IIf0 кВ. //Электрические станции.-1939.-М4.

3. Балнбердин Д.Л., ГукинаТ.А., Зеккель A.C., ШпМтвт"йн В.А. Исследование статической устойчивости в эпергсобшвпююпт, содержащем ВЛ II50 кВ. //Электрические станшш.-1?90.-К4.

4. Балыбердин Д.Л,, Гущина i.A., Веккель A.C. Использование статических тиристорных компенсаторов для стабилизации рекима сложного энэргообгединения. //По материалам Всезоюзн. н.-т. совещания 1989 г."Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР". -М:ЕНТ0 им. Г.М. Крзашзнонского, 1990.

5. Балыбердин Д.Л., Гущина Т.Д., Шлайфштейн В.А. Устойчивость работы статического тиристорного компенсатора ступенчатого типа. //Электрические станции.-1991.-113.

6. Балыбердин Д.Л., Гущина Т.А., Иванов В.Ф., Шлайфмтейн В.А. Устройство для регулирования источника реактивной мощности. //A.c. N1488921, кл. H02J 3/18.

7. Балыбердин Д.Л., Гущина Г.А., Веккель A.C., Шлайфштейн В.А, Способ регулирования статического компенсирующего устройства. //A.c. N1573502, кл. H02J 3/18.

8. Балыбердин Д'.Л. Исследование условий работы ступенчатого ОГК в энергосистеме.//Открытая н.-т. конференция молодых ученых и специалистов ВШИЭ. 23-26 окт. 1990/ Тезисы докл./М.: ВНЖЭ.1990.

9. Балыбердин Д.Л., Шлайфштейн В.А. Исследование статической устойчивости передач и вставок постоянного тока, оснащенных статическими тиристорными компенсаторами. //Проблемы обеспечения устойчивости и надашости параллельной работы объединений /Сб. трудов ШОШТ. -Л.: Энергоатомиздат ,1992.

СОИСКАТЕЛЬ