Введение к работе
Актуальность темы. Для оптимального развития электрических сетей наряду с повышением пропускной способности (п.с.1) и уменьшением экологического влияния (э.в.) увеличивается требование и к способности управлении потоками мощности по злекгропер?дпчам. До последнего времени основным направлением увеличения л.с. ЛЭП было освоение новых классов СВН и УВН. Этот путь связан с известными техническими, экономическими и экологическими трудностями.
Повышение п.с. и управляемости, а также снихенче э.в» ЛЭП ужфевсенньгх классов напряжения при снижении капитальных затрат, издержек от потерь энергии и приведенных затрат по электропередаче является актуальной задачей.
Работы в данном направлении ведутся как в СНГ, так и са рубежом. В определенной мере решить поставленные задачи позволяют рассматриваемые в работо управляемые линии электропередачи с повышенной пропускной способностью на основе фазового управления,а именно: управляемые самокомпенсирующиеся высоковольтные линии (УСВЛ) и ЛЭП с упразляе:;ой продольной компенсацией на основе конденсаторной батареи и фазорегулирующего трансформатора (УПК (?Г). Эти дза вида ЛЭП объединяет, то, что управление параметрами и ре-жичами в чих осуществляется на основе фасового управления.В случае УСВЛ можно говорить об "естественной" увеличенной пропускной способности, которая достигается улучшенным использованием про -водникового материала. 3 случае ЛЭП с УПК ФРГ моуно говорить об "искусственной" увеличенной пропускной способнссти, которая достигается компенсированием сосредоточенных параметров ЛЭП с возможностью генерирования необходимой реактивной мощности конденсаторной батареей.
Диссертационная работа выполнена в ссотвэтетвии с планом научных исследований, проводимых лабораторией управляемых электро -передач Отдела энергетической кибернетики АН МССР (нынэ Институт энергетики АН РМ).начиная с 1976 года.
Основой данных исследований являются: постановления Государственного комитета СССР по науке и технике, принятые по вопросам исследований и разработок управляемых линий электропередачи повышенной пропускной способности: № 72 от 17.03.1976, № 232 от 5.06. 1978, № 24 от 12.09,1978, № 248 от 17.06.1980; целевая комплексная программа ОЦ 003 (подпрограмма 0.0І.І2.Ц, раздел 01.02), принятая на І98І-І985 гг. ГК НТ СССР и Госпланом СССР (постановление № 515/271 от 29.12.1981); план научных исследований АН СССР по
естественным и существенным наукам на 1981-1985 гг. (физико-технические и математические науки, 1.9 физико-технические :роблемы энергетики, раздел 1.9.2.2); координационный план секции-физико-технлческкх л математических наук АН СССР в области научно-исследовательских работ по комплексной проблеме "Электрофизика и электроэнергетика" (шифр 1.9.2, тема 1.9.2.2, задание 1.9.2.2,2,тема 1.9.3.6, задание 1.9.З.б.І.3.1.2) на I986-IS90 гг. (постановление )Ь II000-494-I2I6 от 5.12.1985); проблемно-тематический план многостороннего научного сотрудничества академий наук социалистических стран на I983-I9C5 гг. и на 1985-1990 гг. в области физико-технических проблем энергетики (тема Ш, задание Ш-І.4); общесоюзная научно-техническая программа 01, Энергетика на 1986-1990 гг.. 0.01.06, задание 05 (постановление ГК НТ СССР № 555 от 3.10.1985 г.); установления Президиума АН РМ по планам научно-исследовательских работ на І976-Ї992 гг.
Объектом исследований являются управляемые линии электро -передачи повышенной пропускной способности и их эффективность.
Цель'о раооты являются:
углубление и обобщение теории управляемых линий электропередачи с повышенной естественной и искусственной пропускной способностью на основе фазового управления;
получение точных и упрощенных аналитических выражений, описывающие связь мегкду натуральной мощностью, (электрическими полями и конструкцией линий повышенной пропускной способности, .а также позволяющих рассчитывать параметры схем замещения л нор -малыше режимы таких линий пгюиэвольноп конструкции;
разработка критериев и методики оптимизации взаимного расположения проводников линий электропередачи повышенной про -пускной способности и произвольной конструкции;
получение и исследование параметров оптимальных конструкций СВЛ-Ю, 35, 110 кВ и УСВЛ-220, 330, 500, 750, 1150 кВ;
оптимизация нормального режима и исследование особых режимов УСВЛ при модульном и фазовом управлении;
определение областей использования УСВЛ различного класса напряжения;
разработка и исследования на основе фазового управления нового способа управляемой продольной компенсации (УПК ФРГ) для повышения пропускной способности и управляемости ЛЭП, а также оптимизация режима таких линий и выявление областей их применения.
- о -
разработка методик синтеза схем и расчета параметров схем замещения, а такие симметричных и несимметричных режимов работы фазорегулируюіцих трансформаторов;
разработка методики оценки эффективности управляемых ветвей на основе оптимизации реж)*"а электрических сетей,содержащих такие ветви.
Методи ксследования. применяемые в работе, основаны на теории электрического поля и электрических цепей, теории нелинейного математического программирования, использовании матричной алгебры и теории экпиврлентирования. В работе применялась современная вычислительная техника.
Научная новизна и положения выносимые на защиту.
-
Осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение,и заключающейся в разработке и углублении теории, методик расчета и исследования свойств и эффективности управляемых линий электропередачи с повышенной"естествен -ной" v. "искусетгішюй" пропускной способностью на основе фазового управления.
-
Разработка критериев и методики оптимизации взаимного расположения проводников линий электропередачи повышенной пропускной способности и иродавольной конструкции на основе полученных в работе соотношений между натуральной мощностью, электрическими полями и конструкцией ли ши, а также аналитических выражений для градиентов натуральных мощностей проводников.
-
Обобщение методики расчета погонных, волновых и обобщен -ньгх параметров, а также параметров схем замещения линий произвольной конструкции с эквивалентированием уравнений по числу: проводников, фаз, цепей, одного эквивалентного провода с иллюстрацией выкладок и расчетов на примере УСВЛ.
I. Получение и исследование параметров оптимальных конструкций УСВЛ класса 10, 35, НО, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ на основе предложенных критериев и методик.
5. Оптимизация нормального режима и исследование особых режимов УСВЛ при модульном и фазовом управлении на основе получен -ных аналитических выражений.
о. Определение областей использования УСВЛ различного класса напряжения в сравнении с несколькими традиционными цепями ЛЭП того же класса напряжения и одноцепными ЛЭП более высокого класса напряжения, позволивших предложить альтернативный вариант развития электрических сетей ЕЭС на далекую перспективу (двухсотуюловая схема).
- б -
7. Разработка и исследование нового способа управляемой про -дольной компенсации на основе конденсаторной батареи и фаэорегули-рущего трансформатора, включенных параллельно, и исследование свойств, параметров и режимов ЛЭП с таким устройством, а также получение областей применения таких ЛЭП.
6. Разработка методик синтеза схем и расчета параметров схем замещения, а также симметричных и несимметричных режимов работы фаэорегулирующих трансформаторов произвольной конструкции с несколькими входами и выходами на основе примеров расчета трех предложенных е работе схем и наиболее перспективных схем фазорегуля -торов с предложением использовать фазорегуляторы в режиме поперечного реактора для расширения области их применения.
9. Разработка методики оценки эффективности управляемых ветвей в электрических сетях, позволяющей определять места включения и оптимальные параметры на основе полученных выражений для производных от потерь активной мощности по велкчиье фазового сдвига и величине продольного сопротивления ветви, проиллюстрированной на примере оптимизации режима электрической сети Южной части ЕЭС.
Практическая ценность. Разработанные критерии и методики расчета и оптимизации параметров и режимов управляемых ЛЭП повышен -ной пропускной способности реализованы в программах для ЭВМ, позволяющих выявить экономически выгодные конструкции ЛЭП и способы управления их режимами, которые могут использоваться прк исследовании, проектировании и создании таких ЛЭП.
С использованием рекомендаций и разработок, приведенных в диссертации, спроектированы и созданы на практике СВЛ-10, 35, ПО кВ, выполнен рабочий проект СВЛ-220 кВ, сделаны проектные прора -ботки вариантоз УСВЛ-330, 500, 750, 1150 кВ. На базе УСВЛ-330,500, 750, 1150 кВ разработан альтернативный вариант электрических се -тей ЕЭС (двухсотузловая схема) на далекую перспективу. Показано, что варианты сети с УСВЯ обеспечивают значительное улучшение технико-экономических показателей и достижение существенного народнохозяйственного эффекта.
Рекомендации л разработки, приведенные в диссертации, использовались также при создании опытно-промышенных образцов ФРГ-35 и ПО кВ.
Выполненные разработки позволяют расширить область примене -ния электропередач переменного тока путем снижения кагштальнвх затрат, издоржок от потерь энергии и суммарных приведенных затрат по электропередаче и в ряде случаев отказаться от перехода на более высокую ступень напряжения.
Достоверность разработанных методик и програм».! подтверждается данными натурных экспериментов на опытно-промышленных СВЛ-10, 35, ПО кВ, опытно-промышленного образца ФРТ-ПО кВ.а также строгими преобразованиями на основе теорий, описанных в методах исследования.
Реализация работы. Основные положения диссертационной работы в зиде методик, программ, рекомендаций и результатов расчетов переданы для внедрения: в ВГШ и НИИ "Энергосетьпроект", Запорок-скиЯ институт трансфсрматоростроения (Ж), Центральное диспетчерское управление (ЦДУ СССР),. Молдэнерго, Ленинградское отделение ВГПИ и HIM "Гидропроепт", ПЭО "Дальние электропередачи". Материалы в виде основных теоретических разработок и методик расчета нашли применение в учебном процессе Кишиневского политехнического института и Московского энергетического института. Некоторые научные материалы переданы в соответствии с планами многостороннего сотрудничества академий наук социалистически стран.
Апробация pitfoTu. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: совместном заседании Всесоюзного научно-технического семинара "Проблемы оптимизации передачи анергии переменным токе?!1' и Республиканского семинара "Передовой опыт в энергосистемах и возможности его использования в Молдавии" -Кишинев, 1Э34, 1987 гг.; конференции молодых ученых АН МССР -
-
1986, 1983 гг.; заседании кафедр электрических систем и электрических аппаратов Ленинградского политехнического института -
-
1907 гг.; заседании кафедры электрических систем Московского энергетического института - 1985, 1992 гг., заседании кафедры Кишннезского политехнического института - 1987, 1992 гг.; Всесоюзное совещании ОЭС и ЕЭС СССР - 1989 г.; в г. Вроцлаве (Польша) -1988 г.; Мевдународной конференции по электрическим сетям (Румы-ния) - 1992 г.
Пі[-1і!ЕЗІІШІ« Основное содержание диссертационной работы изло-кено ь 45 публикациях и 15 отчетах о НИР Отдела энергетической кибернетики АН МССР и Института энергетики АН РМ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов по каждой главе, заключения, списка литературы 165 наименований, 9-ти приложений и акт. о внедрении, ^4 таблиц, 185 рисунков. Основной машинописный текст, не включая приложений и рисунков составляет 300 страниц. Общий объём работы с прилояе -ниями 690 страниц.
