Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задачи 25
1.1. Актуальность использования управляемых межсистемиых связей 25
1.2. Обзор существующих типов управляемых межсистемиых связей 29
1.2.1. Принцип действия управляемых межсистемных связей и их классификация 29
1.2.2. Передачи и вставки постоянного тока 30
1.2.3. Асипхронизированные электромеханические преобразователи частоты 31
1.2.4. Гибкие системы передачи переменного тока 33
1.2.5. Ферромагнитные управляемые элементы 41
1.3. Постановка задачи 43
2. Математическое моделирование межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов 56
2.1. Цели математического моделирования межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов 56
2.2. Математическая модель межсистемной связи па основе однофазных фазоинвертирующих трансформаторов 58
39
2.2.1. Схема межсистемной связи на основе однофазных фазоинвертирующих трансформаторов и ее математическое описание 58
2.2.2. Достоверность разработанной математической модели 67
2.2.3. Результаты, полученные на математической модели 68
Математическая модель межсистемной связи на основе трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов
Схема межсистемной связи на основе трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов и ее .математическое описание
Результаты, полученные на математической модели
Математическая модель межсистемной связи на основе управляемых реакторов
Схема межсистемной связи на основе управляемых реакторов и ее математическое описание
Результаты, полученные на математической модели
Влияние работы межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых 'элементов на связываемые энергосистемы и способы его снижения
Выводы
Разработка и исследование системы автоматического управления межсистемкой связи на основе ферромагнитных управляемых элементов
Структурная схема системы автоматического управления межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов
Требования, предъявляемые к системе управления
Математическое моделирование источника поднагничивания.. Специфические свойства источника подмагничивания и особенности его математического моделирования
Учет коммутационных процессов в тиристорном преобразователе и цепи питания тиристорного преобразователя
Определение требуемого тока подмагничивания при заданном законе передаваемой активной мощности 104
Разработка системы регулирования тока подмагничивания 110
Оценка достоверности разработанной системы регулирования тока подмагничивания 117
Исследование синтезированного регулятора на математической модели совместно с объектом управления 122
Выводы 128
Влиянии конструкционных параметров межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов на ее технико-экономические показатели 130
Цели определения влияния конструкционных параметров межсистемной связи на ее технико-экономические показатели . 130
Определение зависимости конструкционных и технико-экономических параметров межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов от разности частот связываемых энергосистем и передаваемой через устройство
мощности 1 34
Статическая модель межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов 134
Статическая модель межсистемной связи на основе фазойнвертирующих трансформаторов 134
Статическая модель межсистемной связи на основе управляемых реакторов 1.37
Статические характеристики активной мониости 139
Статические характеристики активной мощности межсистемной связи на основе фазоинвертирующих трансформаторов J 39
4,2.2.2. Статические характеристики активной мощности межсистемной связи на основе управляемых реакторов 142
4.2.3. Статические характеристики реактивной мощности 144
4.2.3.1. Статические характеристики реактивной мощности управляемой межсистемной связи на основе фазоинвертирующих трансформаторов 144
4.2.3.2. Статические характеристики реактивной мощности управляемой межсистемной связи па основе управляемых реакторов 146
4.2.4.1. Определение конструкционных и технико-экономических параметров межсистемной связи на основе фазоинвертирующих трансформаторов 147
4.2.4.2. Определение конструкционных и технико-экономических параметров межсистемной связи на основе управляемых реакторов 160
4.3. Разработка алгоритма оптимизации конструкционных параметров межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов по минимуму совокупных дисконтированных затрат 165
4.4. Технико-экономические и конструкционные показатели межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов, оптимизированных по минимуму совокупных дисконтированных затрат 167
4.5. Выводы 173
Заключении 175
Материалы о внедрении
- Актуальность использования управляемых межсистемиых связей
- Цели математического моделирования межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов
- Структурная схема системы автоматического управления межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов
- Цели определения влияния конструкционных параметров межсистемной связи на ее технико-экономические показатели
Введение к работе
Актуальность проблемы. Реструктуризационные процессы, проводимые в настоящее время в энергетике России и других государств, приводят к дерегулированию производства и потребления электрической энергии. Следствием этого является увеличение обмена электрической энергией как внутри энергосистем, так и между энергосистемами по межсистемным связям. Это приводит к возрастанию роли межсистемных связей, повышению требований к их надежности, эффективности их функционирования, живучести, управляемости.
Одним из путей повышения эффективности работы межсистемных связей является использование управляемых межсистемных связей (УМС).
Управляемые или гибкие межсистемные связи – это связи, режим работы которых может быть задан вне зависимости от режимов работы любых других элементов связываемых электроэнергетических систем и управляется автоматически или по заданному вручную закону. УМС позволяют осуществлять: регулируемый обмен мощностью между энергосистемами, независимое ведение режимов по частоте и напряжению в связываемых энергосистемах, локализацию возмущений в пределах одной части энергосистемы и «развязку» энергосистем по токам короткого замыкания.
Крупные системные аварии, произошедшие в 2000-х годах, актуализировали задачу создания и скорейшего внедрения установок управляемых межсистемных связей в электроэнергетических системах.
В настоящее время наиболее проработанным вариантом УМС являются передачи и вставки постоянного тока (ППТ и ВПТ). ППТ и ВПТ удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к УМС, однако сложность схем, значительная стоимость, менее высокая надежность высоковольтных силовых полупроводниковых установок по сравнению с основным электрооборудованием энергосистем ограничивает их широкое применение. Альтернативные варианты построения УМС можно разделить на три группы: асинхронизированные электромеханические преобразователи частоты (АЭПЧ), устройства гибкой межсистемной связи переменного тока на основе высоковольтных полупроводниковых элементов, известные в иностранной литературе как FACTS (Flexible alternating current transmission systems), устройства на основе ферромагнитных управляемых элементов (ФУЭ МС) – фазоинвертирующих трансформаторов (ФИТ) и управляемых реакторов (УР).
Асинхронизированные электромеханические преобразователи частоты выгодно отличаются от передач и вставок постоянного тока низким содержанием высших гармоник в токе и напряжении, возможностью их одновременного использования в качестве источника реактивной мощности. Однако достаточно высокая стоимость оборудования, сложность обслуживания, низкая маневренность, ограниченный диапазон скольжения по частоте связываемых систем (не более 0,5 Гц) и проблемы, связанные с построением агрегатов большой мощности, ограничивают область применения установок данного типа.
В последнее время интенсивно исследуются, но пока ограниченно внедряются устройства FACTS. Комплексное применение устройств данного типа позволяет значительно повысить эффективность использования межсистемных связей. Главным их достоинством является высокая маневренность. Основным недостатком устройств FACTS, также как и передач и вставок постоянного тока, является использование полупроводниковых элементов на стороне высокого напряжения. Это приводит к снижению общей надежности и существенному повышению стоимости устройства.
Перспективными в качестве УМС представляются устройства на основе ферромагнитных управляемых элементов. Разработка и создание ФУЭ МС имеет более чем пятидесятилетнюю историю, однако трудности создания быстродействующих систем управления, сложность реализации алгоритмов управления током подмагничивания этих устройств препятствовали внедрению установок УМС данной группы. В настоящее время возможности цифровой и преобразовательной техники позволяют более эффективно решить указанные проблемы. Основными достоинствами устройств этой группы является простота, надежность, низкая стоимость, высокая маневренность. Главным преимуществом ФУЭ МС перед установками FACTS является использование силовой электроники в цепях управления, а не на стороне высокого напряжения.
Как наиболее перспективные технические решения среди устройств ФУЭ МС следует выделить устройства на основе фазоинвертирующих трансформаторов (ФИТ МС) и устройства на основе управляемых реакторов (УР МС).
В 80-е годы совместной научной группой Ивановского энергетического института и Ленинградского политехнического института были проведены работы по исследованию различных типов ФУЭ и возможности их использования в качестве УМС. На основе исследований были предложены методология построения и варианты схемных решений реализации ФИТ МС, созданы математические модели отдельных блоков установки и получены статические и динамические характеристики ФИТ МС, сформулированы принципы построения алгоритмов управления установкой и реализованы их простейшие варианты, разработана методика оптимизации конструкции установок данного типа. На физических моделях экспериментально доказана возможность реализации ФИТ МС.
Результатом проведенных научных работ явилось создание на Волховской ГЭС ОАО Ленэнерго опытно-промышленной установки управляемой межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов для исследования ее функционирования в условиях реальной энергосистемы. В качестве базовых универсальных силовых модулей использовался однофазные трехобмоточные трансформаторы, что позволило исследовать различные варианты схемных решений устройств межсистемной связи при минимальных материальных и временных затратах. Однако жесткая конструкция использованных силовых модулей ограничила возможности оптимизации установки. Проведенные комплексные экспериментальные исследования в условиях реальной энергосистемы показали перспективность исследований в направлении создания установки ФИТ МС промышленных масштабов.
Разработка промышленных образцов установок ФИТ МС требует решения комплекса задач, первоочередными из которых являются оптимизация их конструкции и схемных решений, а также разработка эффективных алгоритмов управления.
Для повышения технико-экономических показателей установки целесообразно использование установок межсистемной связи на основе трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов. При этом существенно улучшаются энергетические характеристики установки, уменьшается суммарная масса магнитопроводов, снижается мощность источников подмагничивания.
При использовании простейших алгоритмов управления имеют место пульсации в передаваемой через установку ФИТ МС активной мощности. Представляется актуальной задачей разработка алгоритмов изменения токов подмагничивания, обеспечивающих отсутствие пульсаций в передаваемой мощности.
Конструкционные параметры и выбранные законы управления существенно влияют на стоимостные показатели установки и должны быть оптимизированы с учетом современных экономических критериев.
Целью работы является разработка и исследование установок межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов и способов повышения эффективности их функционирования путем совершенствования алгоритмов управления установками и оптимизации их конструкции.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Разработка математических моделей различных типов установок межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов совместно с источником питания и системой управления.
-
Исследование на математических моделях динамических и статических характеристик установок, формулирование требований, предъявляемых к системам управления установок, синтез алгоритмов их управления.
-
Разработка алгоритмов регулирования токов подмагничивания, обеспечивающих выполнение сформулированных требований, и системы регулирования тока подмагничивания. Исследование ее работы совместно с объектом управления.
-
Определение критериев, разработка алгоритма оптимизации конструкционных параметров установок по выбранным критериям и создание на его основе программы оптимизации. Определение конструкционных параметров фазоинвертирующих трансформаторов и управляемых реакторов, удовлетворяющих выбранным критериям.
Методы исследований. При разработке математических моделей установок ФУЭ МС, источника подмагничивания и системы управления использовались методы анализа и синтеза нелинейных электрических и магнитных цепей. При решении систем нелинейных дифференциальных уравнений использовались методы численного интегрирования с применением средств вычислительной техники.
Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в следующем:
-
Разработаны математические модели устройств межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов, включая модели на основе однофазных и трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов, на основе управляемых реакторов, обеспечивающие возможность их применения для синтеза алгоритмов регулирования тока подмагничивания и разработки структуры системы управления установками.
-
Разработана методика определения зависимости тока подмагничивания от разности фаз связываемых энергосистем, позволяющая обеспечить минимум пульсаций в передаваемой через установку ФУЭ МС мощности и повысить технико-экономические показатели установки.
-
Разработан алгоритм оптимизации основных конструкционных параметров фазоинвертирующих трансформаторов и управляемых реакторов.
Достоверность представленных в работе результатов, полученных путем проведения вычислительных экспериментов на математических моделях, подтверждается их сравнением с экспериментальными данными, полученными в условиях реальной энергосистемы на опытно-промышленной установке на Волховской ГЭС ОАО Ленэнерго.
Практическая ценность.
-
Разработанные математические модели ФУЭ МС совместно с системой подмагничивания и системой управления позволяют исследовать работу установок в любых режимах, а также могут быть применены для разработки установок промышленных масштабов и синтеза алгоритмов их управления.
-
Разработанный алгоритм оптимизации конструкции ФУЭ МС по выбранному параметру позволяет определить конструкционные параметры фазоинвертирующих трансформаторов и управляемых реакторов большой мощности, при которых ФУЭ МС обладают минимальными совокупными дисконтированными затратами.
-
Разработанная методика определения тока подмагничивания позволяет определять зависимости тока подмагничивания от разности фаз связываемых энергосистем, обеспечивающие отсутствие пульсаций активной мощности, передаваемой через установку.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы в Институте Физики Высоких Энергий при исследовании работы системы питания кольцевого электромагнита ускорителя У-70, определения оптимальных и предельных режимов работы элементов системы питания, исследования различных вариантов построения системы питания кольцевого электромагнита ускорителя У-70 при проведении ее модернизации.
Личный вклад автора в получении результатов состоит:
в разработке математических моделей межсистемных связей на основе трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов и управляемых реакторов;
в разработке комплексных математических моделей установок межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов совместно с источником подмагничивания и системой управления;
в разработке алгоритма оптимизации основных конструкционных параметров установки межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов по выбранному параметру;
в разработке методики определения зависимости тока подмагничивания от разности фаз связываемых энергосистем при требуемом законе изменения передаваемой активной мощности.
Основные положения, выносимые на защиту:
комплексные математические модели межсистемных связей на основе однофазных и трехфазных фазоинвертирующих трансформаторов, и управляемых реакторов;
методика определения зависимости тока подмагничивания от разности фаз связываемых энергосистем по заданному закону изменения передаваемой активной мощности;
алгоритм формирования тока подмагничивания установки межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов;
алгоритм оптимизации основных конструкционных параметров межсистемных связей на основе фазоинвертирующих трансформаторов и управляемых реакторов по выбранному параметру.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференции Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) PowerTech-2005, Санкт-Петербург, 2005; Международной научно-технической конференции «XII Бенардосовские чтения» Иваново, 2005 г; VI Международной конференции АЕС-2004, Азиатское энергетическое сотрудничество: межгосударственные инфраструктуры и рынок электрической энергии, Иркутск, 2004; XI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2003.
Публикации. По материалам работы опубликовано 10 работ, получены два патента на полезные модели «Устройство для объединения трехфазных энергосистем на основе подмагничиваемых трансформаторов», «Устройство для объединения трехфазных энергосистем на основе управляемых подмагничиванием двухобмоточных реакторов».
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 237 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (125 наименований), семи приложений и содержит 194 страницы машинописного текста и 77 рисунков, размещенных на 43 страницах.
Актуальность использования управляемых межсистемиых связей
В настоящее время экономика России в целом, в том числе и электроэнергетика, переживает этап серьезных структурных изменений. Так, одной из тенденций развития электроэнергетики России является создание открытого рынка электрической энергии, предполагающего выделение в качестве субъектов экономических отношений ее производителей и потребителей. Это вызывает появление комплекса организационных, технических и экономических проблем, связанных с живучестью и надежностью энергосистем, надежностью снабжения электрической энергией потребителей. Упрощенный экономический подход к этой проблеме влечет за собой весьма серьезные системные аварии, нарушение электроснабжения, и, в конечном итоге, значительные убытки всех субъектов рыночных отношений [10; 11].
Выделение в качестве независимых субъектов экономических отношений производителей электроэнергии вызываем уменьшение установленной мощности электростанций, а, следовательно, и возможности резервирования генерирующих мощностей в пределах одной энергосистемы. Кроме того, в настоящее время доля ГЭС в структуре мощностей снижается, а мощные тепловые и атомные станции имеют определенные ограничения как по диапазону, так и по скорости изменения их мощности.
В то же время увеличивается относительная величина возмущений, возникающих в энергосистемах при нормальных и аварийных включениях и отключениях нагрузок, линий электропередачи, генераторов. При этом различного рода переходные процессы, возникающие в энергосистемах, не всегда могут быть эффективно ликвидированы из-за недостаточной управляемости основных элементов энергосистем. Это вызывает сбросы и набросы мощности в межсистемных связях, которые иногда приводят к нарушению устойчивой работы, отключению этих связей и даже к крупным каскадным авариям в объединенных энергосистемах.
С развитием энергосистем усиливается неоднородность и сложность электрических сетей. Появляются линии относительно низкого напряжения, шунтированные линиями более высокого напряжения. При этом линии высокого напряжения могут быть недогруженными, а линии низкого напряжения, наоборот, более нагруженными и невозможно осуществление оптимального перераспределения мощностей. При отключении шунтирующей линии высокого напряжения, линии низкого напряжения в некоторых случаях теряют устойчивость и отключаются.
При объединении крупных энергосистем растут токи коротких замыканий и возникает необходимость интенсивного демпфирования колебаний при различного рода возмущениях в пределах одной энергосистемы.
Вариантом решения этих проблем является создание в дефицитных системах собственных генерирующих мощностей, но это требует значительного времени, а иногда это невозможно по политическим, экономическим или экологическим причинам.
Одним из направлений комплексного решения перечисленных проблем является создание и внедрение в энергосистемах так называемых управляемых межсистемных связей.
Управляемые или гибкие межсистемные связи - это связи, режим которых может быть задан вне зависимости от режимов работы любых других элементов связываемых электрических систем и управляется автоматически или по заданному вручную закону.
При этом УМС должны обеспечивать [12]: независимое ведение режимов по частоте и напряжению в объединенных энергосистемах; локализацию возмущений в пределах одной части энергосистемы, «развязку» связываемых энергосистем по токам короткого замыкания и, соответственно, сохранение на существующем уровне их величины; высокую надежность функционирования, так как УМС являются узловыми элементами энергосистем, и нарушение их работы может привести к возникновению аварий, имеющих каскадный харакіер; скорость изменения режима того же порядка, что и скорость переходных электромеханических процессов в связываемых энергосистемах. УМС наиболее полно удовлетворяют условиям межгосударственного и межрегионального обмена электроэнергией, в том числе, и н условиях различия стандартов ее качества.
Поэтому особая роль межсистемных связей нашла свое отражение в стратегии развития Единой национальной электрической сети [13].
Несмотря на имеющиеся в настоящее время серьезные экономические трудности, согласно стратегии развития ЕНЭС, в сфере электроэнергетики первоочередными задачами являются: сохранение целостности Единой энергетической системы России (ЕЭС России); обеспечение надежного и устойчивого функционирования ЕЭС России, включая изолированные энергосистемы; развитие ЕЭС России в части электрических сетей; присоединение к ЕЭС России изолированно работающих энергосистем и энергоузлов при наличии экономических и энергетических предпосылок; создание новых и расширение имеющихся электрических связей с энергообъединениями зарубежных стран.
Цели математического моделирования межсистемных связей на основе ферромагнитных управляемых элементов
Для получения энергетических характеристик ФУЭ МС, анализа и синтеза системы управления необходимо иметь динамическую модель объекта управления. Выбор такой модели зависит от ряда причин, основными из которых являются: требуемая точность описания моделью реальных процессов и достаточная простота, позволяющая проводить анализ модели и системы, в которую она входит за допустимое время, т.е. возможность получения решения исследуемой задачи.
К настоящему времени математическое моделирование ФИТ МС было проведено в ряде работ [14; 44]. Основной целью проведенных исследований являлось изучение динамических характеристик ФИТ МС: оценка уровня постоянной переходного процесса установки в режимах скачкообразного изменения напряжения подмагничивания; выявление факторов влияния на ее величину; анализ влияния форсировки на уменьшение длительности переходных процессов; получение упрощенного уравнения для цепи подмагничивания. Кроме того, были получены угловые характеристики активной и реактивной мощности для ограниченного диапазона токов подмагничивания и разностей частот связываемых энергосистем. Для разработки и исследования системы регулирования тока подмагничивания использовалась упрощенная модель ФИТ, представляющая собой индуктивность, величина которой зависит от тока подмагничивания. При этом влияние фазных токов ие учитывалось. Также не учитывалась дискретность напряжения источника питания.
Представляется актуальным дальнейшее развитие математической модели ФИТ МС, т.е. создание комплексной математической модели устройства совместно с источником подмагничивания и системой управления, позволяющей: описывать работу всех элементов ФИТ МС в любых режимах и при изменении режима работы установки; получать статические и динамические характеристики установки для оценки эффективности ее работы, качества передаваемой мощности, влияния на связываемые энергосистемы.
Целесообразным также представляется создание математической модели ФИТ МС на основе трехфазных трансформаторов-модулей, исследование которых ранее не производилось.
Исследования, проведенные в [9; 51-53] показали, что устройства межсистемной связи на основе УР обладают достаточно высокими показателями по мощности системы управления, расходу активных материалов и потреблению реактивной мощности. Поэтому исследование УР МС представляется актуальной и перспективной задачей с точки зрения возможности их применения совместно с другими типами УМС.
В настоящее время произведен ряд исследований [9; 51-53, 57-59], показывающих принципиальную возможность создания УР МС. Проектирование реального промышленного или достаточно мощного экспериментального образца требуемой мощности невозможно без наличия точной математической модели установки. Характеристики установки в значительной степени зависят от выбранных алгоритмов управления. Оптимальный синтез их невозможен без знания статических и динамических характеристик объекта. Актуальной задачей данного этапа исследований является создание математической модели УР МС, позволяющей проводить математические эксперименты в установившихся и переходных режимах.
Поэтому целями настоящей главы являются: разработка математических моделей ФИТ МС и УР МС, пригодных для дальнейшего их использования при создании полной математической модели устройств совместно с источником питания и системой управления; получение с помощью разработанных математических моделей угловых характеристик активной и реактивной мощностей при различном токе подмагиичивания, применяемых затем при синтезе системы автоматического управления; математическое моделирование ФИТ МС на основе трехфазных трансформаторов-модулей; оценка влияния ФУЭ МС на связываемые энергосистемы.
Структурная схема системы автоматического управления межсистемной связи на основе ферромагнитных управляемых элементов
Структурная схема устройства межсистемной связи на основе управляемых реакторов приведена на рис. 1.13. Одна цепь УР МС состоит фактически из двух независимых полуцепей, в одной из энергосистем сдвинутых друг относительно друга схемным путем на угол к. Для создания схемного сдвига используется трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1, первичные и вторичные обмотки которого соединены встречно. Каждая полуцепь состоит из шести одинаковых управляемых реакторов, источника напряжения подмагничивания (управляемого выпрямителя) и системы управления установкой.
Каждая фаза связываемых .энергосистем связывается через два последовательно соединенных управляемых реактора. Обмотки подмагничивания каждой пары реакторов соединяются последовательно встречно и образуют обмотку подмагничивания УР.
При отсутствии токов в обмотках подмагничивания УР мощность, передаваемая через каждую полуцепь, взаимоуравновешивается и в целом через цепь мощность не передается.
При подаче тока в одну из обмоток подмагничивания, например, в первую при нулевом токе во второй, магнитопроводы управляемых реакторов первой полуцепи насыщаются, и магнитный поток вытесняется на пути рассеяния. Индуктивное сопротивление реакторов первой полуцепи резко уменьшается и увеличивается величина передаваемой через полуцепь мощности.
При подаче тока во вторую обмотку подмагничивания насыщаются реакторы второй полуцели, и передача мощности происходит через реакторы второй полуцепи. Благодаря тому, что вторая полуцепь сдвинута относительно первой в одной из энергосистем схемным путем на угол ті, фаза ЭДС первой энергосистемы сдвинута в этом случае на тс по отношению к фазе ЭДС второй энергосистемы.
Встречное соединение обмоток подмагничивания предотвращает трансформацию первой гармоники в эти цепи. Цепи подмагничивания всех управляемых реакторов одной полуцепи включаются последовательно и образуют ее обмотку подмагничивания. Это предотвращает появление в них токов первой, второй и всех кратных четырем гармоник и позволяет использовать для регулирования токов подмагничивания управляемые источники напряжения. Режимы последних задаются системой управления установки.
При составлении математического описания [52] устройства УР МС, вводятся те же допущения, что и при составлении математического описания установки ОФИТМС: 1. Объединяемые энергосистемы представлены синусоидальными источниками ЭДС с малым внутренним активным и реактивным сопротивлением. 2. Не учитывается нелинейность индуктивности рассеяния обмоток реакторов. 3. Не учитываются потери в стали магнитопроводов на гистерезис и вихревые токи.
Двухобмоточные реакторы, из которых выполнена установка, имеют сечение сердечника мапгитопровода s, среднюю длину магнитной силовой линии /, число витков рабочей обмотки w и обмотки подмагничивания wa. Суммарная индуктивность связываемых энергосистем и индуктивности рассеяния рабочей обмотки L; обмотки цепей подмагничивания 10; сопротивления первой и второй связываемых энергосистем и обмоток, подключенных к ним соответственно гь п, сопротивления обмоток цепей подмагничивания г0.
Так как обе полуцепи одной цепи передачи являются полностью идентичными и взаимно независимыми, возможно создать математическую модель только одной полуцепи и распространить полученные результаты на вторую полуцепь передачи.
Расчетная схема установки на одну полуцепь представлена на рис. 2,11.
В качестве аппроксимирующей функции кривой намагничивания, также как и для фазойнвертирующих трансформаторов, удобно использовать трансцендентную аппроксимирующую функцию (2.1).
Цели определения влияния конструкционных параметров межсистемной связи на ее технико-экономические показатели
ФУЭ МС являются одним из вариантов реализации УМС, наряду с ППТ и ВИТ, устройствами FACTS, АЭПЧ. Сравнение технико-экономических показателей ФУЭ с технико-экономическими показателями альтернативных вариантов УМС позволяет определить область возможного применения ФУЭ МС. Поэтому представляется актуальной оценка технико-экономических показателей ФУЭ МС и определение их зависимостей от напряжения, разности частот связываемых энергосистем, передаваемой через устройство мощности.
Увеличение единичной мощности трансформаторных и реакторных устройств вызывает изменение их масс-объемных и энергетических соотношений. В общем случае, с повышением единичной мощности трансформаторов и реакторов, их технико-экономические показатели улучшаются [96].
ФУЭ МС являются комплексом устройств, который состоит из фазоин-вертирующих трансформаторов, управляемых реакторов, источников под-магничивания с системой управления. От показателей и свойств ФУЭ зависят параметры остальных элементов комплекса, а следовательно, и затраты на них. При этом, хотя технико-экономические параметры самих ФУЭ с увеличением мощности установки улучшаются, этого нельзя с определенностью сказать о показателях всей ФУЭ МС. Поэтому актуальной является задача оценки изменения конструкционных характеристик, а через них и технико экономических показателей ФУЭ МС в зависимости от установленной мощности передачи и разности частот связываемых энергосистем.
Методики выбора конструкционных параметров для обычных силовых трансформаторов хорошо разработаны и позволяют проектировать трансформаторы с необходимыми характеристиками и оптимальными технико-экономическими показателями [97; 98]. К настоящему времени в ряде работ [6-$; 44] разработана методика выбора конструкционных параметров ФИТ по величине передаваемой активной мощности и максимальной разности частот связываемых энергосистем. Актуальной представляется на основании разработанной методики разработка алгоритма определения технико-экономических показателей ФИТ МС и оптимизации технико-экономических показателей ФИТ МС по выбранному параметру.
Для УР, применяемых для создания УР МС, методики выбора конструкционных параметров не существует до настоящего времени. Поэтому является актуальным разработка таковой методики и разработка на основе методики алгоритма определения технико-экономических показателей УР МС и оптимизации технико-экономических показателей УР МС по выбранному параметру.
При производстве оценки технико-экономической эффективности внедрения ФУЭ МС необходимо учитывать саму установку и связываемые энергосистемы в комплексе: необходим учет влияния ФУЭ МС на связываемые энергосистемы, должен быть учтен экономический эффект от повышения надежности энергоснабжения потребителей, изменения качества электрической энергии, передаваемой через УМС и т.д. В целом, комплексное определение технико-экономических показателей устройства представляет собой весьма сложную задачу, решение которой выходит за рамки данной работы. Поэтому в настоящей работе для определения технико-экономических показателей устройства и оптимизации конструкции ФУЭ используется упрощенная методика оценки экономической эффективности внедрения. В настоящее время существует большое количество методик оценки экономической эффективности внедрения тех или иных устройств [99-104]: метод определения денежных поступлений, метод расчетной ставки рентабельности, метод определения срока окупаемости капитальных вложений, метод расчета чистого дисконтированного дохода, метод расчета совокупных затрат и т.д.
В условиях, когда экономический эффект внедряемого устройства оценить весьма сложно, достаточно простым методом, позволяющим определить удельную стоимость устройства и основные технико-экономические показатели, является метод расчета совокупных дисконтированных затрат. Поэтому в настоящей главе оптимизация конструкционных параметров ФУЭ МС и определение технико-экономических показателей производится по минимуму совокупных дисконтированных затрат.
На характеристики и технико-экономические показатели ФУЭ МС существенное влияние оказывает также закон управления установкой. Изменяя ток подмагничивания по определенному закону, можно существенно улучшить технико-экономические показатели установок. Суть такового закона заключается в том, что ток за рабочий полупериод частоты скольжения возрастает и уменьшается не от нулевого значения и до нулевого значения, а от/до некоторого небольшого значения тока подмагничивания, составляющего 5-Ю % номинального. Начало возрастания тока и уменыпение его до нуля производятся в течение нерабочего полупериода частоты скольжения. Такой технический способ называется предварительным подмагпичиванием } 105-107].
