Содержание к диссертации
Введение
1 Управление потоками мощности 14
1.1 Принципы устройств управления потоками мощности 14
1.2 Существующие типы устройств управления потоками мощности... 20
1.3 Использование устройств управления мощностью в электроэнергетике 33
1.4 Использование силовой полупроводниковой техники в устройствах управления мощностью 36
Выводы 42
2 Анализ режимов работы систем электроснабжения .. 44
2.1 Анализ электрических режимов района Липецкой ТЭЦ-2 44
2.2 Анализ электрических режимов промышленного узла ОАО «НЛМК» 50
2.3 Анализ электрических режимов транзитной сети 220-500 кВ Липецкой энергосистемы 56
2.4 Анализ токов короткого замыкания промышленного узла ОАО «НЛМК» 58
Выводы 67
3 Моделирование схем электроснабжения с применением управляемого трансформатора 69
3.1 Математическое описание и модель управляемого трансформатора 69
3.2 Исследование управляемого трансформатора при ликвидации токовых перегрузок в электрических сетях 85
3.3 Исследование управляемого трансформатора при ограничении токов короткого замыкания в электрических сетях 88
3.4 Методика расчета параметров управляемого трансформатора и алгоритма автоматического регулирования для ликвидации токовых перегрузок и ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях 35-220 кВ 103
3.5 Анализ потерь активной мощности в транзитной электрической сети с управляемыми трансформаторами 113
Выводы 115
4 Экономическая эффективность от применения управляемого трансформатора 117
4.1 Затраты на строительство ЛЭП ПОкВ 117
4.2 Затраты на замену коммутационного оборудования района ОАО «НЛМК» 123
4.3 Затраты на строительство управляемого трансформатора 123
4.4 Затраты на строительство устройств FACTS 124
4.5 Экономический эффект от внедрения управляемого трансформатора 125
Выводы 126
Заключение
- Использование устройств управления мощностью в электроэнергетике
- Анализ электрических режимов промышленного узла ОАО «НЛМК»
- Исследование управляемого трансформатора при ликвидации токовых перегрузок в электрических сетях
- Затраты на строительство управляемого трансформатора
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время актуальными, не в полной мере решенными, проблемами в электроэнергетике являются: перегруженность транзитных и распределительных электрических сетей крупных районов и промышленных узлов; неэкономичное перераспределение потоков мощности в транзитной и распределительной электрической сети разных классов номинальных напряжений; непропорциональная загрузка сетей низкого номинальною напряжения относительно сетей высокого; в ряде регионов с сосредоточенными узлами нагрузки и генерации, относительно небольшой длиной питающих ЛЭП существуют превышения токов короткого замыкания в электрической сети выше отключающей способности коммутационного оборудования установленного на станциях и подстанциях данных районов. Кроме того образование транзитных перетоков в электрической сети приводит к токовым перегрузкам одних транзитных ЛЭП при не дозагрузке других питающих ЛЭП, что создает неоптимальное распределение потоков мощности в таких сетях.
Нерешенность этих проблем приводит к необходимости повышения пропускной способности существующей транзитной электрической сети, особенно в ремонтных и послеаварийных режимах, получения управляемости электрических сетей, снижения токов короткого замыкания. Все имеющиеся разработки устройств направленные на гибкое управление потоков мощности в настоящее время имеют ограниченное внедрение и использование в энергосистемах разных стран. Это в первую очередь связано со сложностью схем, основанных на силовой полупроводниковой технике, значительными затратами на разработку, строительство и эксплуатацию таких устройств.
В литературных источниках отсутствуют сведения по комплексному управлению перетоками мощности в системах электроснабжения, поэтому получение управляемости транзитной электрической сети с одновременной возможностью ограничения токов короткого замыкания на данный момент является актуальной задачей.
Целью работы является исследование и ликвидация токовых перегрузок, ограничение токов короткого замыкания и снижение длительности переходного процесса при коротких замыканиях в транзитных электрических сетях 35-220 кВ путем комплексного управления перетоками мощности.
Идея работы заключается в применении управляемого трансформатора, первичная обмотка которого включается в рассечку ЛЭП для ликвидации токовых перегрузок посредством инжекции напряжения в рассечку ЛЭП с регулированием фазы напряжения и его модуля, а ограничение токов короткого замыкания в сети - посредством изменения индуктивного сопротивления управляемого трансформатора.
Научная новизна:
предложен способ комплексного управления перетоками мощности и ограничения токов короткого замыкания в транзитных электрических сетях 35-220 кВ отличающийся от известных тем, что в рассечке ЛЭП используется регулируемое инжектируемое напряжение и регулируемое индуктивное сопротивление, позволяющие управлять перетоками мощности, ликвидировать токовые перегрузки и ограничивать токи короткого замыкания в транзитных электрических сетях.
предложено устройство, реализующее способ комплексного управления перетоками мощности и ограничения токов короткого замыкания в транзитных электрических сетях 35-220 кВ, основанное на использовании оригинального управляемого трансформатора, отличающегося от известных тем, что в его первичной обмотке, включенной в рассечку ЛЭП, напряжение и индуктивное сопротивление регулируются за счет двух вторичных обмоток, подключенных через ти-ристорные ключи к двум трансформаторам связи, один из которых включен на линейное напряжение двух других фаз, а другой на фазное напряжение той фазы, в которой установлена первичная обмотка управляемого трансформатора, что позволяет управлять перетоками мощности, ликвидировать токовые перегрузки и ограничивать токи короткого замыкания в транзитной электрической сети 35-220 кВ.
получена математическая модель трехфазной электрической сети 35-220 кВ с трехфазным управляемым трансформатором, отличающаяся от известных тем, что она учитывает включение первичной обмотки управляемого трансформатора в рассечку ЛЭП, подключение двух вспомогательных трансформаторов связи, а так же два контура регулирования тока посредством тиристорных ключей, управляемых измерительно-логическим блоком, который контролирует напряжение, ток транзитной электрической сети и токи в контурах регулирования.
разработана инженерная методика, основанная на использовании данных полученных с помощью моделей транзитных электрических сетей 35-220 кВ, что позволяет получить индивидуальные параметры управляемых трансформаторов удовлетворяющих требованиям ликвидации токовых перегрузок и ограничения токов короткого замыкания.
Практическая ценность состоит в том, что предложенный способ регулирования с помощью управляемого трансформатора позволяет выполнить быстродействующее управление перетоками активной, реактивной мощности для ликвидации токовых перегрузок линий электропередач и ограничения токов короткого замыкания в транзитной и распределительной электрической сети 35-220 кВ. Разработанные математические модели трехфазной электрической сети 35-220 кВ с трехфазным управляемым трансформатором, а так же инженерная методика расчета параметров управляемого трансформатора, позволяют определить требуемые параметры и места установки управляемого трансформатора для
любых транзитных электрических сетей 35-220 кВ. На примере Липецкой энергосистемы определены параметры и места установки управляемых трансформаторов для решения проблем токовых перегрузок ЛЭП ПО, 220 кВ и проблем превышения токов короткого замыкания в сети 110 кВ.
Методы и объект исследования. Использовались методы математического моделирования, математической статистики и инженерного эксперимента. Поставленные в работе задачи решались с помощью математического моделирования в специальных программных комплексах:
математическое моделирование и программирование выполнялось с помощью интегральной математической системы для научно-технических расчётов «MatLab»;
анализ установившихся режимов проводился в специализированном программном комплексе «RastrWin»;
анализ переходных процессов и динамической устойчивости проводился в специализированном программном комплексе «Мустанг»;
анализ токов короткого замыкания проводился в специализированном программном комплексе «ТКЗ».
Достоверность результатов и выводов подтверждена результатом исследования электроэнергетических режимов реальной электрической сети ПО, 220 кВ, с использованием положений теории электрических сетей, математическим обоснованием разработанных моделей, сопоставимостью результатов расчетов с экспериментальными и статистическими данными, полученными при работе энергосистемы Липецкой области/Выполнено сравнение результатов диссертационной работы в нескольких программных комплексах, получены идентичные результаты в пределах допустимой погрешности.
Реализация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в качестве рекомендаций при проведении перспективных разработок в ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Разработки внедрены в учебный процесс ЛГТУ по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» при выполнении практических и лекционных работ по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий», «Релейная защита и автоматика».
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технической конференции посвященной 35-летию кафедры электропривода (Липецк, 2009), П Международной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжи" (Самара, 2011), III Международной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжи" (Екатеринбург, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ, из них пять в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка включающего 160 наименований и семи приложений. Общий объём диссертации - 187 страниц, в том числе 129 страниц основного текста, 58 рисунков, 38 таблиц.
Использование устройств управления мощностью в электроэнергетике
Асинхронизированные компенсаторы (АСК). АСК является электрической машиной переменного тока имеющей в наличии обмотки возбуждения, как по продольной, так и по поперечной оси ротора с использованием статического преобразователя частоты. АСК позволяет регулировать модуль напряжения и фазовый угол напряжения. АСК используют для повышения динамической устойчивости, регулирования напряжения, демпфирования напряжения при резкопеременной нагрузке в узлах электрической сети. Неуправляемое устройство продольной компенсации (УПК). УПК представляет собой БСК установленные в рассечку ЛЭП, предназначенные для компенсации индуктивного сопротивления ЛЭП. УПК используются для повышения динамической устойчивости, увеличения пропускной способности ЛЭП, перераспределения потоков активной мощности в транзитной сети.
Управляемое устройство продольной компенсация (УУПК). УУПК состоит из комплекса БСК и параллельно включенного реактора управляемый тиристорным ключом. Такой комплекс установлен в рассечку ЛЭП и предназначен для компенсации и регулирования индуктивного сопротивления ЛЭП посредством регулирования емкостного сопротивления. УПК так же используются для повышения динамической устойчивости, увеличения пропускной способности ЛЭП, перераспределения и управления потоками активной мощности в транзитной электрической сети.
Фазоповоротное устройство (ФПУ). Состоит из двух трансформаторов включенных параллельно и последовательно ЛЭП создаваемые добавку напряжения в ЛЭП, сдвинутую на 90 к вектору фазного напряжения. Переключение устройства выполняется за счет РПН, выключателей, тиристорных ключей или переключения отпаек. ФПУ применяется для достижения требуемого сдвига угла напряжения, перераспределения потоков активной мощности в транзитной электрической сети.
Вставка постоянного тока на основе СТАТКОМ (ВПТН). ВПТН состоит из двух последовательных устройств СТАТКОМ соединенных между собой связью постоянного тока и установленных в рассечку ЛЭП. ВПТН устанавливается в ЛЭП соединяющей между собой две не синхронно работающие зоны и позволяет регулировать перетоки активной и реактивной мощности между системами. ВПТН направлено на увеличение надежности работы энергосистем, ликвидацию каскадного развития аварии, возможности обмена резервов активной и реактивной мощности между системами, уменьшения управляющих воздействий от ПА. Электромашинные преобразователи частоты (АС ЭМПЧ). Передача мощности между двумя энергетическими системами посредством АС ЭМПЧ осуществляется за счет двух связанных через ротор асинхронизированных машин без электрической связи между этими энергосистемами. Передача мощности с помощью АС ЭМПЧ возможна в двух направлениях и направлена на ликвидацию каскадного развития аварии, обмена резервов мощности между системами, уменьшения управляющих воздействий от ПА и увеличения надежности работы энергосистем. Так же с помощью АС ЭМПЧ можно питать потребителей критичных к колебаниям напряжения в электрической сети.
Объединенный регулятор потоков активной и реактивной мощности (ОРПМ). ОРПМ представляет собой продольно-поперечное включение двух преобразователей в виде СТАТКОМ соединенных связью постоянного тока и установлен в рассечку ЛЭП. ОРПМ создает добавку напряжения в ЛЭП с регулируемым фазовым углом и позволяет управлять перетоками активной и реактивной мощности в транзитной электрической сети.
Вращающийся трансформатор (ВФТ). ВФТ представляет собой электрическую машину с дополнительным двигателем на валу и с питанием ста-торной и роторной обмоток от разных не синхронно работающих энергосистем. ВФТ используется для связи энергосистем работающих с разными параметрами, в том числе и разными частотами.
Токоограничивающие устройства (ТОУ). ТОУ представляет собой последовательную компенсацию индуктивности ЛЭП посредством БСК и включенный ей параллельно реактор управляемый тиристорным ключом, который в течение нормальных режимов работы отключен. БСК обеспечивает нужную компенсацию ЛЭП. При коротком замыкании реактор подключается через ти-ристорный ключ последовательно с ЛЭП и обеспечивает требуемое индуктивное сопротивление и снижение тока короткого замыкания. ТОУ используется для снижения токов короткого замыкания в электрической сети и сохранения существующих коммутационных аппаратов при вводе нового генерирующего оборудования и ЛЭП. Описанные выше существующие устройства FACTS имеющие гибкое регулирование параметров электрической сети в настоящее время практически не имеют использования в энергосистемах Российской Федерации, некоторые и не используются вообще, а в энергосистемах зарубежных стран так же не находят широкого применения. Ограниченное внедрение устройств FACTS в первую очередь связано с существенными затратами на разработку, строительство и эксплуатацию таких устройств основанных на сложной силовой полупроводниковой технике. В настоящее время в большинстве случаев затраты на решение проблем в энергосистемах путем стандартного строительства ЛЭП и ПС соизмеримы или меньше с затратами на решение проблем с применением устройств FACTS.
Анализ электрических режимов промышленного узла ОАО «НЛМК»
Район города Липецка и ОАО «НЛМК» запитанный от транзитной электрической сети 220 кВ Липецкой энергосистемы имеющей вероятность токовых перегрузок ЛЭП 220 кВ, получает питание от ПС 500 кВ Липецкая и ПС 500 кВ Борино с потреблением в 1340МВт в зимний период. Особенностью работы сети 220 кВ энергоузла является наличие транзита мощности по ВЛ 220 кВ от шин 220 кВ ПС 500 кВ Липецкая до ПС 500 кВ Борино, который увеличивает токовую загрузку ВЛ 220 кВ Северная-Новая I цепь, ВЛ 220 кВ Северная-Новая II цепь. На загрузку транзитных ВЛ 220 кВ сильно влияет направление и величина загрузки ВЛ 500 кВ Липецкая - Борино. При большой величине перетока мощности по ВЛ 500 кВ Липецкая - Борино на юг к шинам ПС 500 кВ Борино и аварийном ее отключении в зависимости от температуры окружающего воздуха ремонтной схемы в сети 220 кВ можно ожидать токовые перегрузки ВЛ 220 кВ Северная-Новая I цепь, ВЛ 220 кВ Северная-Новая II цепь свыше 45%. Ремонтная схема транзитной сети 220 кВ от ПС 500 кВ Липецкая до ПС 500 кВ Борино представлена на рисунке 2.17. Послеаварий-ный режим с отключением ВЛ 500 кВ Липецкая - Борино при ремонтной схеме транзитной сети 220 кВ представлен на рисунке 2.18. Результаты анализа электрических режимов для нормальных, ремонтных и послеаварииных схем транзитной электрической сети 220 кВ представлены в приложении №3. Р = 740 МВт
Послеаварийный режим с отключением ВЛ 500 кВ Липецкая Борино при ремонтной схеме транзитной сети 220 кВ По результатам расчета определены ЛЭП имеющие наибольшую вероятность токовых перегрузок: ЛЭП 220 кВ Северная-Новая I цепь и II цепь. Предлагаемые мероприятия по ликвидации токовых перегрузок транзитной сети 220 кВ заключаются в установке оригинальных управляемых трансформаторов в электрической сети 220 кВ района ПС 220 кВ Северная и ПС 220 кВ Новая.
Предлагаемые мероприятия по ограничению токов короткого замыкания на объектах ОАО «НЛМК» заключаются в установке управляемых трансформаторов в распределительной электрической сети ОАО «НЛМК» района ТЭЦ НЛМК, Утилизационной ТЭЦ запитанного от ПС 220 кВ Северная, ПС 220 кВ Новая. Для определения места установки и выбора требуемых параметров управляемых трансформаторов далее выполнен анализ токов короткого замыкания в ремонтных схемах сети ПО кВ и выше, питающей объекты ОАО «НЛМК», на период до 2018 года с учетом технологического присоединения Утилизационной ТЭЦ, а также перспективного развития электрических сетей Липецкой энергосистемы. На основании результатов расчетов токов короткого замыкания далее предложены места установки и определены параметры управляемых трансформаторов. Так же разработан алгоритм и методика управления УТ при работе во время токовых перегрузок ЛЭП, при коротком замыкании в электрической сети района ОАО «НЛМК» запитанного ПС 220 кВ Северная, ПС 220 кВ Новая или при необходимости демпфирования напряжения при колебаниях резкопеременной нагрузки прокатных станов.
ГГШ-18 AMS 1250LK 45000 10 0,9 Схема района ОАО «НЛМК» запитанного от ПС 220 кВ Северная и ПС 220 кВ Новая представлена на рисунке 2.19. Данные о выключателях 110-220 кВ, установленных на шинах ПО кВ и выше объектов Липецкого узла представлены в таблице П4.1. Приложения №4. Для определения уровней токов короткого замыкания были выполнены расчеты трехфазного и однофазного коротких замыканий. Расчеты производились на программном комплексе «ТКЗ». При расчете токов короткого замыкания были учтены вводы сетевых объектов и реконструкция в сети Липецкой энергосистемы на период до 2018года, а также следующие особенности: - нейтрали силовых трансформаторов на энергообъектах ОАО «НЛМК» заземлены на ТЭЦ НЛМК, ПС 220 кВ ГПП-15-2, IT, 2Т, ЗТ, Утилизационной ТЭЦ, ЗТ на ГПП-18; на остальных ПС 110 кВ ОАО «НЛМК» нейтрали силовых трансформаторов разземлены; - существующие ПС 110 кВ Бугор, Октябрьская, Южная, Юго-Западная, Привокзальная, Центролит, Ситовка, Манежная и Университетская работают в режиме с разземленной нейтралью трансформаторов.
Расчеты токов короткого замыкания производились в нормальной схеме, а также в трёх ремонтных схемах, с включением ближайших транзитов ПО кВ: В Л ПО кВ Связь Левая, Связь Правая и В Л ПО кВ Кольцевая Левая, Кольцевая Правая, наиболее тяжелых с точки зрения значений токов короткого замыкания на объектах ОАО «НЛМК»:
Ремонтная схема №1: отключение AT 220/110 кВ на ПС 220 кВ Металлургическая с включением транзита по В Л 110 кВ Связь правая и левая (Северная - Металлургическая). Ремонтная схема №2: отключение AT 220/110 кВ на ПС 220 кВ Северная с включением транзита по В Л ПО кВ Связь правая и Связь левая (Северная - Металлургическая). Схема района ОАО «НЛМК» запитанного от ПС 220 кВ Северная и ПС 220 кВ Новая Ремонтная схема №3: отключение 2 СШ 220 кВ ПС 500 Борино с переводом присоединений в том числе ВЛ 220 кВ на 1 СШ 220 кВ при включенном транзите Липецкая ТЭЦ-2 - Правобережная и с включенным транзитом по ВЛ 110 кВ Кольцевая Правая и Левая (Правобережная - Южная - Новая).
Далее по тексту ремонтные схемы именуются - ремонтные схемы №1, №2 и №3.
Результаты расчета токов короткого замыкания на шинах 110 кВ и выше объектов ОАО НЛМК в зоне влияния УТЭЦ, ТЭЦ НЛМК и Липецкой ТЭЦ-2 на этапе 2018 г. в нормальной и ремонтных схемах №1, №2 и №3 сведены в таблицы П4.2 - П4.5. Приложения №4 соответственно.
Из результатов таблиц П4.2.- П4.5. видно, что в нормальной схеме на этапе 2018 года наблюдаются превышения токами короткого замыкания отключающей способности выключателей на объектах ОАО «НЛМК». Также из результатов видно, что наиболее тяжёлым является ремонтный режим №1, в котором токи короткого замыкания являются наиболее высокими на шинах 110-220 кВ, значения которых на многих электросетевых объектах превышают отключающую способность выключателей. Выключатели с недостаточной отключающей способностью представлены в следующей таблице 2.10.
Исследование управляемого трансформатора при ликвидации токовых перегрузок в электрических сетях
При работе УТ как источник напряжения в ЛЭП он способен увеличивать или уменьшать величину напряжения на индуктивности линии, что приведет к регулированию тока и соответственно потока мощности передаваемой по ЛЭП. В зависимости от требуемой настройки УТ с помощью изменения инжектируемого напряжения (идут) можно добиться желаемого перетока в ЛЭП, или при изменениях тока в каждой фазе поддерживать требуемое напряжение идут. Передаваемая по ЛЭП активная мощность и ток от инжектируемого напряжения Идут могут быть определены по выражениям [67]:
При работе УТ и регулировании фазового угла 8, можно эффективно управлять перетоками активной мощности и использовать УТ для повышения динамической устойчивости, обеспечения демпфирования колебаний мощности, а также минимизации перегрузок и снижения напряжений после действия возмущений. При рассмотрении УТ в качестве регулирования фазового угла 8 его можно представить как источник синусоидального напряжения с изменяемой амплитудой и углом сдвига фаз предназначенного для сохранении желаемого значения передаваемой мощности независимо от угла 8. При достижении угла 8 значений, близких к я/2, амплитуда Ua выбирается таким образом, чтобы эффективный угол сдвига фаз 8 + а оставался равным я/2. Активная мощность при этом будет определяется выражением:
При работе обоих блоков ТБ1 и ТБ2 УТ может рассматриваться в качестве источника синхронного напряжения с регулируемыми амплитудой U и углом р, включенного в ЛЭП последовательно. Источник напряжения осуществляет перераспределение как активной, так и реактивной мощности инжектируя в линию напряжение идут с управляемыми амплитудой и углом сдвига фаз р. Ток и передаваемая активная мощность определяются выражениями:
Таким образом, при постоянных Pomax, Ui, и р эта характеристика постоянна при любых мощностях Р. Аналогичные вычисления можно сделать и для угла р, получим производную активной мощности Р по углу р: — = U2Up—cosp = P0max -cosp. (3.14)
Таким образом, при постоянных Pomax, Uj, и Up характеристика dP/dp сохраняет указанное выше постоянство при любых Р. В результате Р, Q конца линии с УТ могут быть определены как:
Кроме ликвидации аварийных перегрузок линий в кратковременном и длительных режимах УТ способны демпфировать колебания перетоков мощности по ЛЭП при переходных процессах в сетях. В процессе развития энергосистемы и введения новых электрических связей и генерирующего оборудования возрастают уровни токов короткого замыкания на шинах станций и подстанций. В некоторых случаях это ведет к необходимости замены коммутационных аппаратов с большей отключающей способностыо токов короткого замыкания. Работа связей ТЭЦ с системой через УТ может оказаться экономически обоснованным решением этой проблемы, поскольку устройство обладает свойствами безинерционного изменения индуктивного сопротивления. При коротких замыканиях в электрической сети УТ способен, при заданных дополнительных настройках, автоматически ограничивать токи короткого замыкания в электрических сетях и уменьшить длительность переходного процесса, существенно облегчая условия работы электроэнергетического оборудования: разъединителей, выключателей, трансформаторов, генераторов и т.д. Так же как известно при естественном потокораспределении мощности между узлами генерации и узлами нагрузок, получив проблемные элементы электрической сети с точки зрения токовых перегрузок так же будем иметь по данным элементам максимальные перетоки при коротком замыкании. Получается, решение задачи с проблемой токовых перегрузок с применением УТ, в большинстве случаев, совпадет с решением задачи снижения токов короткого замыкания по проблемным коммутационным аппаратам.
Для примера рассмотрена работа УТ в распределительной сети 220, 110 кВ Липецкой энергосистемы. Моделировалось трехфазное короткое замыкание (КЗ) на В Л 110 кВ Липецкая ТЭЦ-2 - Сокол в программном комплексе «Mustang». Переходный процесс ближайшего генератора Липецкой ТЭЦ-2 (ток статора генератора, скольжение генератора, угол ротора генератора и напряжение на шинах генератора) при трехфазном КЗ на шинах ПО кВ ПС 220 кВ Сокол без УТ представлены на рисунке 3.12, 3.13, с УТ-рисунке 3.14,3.15.
Паспортные данные генераторов и турбин Липецкой ТЭЦ-2 необходимые для исследования переходных процессов при коротких замыканиях в районе Липецкая ТЭЦ-2 -ПС 220 кВ Правоберелсная приведены в таблицах 3.10 и 3.11 соответственно. Паспортные данные генераторов и турбин ТЭЦ НЛМК и УТЭЦ необходимые для исследования переходных процессов при коротких замыканиях в районе 110 кВ РП-1 приведены в таблицах 2.6 - 2.8.
Затраты на строительство управляемого трансформатора
В данной диссертационной работе реализовано новое решение актуальной научной задачи по решению проблем токовых перегрузок и ограничению токов короткого замыкания в распределительной электрической сети. Проблему токовых перегрузок и ограничение токов короткого замыкания в распределительной сети предлагается решить с помощью применения управляемых трансформаторов устанавливаемых в рассечку ЛЭП. Главным преимуществом управляемых трансформаторов является использование силовой электроники в цепях управления, а не на стороне высокого напряжения, простота, высокая надежность и низкая стоимость устройства.
С помощью предложенной схемы управляемого трансформатора осуществляется принцип параметрического регулирования, происходит управление перетоками мощности за счет ее перераспределения в транзитной электрической сети. Быстродействующий управляемый трансформатор обеспечивает безынерционное регулирование перетоков мощности в распределительных сетях. Управляемый трансформатор способен ликвидировать токовые перегрузки транзитных ЛЭП в ремонтных и аварийных режимах, при коротких замыканиях способен ограничивать токи короткого замыкания в электрических сетях существенно уменьшая длительность переходного процесса. Появляется возможность более широкого использования характеристик ЛЭП и трансформаторов, а так же дальнейшего увеличения нагрузок узла за счет использования запасов мощности недозагруженных линий, и тем самым повысить надежность электроснабжения потребителей.
В процессе проведенных исследований в работе получены следующие основные научно-практические результаты:
1. Разработан оригинальный управляемый трансформатор для ликвидации токовых перегрузок и ограничения токов короткого замыкания в электрической сети, основанный на включении первичной обмотки в рассечку ЛЭП и подключении двух вторичных обмоток через тиристорные ключи к вспомогательным трансформаторам связи.
2. Применение управляемого трансформатора обеспечивает снижение длительности переходного процесса при коротких замыканиях с сохранением синхронной динамической устойчивости генераторов вблизи короткого замыкания.
3. Разработанное оригинальное устройство для комплексного управления перетоками мощности в транзитных электрических сетях 35-220 кВ, использующее управляемый трансформатор в ЛЭП и силовые тиристорные ключи в цепях управления с двумя контурами регулирования, обладает простотой выполнения, высокой надежностью и низкой стоимостью по сравнению с имеющимися аналогами.
4. Определены конкретные места установки управляемых трансформаторов в транзитных электрических сетях 35-220 кВ, основанные на проведенном анализе транзитных электрических сетей с выявленными проблемами токовых перегрузок транзитных ЛЭП, превышения токов короткого замыкания свыше отключающей способности установленного коммутационного оборудования. Определены критерии применения предложенного устройства комплексного управления потоками мощности в транзитных и распределительных электрических сетях напряжением 35-220 кВ.
5. Разработана инженерная методика расчета параметров и алгоритм управления комплексного регулирования перетоков мощности с использованием управляемого трансформатора, позволяющая получить индивидуальные параметры управляемых трансформаторов удовлетворяющих требованиям ликвидации токовых перегрузок и ограничения токов короткого замыкания.
6. При применении управляемого трансформатора в транзитной электрической сети определен технико-экономический эффект, на примере конкретных энергорайонов Липецкой области, в размере 88,131 млн. руб. от его применения как альтернатива строительству ЛЭП для снятия токовых перегрузок и 37,510 млн. руб. от его применения как альтернатива замене коммутационных аппаратов для удовлетворения требований отключающей способности по токам короткого замыкания.
Так же в диссертационной работе проведено моделирование электрической сети, управляемого трансформатора, моделирование коротких замыканий и работы управляемого трансформатора при коротком замыкании, математическое описание, анализ электрических режимов в программных комплексах «Matlab», «RastrWin», «Мустанг», «ТКЗ».
