Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Математические модели 15
1.1. Моделирование установившегося режима ЭЭС 16
1.2. Модель несимметричного режима 23
1.3. Блок-схема программы расчета совместного режима системы внешнего и тягового электроснабжения 37
ыводы к главе 1 39
Глава 2. Применение сингулярного анализа для выбора эффективного способа усиления тяговой сети 40
2.1. Обзор способов усиления электрической сети 40
2.2. Сингулярный анализ матрицы Якоби 45
2.3. Анализ эффективности методов усиления тяговой сети на основе сингулярного анализа 47
Выводы к главе 2 53
Глава 3- Исследование симметричного и несимметричного режимов 54
3.1 Способы моделирования тяговой нагрузки 56
3.2. Анализ симметричного режима 60
3.3. Анализ несимметричного режима 70
3.3.1. Спектральный анализ матрицы узловых проводимостей 71
3.3.2.Результаты анализа несимметричного режима 73
Выводы к главе 3 11
Глава 4. Адресность падений напряжений в электрической сети 79
4.1. Алгоритм адресности 79
4.2. Вклад генераторов в падения напряоюении в электрической сети 83
Выводы к главе 4 95
Заключение 96
Список литературы 98
Приложение 104
- Моделирование установившегося режима ЭЭС
- Обзор способов усиления электрической сети
- Способы моделирования тяговой нагрузки
- Вклад генераторов в падения напряоюении в электрической сети
Введение к работе
Одним из основных требований по обеспечению необходимого качества электрической энергии является поддержание уровня напряжения в электрических сетях в допустимых пределах. Особенно остро эта проблема стоит в сетях электроснабжения тяговой нагрузки, что связано с постоянным ростом грузопотоков на железных дорогах и с ведущимися в России работами по созданию современного высокоскоростного подвижного состава «Сокол» мощностью около 11 MB А при конструктивной скорости 250 км/ч, аналогичного появившемуся на железных дорогах Европы современному локомотиву EUROSTAR мощностью 17 MB А и скоростью движения 300 км/ч.
Это указывает на необходимость поиска путей усиления тяговой сети, аналогичные проблемы стоят и в других странах, где в качестве одного из основных направлений усиления рассматривается использование современного оборудования для усиления сети, каким являются FACTS, построенные на основе тиристорной технологии и заключающиеся в управлении в реальном времени уровнями напряжения. Такими устройствами могут быть шунтовые компенсаторы SVC , TCSC, STATCOM, а также продольные компенсаторы ASVC [52].
Система электроснабжения железных дорог - это сложная техническая система, включающая внешнюю и тяговую сети. Как любая электроэнергетическая система (ЭЭС) она подвергается различным внешним воздействиям, особенно это связано с резко изменяющимися, мощными по величине, несимметричными тяговыми нагрузками. При воздействии таких возмущений система реагирует изменением параметров режима работы —модулей и фаз напряжений, перетоков мощностей и токов. Для обеспечения надежности работы ЭЭС и по Моделировалась одна межподстанционная зона однопутного участка железной дороги электрифицированного по системе 1х25кВ, напряжение на шинах тяговых подстанций полагалось постоянным и равным 27,5кВ. длина участка 60км, эквивалентное сопротивление вышения качества электрической энергии необходимо знать чувствительность параметров режима системы к внешним возмущениям и факторы, от которых она зависит. В этой связи актуальность приобретает поиск методов, позволяющих определять сенсорные места в системе электроснабжения железных дорог, а также средства анализа чувствительности напряжений к изменениям тяговой нагрузки. Применяемые в данной работе методы анализа чувствительности электрической сети, построенные на основе сингулярного и спектрального анализа матрицы Якоби, позволяют учитывать не только инвариантные к режиму функционирования факторы - схему и параметры сети, но и режим - изменения нагрузок узлов.
При рассмотрении совместной работы внешней и тяговой сетей, особенно на протяженных участках железных дорог, встает задача поиска наиболее эффективного пути повышения качества электрической энергии, одним из показателей которого является отклонение напряжения. При решении задачи важно знать, какие генераторы в большей мере оказывают влияние на уровни напряжения в сенсорной точке. Выход может быть найден за счет решения проблемы адресности токов или перетоков мощностей, позволяющей определить связь нагрузочных узлов с генераторными. С применением такого метода расчета отпадает необходимость заниматься перебором генераторов в поисках решения проблемы качества электроэнергии в сенсорной точке, что поможет не только предотвратить резкие колебания уровней напряжений в системе за счет усиления слабых мест, но и усовершенствовать системы управления автоматическим регулированием напряжения.
Работа связана с изучением методов анализа уровней напряжений в тяговой сети и сети электроснабжения тяговых подстанций, оценки влияния тяговых нагрузок на чувствительность напряжений, вклада источников активной и реактивной мощностей в уровни напряжений. Работа является одним из звеньев, проводимых в ИрГУПСе на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» исследований под руководством зав. кафедры Н.И. Молина, проф. В.Д. Бардушко, проф. А.В. Крюкова, анализа возможности поддержания допус 14,28+j30,3 Ом. тимых уровней напряжения как в линии продольного электроснабжения, так и в контактной сети на участке Лена - Таксимо. Важность проведения такого исследования связана с предполагаемым существенным ростом тяговой нагрузки, вызванным началом вывоза руды из Чинейского железо - титано - ванадиевого месторождения. Именно этим объясняется, почему в качестве объекта исследования методов анализа уровней напряжений в электрической сети выбран указанный участок железной дороги.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов, направленных на обеспечение надежности работы системы электроснабжения железнодорожного транспорта и повышение качества электроэнергии.
Задачи исследования:
• Разработка средств анализа уровней напряжений в системах электрод снабжения железных дорог на основе спектрального и сингулярного анализа.
• Разработка методов и алгоритмов оценки вклада генераторов в уровни напряжений в электрической сети.
В диссертации впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:
•метод выбора эффективных способов поддержания уровней напряжения в тяговой сети, основанный на использовании сингулярного анализа матрицы Якоби для выявления сенсорных узлов в системах электроснабжения железных дорог;
•алгоритм и программа спектрального анализа матрицы узловых прово-димостей в фазных координатах для определения сенсорных фаз напряжения;
•алгоритм и программная реализация решения проблемы адресности токов в системах электроснабжения железных дорог и получения оценки вклада генераторов в уровни напряжений в электрической сети.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа режимов электрических систем, методы теории графов и линейная алгебра.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. На основе проведенных научных исследований с использованием разработанных алго ритмов и программ для анализа уровней напряжения систем тягового и внешнего электроснабжения железных дорог разработаны рекомендации по стабилизации уровней напряжения и нормализации показателей качества электроэнергии, внедренные в эксплуатационной практике на Восточно-Сибирской железной дороге.
Публикации. Опубликовано 9 работ в сборниках и трудах всероссийских конференций [1-9].
Состояние вопроса. Вопросу поддержания и регулирования уровней напряжения в тяговой сети посвящено много работ, в числе которых следует отметить работы К.Г. Марквардта и Г.Г. Марквардта (МИИТ), P.P. Мамошина (МИИТ), Л.А. Германа (ВЗИИТ), В.Е. Марского (ВНИИЖТ), Н.Л. Фукса (ВСЖД), Н.И. Молина (ИРГУПС), Б.М. Бородулина (ВНИИЖТ), Ю.А. Чернова (МИИТ) и др.
Для регулирования напряжения на тяговых и районных подстанциях применяют понижающие трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) путем изменения коэффициента трансформации [12,21,42,43]. Такие устройства дешевы и просты в эксплуатации, поэтому нашли широкое применение в электрических сетях.
Принцип работы вольтодобавочных трансформаторов (бустеров) аналогичен работе трансформаторов с РПН [18], их преимуществом является быстродействие и возможность установки в любой точке сети. Однако бустеры не нашли применения на железных дорогах России.
Регулировать напряжение, изменяя реактивные мощности, и, следовательно, потери напряжения, можно путем использования таких устройств, как синхронные компенсаторы [39,52], установки продольной и поперечной емкостной компенсации[ 15,43,44,45,46,47], управляемые и шунтирующие реакторы [39].
Изменяя сопротивление сети и влияя при этом на потери напряжения, можно улучшить режим напряжения. Одним из средств уменьшения реактивного сопротивления сети является продольная компенсация — последовательное включение конденсаторов [15,47]. Уменьшить сопротивление тяговой сети можно подвеской усиливающих проводов или системой усиливающего и экранирующего провода [20]. В системе 2х25кВ [21] питающий провод так же можно рассматривать, как средство уменьшения сопротивления тяговой сети.
В зарубежных странах в качестве одного из основных направлений усиления сети рассматривается использование современного высоковольтного быстродействующего электронного оборудования. Таким оборудованием являются FACTS (Flexible AC Transmission System), построенные на основе тиристор-ной технологии, позволяющие в реальном времени контролировать и управлять перетоками мощности и, следовательно, напряжением [52]. Устройствами FACTS могут быть шунтовые компенсаторы SVC, TCSC, STATCOM, а также продольные конденсаторы CSC, GTO-CSC и статические компенсаторы SVC.
Следует отметить работы СД. Соколова, В.Е. Марского [19,20] и другие [35], посвященные изучению усиления тяговой сети в связи с повышением массы и скорости поездов.
Для исследования эффективности вышеописанных методов различными учеными были созданы имитационные модели тяговой сети, такие модели описаны в работах [10,35,36,37]. Для расчета тяговых нагрузок изучаемого участка железной дороги автором была использована имитационная модель тяговой сети, реализованная в программном комплексе NORD, разработанном В.Е. Мар-ским.
В работах Л.А. Германа [16,48] предложен метод матричных расчетов тяговой сети совместно с системой внешнего электроснабжения в фазных координатах- Совместный расчет внешней и тяговой сетей в фазных координатах также реализован в программном комплексе Fazocor, разработанном В.П. Зака-рюкиным [49]. В данной работе, из-за необходимости проведения спектрального анализа матрицы узловых проводимостей в фазных координатах, в рамках программного комплекса СДО-6 [28] была разработана исследовательская программа расчета несимметричных режимов в фазных координатах. Вопросам анализа чувствительности напряжений к изменениям нагрузки в электрической сети на базе спектрального и сингулярного анализа посвящены работы Н.И. Воропая, А.З. Гамма, И.И. Голуб [25,26,27], однако они не затрагивают вопросов, связанных с исследованием тяговых нагрузок. В расчетах тяговых сетей методы теории чувствительности применяются в работе Л.А. Германа [16], где автор получает матрицы чувствительности уравнительного тока, напряжения тяговой сети и потерь мощности к изменению параметров компенсирующих установок и регулирующих устройств, используя при этом матрицу узловых сопротивлений. Применяемые в данной работе методы анализа электрической сети на основе сингулярного и спектрального анализа определяются свойствами матрицы Якоби [25], значения элементов которой, определяются не только инвариантными к режиму факторами - схемой и параметрами сети, но и учитывают режим - мощности узлов.
Большой интерес к задаче распределения мощностей генерации между потребителями и доле участия конкретных генераторов в снабжении нагрузки связан с переходом энергетики к рыночным отношениям. Проблема адресности перетоков мощностей и адресности потерь решается в целом ряде зарубежных работ. Первыми из них являются работы, позволяющие для потокораспределе-ния без потерь - переток начала ветви равен перетоку конца ветви - определить коэффициенты адресности. Такие коэффициенты показывают какую часть мощности отдельного генератора получает конкретная нагрузка, и какая ее часть течет по каждой ветви схемы сети [38]. Из отечественных публикаций следует отметить работы ученых ИСЭМ СО РАН [30,31], в которых предлагается алгоритм, реализованный в виде Фортран - программы, позволяющий решить проблему адресности активной и реактивной мощностей для схем большой размерности. Работа автора, решающая задачу адресности потерь напряжения и адресности токов применительно к сетям электроснабжения железнодорожного транспорта, является пионерной.
Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 56 наименований и приложения. Общий объем 136 стр., из них 95 стр. основного текста, 4 таблицы, 62 рисунка.
Структура изложения материала
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяются цели работы и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность предложенных подходов, выносимые на защиту положения, приводится краткий анализ состояния исследуемого вопроса.
В первой главе рассмотрены математические модели установившихся симметричных и несимметричных режимов электрической сети и ее элементов. Модели включают схемы замещения линий, трансформаторов, тяговой сети, описание системы уравнений узловых напряжений в форме баланса активной и реактивной узловых мощностей и способы их решения. На этой основе в рамках программно-вычислительного комплекса (ПВК) СДО-6 разработана исследовательская программа расчета несимметричных режимов в фазных координатах. В программе реализованы различные модели несимметричных нагрузок и метод уравнений узловых напряжений в форме баланса токов. С использованием этого метода формируется комплексная матрица узловых проводимостей в фазных координатах, применяемая далее для структурного анализа электрической сети.
Программа расчета режима в фазных координатах осуществляет обработку информации, а именно подготовку информации о параметрах несимметричных режимов, совмещение информации о параметрах симметричного режима с информацией о несимметричных элементах тяговой сети, построение комплексной матрицы узловых проводимостей и вычисление параметров режима электрической сети в фазных координатах.
Во второй главе анализируется эффективность использования сингулярного анализа матрицы Якоби для выбора способа усиления тяговой сети. Поддержание требуемых уровней напряжения осуществляется устройствами продольной компенсации, трансформаторами с изменением коэффициента трансформации под нагрузкой, бустерами напряжения, источниками реактивной мощности и дополнительными питающими фидерами, также оценивется выбор оптимального места установки этих устройств.
Эффективность использования сингулярного анализа подтверждается исследованиями, проводимыми на примере однопутного участка железной дороги переменного тока. Они доказывают возможность использования сингулярного анализа матрицы Якоби, позволяющего оценить чувствительность напряжения в контактной сети к изменению тяговой нагрузки, для выбора метода и мест усиления тяговой сети,
В третьей главе представлены результаты анализа уровней напряжения на шинах тяговых подстанций участка Лена — Таксимо с учетом значительного роста тяговой нагрузки. При этом все основные параметры режима и сети полагались симметричными, тяговая сеть не включалась в расчетную схему, тяговая нагрузка представлялась симметричной, подключенной к шинам подстанций на высокой стороне. Далее изучалось влияние на режим несимметричного представления тяговой нагрузки. Проведен анализ чувствительности напряжений на изменение нагрузки с помощью спектрального анализа матрицы узловых про-водимостей в фазных координатах.
В четвертой главе показана возможность и эффективность применения задач адресности для определения влияния генераторов на изменение уровня напряжения в узлах подключения тяговых трансформаторов к внешней сети.
Предложены алгоритм и программа на языке ФОРТРАН для анализа падений напряжения в ветвях электрической сети, связанных с токами, текущими от разных генераторов. Исследована связь составляющих падений напряжений, обусловленных активными и реактивными мощностями, текущими от разных генераторов.
Доказано, что при установке в сети источников реактивной мощности, предложенный алгоритм позволит оценить долю мощности, которая используется для регулирования напряжения в отдельных узлах электрической сети, и оценить стоимость услуги по регулированию напряжения. Приводятся результаты расчетов, иллюстрирующие работоспособность предложенных алгоритмов.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Моделирование установившегося режима ЭЭС
В настоящее время имеется большой арсенал программ, предназначенных для определения переменных режима тяговой сети, при моделировании тяговой сети независимо от обеспечивающей ее питание внешней сети. В числе таких программ необходимо отметить пакет программ NORD - автор В.Е. Марский (ВНИИЖТ) [10,11], программа «Сибирь», разработанная в МИИТе [И]. Эти программы предназначены для расчетов нагрузочной способности и тяговых расчетов систем постоянного тока, переменного тока 25кВ и 2x25кВ. Программный комплекс NORD использовался в данной работе для расчета тяговых нагрузок.
С другой стороны, при расчете режима ЭЭС, в которой имеются тяговые нагрузки, необходимо корректно учитывать влияние этих нагрузок на переменные режима. Использовавшаяся автором работы программа СДО-6 [28] обеспечила возможность расчета установившихся режимов с учетом тяговой нагрузки, путем ее моделирования в узлах подключения тяговых подстанций как симметричной трехфазной нагрузки. Такой подход позволил проводить анализ совместного влияния нагрузок внешней и тяговой сетей на режим ЭЭС, в частности, была решена проблема выделения в ней слабых и сенсорных элементов. С использованием этой программы было изучена также проблема анализа методов усиления тяговой сети для снижения в ней чувствительности напряжения к изменению тяговых нагрузок.
На следующем этапе перед автором стояла задача разработки экспериментальной программы для перевода параметров сбалансированного режима трехфазной симметричной сети в фазные координаты и представления в такой системе однофазных тяговых нагрузок. Разработка такой программы позволила провести расчеты по определению сенсорных элементов ЭЭС для каждой фазы и оценить влияние тяговых нагрузок на уровень несимметрии напряжений.
В данном разделе рассматриваются математические модели, использующиеся при моделировании электрической сети с тяговыми нагрузками, приводится информация о структуре программного обеспечения, позволившего объединить существующую программу расчета установившихся режимов и разработанные автором экспериментальные программы для перевода параметров сбалансированного режима трехфазной симметричной сети в фазные координаты и программы для моделирования тяговой нагрузки.
Основным предположением при анализе установившегося режима ЭЭС является симметрия токов и напряжений, обеспечивающая возможность рассмотрения трехфазной сети как однофазной. Ниже дается упрощенное представление схем замещения элементов электрической сети [50], допустимое при анализе установившихся режимов.
Воздушные и кабельные линии обладают распределенными вдоль линии активным и индуктивным сопротивлениями, активной и емкостной проводимостью. При расчетах распределенные параметры линии заменяются сосредоточенными, в результате чего линия может быть представлена в виде схем замещения, П-образной, когда половина проводимостеи располагается в начале и конце пинии, или Т- образной, когда полная проводимость прикладывается посередине линии.
Двухобмоточные трансформаторы могут быть представлены в виде Т -или Г-образной схемы замещения, включающей активное и реактивное сопротивления, моделирующие обмотки трансформатора, и активную и реактивную проводимости ветви намагничивания. Простейшей схемой замещения трансформатора является схема, в которой ветвь намагничивания заменена нагрузками, равными активным и реактивным потерям холостого хода трансформатора.
Схема замещения трех обмоточного трансформатора представляет собой трехлучевую звезду, каждая из ветвей которой связана с разными уровнями на-пряжений, проводимость ветви намагничивания приложена к первичной стороне обмотки высокого напряжения трансформатора.
Реакторы и батареи трехфазных конденсаторов, подключенные в узлах электрической сети, моделируются в виде поперечных проводим остей на землю, равных отношению номинальной мощности реактора (конденсатора) Q»P ( 6«.) к квадрату номинального напряжения сети:
Обзор способов усиления электрической сети
Основой в комплексе программ для совместного расчета системы внешнего и тягового электроснабжения является программа СДО-6 [28], в которой реализованы следующие возможности: подготовка данных о параметрах системы внешнего электроснабжения (СВЭ); расчет потокораспределения в электрической сети СВЭ; конвертирование данных из форматов СДО-6 в форматы программы расчета потокораспределения в фазных координатах. Программа расчета режима в фазных координатах (ФК) включает следующие функции: подготовку информации о параметрах несимметричных элементов; совмещение информации о параметрах СВЭ и несимметричных элементов сети тягового электроснабжения ТЭ; расчет потокораспределения по программе ФК и получение значений параметров режима электрической сети в фазных координатах. В текущей версии программы ФК реализован алгоритм расчета потоко-распределения на основе метода узловых потенциалов. Поэтому в рассматриваемых профаммах имеются особенности представления информации об инъекциях в узлах электрической сети. Первая особенность состоит в том, что при расчете потокораспределения в ПВК-СДО-6 инъекции задаются в виде узловых мощностей, а при расчете по программе ФК - в виде узловых или задающих токов. Конвертор перевода данных на основе значений узловых напряжений и параметров режима электрической сети, полученных в результате расчета потокораспределения в электрической сети СВЭ, рассчитывает значения узловых токов. После расчета потокораспределения по программе ФК, исходя из условия сохранения баланса узловых мощностей в узлах электрической сети, не производится уточнения значений инъекций, т.е. обеспечивается только баланс узловых токов. При небольшом уровне несимметричности параметров элементов сети такой способ балансирования не приводит к существенной погрешности в значениях параметров совместного режима. Блок-схема, показывающая взаимосвязь программ при совместном расчете режима системы внешнего электроснабжения и тяговой сети, показана на рис. 1.9. Выводы к главе 1 1.Выполнен анализ математических моделей установившихся симметричных и несимметричных режимов работы электрической сети и ее элементов. 2.0писана система уравнений узловых напряжений в форме баланса активной и реактивной узловых мощностей и способы их решения. 3.Разработана исследовательская программа расчета несимметричных режимов в фазных координатах. В программе реализованы различные модели несимметричных нагрузок и метод уравнений узловых напряжений в форме баланса токов, в котором формируется комплексная матрица узловых проводимо-стей в фазных координатах. 4.Предложена блок схема взаимодействия программы расчета внешней сети и сети тягового электроснабжения, включающая в себя разработанные автором экспериментальные программы для моделирования несимметричной тяговой нагрузки. Увеличение тяговой нагрузки, изменяющейся как во времени, так и в пространстве в системах электроснабжения привело к необходимости решения проблемы обеспечения допустимого уровня напряжения в контактной сети. Большие сопротивления проводов контактной сети в сочетании с большими тяговыми нагрузками приводят к значительным потерям напряжения, и, следовательно, к снижению уровней напряжения в контактной сети. В некоторых случаях для поддержания уровней напряжения в допустимых пределах необходимо использовать дополнительные методы усиления сети. Технико-экономический эффект от правильно выбранного метода оказывается значительным, а ошибочное решение может привести к ущербу, который потребует дополнительных капитальных затрат. Поэтому поиск новых методов для определения эффективности усиления тяговой сети остается актуальным. В качестве анализа эффективности методов усиления тяговой сети переменного тока в данной работе предлагается метод сингулярного анализа матрицы Якоби, который позволяет оценить влияние усиления не только на уровень напряжения, но и на чувствительность напряжения к изменению тяговой нагрузки. В данном разделе анализируется эффективность использования сингулярного анализа матрицы Якоби для выбора способа усиления тяговой сети, путем использования устройств продольной и поперечной компенсации, трансформаторов с регулированием коэффициента трансформации под нагрузкой (РПН), бустеров напряжения - вольтодобавочных трансформаторов, дополнительных питающих фидеров (система 2х25кВ). Предлагаемый метод может быть использован также для выбора оптимального места установки таких устройств. Усиление электрической сети для поддержания допустимых уровней напряжения можно достичь следующими известными способами: - увеличением уровня напряжения в некоторых точках; - уменьшением потерь напряжения. - / Первый способ может быть реализован за счет использования трансфор маторов с переключением анцапф (устройство регулирования напряжения под нагрузкой) и вольтодобавочных трансформаторов (бустеров). Использование трансформаторов с РПН - одно из основных средств регулирования напряжения. Регулирование осуществляется путем переключения числа витков первичной обмотки трансформатора одновременно на всех трех фазах. Недостаток этого метода заключается в невозможности пофазного регулирования трехфазного трансформатора из-за появления значительных токов нулевой последовательности [12]. Эта проблема отпадает при использовании однофазных трансформаторов.
Способы моделирования тяговой нагрузки
В данном разделе приводятся результаты исследования симметричного режима на участке Лена — Таксимо.
По условию обеспечения допустимых уровней напряжения в тяговой сети в диапазоне 21 - 29кВ [13] напряжения в узлах присоединения тяговых трансформаторов к линии продольного электроснабжения не должны выходить за диапазон 205-240кВ.
Вначале исследовался график движения электроподвижного состава, характеризующийся максимальными значениями нагрузок, включающих как районные, так и тяговые нагрузки. Для графика движения анализировалось 15 режимов (рис.3.2), соответствующих подключению тяговой нагрузки к подстанциям: 1 - Якурим, 2 - Таюра, 3 - Ния, 4 - Киренга, 5 - Улькан, 6 - Кунерма, 7 - Давай, 8 - Северобайкальск, 9 - Кичера, 10 - Ангоя, 11 - Уоян, 12 - Янчукан, 13 -Ангаракан, 14 - Окусикан, 15 - Таксимо.
Как уже отмечалось, графики формировались путем наложения на некоторый фоновый режим дополнительной нагрузки, соответствующей номеру тяговой подстанции. На рис.3.5а,б показаны уровни напряжений в узлах подключения тяговых трансформаторов для каждого из 15 режимов при фиксированном уровне напряжения на шинах 220кВ Усть-Илимской ГЭС (узел 2200) соответственно на значении 220кВ и 240кВ. В этих расчетах были отключены все имеющиеся на изучаемом участке реакторы. На рис.3.5а отмечен нижний допустимый уровень напряжения, равный 205кВ., а на рис.3.56 - верхний допустимый уровень 240кВ. Расчеты проводились с помощью ПК СДО-6 [28]. Анализ графиков позволяет сделать следующие выводы: ЬПри напряжении на шинах Усть-Илимской ГЭС, равном 220кВ, и при отсутствии источника реактивной мощности, ниже допустимого уровня 205кВ снижаются напряжения в узлах подключения тяговых подстанций для 11, 14, 10 и 7 режимов движения, а, именно, при приложении тяговой нагрузки в узлах 9225(Уоян) и 9221(Окусикан). Самый низкий уровень напряжения -186.2кВ отмечается в узле 9225(Уоян). 2.При напряжении на шинах Усть-Илимской ГЭС, равном 240кВ, напряжения в узлах подключения тяговых подстанций к линии продольного электроснабжения для всех графиков движения будут выше, чем максимально допустимый уровень напряжения 240кВ. Самый высокий уровень напряжения для 1-го режима движения отмечается в узле 9224(Янчукан), он составляет 262.527. 3.Максимальный диапазон изменения напряжения в линии продольного электроснабжения при изменении напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС составил 76 кВ. 4.Достижение допустимых напряжений в линии продольного электроснабжения при высоких уровнях напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС может быть обеспечено с помощью имеющихся в системе шунтирующих реакторов, являющихся, как известно, наиболее экономичным способом компенсации зарядной мощности линий электропередач. 5.В режимах с низкими уровнями напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС необходимо использование источников реактивной мощности для повышения уровней напряжения в сети. Хорошие результаты могут быть достигнуты при совместном регулировании напряжения в линии продольного электроснабжения с помощью компенсирующих устройств и изменением напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС. Регулирование напряжения может осуществляться также корректированием графика тяговой нагрузки. Вначале анализировалась возможность ввода напряжения в линии продольного электроснабжения в допустимые пределы с помощью имеющихся в системе компенсирующих устройств. Для согласованного срабатывания шунтирующих реакторов, расположенных на различных участках Байкало-Амурской магистрали, в институте "Энерго сетьпроект" была разработана система автоматического регулирования напряжения (САРН), познакомиться с которой можно в [39]. В данном разделе принципы работы САРН не рассматриваются. В табл.3.2 приведен один из возможных вариантов использования имеющихся компенсирующих устройств для обеспечения допустимого диапазона изменения напряжений 205-240кВ в линии продольного электроснабжения при изменении напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС в диапазоне 220-240кВ. В качестве шунтирующих реакторов выбрана группа Кичера Ангоя - Уоян. Включение и отключение реакторов производилось, по возможности, согласованно: 4-4-4 -включено 4 реактора в каждом элементе группы; 3-3-3-включено 3 реактора в каждом элементе группы; 2-2-2-включено 2 реактора в каждом элементе группы; 1-1-1 -включен 1 реактор в каждом элементе группы; 0-0-0-вся группа реакторов отключена; 1 - 1-0-отключены реакторы в Уояне; 1-0-0- отключены реакторы в Уояне и в Ангое.
Вклад генераторов в падения напряоюении в электрической сети
Проведенные исследования подтверждают сенсорность фазы В (рис.3.21) и показывают, что при увеличении тяговой нагрузки коэффициент несимметрии растет, а чувствительность напряжений к изменению нагрузок практически не изменяется. Еще одним результатом исследований является возможность спектрального разложения матрицы узловых проводимостей, содержащей одну фазу.
Проведенные исследования доказывают, что спектральный анализ матрицы узловых проводимостей в фазных координатах позволяет выявить не только сенсорный узел, но и сенсорную фазу, а также найти способы снижения несимметрии в узлах исследуемого участка и снижения чувствительности не только всех трех фаз, но и каждой в отдельности.
.Проанализированы уровни напряжений в узлах подключения тяговых трансформаторов к линии продольного электроснабжения на участке Лена -Таксимо для двух графиков движения, характеризующихся максимальными нагрузками, при различных уровнях напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС. Показана принципиальная возможность поддержания напряжения в допустимых пределах как за счет выбора рационального состава компенсирующих устройств, включающих шунтирующие реакторы и конденсаторы, так и поддержанием требуемого уровня напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС. Приведена возможная схема регулирования напряжения в диапазоне изменения напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС 240-220кв для максимальных нагрузок и проиллюстрирована ее работоспособность для трех вариантов регулирования. 4.С использованием методики сингулярного анализа для определения сенсорных узлов в схеме ЭЭС показано, что выбор точек установки шунтовых реакторов был осуществлен при проектировании сети правильно. 5.В режиме минимальных нагрузок для поддержания допустимого напряжения в линии продольного электроснабжения при изменении напряжения на шинах Усть-Илимской ГЭС в диапазоне 240-220кВ можно осуществлять последовательное отключение реакторов в группах шунтовых реакторов: Киче-ра, Ангоя; Уоян, Даван; Северобайкальск, Таксимо. б.Необходимо отметить высокое качество проектирования линии электроснабжения участка Лена - Таксимо и разработанной схемы компенсации реактивной мощности. 7.Доказана применимость спектрального анализа комплексной матрицы узловых проводимостей в фазных координатах для выявления не только сенсорных по напряжению узлов, но и сенсорных фаз. 8.Обоснована целесообразность применения спектрального анализа матрицы узловых проводимостей для выбора способа снижения несимметрии и чувствительности в узлах изучаемого участка. 9.Проиллюстрирована возможность спектрального разложения матрицы узловых проводимостей содержащей три фазы, и матрицы узловых проводимостей содержащей одну фазу. Исследования, проведенные в главах 2 и 3, показали возможность определения влияния изменения районных и тяговых нагрузок на чувствительность напряжения в узлах подключения тяговых трансформаторов к внешней сети на основе сингулярного и спектрального анализа. Однако такое представление не позволяет в полной мере оценить причину повышенной сенсорности отдельных узлов, как, например, это можно сделать для сети с односторонним питанием, в которой сенсорными являются узлы, максимально удаленные от источника питания, разумеется, если отсутствуют дополнительные источники реактивной мощности, в том числе и емкостные проводимости линий.
Выход может быть найден за счет решения проблемы адресности перетоков мощности, позволяющей однозначным образом разбить полученное в результате расчета установившегося режима потокораспределение сколь угодно сложной схемы, на подсистемы деревьев, связывающих нагрузочные узлы с генераторными.
В данном разделе рассматривается возможность и эффективность применения задач адресности для определения влияния генераторов на изменение уровня напряжения в узлах подключения тяговых трансформаторов к внешней сети.
Задача адресности является задачей декомпозиции потокораспределения на и подсистем, связанных с одним из п генераторов. Представление сети с п источниками питания в виде п сетей с односторонним питанием может быть получено с помощью алгоритма [30], позволяющего определить перетоки активной/? и реактивной qtJ мощностей, текущие по ветвям схемы электрической сети от к-го генератора, к = ],..., я. Сумма перетоков в ветви от каждого из п генераторов, равна перетоку в ветви, полученному в результате решения задачи потокораспределения:
