ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ИНТЕГРАЦИЕЙ ГЕНЕРИРУЮЩИХ СТАНЦИЙ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

Ю.Г. Шакарян, Н.Л. Новиков, А.Н. Новиков1

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ИНТЕГРАЦИЕЙ ГЕНЕРИРУЮЩИХ СТАНЦИЙ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

В статье проанализированы основные направления практической реализации технологий интеллектуальной системы управления многоуровневой интеграцией генерирующих станций и потребителей на основе системы накопления энергии и устройств управляемых систем электропередачи переменного тока. Даны соответствующие выводы по использованию созданных устройств совместно с информационными технологиями для повышения энергоэффективности российской электроэнергетики.

Ключевые слова: интеллектуальная система управления электроэнергетической системой, накопители электроэнергии, FACTS (управляемые системы передачи переменного тока), интеграция генерирующих станций и потребителей, интерактивные технологии.

Интерес к накопителям электроэнергии в настоящее время значительно возрос, особенно в связи с активизацией работ по созданию систем распределенной энергетики, включающей возобновляемые источники энергии, в которых накопители играют роль одного из ключевых элементов. Наличие в электроэнергетической системе энергоемких и мощных накопителей в качестве промежуточного устройства между генерацией энергии и потребителем позволяет освободиться от жесткого соответствия генерации энергии и ее потребления и обеспечить многоуровневое взаимодействие энергосистем и потребителей для обеспечения энергоэффективности.

Методика использования накопителей энергии для многоуровневой интеграции генерирующих станций и потребителей базируется на учете:

- основной структуры потребления энергосети с точки зрения спектра возмущающих воздействий потребителей и генерирующих станций по активной и реактивной мощности;

- проблемы изменения частоты в локальных энергосетях: при заданном изменении мощности нагрузки может возникнуть кратковременное изменение частоты генератора, что приводит к изменению режимов работы подключаемых к этой сети напрямую электрических машин,

при наличии статического управления генератором по частоте или каких-либо ограничений при перегрузке - отклонение частоты от заданного значения. проблемы топливной эффективности при малом энергопотреблении, например, в ночное время, срока службы дизелей и иных генераторов, обусловленных малой загрузкой, при сильных флуктуациях нагрузки и их быстром чередовании возможно возникновение перерегулирования и избыточного потребления топлива, форсажных режимов работы, резких изменений температурных режимов, механических перегрузок, пульсаций момента, наличия перерегулирования в системе возбуждения генератора ведущих к перенапряжениям, колебаниям, провалам. обеспечения заданного качества - симметричности, отсутствия гармоник, обеспечение активной составляющей тока в заданной точке энергосистемы, подавление выбросов и провалов напряжения; наличия установленной тарифной сетки и возможности обеспечения существенной разницы между дневным и ночным трафиком. При этом учитывается, что наличие накопителя может поднять ночное потребление и, как следствие, производитель вправе увеличить ночной тариф.

1 Юрий Гевондович Шакарян - научный руководитель АО «НТЦ ФСК ЕЭС», д.т.н., профессор, e-mail: info@ntc-power.ru;

Николай Леонтьевич Новиков - заместитель научного руководителя АО «НТЦ ФСК ЕЭС», д.т.н., профессор, e-mail: novikov_nl@ntc-power.ru;

Александр Николаевич Новиков - главный специалист АО «НТЦ ФСК ЕЭС», e-mail: novikov_an@ntc-power.ru

Данные меры необходимо согласовывать с энергогенерирующей компанией и экономически обоснованно фиксировать разницу с учетом возможного увеличения ночного потребления;

- режима обеспечения компенсации провалов, при котором используется накопитель с мощностью меньшей, чем мощность потребителя, и режим ИБП, когда накопитель позволяет поддерживать нагрузку с заданным питанием. Следует выделить также категории потребления, при которых необходимо использование одинарного преобразования как наиболее эффективного, но имеющего регламентированное отключение нагрузки на малый интервал времени или двойного преобразования, обеспечивающего непрерывное питание с заданным качеством;

- наличия ВЭУ или ФЭУ и иных источников с заданным спектром генерации. Возможность подключения к сети переменного или постоянного тока, стабилизированной или нестабилизированной как по напряжению, так и по частоте.

С точки зрения накопителя энергии необходимо учитывать следующее:

общий КПД цикла заряд/разряд, базовые динамические характеристики цикла, зависимость от скорости изменения тока накопителя и другие характеристики, влияющие на эффективность накопления при заданном цикле (периодическом или случайном);

- зависимость полной эффективности (включая преобразователь) от энергоемкости и мощности, включая приведенные и удельные показатели по стоимости, массогабаритам и др.;

- наличие параллельной работы и модулей накопительных элементов, резервирование, обеспечение надежности при выходе модулей из строя, замен элементов и др.;

- наличие специальных режимов: обеспечения качества в заданной точке подключения, режимы ИБП, вольтодобавки, управляемый источник тока, взаимодействие с системой управления генератором с целью обеспечения поддержания частоты и др.

- управление с использованием внешнего контроллера, обеспечивающего заданные критерии использования - по тарифной сетке, стабилизации напряжения/частоты и др.;

- структуру накопителя - использование суперконденсаторов для устранения чрезмерных разрядных токов, компенсаторов пульсаций тока при несимметрии или наличии режимов компенсации гармоник.

С точки зрения системного уровня распределенной генерации необходимо учитывать алгоритмы общего управления и критерии качества и интеграции системы управления генератором и накопителем, и потребителем. Накопители могут выполнять ряд функций, важнейшей из которых является обеспечение стабильной и устойчивой работы децентрализованных и нетрадиционных источников, работающих как автономно, так и в составе ЕНЭС.

Автоматизация управления режимами электроэнергетических систем по частоте, напряжению, активной и реактивной мощности

Нагрузка любой узловой точки электроэнергетической системы однозначно определяется напряжением и частотой в этой точке. Для того чтобы обеспечить требуемое значение часты и напряжения необходимо правильное планирование балансов активных и реактивных мощностей в узле. Баланс активных и реактивных мощностей состоит из приходной части, к которой относятся располагаемые мощности станции и накопителей энергии и расходной, к которой относятся мощности нагрузок и накопителей энергии, поскольку система накопления энергии (СНЭ) позволяет независимо изменять активную и реактивную мощности. Схемы связи накопителей с энергоситемой, построенные на базе современной силовой электроники, позволяют практически мгновенно изменять активную и реактивную мощности. Таким образом, распределенная система накопления энергии является основой построения скоординированной системы локализации возмущающих воздействий в узле по активной и реактивной мощности любого спектра. Экономически целесообразно

спектр изменения активной мощности накопителей энергии ограничить периодом колебаний 25 мин., поскольку спектр колебаний свыше 25 мин. экономически целесообразно возлагать на генерирующие источники, например на газотурбинные станции, которые при таком спектре возмущающих воздействий будут работать экономично и надежно. Существенно экономические показатели многофункциональной быстродействующей системы управления режимами энергосистем можно повысить, привлекая к регулированию потребителей энергии, которые будут подключаться к этой задаче с экономической выгодой для них. Таким образом, СНЭ с соответствующей системой управления позволят обеспечить качество электрической энергии по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой, симметрии и импульсам напряжения. Улучшение качества электрической энергии существенно влияет на народнохозяйственный эффект, поскольку потребители работают в номинальных режимах (повышается срок службы электрооборудования) - улучшение нормального функционирования электроприемников, отсутствие провалов напряжения и высших гармоник тока и напряжения.

Таким образом, распределенные схемы накопления являются первоочередной задачей внедрения СНЭ в единую электроэнергетическую систему. Требуемая мощность систем накопителей энергии около 30 ГВт. Энергоемкость систем накопления около 15 ГВт/ч. Предварительный анализ показывает, что срок окупаемости такой системы - 5-6 лет за счет локализации возмущающих воздействий активных и реактивных мощностей нагрузок, стабильного качества электроэнергии, экономии топлива на генерирующих станциях, увеличения времени безотказной работы генерирующего оборудования и оборудования потребителей энергии.

В настоящее время наблюдается тенденция к организации многоуровневых систем накопления и распределения [1-4]. В первую очередь под этим подразумевается логическое разбиение системы на заданные постоянные времени регулирования.

Для повышения технико-экономических характеристик аккумуляторных систем накопления предлагается подход, который состоит

в многоуровневой интеграции генерирующих станций и потребителей энергии. Многоуровневое управление потребителями-регуляторами, создаваемыми для поддержания управляемости энергосистемы, позволяет получить следующие эффекты:

• снижение расхода топлива гарантирующей энергоустановки (дизель-генератора или ТЭС любого вида);

• уменьшение установленной мощности гарантирующей энергоустановки;

• повышение надежности их работы.

Целью экспериментальных исследований

явилось изучение в условиях близких к реальным функциональных возможностей накопителя энергии при многоуровневой интеграции генерирующих станций и потребителей энергии.

Для проведения необходимых испытаний и тестов был разработан испытательный стенд, включающий автономный источник электроэнергии (газотурбинную электростанцию -ГТЭ) мощностью до 1,5 МВт, набор активных и реактивных нагрузок и необходимую коммутационную и измерительную аппаратуру [5]. Методика системных испытаний включает следующие разделы:

- алгоритм задания воздействий, имитирующих сдвиг уровня пикового потребления и поддержание оптимальной загрузки сети;

- алгоритмы компенсации реактивной мощности, гармоник, создаваемых нагрузкой, обратной последовательности напряжения сети или нагрузки;

- поддержание непрерывного снабжения электроэнергией на заданном интервале времени: устранение «просадок» напряжения или пропадание напряжения интервалом от секунд до десятков минут -тест функции бесперебойного источника питания;

- алгоритмы по переключению линий в горячий резерв и оптимизации распределения в энергосистеме в случае непредвиденных обстоятельств до 15 минут;

- алгоритмы управления выходным напряжением в случае большого потребления (стабилизации тока), горячий пуск;

- алгоритмы использования питающей сети при подключении дополнительных потребителей с циклическим потреблением к имеющимся мощностям, или потребителей, отбирающих в течение определенных промежутков времени (десятки минут) мощность, большую, чем номинальная мощность сети;

- сервисные функции - подключение внешних компьютеров непосредственно к устройству (RS-232, RS-485, Ethernet), удаленный доступ (оптоволоконный Ethernet), WEB-интерфейс, цифровая обработка сигналов, позволяющая осуществлять мониторинг и запись параметров в режиме реального времени, протоколирование аварийных ситуаций с осциллограммами критических процессов, Фурье (или вейвлет) анализ, сохранение данных на внешний накопитель (USB-flash), возможность отправки аварийных сообщений и состояния устройства по радиосетям стандарта GSM и др.

Общим для всех разделов методики является формирование перечня необходимых контролируемых параметров, методик их измерения и контроля с указанием схемы и точек подключения измерительного и вспомогательного оборудования, регламент ввода в эксплуатацию дополнительного оборудования и порядок проведения испытаний по каждому пункту.

Испытания проводились в следующих режимах работы СНЭ:

- поддержание непрерывного снабжения электроэнергией на заданном интервале времени, устранение «просадок» напряжения или пропадание напряжения интервалом от секунд до десятков минут -функция резервного источника питания;

- определение области устойчивости при параллельной работе инверторов СНЭ на общую нагрузку, проверка корректной работы алгоритмов управления СНЭ при параллельной работе инверторов на общую нагрузку;

- анализ области устойчивости и поиск ограничений при использовании СНЭ совместно с генератором соизмеримой мощности при параллельной работе на

общую нагрузку в локальной сети, выработка алгоритмов управления с целью расширения области устойчивой работы при использовании СНЭ в этом режиме;

- работа СНЭ в режиме диспетчеризации мощности при работе с ДГУ на общую нагрузку по командам диспетчера, анализ переходных процессов в СНЭ и ДГУ, определение ограничений области устойчивой работы;

исследование работы СНЭ в режиме регулирования частоты при работе с ДГУ на общую нагрузку по командам диспетчера;

исследование работы СНЭ в режиме сглаживания колебаний нагрузки при параллельной работе с ДГУ на общую нагрузку, поддержание оптимального режима работы ДГУ;

проверка функционирования СНЭ, работающего совместно с ДГУ в режиме back-to-back;

- определение динамических характеристик системы при сбросе/набросе нагрузки в островном режиме, анализ области устойчивости системы при сбросе/набро-се нагрузки в островном режиме.

Роль FACTS в решении актуальных проблем интеграции

В ЕЭС/ЕНЭС имеют место проблемы, которые серьезно осложняют работу электроэнергетической системы России. К числу основных из этих проблем следует отнести следующие:

- недостаточный уровень надежности передачи и распределения электроэнергии, обусловленный наличием узких мест в энергосистемах - недостаточной пропускной способностью ряда межсистемных и системообразующих связей;

- недоиспользование пропускных способностей системообразующих связей, повышенные потери в сетях, вызванные неоднородностью электрических сетей и отсутствием соответствующих устройств регулирования;

Рис. 1. Развитие электрических сетей России до 2025 года

- недостаточный уровень управляемости энергосистем в нормальных, аварийных, послеаварийных и ремонтных режимах, связанный с практическим отсутствием устройств, обеспечивающих быстрое регулирование активной и реактивной мощности в широких пределах.

Передача и распределение электрической энергии в настоящее время осуществляется в основном по линиям переменного тока. Интенсивное строительство этих линий во второй половине XX в. в развитых странах привело к тому, что строить новые линии стало весьма затруднительно, главным образом из-за проблем связанных с отводом земли. В то же время продолжающийся рост нагрузки в сложно-замкнутой сети требует увеличения пропускной способности существующих линий электропередач и управления их режимами. В таких сетях возможны режимы, когда требуется принудительное распределение мощности между отдельными линиями.

На рис. 1 изображена упрощенная схема сетей 330-500-750 кВ ЕЭС России, на которой черными полосками показаны так называемые узкие места. В настоящее время:

- ограничена возможность параллельной работы ОЭС Сибири с европейской частью ЕЭС, ограничена выдача мощности

из Тюменской энергосистемы на Урал, недостаточны пропускные способности ряда сечений между ОЭС Центра и ОЭС Северного Кавказа, со странами Закавказья, отсутствуют возможности осуществления параллельной работы ОЭС Сибири и ОЭС Востока и др. В ближайшей перспективе возможны ограничения в сечениях ОЭС Центра и ОЭС Средней Волги, ОЭС Северо-Запада;

- существуют ограничения по выдаче «запертых» мощностей ряда электростанций;

- имеет место неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям электропередач различного класса напряжения, и как следствие этого: недоиспользование существующих электрических сетей, рост потерь в сетях, увеличение затрат на передачу энергии.

Указанные проблемы могут быть решены при применении новой технологии - гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока, содержащих современные многофункциональные устройства. В настоящее время разработан ряд устройств, позволяющих регулировать напряжение и реактивную мощность, изменять сопротивление линии переменного тока и управлять потоком мощности

по ней, причем выполнять это практически безынерционно. Линии, оснащенные такими устройствами, получили название управляемые (гибкие) линии электропередачи, или сокращенно - управляемые линии. В англоязычной литературе они называются Flexible Alternating Current Transmission Systems - FACTS. Термин введен в обращение Институтом электроэнергетики EPRI (США).

Гибкие линии позволяют:

• повысить пропускную способность существующих линий вплоть до теплового предела по нагреву проводов;

• обеспечить принудительное распределение мощности между линиями в сложной неоднородной сети в соответствии с требованиями диспетчера;

• повысить устойчивость системы.

Следует отметить, что начало работ в этом

направлении было положено еще в 1960-х годах, когда в ряде стран, в том числе и нашей, были развернуты исследования по статическим источникам реактивной мощности, обладающим большим быстродействием. Были исследованы различные типы таких устройств и созданы

опытно-промышленные образцы некоторых из них. Эти устройства относятся к FACTS первого поколения. На рис. 2 приведена классификация устройств управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях.

Широкому внедрению этих устройств препятствовало отсутствие необходимой элементной базы силовых электронных ключей (запираемых тиристоров, силовых транзисторов). В настоящее время такие полупроводниковые приборы разработаны и имеют достаточно высокие параметры, позволяющие решать поставленные задачи.

Устройства FACTS первого поколения (FACTS-1) основаны на применении тиристоров, обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности), требуемую степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях и в определенной степени повышают устойчивость работы ЭЭС. К новейшим устройствам FACTS второго поколения (FACTS-2) относят устройства, обеспечивающие регулирование режимных параметров на базе полностью управляемых приборов силовой электроники (IGBT-транзисторы, IGCT-тиристоры и др.).

Рис. 2. Классификация устройств управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях

FACTS-2 обладают новым качеством регулирования - векторным, когда регулируется не только величина, но и фаза вектора напряжения электрической сети.

Важно отметить, что указанные свойства реализуются с высоким быстродействием, что делает применение FACTS-2 особенно эффективным в аварийных и послеаварийных режимах.

В России к устройствам FACTS относят также асинхронизированные машины [10-11], представляющие собой комплексы, состоящие из машин переменного тока и статических преобразователей частоты и обладающих примерно теми же свойствами, что и статические устройства FACTS второго поколения (FACTS-2). Большим достижением отечественной науки и промышленности является разработка и создание асинхронизированных турбогенераторов и компенсаторов, организация их серийного производства в ПАО «Силовые машины» -«Электросила» [11-12].

Проектом Концепции технической политики в электроэнергетике России на период до 2030 г. и Положением о технической политике ПАО «ФСК ЕЭС» в качестве одной из основных электросетевых технологий предусмотрено создание и внедрение управляемых линий электропередач. В настоящее время ведущие мировые

производители электротехнического оборудования (АББ, Siemens, AREVA и др.) производят практически все основные типы оборудования FACTS, в том числе новейшие (FACTS-2).

В программе развития электроэнергетики США на период до 2020-2030 гг. делается большой упор на расширение масштабов применения технологий FACTS первого и второго поколения. В странах ЕС также разрабатывается программа широкого применения новейших устройств FACTS в электрических сетях.

В СССР и России были выполнены исследования и разработки, обеспечившие надежное и устойчивое функционирование ЕЭС СССР и ЕЭС России, созданы и внедрены соответствующее устройства FACTS первого поколения. Из этих устройств отметим синхронные и статические компенсаторы реактивной мощности, управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы, устройства неуправляемой продольной компенсации, отдельные виды фазопово-ротных устройств.

Скалярное и векторное регулирование

В отличие от электрических сетей постоянного тока электрические сети переменного тока

напряжения на электростанции -

напряжения на подстанции

- В настоящее время регулируются только направления Ц и U2

не регулируются

^sin*

величины

Рис. 3. Схема электроэнергетической системы с устройством FACTS

Рис. 4. Регулирование напряжения в энергосистеме

характеризуются наличием фазового сдвига параметров режима (напряжений, токов), являющихся векторными величинами. Управление этими режимными параметрами также должно быть векторным, однако в практике управления часто регулируются лишь их величины, так называемое скалярное регулирование. При скалярном управлении регулируется только величина режимного параметра (например, напряжение или реактивная мощность ) в электрических сетях посредством FACTS-1 и тем самым не решаются поставленные задачи.

Из формулы мощности (рис. 3) следует, что принципиально воздействовать на значение можно, регулируя не только напряжение, что де-

лается в настоящее время, но и значение сопротивления х и угла ё.

Для простейшей электропередачи (рис. 3) максимальная мощность, передаваемая по линии, при заданных напряжениях иг и и2 зависит от значений напряжений и сопротивлений Х\; Х2; хс. Напряжение линии электропередачи изменяется при изменении мощности, чем протяженнее линия электропередачи, тем сильнее. При Р < Рнат и > ином к линии должно быть подключено устройство, потребляющее реактивную мощность (эквивалентная индуктивность). При Р > Рнат и < ином к линии должно быть дополнительно подключено устройство, генерирующее реактивную мощность (эквивалентная емкость). При натуральной мощности Рнат напряжение на линии равно номинальному. Натуральная мощность приблизительно в два раза меньше мощности, ограниченной по нагреву. Обычно напряжения поддерживаются неизменными и равными номинальным значениям, или в заданных (±10%) пределах.

Величину РтаХ можно, следовательно, поменять, изменять (увеличивать), уменьшая значения сопротивлений хг, х2, хс. Ниже мы остановимся на способе изменения этих сопротивлений.

На рис. 6 представлены зависимости передаваемой по линии мощности от протяженности линии электропередачи, где показаны ограничения по устойчивости, нагреву проводов.

Рис. 5. Схема ЭЭС, угловая характеристика

Рис. 6. Пропускная способность линий электропередач

200 400 600 800 1000 1200 1400 L, км

Из рис. 6 следует, что с увеличением протяженности линии электропередачи основными становятся ограничения по устойчивости.

Очень часто на практике параллельно прокладываются линии электропередач различного класса напряжений 110 и 220 кВ, 220 и 500 кВ, 330 и 750 кВ (рис. 7). При таком расположении раньше всего нагружаются по мощности линии электропере-дачи, имеющие более малое сопротивление, то есть линии более низкого класса напряжения. Это ограничение «запирает» возможности передачи мощности по сечению большего класса напряжения, то есть не до конца загруженной остается линия электропередачи более высокого класса напряжения, что показано на рис. 8.

Устройства FACTS второго поколения обеспечивают регулирование (в больших пределах)

не только этих напряжений, но и сопротивления и угла. Причем можно обеспечить одновременное регулирование трех параметров сразу: напряжения, сопротивления и угла. Такое регулирование носит название векторное.

Векторное регулирование обеспечивает:

- новое качество управления режимами работы электроэнергетических систем;

- регулирование не только величины напряжения, но и фазового угла;

- решение в полной мере проблемы функционирования электроэнергетических систем в отношении устойчивости и достигает своей цели, если оно быстродействующее.

Наконец, отметим еще одно важное обстоятельство. Поскольку регулирование величины и фазы напряжения, и сопротивления производится практически безынерционно, то можно

Рис. 7. Схема электроэнергетической системы с параллельными ЛЭП 220 и 500 кВ

Рис. 8. Возможные значения передаваемой мощности

говорить об увеличении загрузки существующих линий электропередач большими значениями мощности, не опасаясь нарушения условий устойчивости. В определенных случаях благодаря этому удается загрузить более полно уже существующие линии электропередач, не сооружая новых.

Все устройства, способные управлять мощностью и пропускной способностью линий переменного тока, могут быть разделены на два типа.

К первому из них относятся устройства, предназначенные для регулирования и стабилизации напряжения в соответствующих узлах электрической сети, или же в промежуточных точках линии (скалярное регулирование), устройства, позволяющие изменять реактивное сопротивление линии.

Ко второму типу устройств, регулирующих мощность и пропускную способность линий переменного тока, относятся устройства, позволяющие осуществлять комбинированное воздействие на линию, регулировать напряжение по величине, изменять фазный угол между напряжениями по концам линии и ее сопротивление. Такое воздействие может быть осуществлено путем последовательного введения в линию некоторого дополнительного напряжения Лик, фаза которого по отношению к напряжению начала линии может изменяться от 0 до 360 эл град.

Рис. 9. Асинхронизированный компенсатор типа АСК-100-4 мощностью 100 МВА

на подстанции «Бескудниково»

Примеры технической реализации некоторых типов устройств FACTS приведены на рис. 9-11.

Заключение

Система накопления энергии совместно с управляемой системой электропередачи переменного тока (FACTS) является одной из наиболее перспективных электросетевых технологий,

суть которой состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. СНЭ играют важную роль в повышении статической, динамической и результирующей устойчивости электроэнергетической системы. Благодаря быстродействию они смогут изменять перетоки мощности по систе-

мообразующим связям и тем самым способствовать демпфированию колебаний роторов генераторов и повышению устойчивости системы.

Применение СНЭ позволит существенно изменить характеристики электроэнергетических систем и обойтись в ряде случаев без строительства новых линий для обеспечения передачи растущих потоков мощности, что стало в последнее время весьма затруднительным в связи с целым рядом экономических, экологических и социальных проблем.

FACTS-1, реализующие скалярное регулирование режимных параметров, эффективны для:

- обеспечения устойчивой и надежной передачи энергии переменным током по линиям электропередач;

- обеспечения быстрого восстановления нормального режима после той или иной аварийной ситуации;

предотвращения каскадного развития аварии («лавина» напряжения);

- обеспечения требуемого качества (уровня) напряжения и снижения потерь в электрических сетях и у потребителей.

Устройства, обеспечивающие компенсацию реактивной мощности FACTS-1, производство которых освоено отечественной промышленностью, широко используются в проектах строящихся и реконструируемых электросетевых объектов как основные устройства для обеспечения требуемого баланса реактивной мощности.

Основное влияние в настоящее время уделяется созданию и практическому применению

в ЕЭС/ЕНЭС новейших устройств FACTS-2. Они разработаны на базе полностью управляемых приборов силовой электроники (IGBT-транзисторы, IGCT-тиристоры и др.), которые обеспечивают быстродействующее векторное регулирование режимных параметров. Благодаря такому регулированию FACTS-2 совместно с системами накопления энергии позволяют:

- повысить пропускную способность существующих линий вплоть до теплового предела по нагреву проводов; обеспечить принудительное распределение мощности в сложной неоднородной электрической сети в соответствии с требованиями диспетчера, что, в частности, позволяет увеличить в целом поток мощности в этом сечении, снизить потери мощности в электропередаче;

- повысить устойчивость системы; обеспечить заданное регулирование (стабилизацию) уровней напряжения.

Ближайшими и важнейшими задачами в сфере FACTS и СНЭ являются: создание методики оценки системной эффективности и других нормативных документов для реализации масштабного внедрения в электроэнергетических системах России устройств и технологии FACTS и СНЭ, определение объектов их применения предусмотренных Концепцией технической политики ОАО РАО «ЕЭС России» и Положением технической политики ПАО «ФСК ЕЭС».

ЛИТЕРАТУРА

1. Yingjie T.; Kashem M. Muttaqi. Multilevel energy storage based frequency regulation in remote area power supply systems 2016 IEEE International Conference on Power System Technology, 2016. P. 1-6.

2. Ziping W.; Wenzhong G.; Huaguang Z.; Shijie Y.; Xiao W.. Coordinated Control Strategy of Battery Energy Storage System and PMSG-WTG to Enhance System Frequency Regulation Capability. IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2017, Volume: PP, Issue: 99. P. 1.

3. Analytical Methods for Characterizing Frequency Dynamics in Islanded Microgrids with Gensets and Energy Storage. Ajit A. Renjit; Abrez Mondal; Mahesh S. Illindala; Amrit S. Khalsa. IEEE Transactions on Industry Applications. 2017, Volume: PP, Issue: 99. P. 1.

4. Daniel-Ioan Stroe; Vaclav Knap; Maciej Swierczynski; Ana-Irina Stroe; Remus Teodorescu Operation of a Grid-Connected Lithium-Ion Battery Energy Storage System for Primary Frequency Regulation: A Battery Lifetime Perspective.

IEEE Transactions on Industry Applications. 2017, Volume: 53, Issue: 1. P. 430-438.

5. Фортов В.Е., Сон Э.Е., Деньщиков К.К., Жук А.З., Новиков А.Н., Новиков Н.Л. Гибридный накопитель электроэнергии для ЕНЭС на базе аккумуляторов и суперконденсаторов /Инновационные технические решения в программе НИОКР ПАО «ФСК ЕЭС». Сбор. ст. М. 2016. С. 198-212.

6. A.Z. Zhuk, K.K. Denschikov, E.A. Buzoverov, A.N. Novikov, N.L. Novikov, T.YU. Zhoraev, YU.N. Kucherov. Hybrid Energy Storage System for Power Systems Based on Lithium-Ion Batteries and Supercapacitors. CIGRE, 2016.

7. Основы современной энергетики /под общ. ред. Е.В. Аметистова. 4-е изд. М.: МЭИ, 2008.

8. Grid 2030: A National Version for Electricity's Second 100 Years. Office of Electric Transmission and Distribution, United State Department of Energy, July 2003.

9. European Smart Grids Technology Platform: Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future. European Commission, 2006.

10. Hingorani, Narain G. Understandung FACTS. IEEE Press 1999.

11. Кочкин В.И., Дементьев Ю.А. Управляемые линии электропередачи // Электрические станции. 1999. № 2. С. 31-38.

12. Шакарян Ю.Г., Новиков Н.Л. Технологическая платформа (основные средства) Smart grid// Энергоэксперт, № 4 2009. С. 30-37.

Поступила в редакцию 26.11.2017 г.

Y.G. Shakaryan, N.L. Novikov, A.N. Novikov2

INTELLIGENT CONTROL SYSTEMS FOR MULTI-LEVEL INTEGRATION OF GENERATION FACILITIES AND CONSUMERS

The article analyzes the main options of the practical implementation of intelligent control system technologies for multi-level integration of generation facilities and consumers based on the energy accumulation system and flexible alternating current transmission system units. There are corresponding conclusions on the designed equipment application in combination with information technologies in order to improve the energy efficiency of the Russian power industry.

Keywords: intelligent control system of electric power system, electric power accumulators, FACTS (flexible alternating current transmission systems), integration of generation facilities and consumers, interactive technologies.

2 Yury G. Shakaryan - Research Head of JSC «NTC FSK EES», Doctor of Engineering, Professor, e-mail: info@ntc-power.ru;

Nikolay L. Novikov - Deputy Research Head of JSC «NTC FSK EES», Doctor of Engineering, Professor, e-mail: novikov_nl@ntc-power.ru;

Alexander N. Novikov - Leading Specialist of JSC «NTC FSK EES», e-mail: novikov_an@ntc-power.ru