CC BY
42
INTERCONEXIUNE DIRIJATA A SISTEMELOR ENERGETICE
D.ZAIJEV, M.TiR§U, I.GOLUB, N.GORE
Institutul de Energetica al Academiei de §ШЩв a Moldovei
Rezumat. In lucrare sunt descrise rezultatele cercetarilor legate de utilizarea noilor instala{ii de dirijare cu regimurile de transport a energiei electrice §i distribuirea ei in baza de IPC (Interphase Power Controller), {inand cont de dezvoltarea interconexiunilor externe ale sistemului energetic al Moldovei. A fost examinata varianta utilizarii unei IPC clasice pe LEA Bal{i-Suceava. A fost propusa §i cercetata metoda de dirijare cu fluxurile de putere pentru aceasta sec{iune cu utilizarea transformatorului de reglare a decalajului de faza (TDF), racordat in paralel IPC §i s-a dovedit eficien^a lui tehnica.
Cuvinte-cheie: linie de transport a energiei electrice, transformator de reglare a decalajului de faza, IPC, putere transmisa, schema echivalenta de substituire.
УПРАВЛЯЕМАЯ МЕЖСИСТЕМНАЯ СВЯЗЬ
Д. ЗАЙЦЕВ, М. ТЫРШУ, И.ГОЛУБ, Н.ГОРЕ
Институт энергетики Академии наук Молдовы Аннотация. В статье описаны результаты исследований связанных с применением новых устройств управления режимом передачи и распределения электроэнергии на базе IPC (Interphase Power Controller) с учетом развития внешних связей Молдавской энергосистемы. Рассмотрен вариант применения классического IPC на ВЛ Бельцы-Сучава. Предложен и исследован метод управления потоками мощности в этом сечении на базе применения ФРТ (фазорегулирующий трансформатор), включенного параллельно IPC и доказана его техническая эффективность.
Ключевые слова: линия электропередачи, фазорегулирующий трансформатор, IPC, передаваемая мощность, эквивалентная схема замещения.
CONTROLLED INTERSYSTEM COMMUNICATION D. ZAITEV, M.TIRSU, I.GOLUB, N.GORE
Institute ofpower of engineering of Academy of Sciences of Moldova Abstract. There are described results of researches regarding application of the new means for control of mode of electric power transmission and distribution on the basis of IPC (Interphase Power Controller) taking into account development of external connections of the Moldavian power supply system. The variant of application of classical IPC on base of High Voltage Line Beltsy-Suceava is considered. The management method by power flows in this section on the basis of application of PST (Phase Shift transformer), connected in parallel with IPC is offered and investigated and its technical efficiency is proved.
Keywords: transmission line, phase shift transformer, IPC, transmission capacity, equivalent scheme of replacement.
1. Introducere
Tehnologia IPC este o direc{ie relativ noua §i de perspectiva in dezvoltarea tehnicii de transport §i distribute a energiei electrice [1-3]. Aceasta direc{ie i§i gase§te aplicarea sa, in special, la men^inerea unui nivel stabil al fluxului de putere activa in condi^iile fluctua^iilor semnificative ale unghiului 8 dintre nodurile respective ale re{elei electrice. Solu{ia tehnica men^ionata poate fi ra{ionala §i in condi{iile dezvoltarii re{elelor electrice externe ale sistemului energetic al Moldovei cu sistemele energetice ale Uniunii Europene.
Analiza preliminara a scenariilor posibile pentru schimb de energie cu {arile din Europa de Vest demonstreaza faptul, ca pentru transmiterea puterii in direc{ia vest, este necesara utilizarea mijloacelor de dirijare speciale, ce asigura sarcina efectiva destinata construc{iei de noi linii de transport a energiei electrice de tensiune inalta.
2. IPC nedirijat
Varianta instala^iei IPC nedirijate este cea mai simplä realizare practicä a tehnolog iei IPC.
Schema principialä a acestei instala^ii este reprezentatä în Fig. 1.
Elementele de bazä ale instala^iei sunt conductance capacitive §i inductive Bl §i B2, conectate la tensiunea liniarä de la capätul liniei de transmisie §i convertizorul de fazä
(Transformator de multiplicare a fazelor TMF), ce asigurä racordarea tensiunii liniei §i substa^iei de transformatoare de la
capätul liniei de primire. De remarcat, cä în schema IPC o
important esen^ialä o are dispozitivul de conversie a
decalajului de fazä a tensiunilor de alimentare (0° ^l80° ).
Aceastä instalare suplimentarä este o parte integrantä a fiecärei solu^ii tehnice §i implicä anumite cheltuieli suplimentare. De aceea, reducerea costului acestui convertizor se considerä drept o sarcinä actualä la proiectarea instalador corespunzätoare.
Varianta ce posedä cei mai atractivi indicatori economici este prezentatä în Fig. 1. Aceastä solute tehnicä propusä (TMF în schemä de hexagon) asigurä o reducere semnificativä a puterii de calcul (tipice) a instala^iei în comparare cu alte solu^ii tehnice posibile (în special, [2]).
Efectul men^ionat este condi^ionat de faptul, cä curentul
sarcinii în fiecare înfaçurare a transformatorului este de mai mic decât curentul de sarcinä de la intrare (sau ieçire) a instala^iei. Aceasta înseamnä cä puterea lui de calcul va fi de
•v/J mai micä decât puterea sarcinii.
Transformatorul examinat posedä capacitä^i de autotransformator, adicä poate transmite energia electricä atât pe cale electromagneticä, cât §i electricä.
De men^ionat, cä complexul de calcul „RASTR” aplicat la efectuarea experimentelor de calcul nu oferä o simulare directä a dispozitivului IPC. De aceea, s-a decis reprezentarea IPC în modelul de calcul sub aspectul unei scheme echivalente de substituire prezentate în Fig.2, §i în concordan^ cu cerin^ele softului de calcul pentru prezentarea datelor.
Diagrama vectorialä a tensiunilor de la începutul liniei de transmitere este arätatä în
Fig.3. În corespundere cu diagrama vectorialä pot fi alcätuite ecua^iile initiale ale echilibrului circuitelor ce con^in conductibilitä^i reactive pare Bl §i B2 :
Fig.1. Schema principialä a instala^iei
n
Use 1 ~3 + Um - UrelS = 0
n
J—
Ue 3 + Ub2 - Uj = 0
Fig.2. Schema echivalentä de substituire a IPC
În aceste condi^ii tensiunile aplicate la inductan^ele reactive pare Bl §i B2 se determinä în felul urmätor:
Um = Uj - Use 3
n
Ub 2 = ue- Use T
Curen^ii inductan^elor reactive respective depind de tensiunile aplicate lor §i se supun condition
Ib\ =-jB\UBl;IB2 = j B2UB2.
Curentul de la ie§irea din instalare constituie suma curen^ilor imbina^i ai inductan^elor. In cazul |-B\| = |B2| = B, otyinem:
Ir = IB\ + IB 2 = jB (UB 2 -UB\) .
Sä dezväluim valoarea (UB2 - UBl) :
n n
Ub2 - Ub\ =-UseJ~3 + Use j 3 = Us
-j3 j3
e 3 - e 3
Atunci, curentul de la ie§irea din instalare va ob^ine expresia:
n
I = 2BU sin - .
Puterea deplinä la ie§ire din IPC:
Fig.3 Diagrama vectorialä la capätul de transmisie a liniei
S. = LIU. = IUe j = 2BUsUr sin -e
-iSsr
r r r r r
Respectiv componenta activä §i reactivä a puterii la ie§ire:
Pr = Sm cos (-öSr), Qr = Sm sin (-Ssr).
Valoarea Sm determinä puterea de bazä a instala^iei:
S = 2BUU sin - = UU
3 X;
LC
unde XiC = ■
2B sin
n
3
rezisten^a internä a IPC.
In calitatea obiectului de cercetare este selectatä linia electricä preconizatä pentru construye, ce va asigurä schimbul de putere dintre nodurile substa^iei Bäl^i-330 kV a sistemului energetic al Moldovei §i substa^ia Suceava-400 kV a sistemului energetic al Romaniei.
Drept bazä principalä pentru executarea analizei comparative a diferitor variante de realizare a racordärilor electrice men^ionate, este complexul de calcul „RASTR” destinat efectuärii calculelor regimurilor normale ale sistemelor energetice, baza informational a
n
\
datelor structurii rejelelor sistemului energetic al României, Moldovei §i Ucrainei, atât §i rezultatele cercetärilor la aceastä tematicä efectuate în cadrul IE A§M.
Problema tranzitului de energie electricä în direcjia „Vest-Est” este legatä de divergenja standardelor de menjinere a frecvenjei curentului alternativ în järile Europei de Vest §i Est, fapt ce poate conduce la schimbäri evidente ale unghiului ö §i osciläri bruscate ale fluxurilor de putere §i, prin urmare, la posibila dezvoltare a proceselor tranzitorii periculoase ce pot contribui la mcälcarea stabilitäjii statice. În legäturä cu cele expuse mai sus, toate mcercärile de calcul din cadrul prezentei lucräri s-au efectuat jinându-se cont de oscilajiile statice ale unghiului ö dintre substajia Bälji §i substajia Suceava în diapazon de
(-30° ^+30° ).
Presupunând cä puterea maximä transmisä prin intermediul IPC este la nivel de 200MW, ceea ce de fapt practic corespunde sarcinii corespunzätoarea a LEA-220 kV, determinäm valoarea rezistenjei necesare a elementelor capacitive §i inductive ale IPC \XL\ = \XC\ = 2800m .
Parametrii LEA-220 kV corespund parametrilor unui circuit al LEDA-220 kV cu decalaj de fazä dintre circuite egal cu 180°.
Rezultatele principale objinute pentru cazul IPC nedirijat sunt prezentate în Tabelul 1.
Tabelul 1
Rezultatele de calcul pentru cazul IPC nedirijat__________________________
8 (grade) -30 -20 -10 0 10 20 30
Us (kV) 242.2 239 236 233 230 227 224
U (kV) 265.2 251.5 257.9 253.6 248.9 244.2 239
Ö SR (grade) 36.4 26.2 18.5 9.1 0.9 11.2 22.1
/c ( A) -574 -500 -421 -338 -251 -162 -73
h ( A) 75 -52 -111 -187 -266 -344 -420
Pr + JQr P - (MW) Q - (MVar) -185- j136 j1 -1 09 8 1 - 00 27 -j - Os 03 23 -j 205+j3 194+j39 178+j72
250
Caracteristicile de lucru ale instalajiei construite în conformitate cu Tabela 1
reprezentate în fmurile:
Pr,Q~ MBm.MBAp i r °
sunt
50
-50
-100
-30
-20
-10
20
Fig.4. Dependenja puterii active §i reactive de oscilajia staticä a unghiului
unghiului ö este destul de stabil.
- Fig.4 - dependenja puterii active (Pr ) §i reactive (Q ) la oscilajiile
statice ale unghiului ;
- Fig.5 - graficul modificärii tensiunilor la intrare (Us ) §i ieçire (Ur ) din
IPC la oscilajiile statice ale unghiului ;
- Fig.6 - caracterul modificärii curenjilor (/c ), (/L ) în elementele IPC la
oscilajiile statice ale unghiului ;
Analiza caracteristicilor Fig.4 denotä cä la aplicarea tehnologiilor IPC nivelul de putere activä transmisä (Pr ) la modificarea Aceasta indicä faptul cä IPC mpiedicä trecerea
30
Ur,Us ( KB )
ur
us
Fig.5. Variatia tensiunilor la intrarea §i ie^irea IPC la oscilarea staticà a unghiului
UIAA)
100
-100
-200
-300
-400
-500
-BOO
iNL h
i i i
-30
-20
-10
Fig.6. Caracterul modificàrii curentilor în elementele IPC la oscilatiile statice ale unghiului
Fig .7. Schema IPC cu conexiune paralelà a liniei din aceiaçi clasà de tensiune
perturbatiilor dintr-un sistem energetic în altul. Diapazonul fluctuatiei puterii active §i reactive practic coincide cu rezultatul teoretic scontat.
De remarcat faptul, cà la oscilarea unghiului 5 au loc fluctuatii semnificative de tensiune, atât la intrarea în dispozitiv, cât §i la ieçirea din instalare (Fig.5).
Totodatà, Ur întotdeauna depà§e§te Us §i
trece peste limita admisà, ceea ce conduce la necesitatea utilizàrii instalatiilor de compensare transversalà - a reactoarelor dirijate.
O característica extrem de importantâ a regimului examinat constâ în faptul, câ o astfel de instalafie creatâ poate fi examinatâ §i în calitate de reglator de putere reactivâ în nodul
Us-
În cele ce urmeazà, toate experimentele legate de utilizarea IPC s-au efectuat cu instalarea reactorului de juntare pe çinele tensiunii de ieçire a dispozitivului.
Caracterul modificàrii curentilor în 20 30 elementele capacitive §i inductive ale IPC la
oscilatiile unghiului 5, este reprezentat în Fig.6. Unghiul 5 la care are loc egalitatea curentilor 1L §i 1C corespunde Qr = 0, ceea ce confirmà
corectitudinea calculelor efectuate.
Astfel, coincidenta practicà a rezultatelor obtinute cu cercetàrile teoretice efectuate anterior în domeniul IPC confirmà compatibilitatea §i capacitatea de functionare a modelului propus de instalatie în conformitate cu cerintele complexului de calcul „RASTR”. Caracteristicile construite în baza acestor calcule pot fi considerate drept fiabile.
3. Varianta IPC cu racordare paralelà a liniei din aceia§i clasà de tensiune
Dirijarea cu conexiunea dotatà cu IPC poate fi efectuatà prin intermediul instalatiilor suplimentare (în acest caz TDF) racordate paralel dupà cum este ilustrat în Fig.7. O linie functioneazà în regim de IPC, cealaltà linie este dotatà cu transformator de reglare a decalajului de fazà. Prima linie lucreazà în regim de bazà, a doua linie exercità functiile de manevrare §i asigurà reglajul nivelului de putere activà transmisà între nodurile sistemelor energetice corespunzàtoare.
Aceastà configuratie de conexiune electricà are sens în cazurile care existà probleme cu transferul de putere activà în retea cu grad ridicat de
neomogenitate, fapt ce conduce la „blocajul” unor ramuri ale acesteia §i necesitatea de redistribuiré fogata a fluxurilor de putere.
Aceasta solu^ie poate fi pusa in aplicare atat pentru liniile obi§nuite cu dublu circuit, cat §i pentru LEDA, inclusiv §i in cazul special de func^ ionare paralela a doua linii compacte. In acest caz presupunem ca parametrii respectivi ai liniei compacte corespund parametrilor LEDA din aceia§i clasa de tensiune. Principala diferen^a a acestor linii de LEDA este lipsa conexiunii reciproc reglabile (electromagnetice) dintre circuite.
In experimentele de calcul se considera ca parametrii corespunzatori ai liniilor compacte corespund parametrilor LEDA cu aceia§i clasa de tensiune. Principala diferen^a a acestor linii de LEDA consta in lipsa cuplarii reciproc dirijate (reglate) dintre circuite.
Sa demonstram, ca varianta IPC cu conectare paralela a liniilor compacte de o clasa de tensiune, poate asigura o reglare profunda a puterii active transmise intre sisteme energetice. Parametrii liniilor compacte ii consideram egali cu parametrii LEDA-220 kV care func^ioneaza in regim de racordare in contrafaza a circuitelor. Rezisten^a echivalenta a transformatorului de reglare a decalajului de faza este egala cu X0PT = 25Om .
Principalii parametri verifica^ la reglarea unghiului defazajului in intervalul indicat
de ±30° sunt prezenta^i in Tabelul 2.
Graficele din fig.8 §i fig.9 corespund condi^iilor de calcul specificate §i s-au ob^inut cu luarea in considerare a instalarii reactorului de juntare dirijat pe §inele tensiunii de ie§ire a IPC.
Din examinarea graficelor (fig.8) se arata ca in procesul reglarii unghiului in intervalul de ±30°, valoarea puterii active Pipc ramane practic neschimbata (aproximativ 200 MW). Aceasta valoare a puterii active consideram fiind de baza pentru varianta combinata a IPC examinate cu racordare paralela a liniei obi§nuite.
Tabelul 2
Rezultatele de calcul pentru cazul IPC nedirijate cu conectare paralelä __________________a liniei din aceiagi clasä de tensiune________________________________
¥ -30 -20 -10 0 10 20 30
P0PT + jQ0PT -205-j36 -122-j32 -35-j34 54-j45 144-j65 232-j96 319-j 135
PIPC + jQIPC 187+j 158 196+j 136 202+j122 204+j 115 204+j 117 201+j 128 194+j 147
PZ + jQY. -18+j122 74+j104 167+j88 258+j70 347+j52 433+j33 514+j 12
-j70 -j69 -j78 -j 98 -j 126 -j 164 -j207
Qr j58 j39 j19 -j3 -j25 -j47 -j69
Respectiv, puterea activä ce trece prin transformatorul de reglare a defazajului (P0PT )
se schimbä de la 205 MW pänä la 319 MW. In acest caz, puterea activä rezultativä (P) a douä linii ce func^ioneazä paralel,
variazä in limita de la 18 MW pänä la 514 MW.
Curba caracterizeazä puterea
reactivä la capätul liniei de recepte ce confine TDF. Curba QIPC caracterizeazä puterea reactivä de la sfär§itul liniei dótate cu IPC. Curba Q caracterizeazä fluxul total al puterii reactive de pe §inele substa^iei de primire.
P,Q' MBm.MBAp i
u-----¡--------■------------■------------■------------■-----------n—-------------
-30^ -20 -10 0 10 w 20 30
Fig.8. Caracteristicile energetice a IPC cu conectare paralelä a TDF
Fig.9 caracterizeaza echilibrul puterilor reactive pe sinele tensiunii Ur.
Curba Q caracterizeaza puterea reactiva la iesirea din IPC.
Curba Q caracterizeaza puterea reactiva de la ínceputul liniei dótate cu IPC.
Curba Q caracterizeaza puterea reactiva generata de reactorul de compensare transversala dirijat.
Limitand intervalul de variere a puterii active cu valorile p = 0MW §i P = 400MW, stabilim diapazonul de
reglare a unghiului y necesar.
Valoarea aproximativa a acestui interval este íntre y « -28° §i y «17°.
Astfel, dirijarea completa §i absoluta a conexiunii electrice examinate se asigura la un interval suficient de mic de reglare al unghiului defazajului (y) . Valoarea decalajului de faza (ímpreuna cu puterea de trecere care ín acest caz este de 200 MW) determina puter ea estimata a TDF. In special, cand y = ±30° puterea estimata a TDF cu executare constructiva din doua transformatoare, care a fost aprobata pentru re^elele de ínalta tensiune, este egala cu puterea tranzitata. Eficacitatea variantei combinate examinate consta ín faptul ca prin TDF calculat la puterea tranzitata de 200 MW, se poate dirija cu regimul transportului combinat de energie electrica ín diapazon de la 0 MW pana 400 MW.
Varianta analizata a IPC cu conexiune paralela a TDF este destul de competitiva ín comparare cu LEDA-220 kV cu defazaj reglabil dintre tensiunile trifazate ale re^elelor ín intervalul de la 0° pana la 180°.
Concluzii
Atenea principala este acordata op^iunii de modelare a variantelor de realizare a conexiunii electrice dintre sinele de 330 kV a substa^iei Bal^i din cadrul sistemului energetic al Moldovei cu substa^ia Suceava-400 kV a sistemului energetic al Romaniei bazate pe IPC, ce asigura localizarea proceselor oscilatorii ín sistemele energetice adiacente, men^inand ín acelasi timp un anumit nivel al schimbului de putere activa íntre ele.
In prezenta lucrare este data o imagine de ansamblu a tehnologiei IPC.
S-a propus realizarea unei instalafii de conversie a decalajului de faza a tensiunilor de
alimentare ín schema de hexagon, fapt ce permite reducerea puterii lui calculate de -n/3 ori.
S-a propus o solu^ie tehnica originala care vizeaza ímbunatatirea gestionarii cu schimbul de putere activa íntre sistemele energetice.
Rezultatele lucrarii efectuate pot fi luate ín considerare la selectarea parametrilor jonc^iunii electrice Bal^i-Suceava §i proiectarea mijloacelor de dirijare cu regimurile de funcionare.
Fig.9. Bilan^ul puterilor reactive pe sinele tensiunii de iesire
Bibliografie
1. J.Brochu, P.Pelletier, F.Beauregard, G.Morin, “The Interphase Power Controller, A New Concept for Managing Power Flow Within AC Networks”, Paper No.93 SM 435-8 PWRD, IEEE/PES 1993 Summer Meeting, Vancouver,BC.
2. K.Habashi, J.Lombard, SMourad, F.Beauregard, G.Morin, P.Pelletier, J.Brochu “The Design of a200MW Interphase Power Controller Prototype”, IEEE Transactions PWRD, Vol.9, No.2, April 1994
3. G.Sybille, Y.Haj-Maharsi, F.Beauregard, G.Morin, P.Pelletier, J.Lemay, J.Brochu “Simulator Demonstration of the Interphase Power Controller Technology”, IEEE Transactions PWRD, Vol.11, No.4, Octoberl 1996
Date despre autori:
Dmitrii Zaitev was born on 10.04.1963. Graduated Technical University of Kishinev (Moldova) in 1985, Ph.D at the Institute of Power Engineering of Academy of Sciences of Moldova in 2000. Mr. Zaitcev’s researches are about regimes of power systems with FACTS.
Mihai Tirsu. Was born on February, 27th, 1972. Graduated Technical University of Moldova in 1994. Dr. Tirsu has got education of the engineer in the field of automatization and management of technical systems. In 2003 has defined the thesis for a doctor's degree on the specialty «Power plants (electric part), electric networks, energy systems and their management». Mr. Tirsu is the head of the “Electrophysics and Technics of High Voltage” Laboratory since 2004. The main researches are in the areas of transport lines management and control, diagnostics of the high-voltage equipment, power electronics etc.
* * t ffe
