CC BY
49УДК 621.311
Чебанов К.А., Бурляева В.А., Бурляев А.М.
DOI: 10.24411/2520-6990-2020-11446 МИРОВОЙ И ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ FACTS
Chebanov K.A., Burlyaeva V.A., Burlyaev A.M.
GLOBAL AND DOMESTIC EXPERIENCE IN USING FACTS TECHNOLOGY
Аннотация
В статье приводится анализ использования в зарубежных энергосистемах получили электропередачи сверхвысокого напряжения с неуправляемыми и управляемыми устройствами продольной емкостной компенсации в составе так называемых гибких электропередач переменного тока. Выбор местоположения и степени компенсации устройствами продольной емкостной компенсации за рубежом как правило производится на основе оценки экономичности и надежности работы энергосистемы. Степень компенсации обычно выбирается между 20% и 70% по отношению к индуктивному сопротивлению линии. Причем большая цифра компенсации предполагает использование на ВЛ нескольких устройств, размещенных равномерно по линии. Суммарная установленная мощность устройств продольной емкостной компенсации находится обычно в диапазоне между 100 и 1000МВА.
Abstract
The article provides an analysis of the use of ultra-high voltage power transmission systems in foreign power systems with unmanaged and controlled devices of longitudinal capacitive compensation as part of the so-called flexible AC power transmission. The choice of the location and degree of compensation by longitudinal capacitive compensation devices abroad is usually made on the basis of an assessment of the efficiency and reliability of the power system. The compensation degree is usually chosen between 20% and 70% in relation to the line's inductive resistance. Moreover, a large compensation figure implies the use of several devices on the overhead line, placed evenly along the line. The total installed capacity of longitudinal capacitive compensation devices is usually in the range between 100 and 1000MVA.
Ключевые слова: энергосистема, продольная емкостная компенсация, тиристорное управление, реактивное сопротивление, конденсаторные батареи
Keywords: power system, longitudinal capacitive compensation, thyristor control, reactive resistance, capacitor banks
Особое распространение в зарубежных энергосистемах получили электропередачи сверхвысокого напряжения с неуправляемыми и управляемыми устройствами продольной емкостной компенсации (НУПК и УУПК) в составе так называемых гибких электропередач переменного тока.
Гибкие неуправляемые и управляемые электропередачи с установками продольной емкостной компенсации действуют в США, Швеции, Канаде, Китае, Индии, Бразилии и других странах, при этом ведущими фирмами, производящими НУПК и УУПК, являются Simens, Alstom, ABB.
Выбор местоположения и степени компенсации УПК за рубежом как правило производится на основе оценки экономичности и надежности работы энергосистемы. Степень компенсации обычно
выбирается между 20% и 70% по отношению к индуктивному сопротивлению линии. Причем большая цифра компенсации предполагает использование на ВЛ нескольких устройств, размещенных равномерно по линии. Суммарная установленная мощность УПК находится обычно в диапазоне между 100 и 1000 МВА.
Первая модификация - MSSC (Mechanically Switched Series Capacitor). Это установка УПК с механически подключаемыми и отключаемыми батареями емкостей. Данное устройство допускает ступенчатое управление.
Вторая модификация - TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor). Это установка УПК с ти-ристорным подключением и отключением батарей емкостей. Управление данным устройством осуществляется более быстро, но также ступенчато.
158
TECHNICAL SCIENCE /
Рисунок 1 Структурные схемы УПК
Третья модификация представляет собой УПК с тиристорным управлением - TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor). Это устройство позволяет осуществлять плавное регулирование реактивного сопротивления линий электропередач в достаточно широких пределах.
Основными преимуществами, которые дает применение данного устройства, являются:
- плавное управление перетоками мощности в сети;
- непрерывное поддержание запланированной величины компенсации;
- демпфирование электромеханических колебаний с частотой 0,5 - 2 Гц.
В технической литературе приведен опыт внедрения двух промышленных установок, первая из которых была установлена в Швеции в 1997 г. на линии 400 кВ, а вторая - в 1999 г. в Бразилии на линиях 500 кВ, которые являются межсистемными связями, соединяющими Южную и Северную энергосистемы страны.
В энергосистеме Швеции УПК получили довольно широкое применение. Так система электропередачи между Северной и Южной Швецией осуществляется на напряжение 400 кВ, в которую входят восемь линий с восемью УПК общей установленной мощностью 4800 МВА. Для УПК, установленных на этих линиях, степень компенсации выбрана таким образом, чтобы распределение активной мощности между линиями 400 кВ и параллельно работающей сетью 245 кВ было оптимальным. За счет снижения потерь электроэнергии в сравнение с некомпенсированной линией окупаемость последовательных конденсаторов наступает уже через пару лет. Помимо этого, применение УПК повышает динамическую устойчивость электропередачи за счет поддержания напряжения во время и после больших возмущений в энергосистеме.
Степень компенсации для батарей находится между 30% и 70%. С такой величиной компенсации
достигнута устойчивая передача более 7000 МВт по восьми параллельным линиям. Такая величина передачи без применения УПК соответствует двойной натурально мощности данных линий. Чтобы передать такую мощность без применения последовательной компенсации пришлось бы построить пять дополнительных линий.
Устройства УПК также нашли свое применение в энергосистемах Индии.
Power Grid Corporation of India Ltd (PGCIL) приобрела два УПК с тиристорным управлением конденсаторов (TCSC) у компании ABB. Устройства были установлены на двухцепной линии 400 кВ Роркла - Райпура, осуществляющих межсистемную электропередачу между восточными и западными регионами сети. Длина линий составляет около 412 км. Основная цель этой межсистемной связи заключается в экспорте избыточной электроэнергии от восточных в западные районы Индии в условиях нормальной эксплуатации, а также в случае непредвиденных обстоятельств. Устройства TCSC располагаются рядом с Райпура, на конце линии. TCSC обеспечивает демпфирование низкочастотных колебаний мощности между энергосистемами, которая в противном случае ограничивала бы передачу мощности по межсистемным линиям.
Одной из зарубежных стран, где активно применяются УУПК, является Бразилия. Так, например, в энергосистеме Бразилии имеются ВЛ 500 кВ протяженностью более 1000 км, соединяющих Север и Юг. На данных линиях установлено шесть УПК установленной мощностью около 1110 МВА, пять из которых фиксированные, и один тири-сторно-управляемый TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor). TCSC решает задачу демпфирования низкочастотных колебаний мощности между энергосистемами. Ключевым фактором TCSC является его зона регулирования. Она измеряется величиной, на которую может быть увеличено реактив-
ное сопротивление последовательного конденсатора. В данном случае зона регулирования может варьироваться непрерывно, обеспечивая при этом степень компенсации линии от 5% до 15%.
Некоторые параметры конденсаторных батарей, индуктивных сопротивлений линий, на которых установлены УПК, стоимостные показатели обычных и тиристорно-управляемых УПК приведены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры УПК и стоимостные показатели,
Мощность, Мвар Напряжение, кВ Хлинии 1, Ом Хлинии 2, Ом Стоимость MUSD
1384 500 115 230 20,5
692 500 58 116 10,3
614 400 51 102 5,8
307 400 26 52 4,9
Как следует из таблицы 1, удельная стоимость обычных УПК составляет порядка 17 долл./квар.
Таблица 2
_Параметры НУПК и УУПК выпускаемые фирмой АВВ_
Название параметра НУПК УУПК
Номинальное напряжение 400 кВ 400 кВ
Номинальный ток 1550 А 1550 А
Ток перегрузки, 30 мин. 2093 А 2093 А
Ток перегрузки, 10 мин. 2325 А 2325 А
Емкостное сопротивление 54,7 Ом 6,83 Ом
Установленная мощность 394 Мвар 71 Мвар
Степень компенсации 40% 5-15%
По данным фирмы АВВ, удельная стоимость УУПК с использованием запираемых тиристоров превышает удельную стоимость НУПК более чем в три раза.
В настоящее время в мире эксплуатируется более полутора десятков УПК. Неполный перечень мест их установки приведены в таблице 3.
Проблеме применения УПК в высоковольтных сетях России уделялось весьма скромное внимание, в 60-е годы прошлого века были разработаны две неуправляемые установки мощностью 400 - 500
МВА на ПС 500 кВ Тыреть (на электропередаче 500 кВ между Иркутской и Краснодарской энергосистемами) и на ПС 500 кВ Арзамас (ВЛ 500 Волжская ГЭС - Москва). После сооружения и ввода в эксплуатацию атомных электростанций в Европейской части России последняя оказалась неэффективной и была в 1970-е годы демонтирована. Возобновление работ по применению УПК, в том числе НУПК+УУПК, произошло в начале 2000- х гг.
Таблица 3
Опыт применения и эксплуатации УПК в мире
Страна Год ввода Параметры Конфигурация Назначение
США 1992 НУПК и УУПК 2*165 Мвар (в том числе УУПК 45 Мвар); 230 кВ; 1000 А Увеличение пропускной способность сети, подавление ССР
США 1993 Шесть УУПК 208 Мвар; 500 кВ; 2900 А. Опытная система для демонстрации управления перетоками, повышения устойчивости и подавления ССР
Бразилия 1999 TCSC 107 Мвар; 500 кВ; 1500 А Демпфирование электромеханических колебаний
Бразилия 2004 TCSC 107 Мвар; 500 кВ; 1500 А Демпфирование электромеханических колебаний
Швеция 1997 НУПК и УУПК 493 Мвар в том числе УУПК 45 Мвар; 400 кВ; 1500 А Подавление ССР
Индия 2004 Две НУПК две УУПК 394 Мвар НУПК и 71Мвар УУПК; 400 кВ; 1550 А Демпфирование электромеханических колебаний
Индия 2006 Две НУПК две УУПК 716 Мвар НУПК и 107 Мвар УУПК; 420 кВ; Демпфирование электромеханических колебаний
Индия 2008 Две НУПК две УУПК 743 Мвар НУПК и 112 Мвар УУПК; 420 кВ; Демпфирование электромеханических колебаний
Китай 2002 Две НУПК одна УУПК 350 Мвар НУПК и 55 Мвар УУПК; 500 кВ, 2000 А Демпфирование электромеханических колебаний
Китай 2004 УУПК 220 кВ, 87 Мвар, 1100 А Демпфирование электромеханических колебаний, повышение пропускной способности сети
Китай 2009 УУПК 500 кВ, 326 Мвар, 2330 А Демпфирование электромеханических колебаний
Проведенные в 2006 - 2009 гг. научно-исследовательские работы по применению НУПК+УУПК на ВЛ мощностью 500 кВ Саяно-
Шушенская ГЭС - Новокузнецкая, Саяно-Шушен-ская - Кузбасская с установкой НУПК 30% (2-410 МВА) и УУПК 20% (2-270 МВА) на ПС 500 кВ Ше-
регеш (Ташагол) показали эффективность использования УПК как для снижения «запертой» мощности Саяно-Шушенской ГЭС на 500-600 МВт, так и повышение устойчивости работы гидрогенераторов при возмущениях в системе. Результаты этих
Список литературы
1. Кочкин, В.И., Дементьев, Ю.А. Управляемые линии электропередачи // Электрические станции. - 1999. - № 2. - С. 18-23.
2. Астахов, Ю.Н., Постолатий, В.М., Комендант, И.Т., Чалый, Г.В. Управляемые линии электропередачи / Под ред. В.А. Веникова. - Кишинев: Штиинца, 1984. - 296 с.
работ частично отражены в статьях В.К. Фокина и д.р.
В таблице 4 представлены места возможного размещения УПК в ЕЭС России.
Таблица 4
3. Зеленохат Н.И. Анализ режимных характеристик межсистемной связи со статическими компенсаторами // Электричество. - 1997. - № 3. - С. 812.
4. Ивакин, В.Н., Ковалев, В.Д., Худяков, В.В. Гибкие электропередачи переменного тока // Электротехника. - 1996. - № 8. - 23-28.
5. Meeting, Tampa, Florida, USA, June 24-28, 2007, p. 268-275.
Места возможного размещения УПК в ЕЭС России и основные параметры устройств
Энергосистемы Название связи ин ВЛ, кВ Длина ВЛ, км ХВЛ, Ом Хс, Ом 50% Мощность УПК, МВА
ОЭС Средней Волги, Центра Бугульма - Бекетово 500 205 61,5 31 390
Воткинская ГЭС - Вятка 500 350 105 53 200
Вятка - Звезда 500 290 87 44 150
Звезда - Костромская ГРЭС 500 225 67,5 34 150
ОЭС Западной Сибири, Урала Пыть Ях - Демьянская 500 180 54 27 180
Пыть Ях - Нелымская 500 140 42 21 140
ОЭС Сибири Саяно-Шушенская ГЭС -Новокузнецкая 500 450 138 69 410
Саяно-Шушенская ГЭС -Кузбасская 500 450 138 69 410
ОЭС Сибири, Урала Восход -Ишим 500 250 76 38 460
Ишим - Курган 500 310 96 48 580
ОЭС Востока Приморская ГРЭС - Чугуевка 500 296 89 44,5 534
Приморская ГРЭС - Дальневосточная 500 353 106 53 638
