CC BY
52
УДК 911.9
А.Г. Готовцев1, Е.О. Кулешова2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВСТАВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯ ЯКУТСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С ИРКУТСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ
SIMULATION OF DC LINK FOR THE INTEGRATION POWER SYSTEM OF REPUBLIC OF SAKHA
WITH THE IRKUTSK POWER SYSTEM
В настоящее время Западный и Центральный энергорайоны энергосистемы Республики Саха (Якутия) с функционируют изолированно от ЕЭС России. Для объединения Западного энергорайона энергосистемы Республики Саха (Якутия) с Иркутской энергосистемой планируется использование вставки постоянного тока (ВПТ). Моделирование ВПТосуществлялось в программном комплексе RastrWin3.
Ключевые слова: вставка постоянного тока, энергосистема, ВПТ, моделирование, RastrWin3.
At present, the Western and Central energy areas of the power system of the Republic of Sakha (Yakutia) operate in isolation from the UES of Russia. For the integration of Western power district of the power system of the Republic of Sakha (Yakutia) with the Irkutsk power system it's planned to use DC link. Simulation of the DC link was carried out in the software complex RastrWin3. Keywords: direct current link, Power system DC link, simulation, RastrWin3.
Описание энергорайонов
1. Западный энергорайон энергосистемы Республики Саха (Якутия) Установленная мощность Западного энергорайона на 01.01.2016 с учетом резервных электростанций ПАО «Якутскэнерго» и ПАО «Транснефть» составляет 1127,6 МВт. Основным источником электроснабжения потребителей Западного энергорайона является Каскад Вилюйских ГЭС-1,2 с установленной мощностью 680 МВт. Светлин-ская ГЭС (ОАО «Вилюйская ГЭС-3») с установленной мощностью 277,5 МВт введена в
1 Готовцев Алексей Гаврилович - студент, Томский политехнический университет, г.Томск. E-mail: [email protected]
Gotovtsev Alexey - student, Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
2 Кулешова Елена Олеговна - к.физ-мат.н., доцент, Томский политехнический университет, г.Томск. E-mail: [email protected]
Kuleshova Elena - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, associate professor, Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
эксплуатацию в 2008 г. В настоящее время на ГЭС установлено три из четырех предусмотренных проектом гидроагрегатов. Ввод 4-ого гидроагрегата откладывается в связи с отсутствием спроса на электрическую энергию. Проектная мощность станции составляет 360 МВт. Максимальная нагрузка 598,5 МВт была зафиксирована 23 декабря 2015 г. и покрывалась следующими станциями:
- Вилюйские ГЭС-1,2 - 462,8 МВт;
- Светлинская ГЭС - 135,7 МВт.
Суммарный резерв мощности по энергорайону составил 349,6 МВт, в том числе: вращающийся - 113,5 МВт, холодный - 236,1 МВт [5].
Эксплуатация энергооборудования осуществляется в сложных климатических условиях, что ведет к ускоренному износу и дополнительным затратам на ремонт и восстановление. Суровые климатические условия республики осложняют эксплуатацию электросетевого хозяйства и приводят к увеличению затрат на ремонт и восстановление.
Стратегической задачей развития электроэнергетики Республики Саха (Якутия) является создание энергетического комплекса, интегрированного с российской энергосистемой, обеспечивающего возрастающие потребности республиканского рынка, а также выдачу электроэнергии в соседние территории [5].
2. Иркутская энергосистема
Иркутская энергосистема является одной из крупнейших энергосистем России и входит в состав объединенной электроэнергетической системы (ОЭС) Сибири, обеспечивая централизованное электроснабжение основных потребителей области.
Производство электроэнергии в области осуществляется на 15 ТЭС (4160,7 МВт) и четырех ГЭС (9088,4 МВт).
В настоящее время энергосистема Иркутской области является избыточной по мощности. Однако анализ изменения собственного максимума нагрузок в энергосистеме показывает, что на его величину влияет целый комплекс факторов. В связи с этим обеспечение резерва в энергосистеме должно осуществляться с учетом наиболее вероятных сценариев загрузки мощностей [4].
Особое внимание должно быть уделено проблеме электроснабжения Бодайбин-ского энергорайона. Максимально допустимый переток в контролируемом сечении Таксимо - Мамакан составляет 65 МВт (в нормальной схеме) и 50 МВт (в ремонтных схемах). В связи со снижением приточности реки Мамакан в зимний период в Бо-дайбинском энергорайоне на сегодня существует дефицит электрической мощности с вводом графиков ограничения режима потребления. Для масштабного освоения новых золотоносных месторождений района требуется дополнительно 125 МВт (согласно заявкам на технологическое присоединение) [4].
В 2016 году введена в эксплуатацию ВЛ 110 кВ Пеледуй - РП Полюс, образующая связь с западным энергорайоном энергосистемы Республики Саха (Якутия). Параллельная синхронная работа Западного энергорайона энергосистемы Республики Саха (Якутия) и энергосистемы Иркутской области запрещается [4]. При объединении двух энергосистем целесообразно использовать ВПТ по экономическим сообра-
жениям. Если бы использовалась линия с переменным током, необходимо было бы синхронизировать две энергосистемы. Синхронизация двух энергосистем является дорогостоящим мероприятием.
Моделирование ВПТ в программном комплексе RastrWin3
Вставка постоянного тока (ВПТ) - преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты.
ВПТ выполняют функции межсистемных связей и регулирующих звеньев в энергосистемах. Через ВПТ можно объединять энергосистемы, работающие с различной номинальной частотой, одной номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов, различных частот и фаз. При несинхронном присоединении появляется возможность свободного выбора рабочей частоты генераторов и определения оптимального для соответствующей мощности агрегатов числа оборотов [3].
Для расчета режимов энергосистем можно использовать программный комплекс RastrWin3. Реализация ВПТ рассмотрим на примере простой схемы, приведенном в таблице 1 на рис. 1.
Таблица 1
Элементы энергосистем
(Исходные данные по [1, 2])
Название ЭО Энергосистема 1 Энергосистема 2
Генераторы P , = 85 МВт max1 U = 13,8 кВ ном P , = 240 МВт max2 U = 15,75 кВ. ном
Воздушные линии АС-400/51 L1 = 50 км, L2 = 20 км, АС-400/51 L3 = 20 км, L4 = 100км
Трансформаторы ТДЦ-80000/220 ТДЦ-400000/220
Нагрузка P 1 = 120 МВт нагр1 = 74 МВар P 2 = 150 МВт нагр2 ^агр2 = 90 МВар
1. Энергосистему 1 примем за дефицитную, а энергосистему 2 за избыточную;
ВПТ
Энергосистема-1
Г-1 Т-1 ВЛ-1 ВЛ-2 И в в.т-з ВЛ-4 т-: г-2
г Нагруз 13-1 згрузка-2
Рис. 1. Принципиальная схема ВПТ
2. Задаются параметры энергосистем (Г-1, Т-1, ВЛ-1, Нагрузка-1 и т.д.)
3. Производится расчет режимов двух независимых энергосистем. За балансирующие узлы принимаем узлы генераторов, и определяем дефицит и избыток активной мощности соответствующей энергосистемы в этих узлах.
-5.49
150+130 Нагрузка Системы 2
-5.4-9 h75TJ42.2
Транс<рорматор-2
Генератор Системы 2
-G 152.4т J75.7 15.75
Рис. 2. Энергосистемы в КаБ1:М1п3: а - эне ргосистема-1; б-энергосистема-2
По данным моделирования определяем величину активноймощности (Руст) которою необходиэо иередаеь черезВПТ из избыточной энергосистемы в дефицитную. Мощность ВПТдолжна находитсяв праделах:
(Рэиге! + А^Г-Хо^е! < ХуСТ < Р^ 2 " (Р^ + А*), где АР1, НР2 -потериактивноймощностив элементахэнергосистем 1 и 2.
4.ВПТмоделируетсядвумядополнительнымиузлами, соответствующими точкам подключениявыпрямительногои инверторногопреобразователяВПТ.
Задаются параметры ВПТ (рис. 3):
• Руст - активная мощностьВПТ [МВт];
• Ууст -напряжениенастороне постоянного тока [кВ];
• Х_ком-сопротивление вентильной обмотки выпрямителя и инвертора [Ом];
• R - активное сопротивление линии постоянного тока [Ом];
• Уг_в(мин/зад)- величина минимального угла зажигания выпрямителя [град];
• Уг_и(зад) - величина заданного угла погасания инвертора [град].
Управ... Руст 1уст Vycr X_KJOM[B) Х_юом(и) R Уг_в(м... Уг_и(з...
Р 60,000 22J0r000 0r030 0r030 0rU00 15,000 15,000
Рис. 3. Параметры ВПТ в программном комплексе РаБ1гМп3
Граничные значения углов зажигания и погасания преобразователей:
• для выпрямителя от 5о до 40о;
• для инвертора от 15о до 40о.
Как видно из результатов расчет режима, ВПТ потребляет реактивную мощность, что к увеличению реактивной мощности в генерирующих узлах.
211.92 220.79
ПС-1 ПС-2
Рис. 4. Результаты расчета моделирования ВПТ
5. Устанавливаем БСК в узлы, соответствующие выпрямителю и инвертору, для питания их реактивной мощность. Выпрямитель и инвертор потребляют значительную реактивную мощность. Поэтому для обеспечения их питания в соответствующие узлы устанавливаем БСК (рис. 5).
Рис. 5. Энергосистемы в RastrW¡n3 с учетом БСК: а - энергосистема-1; б - энергосистема-2.
Установка БСК позволила разгрузит генераторы по реактивной мощности.
Результаты моделирования
В данной работе приведено описание моделирования ВПТ в программной среде RastrW¡n3. Этот же принцип моделирования можно применить для объединения Западного энергорайона энергосистемы Республики Саха (Якутия) и Иркутской энергосистемы, заменив ими условные энергосистемы 1 и 2 данной работы.
Литература
1. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / Б.Н. Неклепаев. - Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 607 с.
2. Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей / Д.Л. Файби-сович. - Москва : Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 352 с.
3. Вставки постоянного тока // http://www.m-volt.ru/products/vpt/vpt.html?PHPSESSID= 169312c38e31e1c1a8de8b2654400c49 (дата обращения: 02.11.2017)
4. «Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетики Иркутской области на 2017 - 2021 годы» // http://docs.cntd.ru/document/441789760 (дата обращения: 6.11.2017)
5. «О схеме и программе развития электроэнергетики Республики Саха (Якутия) на 2017 - 2021 годы» // http://docs.cntd.ru/document/450352561 (дата обращения 14.11.2017)
References
1. Neklepaev, B.N. The electrical part of power plants and substations: Reference materials for course and degree design / B.N. Neklepaev. - Moscow : Energoatomizdat, 1989. - 607 p.
2. Faibisovich, D.L. Handbook of electrical network design / D.L. Faibisovich. - Moscow: Publishing House NTS ENAS, 2006. - 352 p.
3. Inserts of direct current // http://www.m-volt.ru/products/vpt/vpt.html?PHPSESSID=1693 12c38e31e1c1a8de8b2654400c49 (reference date: 02.11.2017)
4. "On approval of the scheme and program for the development of the electric power industry of the Irkutsk region for 2017-2021" // http://docs.cntd.ru/document/441789760 (reference date: 6.11.2017)
5. "On the scheme and program for the development of the electric power industry of the Republic of Sakha (Yakutia) for 2017-2021" // http://docs.cntd.ru/document/450352561 (reference date: 11/14/2017)
