CC BY
43
Racordarea regulatorului parametric de putere cu linia de transport a
energiei electrice
L.Kalinin, D.Zaitev, M.T!r$u
Rezumat. in lucrare sunt examinate conditiile de functionare a regulatorului parametric de putere dirijat cu ajutorul convertizorului electronic de putere la instalarea dispozitivului la capatul de transmisie al liniei. Sunt prezentate caracteristicile de lucru ale instalatiei, ce permit determinarea domeniului de existenta a regimului, de astfel, §i estimarea prealabila a puterii calculate a insa§i convertizorului la diverse lungimi unghiulare a liniei.
Cuvinte-cheie: regulator parametric de putere, convertizor electronic de putere, linia de transport a energiei electrice, transformator cu decalaj de faza.
Согласование параметрического регулятора мощности с линией электропередачи
Калинин Л.П., Зайцев Д.А., Тыршу М.С.
Аннотация. В статье рассмотрены условия работы параметрического регулятора мощности, управляемого с помощью силового электронного преобразователя, при установке устройства на передающем конце линии. Представлены рабочие характеристики устройства, позволяющие определить область существования режима, а также предварительно оценить расчетную мощность собственно преобразователя при различной угловой длине линии.
Ключевые слова: параметрический регулятор мощности, силовой электронный преобразователь, линия электропередачи, фазосдвигающий трансформатор.
The coordination of a power parametrical regulator with a transmission line
Kalinin L.P., Zaitsev D.A., Tirsu M.S.
Abstract. There are considered the operating conditions of a power parametrical regulator controlled with the help of the power electronic converter, at installation of the device on the transmitting end of a line. Performance data of the device are submitted, allowing determining area of a mode existence, and also preliminary to estimate settlement power of the converter at various angular length of a line.
Key words: a power parametrical regulator, the power electronic converter, a transmission line, the phase-shifting transformer.
Introducere
Principiul de actiune §i conditiile de functionare a regulatorului parametric de putere (RPP) dirijat cu ajutorul convertizorului electronic de putere la instalarea lui nemijlocita la substatia de transformare dintre diferite §ine de aceea§i clasa de tensiune, sunt examinate detaliat in publicatia [1], prezentata in nr.1 a editiei electronice prezente in a.2006. Acest mod de utilizare a instalatiei se intalne§te in cazul necesitatii limitarii curentilor de scurt circuit in conditiile schimbului reglabil de putere activa dintre §inele mentionate [2]. in cazul conjugarii reg ulatorului parametric de putere examinat cu linia de transport a energiei electrice ce poseda o destinatie mai generala, apar un §ir de noi particularitati de care trebuie de tinut cont la solutionarea p roblemelor de utilizare a RPP cu executare constructiva tehnica asemanatoare. Depistarii §i utilizarii acestor particularitati este dedicat prezentul articol.
Particularitatile de baza a regimului static a regulatorului parametric de putere la functionare concomitenta cu linia de transport a energiei electrice
Conditiile de functionare a regulatorului parametric de putere analizat la racordarea lui la inceputul liniei, le reflecta schema de substituire din Fig. 1. Sistemul de transmitere este reprezentat prin tensiunea U1, iar sistemul de receptionare - de tensiunea U2 = Uxel8 . Totodata, vom reie§i din faptul, ca sistemele interconectate sunt capabile de a mentine destul de exact egalitatea modulelor tensiunilor din retea ([U ]=[U ]). Decalajul de faza 8 dintre aceste
tensiuni este o coordonata arbitrara (independenta de noi) de dirijare, ce se determina de regimul general al sistemului energetic §i se modifica intr-un oarecare diapazon limitat. Linia de transport a energiei electrice pentru expunerea simplificata ulterioara este prezentata prin reactanta inductiva X, ce la randul sau, determina unghiul de sarcina y determinat de trecerea curentului
Ir .
s b
asr * } *
X
tT II IPC + UPFC "\ T U, u2= \ \
Fig.1. Conditiile de functionare a regulatorului parametric de putere racordat la lnceputul
liniei
In sine RPP dirijat prin intermediul convertizorului electronic de putere in Fig.1 este reprezentat prin blocul IPC+UPFC. Valorile electrice (Us, Is, Ur, Ir §i 8sr) dependente de blocul susmentionat, corespund pe deplin schemei principiale §i diagramei vectoriale a instalatiei descrise in [1]. La fel, este prezentat faptul, ca puterea activa §i reactiva la intrare (Ps, Qs) §i la
ie§ire (Pr, Q) in procesul reglarii se modifica in corespundere cu egalitatile:
P =
I W * cos — -8
) m
I+--------------sin a
sin
W
P = Sm cos[8 -Wl + m U sin\8-W + a
tg
Qr = Sm
■ I W c I m sin-------8-------------cosa
I 2 J • W
Qs = Sm sin| 8 — W 1 — m U cosl8-W + a
tg
w U
De mentionat, ca in corespundere cu [1] parametrii m §i a caracterizeaza faza vectorului
suplimentar de dirijare m ce-l produce blocul UPFC, iar unghiul nereglabil W este dat de
transformatorul cu decalaj de faza din componenta blocului IPC. Reglarea vectorului mm = meia este urmata de modificarea curentului de sarcina Ir ce se determina in felul urmator:
I,. = I.
1 + ■
m
m
- - 2------------sin
. W • W sin — sin
W-8\-a
2 2
unde Imr = 2BUS, iar valoarea B - conductanta reactantelor pare a instalatiei IPC.
Instalatia IPC poseda o rezistenta interioara mare, adica este o sursa de curent reglabil. Tensiunea Ur in punctul de racordare este foarte dependenta de valoare §i faza curentului Ir. De aceia, examinarea ordonata a strategiei de dirijare cu regimul RPP cu utilizarea convertizorului electronic de putere poate fi asigurata numai in conditiile sarcinii concrete a regimului de functionare dupa tensiune Ur. In dependenta de cerintele din partea sistemului energetic, se poate formula un numar impunator de diferite conditii. Drept exemplu concret in baza caruia vom demonstra unul din variantele posibile a strategiei de dirijare, aplicam cerinta practica destu l de raspandita ce se reduce la conditia de mentinere a egalitatii tensiunilor de lucru de la intrare §i ie§ire a instalatiei, adica Ur = Us.
Fig.2 Diagrama vectoriala pentru conditia de mentinere a egalitatii tensiunilor de lucru de la intrare §i ie^ire
U = U
Diagrama vectoriala ce reprezinta aceasta conditie este prezentata in fig.2. Din diagrama reiese, ca conditia acceptata se indepline§te in cazul cand la modificarea spontana a unghiului 8 , valoarea §i faza curentului Ir se regleaza astfel, incat triunghiul format din vectorii Ur, jIrX §i U2 = Use3 8 sa pastreze forma triunghiului isoscel.
Pentru aceasta este necesar de a mentine permanent urmatoarele egalitati, reie§ind din diagrama vectoriala:
Caracteristicile de calcul a(8), y(8) §iIr(8)ce reprezinta strategia de dirijare examinata, sunt prezentate in fig.3. Caracteristicile mentionate corespund celor trei valori diferite
§i toate celelalte calcule sunt efectuate pentru m = 0,075 = const §i restul conditiilor luate in calculele caracteristicilor respective [1].
Qr (8), P (8) §i Q (8), ce determina domeniul de existenta a regimului in conditiile date. Totalitatea caracteristicilor mentionate este reprezentata in fig.4.
Rezultatele de calcul obtinute denota faptul, ca pentru conditia Ur = Us, domeniul de existenta a regimului se deplaseaza pe axa S in dependenta de lungimea unghiulara a liniei. La proiectarea instalatiei valoarea yQ este o valoare acceptata (data). De aceea conditia Ur = Us determina diapazonul valorilor unghiului S in limita carora regulatorul i§i indepline§te functia sa. De remarcat ca necoincidenta figurilor ovale ce caracterizeaza valorile limita Pr §i Ps, create cu majorarea y0, totodata cea mai mare divergenta se observa in parte stanga a diapazonului respectiv a valorilor unghiului 8 . Diferenta (Pr - P) determina puterea activa transmisa prin
convertizorul electronic de putere. Deoarece puterea reactiva prin convertizor nu trece, valoarea maximala a acestei diferente caracterizeaza puterea de calcul a convertizorului. Caracteristicile respective sunt prezentate in Fig.5 de unde se observa ca cu cre§terea lungimii liniei, se majoreaza §i puterea de calcul a convertizorului electronic.
De remarcat de astfel, ca caracterul modificarii puterii reactive Qs pe §inele sistemului de transmitere este o urmare pasiva a strategiei de dirijare adoptate §i, in special, la y(] =30° aceasta
putere devine destul de impunatoare. De aceea, sistemul de transport a energiei electrice necesita o echipare cu mijloace respective de compensare transversala sau puterea deplina repartizata de substatia de alimentare trebuie sa depa§easca cu mult puterea liniei pentru care functioneaza instalatia IPC.
unde y = arc cos 1 —r-
L It x 21
a lungimii unghiulare de baza (y0) a liniei: y0 =0° (linia lipse§te), y0 =15° §i y0 =30°. Acestea
In continuare se efectueaza calculele caracteristicilor de lucru a regulatorului Pr (8),
а
100
0
-100
. о II в 4-і II --1 г? і J_ ———~~ —— “
1 1 ——\ —I ~~ — | = °С ! \ ./-/г і Ґ і i tC ' С 1 1 1
1 r-—__ 1 1 I I ——— ^ |
У
60
40
20
3* II / LO О в 1- 1 1
3* II
k> = o; 1 1 —-J •
h 1.4,
1.2
1
0.8
0.6
Уо = 15°
.> о II і і
і і і і і і
-10 0 10 20 30 40 50
Fig.3. Caracteristicile de calcul а (8), /(&) §i Ir (8) ce reprezinta strategia de dirijare
Pr.P,.Qr-Q,
1.5
ф>=0-) ^(?о=0-) ^0=15-): !^М0") Ф=15І: : u, &(уа=Щ
а(л=^
-— ^
аМ") а(^=15')
a(ft=3o-)i
Fig.4. Caracteristicile de lucru a regulatorului P (8), Q (8), P (8) §i Q (8)
ipr-p,)
0.2
0.15
0.1
0.05
-0.05
£.=0.153
£f=0.118
£=0.082 \°A " 11 D o II = 15°
/ 1 J' 1 J 1 / 1 jf i
-10 0 10 20 30 40 50
Fig.5. Puterea de calcul a convertizorului
Incheiere
Regulatorul parametric de putere este o sursa de curent reglabil. La functionarea regulatorului concomitent cu linia de transport a energiei electrice, tensiunea de la ie§irea lui este dependenta de valoarea §i faza curentului de lucru a instalatiei. Gradul dependentei mentionate create pe masura majorarii lungimii liniei. Utilizarea convertizorului electronic de putere, de asemenea, §i selectarea strategiei de dirijare respective, permite asigurarea schimbului liber de putere activa dintre nodurile sistemului energetic cu ajutorul IPC la orice cerinte fata de calitatea tensiunii de ie§ire a instalatiei.
Bibliografie
[1]. Regulator parametric de putere cu doua nivele de dirijare libera, Kalinin L.P.,Zaitev D.A.,Tir§u M.S.,
Problemele energeticii regionale Nr.1, 2006.
[2]. The IPC technology - a new approach for substation uprating with passive short-circuit limitation, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.13, No.1, January 1998.
