Отечественные исследования и разработки с целью устранения неадекватных транспортных потоков проводятся с 60-х годов прошлого века. Уже в 70-е годы с этой целью в Советском Союзе была развернута широкая программа применения систем трехкаскадных автотрансформаторов с продольно-поперечным регулированием. Однако, в начале 80-х годов она бала свернута вследствие некоторых принципиальных недостатков систем такого рода. Если в справочнике Энергосетьпроекта по проектированию электроэнергетических систем 1978 г рекомендуется почти два десятка регулировочных трансформаторов для продольно-поперечного регулирования, то в издании того же справочника 1985 г. их почти нет [20-22]. На сегодня системами продольно-поперечного регулирования оснащены всего лишь несколько подстанций в сетях 750 кВ Украины и одна – в сетях 750 кВ России.
На основании выше изложенного можно утверждать, что именно ФСТ должны быть широко внедрены как компенсаторы наведенных из вышележащих слоев сети потоковых напряжений для устранения неадекватных транспортных потоков.
Это заключение подтверждено расчетами сетей без компенсаторов потоковых напряжений и с ними. Основные расчеты проведены под руководством В.А.Тимофеева специалистами Отдела оперативного управления Вычислительного центра по электроэнергетике в 1989, 1991 и 1992 г. применительно к двухслойным сетям Западной Сибири и Дальнего Востока. Расчеты в условиях трехслойной сети проведены на базе данных региона Москва-Кострома-Урал-Средняя Волга во ВНИИЭ в 1995 –96 гг., ВЭИ – в 1999-2002 г. Расчеты ВЭИ проведены также по эквивалентным схемам со среднестатистическими данными сетей Центральной России.
В многослойной сети на средние слои и нижний слой возлагается функция распределения потоков по находящимся в них транзитным узлам. Поэтому транспортные потоки в этих слоях должны быть ограничены ниже оптимального уровня IТО, найденного по условию минимума потерь для транспортных потоков, или даже полностью исключены:
(11).
С целью оценки неадекватных транспортных потоков были установлены усредненные показатели линий для сетей, фрагменты которых представлены на картах-схемах рис.1 и 2. В качестве показателя неадекватности транспортного потока по линиям нижнего и среднего слоев принята величина отношения токов естественного и оптимального потокораспределения транспортного потока в линиях среднего или нижнего слоя:
Кн = IТЕ/IТО (12)
Показатели неадекватных транспортных потоков приведены в табл. 1. Они получены в результате расчетов типового участка трехслойной сети Центра России со среднестатистическими данными по числу линий и их сечению. Линия 500 кВ с сечением 1200 мм2, линии 220 кВ с сечением 300 мм2 и линии 110 кВ с сечением 120 мм2; соотношение чисел расчетных линий для средних показателей 1:3:4.
Таблица 2
Границы диапазона показателя неадекватности и его средняя величина, и рекомендуемая кратность снижения транспортного потока для каждого из слоев 110 кВ и 220 кВ.
| 220 кВ | 110кВ | ||||
| Мин. | Средний | Макс. | Мин. | Средний | Макс. |
| 1,8 | 2,1 | 2,6 | 4,2 | 4,9 | 6,0 |
| Рекомендуемая кратность снижения 3 | Рекомендуемая кратность снижения 4 | ||||
| Кратность компенсации по (10) – 0,67 | Кратность компенсации по (10) – 0,75 |
Специалистами ВЭИ разработаны специальные фазосдвигающие трансформаторы (СФСТ) для устранения неадекватных транспортных потоков и предложены принципы их ввода в структуру развитых сетей. Составлены проектные данные некоторых СФСТ для развитых сетей 110 – 765 кВ, которые должны найти наибольшее применение.
Проходные обмотки СФСТ включаются последовательно в линии электропередачи. Поэтому вопросы электродинамической стойкости обмоток СФСТ при коротких замыканиях рассмотрены особо. Сопоставлены два основных вида расположения обмоток на стержнях магнитопровода: чередующееся и обычное концентрическое расположение, применяемое в ФСТ западноевропейских фирм. Предпочтение отдано чередующимся обмоткам.
Приведены принципы защиты обмоток СФСТ от перенапряжений с применением оксидно-цинковых ограничителей перенапряжений. Для обеспечения заземления нейтрали применена схема "сосна".
ВЭИ начата практическая разработка новой технологии транспортировки электроэнергии по трехслойной сети 110-765 кВ, снижающей потери в этой сети на 40-50 % и позволяющей ввести в работу (ранее вынужденно отключенные) замыкающие "кольца" участки сетей 110 и 220 кВ, а также построить недостающие участки линий, рационально замыкающие в "кольца" многие из ныне тупиковых линий электропередачи[23].
ВЫВОДЫ
· Анализ процессов в развитых сетях СВН как в многослойных структурах длинных линий с автотрансформаторными связями слоев, проведенный методом выделения и отслеживания распределения в сети потоковых напряжений показал: потоковые напряжения отдельных линий верхнего слоя сети трансформируются в значительные области сети нижележащего слоя, вызывая неадекватные транспортные потоки. Их ослабить или устранить можно путем включения в избранные ветви сети компенсаторов потоковых напряжений. Функции компенсаторов могут успешно выполнять фазосдвигающие трансформаторы.
· Новая технология транспортирования электроэнергии по развитым сетям 110-750 кВ с применением специальных ФСТ ВЭИ призвана обеспечить существенное энергосбережение при передаче электроэнергии на значительные расстояния и ее экономичное распределение по рационально замкнутым сетям 110 и 220 кВ, что становится все более актуальным в связи с Киотским Протоколом.
· Для радикального усовершенствования сетей сверхвысокого напряжения необходимо внедрение в эти сети адекватной системы маршрутизации потоков электроэнергии. Об этом свидетельствуют приведенные результаты анализа энергетических сетей и опыт глобальных информационных сетей, для которых принцип маршрутизации является основополагающим.
Широкомасштабное применение маршрутизации в сетях СВН возможно на базе ФСТ. Оно позволит не только свести к минимуму потери на транспортировку электроэнергии по существующим линиям, но и создаст условия для замыкания контуров в нижних слоях сети и тем самым обеспечит существенное повышение качества электроснабжения городов, поселков и сельских сетей и снижение потерь в региональных сетях на распределение электроэнергии.
В целом таким путем будет достигнуто возможно более полноценное использование техногенной среды, формируемой отчужденными трассами линий 110-765 кВ, что следует рассматривать как одну из важных экологических задач общества в XXI веке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стандарт IEEE PC 57.135 – 2001г. Guide for the Application, Specification and Testing of Phase Shifting Transformers. С.39
2. Seitlinger W. – Phase shifting Transformers Discussion of specific Characteristics, 1998, CIGRE Session 12-306.
3. Sweeney R., Stewart G., O'Donoghue P., Gaffney P. The Specification and Control of the Phase shifting Transformers For the enhanced interconnection between Northern Ireland and The Republic of Ireland/ CIGRE 2002, № 14-118.
4. Lyman W.G. Controlling Power Flow with Phase Shifting Equipment.// AIEE Trans., July 1930.
5. Homer B.W. Tap-Changing Under Load for Voltage and Phase-Angle Control.// AIEE Trans., July 1930.
6. Dobsa J. Transformer for in-Phase-Angle and Quadrature Phase Regulation. -Brown Boveri Review, Vol. 8, pp.376-383,1972.
7. Heindl H., Pertot D., Rohrl G., Springer J. 500-MVA Transformatoransats mit Langs-and-Quereinstelling der Spannung // Elektrizipatswirsobaft.-1987.- N 7.
8. Doll G., Engelhardt K., Harth S.T. Phase angle regulation with 575 MVA transformers // Power Technology International. – London:Sterling Publication Ltd,1992.
9. Balho H. Kim and Ross Baidick. Coarse-Grained Distributed Optimal Power Flow. IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 12, No. 2, May 1997
10. Baldick R., Kahn E. Berkeley L. Contract Paths, Phase-Shifters, and Efficient Electricity Trade. IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 12, No. 2, May 1997
11. Kady F.M., Bendary F. Optimum Phase Shifter Adjustment to Alleviate System Overloads using Dynamic Programming Technigue. // Proc. 3 th Midwest Symposium on Circuits and Systems. -Missouri, USA, aug. 1988.
12. Damrongkulcamjorn P., Arcot P., Dcouto P., Gedra T. A Screening Technique for Optimally Locating Phase Shifters in Power Systems. // IEEE Spectrum, April 1994.
13. Nyati S., Eitsmann M., Kappenman J., VanHouse V., Mohan M., Edris A. Design issues for a single-core transformer thyristor controlled Phase angle regulator.// IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, No.4, October 1995
14. Edris A. Enhancement of first swing stability using a high-speed Phase shifter.// IEEE Trans. on Power Systems, 1991, 5, No 3.
15. Baker R., Guth G., Egli W., Eglin P. Control Algorithm for a Static Phase Shifting Transformer to Enhance Transient and Dynamic Stability of Large Power Systems. IEEE Trans. Vol. PAS-101
16. Paterni P., Vitet S, Bena M., Yokoyama A. Optimal Location of Phase Shifters in the French Network by Genetic Algorithm //IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 14, No. 1, February 1999
17. Patеerni P., Bena M., Giard A., Yokoyama A.. Optimal Set of Phase Shifters in Transmission Network for Solving Thermal Constraints Using Genetic Algorithm.// 1997 National Convention Record IEE Japan, paper 1505.
18. Lopes L. A. C., Joos J., Ooi B.-T. A AWM Quadrature Booster Phase-Shifter for FACTS. IEEE Trans. on Power Delivery, vol.11, No 4, oct. 1996
19. Keri A.J.F., Mehraban A.S., Lombard H., Eiriachy A., Edris A.A. Universal Power Flow Regulator: Modelling and Analysis.// IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 14, No.2, April 1999
20. Мельников Н. А., Рокотян С.С., Шеренцис А.Н. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330—500 кВ. Под общей редакцией С. С. Рокотянa. М.: Энергия, 1974.
21. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. М.: Энергия. 1977 и 1985.
22. Ершевич В.В., Крайз А.Г., Кривушкин Л.Ф. Некоторые итоги разработки и внедрения поперечного регулирования в сетях 750/330 кВ.//Электричество. - 1982 – No 2.
23. Ольшванг М.В. Особенности кросс-трансформаторной технологии транспортирования энергии по сетям 110-765 кВ. Электро, 2004, №2
