Способ распределения активной мощности в контуре электрической сети высокого напряжения углом регулирования фазоповоротного трансформатора по параметрам текущего режима
Владельцы патента RU 2727708:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Изобретение относится к области электротехники, энергетики. Технический результат заключается в снижении суммарных потерь активной мощности и достигается способом принудительного распределения активной мощности в контуре электрической сети высокого напряжения, заключающимся в том, что измеряют параметры текущего режима: модули U и фазы векторов напряжения узлов схемы , берут рассчитанные параметры схемы электрической сети высокого напряжения: комплексные проводимости линий yij, где индексы i и j обозначают начало и конец ветви соответственно, а угол регулирования по критерию минимальных потерь активной мощности определяют из аналитического выражения для угла регулирования ФПТ
где i≠j, ij≠mk, m≠k - обозначения начала и конца ветвей, mkф - обозначение ветви, содержащей ФПТ;
Um, Uk - модули напряжений узлов;
- начальный угол сдвига между векторами напряжения начала и конца ветви;
Δδij - приращение угла сдвига δij под действием ФПТ;
yij - проводимость ветви;
ymkф, αmkф - индекс "ф" показывает учет комплексного сопротивления ФПТ, установленного в этой ветви. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Одной из наиболее перспективных электросетевых технологий является применение управляемых систем электропередачи переменного тока, в англоязычной транскрипции FACTS. Суть этой технологии состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей, становясь интеллектуальной сетью. Одним из известных применяемых элементов, относящихся к FACTS-оборудованию, является фазоповоротный трансформатор (ФПТ), в технической литературе применяется также название «фазорегулирующий трансформатор» (ФРТ), фазоповоротное устройство (ФПУ). Это устройство, позволяющее осуществить преднамеренное поперечное регулирование напряжения в замкнутом электрическом контуре, в результате чего изменяется угол между векторами напряжений по концам электропередачи, в которую включено ФПУ, и, как следствие, происходит желаемое изменение мощности, передаваемое по этой линии электропередачи, вне зависимости от параметров шунтирующих связей.
Известен опыт установки первого в СНГ (на границе Казахстан-Россия) ФПТ с целью регулирования межгосударственных потоков активной мощности за счет их принудительного перераспределения между параллельными линиями электропередачи 500 и 220 кВ для снижения платы за транзит. В данном ФПТ применяется механическое устройство переключения регулирующих отпаек, в настоящее время разрабатываются быстродействующие системы переключения отпаек на основе тиристоров, такие разработки ведутся в том числе и в России [1].
Однако такая система управления требует получения быстрого ответа в виде численного значения угла регулирования ФПТ на изменяющийся во времени режим работы электроэнергетической системы, иначе обесценивается преимущество тиристорной системы управления [1]. Диспетчер, выбирая настройки ФПТ (угол регулирования), должен оценивать текущий режим и принимать решения по улучшению его показателей, например по снижению потерь активной мощности, что является нетривиальной задачей. Основная проблема - наличие большого числа возможных состояний. Каждое состояние характеризуется набором не сопоставимых между собой показателей, отражающих надежность, качество и экономичность работы. "В настоящее время данная задача решается простым перебором всех возможных настроек фазоповоротного трансформатора, построением множества эффективных оценок режимов электроэнергетической системы, например, с помощью графического представления множества эффективных оценок дается анализ электрических режимов и рекомендуется область оптимальных настроек фазоповоротного трансформатора" [2]. Однако метод перебора трудоемок, а рекомендуемая область оптимальных настроек ФПТ не может учитывать все возможные режимы электроэнергетической системы, а также изменения, которые могут произойти в топологии электрической сети (включение и отключение линий), введение в работу новых линий и т.д. Изменения в топологии сети влияют на перетоки мощности и, как следствие, на угол регулирования ФПТ.
Для установленного ФПТ в одной из ветвей контура возникает задача определения оптимального угла регулирования ФПТ по критерию минимальных потерь активной мощности.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в определении угла регулирования ФПТ по текущим параметрам установившегося режима и по параметрам существующей топологии электрической сети для оптимального перераспределения потоков активной мощности в контуре электрической сети. Технический эффект - снижение суммарных потерь активной мощности.
Поставленная задача в части способа принудительного распределения активной мощности в контуре электрической сети высокого напряжения заключается в том, что измеряют параметры текущего режима: модули U и фазы векторов напряжения узлов схемы , берут рассчитанные параметры схемы электрической сети высокого напряжения: комплексные проводимости линий yij, где индексы i и j обозначают начало и конец ветви соответственно, а угол регулирования по критерию минимальных потерь активной мощности определяют из аналитического выражения для угла регулирования ФПТ
где i≠j, ij≠mk, m≠k, обозначения начало и конца ветвей, mkф-обозначение ветви содержащей ФПТ;
Um, Uk - модули напряжений узлов;
- начальный угол сдвига между векторами напряжения начала и кон ветви;
Δδij - приращение угла сдвига δij под действием ФПТ;
yij - проводимость ветви;
ymkф, αmkф - индекс "ф" показывает учет комплексного сопротивления ФПТ, установленного в этой ветви.
Поставленная задача в части устройства решается тем, что в известном устройстве, содержащем две или более параллельные линии, с установленными на них измерительными приборами, в одной из параллельных ветвей расположен трансформатор ФПТ, дополнительно снабженный вычислительным блоком, входы которого соединены с концами параллельных линий, а выход подключен к блоку переключения ступеней трансформатора.
На рисунке показаны две параллельные линии с комплексным сопротивлением Z=R1+jX1 и ветвь Z=R2+jX2 в которую включен ФПТ с исполнительным механизмом переключения регулирующих отпаек 1, вход которого подключен к блоку вычисления угла регулирования 2, вход которого подключен к стандартному операционно-измерительному комплексу (ОИК), существующему в данной электрической сети. ОИК - стандартный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для хранения справочной информации, краткосрочного планирования режимов энергетической системы (единой, объединенной, региональной), получения данных о текущем режиме, обработки, архивирования поступающей информации, выдачи оперативному и диспетчерскому персоналу справочной информации, всех изменений режима, состояния оборудования и аварийно-предупредительных сообщений в темпе поступления информации, а также ретроспективно.
На рисунке приняты следующие обозначения: Рвх и Рвых - входная и выходная активная мощность; 
- активная мощность начала и конца ветви; R, X - активное и реактивное сопротивление ветвей схемы; U1, U2 - модули напряжений узлов схемы; θ - угол регулирования ФПТ.
Устройство работает следующим образом: в качестве исходных (начальных) данных для расчета угла регулирования ФПТ используют параметры существующего установившегося режима электрической сети на начальный момент расчета (до регулирования). Это параметры режима: модули напряжение в узлах и их фазовые углы, замеренные с помощью датчиков ОИК. А также параметры схемы: комплексные сопротивления и проводимости ветвей, комплексное сопротивление ФПТ. Далее эти значения поступают в вычислительный блок, в котором с помощью разработанного алгоритма вычисляется необходимое значение угла регулирования и передается на исполнительный механизм переключения отпаек обмотки регулирования (быстродействующий тиристорный или механический - диспетчеру) для установления необходимого угла регулирования ФПТ, который осуществляет сдвиг фаз между векторами напряжения начала (индекс i) и конца ветви (индекс j), где установлен ФПТ, тем самым изменяя потоки активной мощности для получения необходимого эффекта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евдокунин А.Г., Николаев Р.Н., Искаков А.К., Оспанов Б.К., Утегулов Н.И. Фазоповоротный трансформатор впервые в СНГ применен в Казахстане / Г.А. Евдокунин // Новости электротехники. - 2008. - №6. - с. 12-16.
2. Оптимизация режимов работы энергосистемы с помощью фазоповоротного трансформатора на подстанции 500 кВ / М.В. Одинцов, Д.А. Акимов, Н.В. Коровкин, О.В. Фролов // Электротехника. - 2014. - №3. - с. 139-145.
1. Способ распределения активной мощности в контуре электрической сети высокого напряжения углом регулирования фазоповоротного трансформатора, расположенного в одной из параллельных ветвей сети, заключающийся в определении следующих параметров режима: модули и фазы векторов напряжения узлов схемы путем измерения; параметров схемы - комплексные проводимости линий путем расчета; и последующем расчете оптимального угла регулирования 
ФТП по критерию минимальных потерь активной мощности согласно следующему аналитическому выражению
где i≠j, ij≠mk, m≠k - обозначения начала и конца ветвей, mkф - обозначение ветви, содержащей ФПТ;
Um, Uk - модули напряжений узлов;
- начальный угол сдвига между векторами напряжения начала и конца ветви;
Δδjj - приращение угла сдвига δij под действием ФПТ;
yij - проводимость ветви;
ymkф, αmkф - индекс "ф" показывает учет комплексного сопротивления ФПТ, установленного в этой ветви.
2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее две или более параллельные линии, оперативно-измерительный комплекс, содержащий измерительные приборы, фазоповоротный трансформатор, расположенный в одной из ветвей, отличающееся тем, что оно снабжено вычислительным блоком, входы которого соединены с началами и концами линий через оперативно-измерительный комплекс, а выходы которого соединены с исполнительным механизмом переключения регулирующих отпаек фазоповоротного трансформатора.
