Китай устанавливает STATCOM

Page 1
background image

Page 2
background image

20

Сентябрь

октябрь

 2013

    

УПРАВЛЕНИЕ

 Мощностью

Преобразовательная

 

подстанция

 

Чусюн

 

является

 

частью

 

энергосистемы

 China Southern Power Grid, 

обеспечивающей

 

энерго

-

снабжение

 

региона

 

дельты

 

Жемчужной

 

реки

.

Юньнань

Гуйчжоу

Гуаньдун

Хайнань

Гуанси

25000 

МВт

«

Три ущелья»

34% 

нагрузки

 

Гуаньдун

STATCOM ±200 

МВАр

 

на

 

подстанции

 

г

Дунгуань

Территория

 

обслуживания

 China Southern Power Grid 

и

 

место

 

установки

 STATCOM.

К

рупнейшим

 

и

 

самым

 

важ

-

ным

 

энергоузлом

 

в

 

плане

 

общего

 

потребления

 

элек

-

троэнергии

поставляемой

 

China Southern Power Grid (CSG), 

является

 

дельта

 

Жемчужной

 

реки

Экономика

 

и

 

промышленность

 

в

 

этом

 

регионе

которые

 

в

 

настоя

-

щее

 

время

 

развиваются

 

быстры

-

ми

 

темпами

имеют

 

большое

 

зна

-

чение

 

для

 

Китая

Четыре

 

главных

 

крупных

 

города

 

в

 

этом

 

регионе

 — 

это

 

Гуанчжоу

Шэньчжэнь

Дунгу

-

ань

 

и

 

Фошань

и

 

спрос

 

на

 

электро

-

энергию

 

в

 

каждом

 

из

 

этих

 

городов

 

превышает

 10000 

МВт

.

Для

 

энергоснабжения

 

дельты

 

Жемчужной

 

реки

 China Southern 

Power Grid 

построила

 

протяжён

-

ную

 

гибридную

 

энергосистему

 

пе

-

ременного

/

постоянного

 

тока

 

уль

-

травысокого

 

класса

 

напряжения

включающую

 

восемь

 

воздушных

 

линий

 

переменного

 

тока

 

напря

-

Китай устанавливает 
STATCOM

Энергокомпания Southern Power Grid в Китае повышает 
управляемость системы электропередачи и качество 
электроэнергии.

Хун Жао (Hong Rao) и Шукай Сюй (Shukai Xu), 

Электроэнергетический научно-исследовательский институт China Southern Power Grid


Page 3
background image

21

  

Сентябрь

октябрь

 2013

УПРАВЛЕНИЕ

 Мощностью

Схема

 STATCOM ±200 

МВАр

 

на

 

подстанции

 

Дунгуань

 500 

кВ

.

жением

 500 

кВ

четыре

 

высоковольтных

 

вставки

 

по

-

стоянного

 

тока

 (±500 

кВ

, 3000 

МВт

и

 

одну

 

ультравысо

-

ковольтную

 

вставку

 

постоянного

 

тока

 

протяжённостью

 

1418 

км

 (±800 

кВ

, 5000 

МВт

), 

которые

 

в

 

общей

 

слож

-

ности

 

могут

 

передавать

 

с

 

запада

 

на

 

восток

 

мощность

 

более

 25000 

МВт

Таким

 

образом

динамический

 

спрос

 

на

 

реактивную

 

мощность

 

и

 

стабильность

 

напряжения

 

имеют

 

первостепенное

 

значение

 

для

 

обеспечения

 

на

-

дёжного

 

энергоснабжения

 

этого

 

региона

.

Поскольку

 

в

 

Китае

 

электроэнергетика

 

развивается

 

быстро

 

в

 

соответствии

 

с

 

высокими

 

темпами

 

развития

 

экономики

спрос

 

на

 

высококачественные

 

услуги

 

ра

-

стёт

Учитывая

 

это

, CSG 

разрабатывает

 

стратегию

 

по

 

обеспечению

 

источника

 

электроэнергии

который

 

будет

 

интеллектуальным

эффективным

надёжным

 

и

 

исполь

-

зовать

 

возобновляемую

  (

другими

 

словами

экологиче

-

ски

 

чистую

энергию

.

Исследования

 

в

 

области

 

управляемости

 

и

 

надёжности

 

системы

 

электропередачи

Одним

 

из

 

решений

 

по

 

расширению

 

воз

-

можностей

 

управления

эксплуатации

 

и

 

повы

-

шения

 

надёжности

 

системы

 

электропередачи

а

 

также

 

улучшения

 

качества

 

электроэнергии

 

является

 

применение

 

статического

 

синхронно

-

го

 

компенсатора

 (STATCOM), 

члена

 

семейства

 

устройств

 

гибких

 

систем

 

передачи

 

переменного

 

тока

 (FACTS). 

Что

 

касается

 

энергоузла

 CSG 

на

 

Востоке

, STATCOM 

мог

 

бы

 

помочь

 

в

 

восстанов

-

лении

 

напряжения

 

после

 

замыканий

 

в

 

восточ

-

ном

 

секторе

 

территории

 

обслуживания

 CSG 

и

 

предотвращении

 

неисправностей

 

последова

-

тельной

 

коммутации

 

высоковольтных

 

линий

 

по

-

стоянного

 

тока

.

Для

 

определения

 

оптимального

 

места

 

установки

 STATCOM 

и

 

его

 

необходимой

 

мощ

-

ности

 

потребовались

 

исследования

 

в

 

обла

-

сти

 

управляемости

 

и

 

надёжности

 

системы

Сотрудники

 

Электроэнергетического

 

научно

-

исследовательского

 

института

 CSG (EPRI-CSG) 

провели

 

глубокие

подробные

 

исследования

учитывая

 

различные

 

режимы

 

эксплуатации

си

-

стемное

 

развитие

 

и

 

особенности

 

работы

 

гибрид

-

ной

 

системы

 

переменного

/

постоянного

 

тока

Эти

 

исследования

 

позволили

 

определить

что

 

самым

 

опасным

 

для

 

системы

 

является

 

трёхфаз

-

ное

 

короткое

 

замыкание

когда

 

не

 

срабатывает

 

выключатель

 

вставки

.

Исследования

 

показали

что

 

оптимальным

 

местом

 

установки

 STATCOM 

является

 

либо

 

подстанция

 

Дунгуань

 500 

кВ

либо

 

подстанция

 

Хенли

 500 

кВ

При

 

определении

 

необходимой

 

мощности

 STATCOM CSG 

должна

 

была

 

учесть

 

условия

 

эксплуатации

 

на

 

каждой

 

подстанции

а

 

также

 

возраст

 

оборудования

 

этих

 

подстанций

После

 

долгих

 

размышлений

 CSG 

приняла

 

ре

-

шение

 

установить

 STATCOM ±200 

МВАр

 

на

 

под

-

станции

 

Дунгуань

 500 

кВ

.

В

 

период

 

с

 2007 

года

 

по

 2010 

год

 CSG 

в

 

со

-

трудничестве

   

с

 Rongxin Power Electronic Co. 

и

 

Университетом

 

Цинхуа

 

работала

 

над

 

совмест

-

ным

 

проектом

 

по

 

исследованиям

 

и

 

разработке

 

STATCOM 200 

МВАр

.

Основная

 

схема

 

и

 

топология

 STATCOM

Проектная

 

группа

 

рекомендовала

 

подключить

 

STATCOM 

к

 

шине

 35 

кВ

 

вместо

 

шины

 10 

кВ

 

для

 

сниже

-

ния

 

необходимого

 

выходного

 

тока

 

и

 

потерь

Группа

 

так

-

же

 

сравнила

 

предпочтительные

 

схемы

 

соединения

 — 

«

звезда

» 

и

 «

треугольник

». 

Для

 

схемы

 

соединения

 «

звез

-

да

» 

фазовое

 

напряжение

 

было

 

ниже

 

в

 

установившемся

 

режиме

а

 

трёхфазные

 

напряжения

 

отличались

 

и

 

даже

 

были

 

гораздо

 

выше

 

номинальных

 

значений

 

для

  

неуста

-

новившегося

 

режима

Напротив

для

 

схемы

 

соединения

 

«

треугольник

» 

наблюдались

 

различные

 

выходные

 

токи

 

в

 

неустановившемся

 

режиме

 

без

 

повышения

 

фазовых

 

на

-

пряжений

На

 

основании

 

результатов

 

исследования

 

для

 

STATCOM 

была

 

выбрана

 

схема

 «

треугольник

».

Учитывая

 

технологические

 

сложности

 

и

 

ограничения

 

устройства

проектная

 

группа

 

определила

 

необходи

-

мую

 

мощность

 STATCOM 

как

 ±200 

МВАр

Используются

 

два

 

преобразователя

 

напряжения

 ±100 

МВАр

Преоб

-

Инженеры

 

готовятся

 

к

 

пуско

-

наладочным

 

испытаниям

.


Page 4
background image

22

Сентябрь

октябрь

 2013

    

Инженеры

 

проверяют

 

систему

 

мониторинга

 STATCOM.

Характеристики

 

преобразователя

 

напряжения

Двух

или

 

трёхуровневый

 

преобразователь

Многоуровневый

 

преобразователь

Переключатели

 

соеди

-

нены

 

последовательно

простая

 

клапанная

 

систе

-

ма

 

и

 

система

 

управления

Использует

 

многоуров

-

невые

 

силовые

 

модули

сложные

 

конструкция

 

преобразователя

 

и

 

систему

 

управления

Сложности

 

в

 

управлении

 

динамическим

 

напряже

-

нием

 

последовательно

 

соединённого

 

устройства

Сложности

 

в

 

регулировании

 

напряжения

 

постоянного

 

тока

 

силового

 

модуля

Скорость

 

нарастания

 

напряжения

 (dv/dt) 

и

 

гармонические

 

искажения

 

выше

Скорость

 

нарастания

 

напряжения

 (dv/dt) 

и

 

гармонические

 

искажения

 

ниже

Частота

 

широтно

-

импульсной

 

модуляции

 

в

 

пределах

 

килогерц

потери

 

около

 2%

Частота

 

широтно

-

импульсной

 

модуляции

 

меньше

потери

 

около

 1%

Меньше

 

поставщиков

 

устройств

 

для

 

последова

-

тельного

 

соединения

Больше

 

поставщиков

 

устройств

 

для

 

модульного

 

исполнения

УПРАВЛЕНИЕ

 Мощностью

разователи

 

напряжения

 

являются

 

основополагающей

 

технологией

 

для

 STATCOM; 

обычно

 

применяются

 

двух

или

 

трёхуровневые

 

преобразователи

 

и

 

многоуровне

-

вые

 

приложения

.

Ввиду

 

ограничений

 

устройства

 

и

 

задач

 

по

 

повыше

-

нию

 

производительности

 

системы

 

применяется

 

преоб

-

разователь

 

напряжения

 

с

 

последовательно

 

соединён

-

ными

 

Н

-

мостовыми

 

модулями

в

 

которых

 

используются

 

транзисторы

 

с

 

затвором

усиленным

 

инжекцией

Каждая

 

фаза

 

имеет

 26 

модулей

 

с

 

двумя

 

резервными

 

для

 

выда

-

чи

 53 

уровней

 

напряжения

При

 

высоких

 

уровнях

 

напря

-

жения

 

частота

 

широтно

-

импульсной

 

модуляции

 

состав

-

ляет

 

всего

 250 

Гц

 

и

таким

 

образом

обеспечивает

 

очень

 

хорошие

 

показатели

 

в

 

плане

 

гармонических

 

искажений

 

и

 

управления

 

потерями

.

Стратегия

 

управления

В

 

соответствии

 

с

 

системными

 

требованиями

 

STATCOM 

имеет

 

два

 

режима

 

управления

режим

 

управ

-

ления

 

реактивной

 

мощностью

 

и

 

режим

 

управления

 

на

-

пряжением

Режим

 

управления

 

реактивной

 

мощностью

 

облегчает

 

проверку

 

основной

 

функции

 STATCOM, 

а

 

ре

-

жим

 

управления

 

напряжением

 

применяется

 

в

 

ходе

 

нор

-

мальной

 

эксплуатации

.

Для

 

достижения

 

высокого

 

быстродействия

 

был

 

спро

-

ектирован

 

регулятор

 

тока

 

для

 

раздельного

 

управления

 

трёхфазным

 

выходным

 

током

Более

 

того

регулятор

 

тока

 

может

 

работать

 

без

 

отключения

 

и

 

при

 

асимметрич

-

ных

 

повреждениях

.

Испытания

 

с

 

применением

 

программно

-

аппаратного

 

комплекса

 RTDS

Для

 

быстрого

надёжного

точного

 

и

 

экономически

 

эффективного

 

испытания

 

разработанной

 

технологии

 

для

 

сложных

 

сетей

 

высокого

 

напряжения

 

переменного

 

и

 

постоянного

 

тока

 CSG 

применила

 

цифровой

 

комплекс

 

моделирования

 

энергосистемы

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

 Real Time Digital Simulator (RTDS), 

который

 

раз

-

работан

 

и

 

выпускается

 

компанией

 RTDS Technologies 

Inc. RTDS — 

это

 

полностью

 

цифровой

 

комплекс

 

моде

-

лирования

 

электромагнитных

 

переходных

 

процессов

 

энергосистемы

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

С

 

его

 

по

-

мощью

 EPRI-CSG 

разработал

 

имитационную

 

модель

 

для

 

гибридных

 

высоковольтных

 

систем

 

переменного

 

и

 

постоянного

 

тока

 

с

 

установленными

 STATCOM. 

Систе

-

му

 

управления

 

и

 

защиты

 STATCOM 

подключили

 

к

 

ком

-

плексу

 

моделирования

 

для

 

проведения

 

испытаний

 

на

 

эксплуатационные

 

и

 

динамические

 

характеристики

.

С

 27 

октября

 2010 

года

 

до

 14 

января

 2011 

года

 CSG 

провела

 

в

 

своей

 

лаборатории

 

моделирования

 

испыта

-

ния

 

для

 

шести

 

классов

 

с

 52 

единицами

 

оборудования

Во

 

время

 

испытаний

 

инженеры

 

проверили

 

и

 

улучши

-

ли

 

логику

 

и

 

характеристики

 

системы

 

управления

 

и

 

защиты

.

Пусконаладочные

 

испытания

Реализация

 

проекта

 STATCOM 

потребовала

 

рас

-

ширения

 

действующей

 

подстанции

Для

 

сокращения

 

срока

 

строительных

 

работ

 

оборудование

 

было

 

уста

-

новлено

 

в

 

контейнерах

подобранных

 

в

 

соответствии

 

со

 

схемой

 

подстанции

Каждая

 

фаза

 

обоих

 

преобра

-

зователей

 

напряжения

 

устанавливалась

 

в

 

отдельном

 

контейнере

 

вместе

 

с

 

системой

 

водяного

 

охлаждения

Вместе

 

с

 

контейнером

 

системы

 

управления

 

на

 

подстан

-

ции

 

было

 

установлено

 

семь

 

контейнеров

 

размерами

 

12,2 

х

 3,2 

м

.

Пусконаладочные

 

испытания

 

проводились

 

в

 

пери

-

од

 

с

 26 

июля

 2011 

года

 

по

 8 

августа

 2011 

года

 

в

 

рам

-

ках

 

программы

включавшей

 10 

испытаний

 

каждого

 

из

 

28 

компонентов

Результаты

 

испытаний

 

подтвердили

 

следующие

 

эксплуатационные

 

характеристики

:

• STATCOM 

имеет

 

высокое

 

быстродействие

Выдача

 

реактивной

 

мощности

 

одного

 

преобразователя

 

на

-

пряжения

 

была

 

настроена

 

на

 

бросок

 

от

 -40 

МВАр

 

до

 +40 

МВАр

а

 

время

 

срабатывания

 

составляло

 

менее

 5 

мс

С

 

учётом

 

времени

 

обнаружения

 

замы

-

кания

 STATCOM 

может

 

выдавать

 

от

 -200 

МВАр

 

до

 

+200 

МВАр

 

приблизительно

 

за

 15 

мс

;

• 

при

 

низкой

 

частоте

 

широтно

-

импульсной

 

модуляции

 

потери

 STATCOM 

составляют

 1,05% 

в

 

условиях

 

пол

-


Page 5
background image

23

  

Сентябрь

октябрь

 2013

Крупнейший

 

и

 

самый

 

мощный

 

в

 

мире

 STATCOM 

установлен

 

на

 

подстанции

 

Дунгуань

 500 

кВ

.

УПРАВЛЕНИЕ

 Мощностью

ной

 

нагрузки

без

 

соединительного

 

трансформатора

Это

 

значительным

 

образом

 

снижает

 

эксплуатацион

-

ные

 

затраты

поскольку

 

выход

 

является

 

практически

 

нулевым

 

в

 

режиме

 

нормальной

 

эксплуатации

в

 

осо

-

бенности

 

при

 

сравнении

 

со

 

статическим

 

компенса

-

тором

 

реактивной

 

мощности

 (SVC). 

Для

 

компенса

-

тора

 200 

МВАр

 

стоимость

 

потерь

 

при

 

применении

 

STATCOM 

составляет

 

всего

 

одну

 

треть

 

от

 

потерь

 

при

 

применении

 SVC, 

что

 

компенсирует

 

разницу

 

в

 

проектных

 

вложениях

;

• 

гармонические

 

искажения

 

для

 

шины

 35 

кВ

 

состав

-

ляют

 

менее

 2,5%, 

когда

 

один

 

преобразователь

 

на

-

пряжения

 

выдаёт

 50 

МВАр

В

 

ходе

 

пусконаладочных

 

испытаний

 

выход

 STATCOM 

практически

 

не

 

влиял

 

на

 

общие

 

гармонические

 

искажения

 220 

кВ

;

• 

для

 

проверки

 

стратегии

 

резервирования

 

было

 

ими

-

тировано

 

замыкание

 

на

 

силовом

 

модуле

В

 

случае

 

замыкания

 

на

 

модуле

 

производится

 

его

 

обход

пре

-

образователь

 

блокируется

Спустя

 250 

мс

 

проис

-

ходит

 

разблокировка

 

преобразователя

и

 

выдача

 

реактивной

 

мощности

 

восстанавливается

;

• 

управление

 

двумя

 

преобразователями

 

осуществля

-

ется

 

при

 

помощи

 

одного

 

регулятора

и

таким

 

обра

-

зом

выход

 

является

 

синхронным

 

и

 

в

 

установившем

-

ся

и

 

в

 

переходном

 

режимах

.

Один

 

год

 «

особой

» 

эксплуатации

После

 

проведения

 

пусконаладочных

 

испытаний

 

крупнейшего

 

и

 

самого

 

мощного

 

в

 

мире

 STATCOM 

он

 

был

 

введён

 

в

 

эксплуатацию

 19 

августа

 2011 

года

 

на

 

под

-

станции

 

Дунгуань

 500 

кВ

Согласно

 

нормативам

 CSG 

до

 

введения

 

в

 

коммерческую

 

эксплуатацию

 

устройство

 

эксплуатировалось

 

в

 

течение

 

года

.

В

 

течение

 

этого

 

периода

 

были

 

проведены

 

дальней

-

шие

 

испытания

включая

 

испытания

 

на

 

перегрузку

 

и

 

на

 

отказ

 

системы

Эти

 

два

 

испытания

 

отражают

 

динами

-

ческие

 

характеристики

 STATCOM 

и

 

показывают

как

 

эксплуатационные

 

характеристики

 

могут

 

улучшить

 

ста

-

бильность

 

энергосистемы

.

Значительные

 

преимущества

Проект

 

по

 

установке

 

и

 

эксплуата

-

ции

 STATCOM ±200 

МВАр

 

предоста

-

вил

 

значительные

 

разносторонние

 

преимущества

Его

 

успех

 

знаменует

 

важную

 

веху

 

в

 

процессе

 

разработки

 

STATCOM 

и

 

его

 

применения

 

в

 

энер

-

госистеме

 

Китая

 

и

 

даже

 

в

 

глобаль

-

ной

 

электроэнергетике

Этот

 

проект

 

служит

 

надёжной

 

базой

 

для

 

после

-

дующих

 

проектов

 

по

 

исследовани

-

ям

производству

разработке

про

-

ектированию

 

и

 

эксплуатации

 

сотен

 

устройств

 STATCOM 

в

 

Китае

.

STATCOM ±200 

МВАр

 

в

 CSG 

бу

-

дет

 

играть

 

важную

 

роль

 

в

 

случае

 

воз

-

никновения

 

повреждений

 

системы

 

при

 

стабилизации

 

напряжения

пре

-

дотвращая

 

неисправности

 

последо

-

вательной

 

коммутации

 

высоковольт

-

ной

 

линии

 

постоянного

 

тока

Таким

 

образом

, STATCOM 

позволит

 CSG 

повысить

 

пропускную

 

способность

 

высоковольтной

 

системы

 

постоян

-

ного

 

тока

 

с

 

запада

 

на

 

восток

что

 

со

-

кратит

 

необходимость

 

в

 

дальнейших

 

вложениях

 

в

 

развитие

 

электросети

.

Согласно

 

исследованиям

 

энергокомпании

 

в

 

области

 

развития

 

системы

 

к

 2030 

году

 CSG 

будет

 

иметь

 20 

вы

-

соковольтных

 

систем

 

постоянного

 

тока

, 12 

из

 

которых

 

будут

 

расположены

 

в

 

регионе

 

дельты

 

Жемчужной

 

реки

В

 

этом

 

регионе

 

будет

 

построено

 

ещё

 

восемь

 

высоко

-

вольтных

 

линий

 

постоянного

 

тока

 

и

 

будут

 

установлены

 

STATCOM 

общей

 

мощностью

 15000 

МВАр

Если

 

пред

-

положить

что

 

мощность

 STATCOM 

будет

 

увеличена

 

до

 

300 

МВАр

к

 2030 

году

 

в

 

эксплуатации

 CSG 

будет

 

нахо

-

диться

 

ещё

 50 

устройств

 STATCOM.  

Хун

 

Жао

 (

Hong Rao

, raohong@csg.cn) 

окончил

 

Ки

-

тайский

 

научно

-

технический

 

университет

 

Хуажонг

 

в

 

1983 

году

 

со

 

степенью

 

бакалавра

В

 

период

 

с

 1983 

го

-

да

 

по

 2003 

год

 

занимался

 

проектированием

 

энергоси

-

стем

 

и

 

реализацией

 

проектных

 

строительных

 

работ

В

 2003 

году

 

был

 

назначен

 

главным

 

инженером

 

Элек

-

троэнергетического

 

научно

-

исследовательского

 

инсти

-

тута

 China Southern Grid, 

в

 

настоящее

 

время

 

является

 

его

 

вице

-

президентом

.

Шукай

 

Сюй

 (

Shukai Xu

окончил

 

Университет

 

Цин

-

хуа

 

в

 2002 

году

 

со

 

степенью

 

бакалавра

 

и

 

в

 2007 

году

 

с

 

докторской

 

степенью

В

 

настоящее

 

время

 

является

 

старшим

 

инженером

 

и

 

руководителем

 

проектов

 

в

 

обла

-

сти

 

электротехники

 

в

 

Электроэнергетическом

 

научно

-

исследовательском

 

институте

 China Southern Grid. 

Сре

-

ди

 

профессиональных

 

интересов

 

Сюй

 — 

исследования

 

и

 

проектные

 

строительные

 

работы

 

в

 

области

 

силовой

 

электроники

в

 

особенности

 

гибких

 

систем

 

передачи

 

переменного

 

тока

преобразователей

 

напряжения

 

и

 

вы

-

соковольтных

 

систем

 

постоянного

 

тока

.

Компании

 

и

 

учреждения

упомянутые

 

в

 

статье

:

China Southern Power Grid | http://eng.csg.cn

Rongxin Power Electronic Co. | http://en.rxpe.com

RTDS Technologies | www.rtds.com

Tsinghua University | www.tsinghua.edu.cn


Читать онлайн

Энергокомпания Southern Power Grid в Китае повышает управляемость системы электропередачи и качество электроэнергии.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»