Разработка и изготовление опытно-промышленного образца фазоповоротного устройства для выбранного объекта ЕНЭС

Page 1
background image

Page 2
background image

60

Ïðîåêòû  ïîäñòàíöèé

ÏÐÎÁËÅÌÀÒÈÊÀ È ÀÊÒÓÀËÜÍÎÑÒÜ 

ÂÎÏÐÎÑÀ

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

Концепция

 

интеллектуальной

 

электроэнергети

-

ческой

 

системы

 

России

 

с

 

активно

-

адаптивной

 

сетью

 

(

ИЭС

 

ААС

предполагает

 

внедрение

 

в

 

ЕНЭС

 

различ

-

ных

 

устройств

 

преобразовательной

 

техники

 

и

 

силовой

 

электроники

являющихся

 

элементами

 

гибких

 

линий

 

электропередачи

 

переменного

 

тока

.

В

 

мировой

 

практике

 

значительное

 

распространение

 

получили

 

такие

 

устройства

 

гибких

 

линий

как

 

фазопо

-

воротные

 

трансформаторы

 (

ФПТ

). 

Данные

 

устройства

 

отлично

 

зарекомендовали

 

себя

 

как

 

средства

 

увеличе

-

ния

 

надёжности

 

поставки

 

электроэнергии

 

потребите

-

лям

.

Принцип

 

действия

 

эксплуатируемых

 

в

 

настоящее

 

время

 

ФПТ

 

основывается

 

на

 

введении

 

фазового

 

сдвига

 

выходного

 

напряжения

 

устройства

 

за

 

счёт

 

переключе

-

ния

 

электромеханических

 

регуляторов

 

под

 

нагрузкой

 

ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ È ÈÇÃÎÒÎÂËÅÍÈÅ 

ÎÏÛÒÍÎ-ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÎÃÎ ÎÁÐÀÇÖÀ 

ÔÀÇÎÏÎÂÎÐÎÒÍÎÃÎ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ ÄËß 

ÂÛÁÐÀÍÍÎÃÎ ÎÁÚÅÊÒÀ ÅÍÝÑ

Ïåðèîä ðåàëèçàöèè: 2011—2014 

ãã

.

(

РПН

), 

обладающих

 

довольно

 

низким

 

быстродействи

-

ем

  (

измеряемым

 

секундами

и

 

относительно

 

невысо

-

кой

 

надёжностью

.

Повысить

 

быстродействие

 

и

 

надёжность

 

фазопово

-

ротных

 

устройств

  (

ФПУ

можно

 

за

 

счёт

 

применения

 

коммутаторов

построенных

 

на

 

основе

 

силовых

 

полу

-

проводниковых

 

приборов

Более

 

того

помимо

 

увеличения

 

надёжности

 

постав

-

ки

 

электроэнергии

 

потребителям

применение

 

ФПУ

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

  (

ТК

позволит

 

сократить

 

потери

 

активной

 

мощности

 

в

 

ЛЭП

 

в

 

районе

 

установки

 

устройства

оперативно

 

устранить

 

перегрузки

 

сетевого

 

оборудования

а

 

также

 

повысить

 

стабильность

 

энерго

-

системы

 

в

 

переходных

 

процессах

.

ÖÅËÈ È ÇÀÄÀ×È

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

Целью

 

работы

 

являются

 

разработка

 

и

 

изготовле

-

ние

 

опытно

-

промышленного

 

образца

 

фазоповоротного

 

устройства

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

 

для

 

установ

-

ки

 

на

 

выбранном

 

объекте

 

ЕНЭС

Для

 

достижения

 

по

-

ставленной

 

цели

 

решено

 

множество

 

научно

-

приклад

-

ных

 

задач

в

 

том

 

числе

:

• 

созданы

 

математические

 

и

 

имитационные

 

модели

 

ФПУ

;

• 

проведены

 

компьютерные

 

исследования

 

режимов

 

работы

 

энергосистемы

 

с

 

установленным

 

в

 

ней

 

ФПУ

;

• 

разработан

 

физический

 

макет

 

ФПУ

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

 

малой

 

мощности

 

для

 

исследований

 

внутренних

 

электромагнитных

 

процессов

 

в

 

полу

-

проводниковом

 

преобразователе

 

ФПУ

;

• 

разработаны

 

алгоритмы

 

и

 

программно

-

аппаратное

 

обеспечение

 

микропроцессорной

 

системы

 

управ

-

лен

 

ФПУ

;

• 

отработаны

 

алгоритмы

 

функционирования

 

системы

 

управления

 

на

 

имитационной

 

и

 

физической

 

моде

-

лях

 

ФПУ

;


Page 3
background image

СПЕЦВЫПУСК

декабрь

, 2014, www.EEPiR.ru

61

• 

изготовлен

 

полный

 

комплект

 

документации

 

на

 

обо

-

рудование

 

для

 

опытно

-

промышленного

 

образца

 

ФПУ

;

• 

изготовлено

 

оборудование

 

для

 

опытно

-

промышлен

-

ного

 

образца

 

ФПУ

 

мощностью

 104 

МВА

 

для

 

уста

-

новки

 

в

 

ЕНЭС

 

России

.

ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÏÐÎÅÊÒÀ

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

ФПУ

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

 

состоит

 

из

 

че

-

тырёх

 

основных

 

частей

  (

рис

.): 

шунтовой

  (

параллель

-

ный

трансформатор

 (

Т

1), 

сериесный

 (

последователь

-

ный

трансформатор

  (

Т

2), 

тиристорный

 

коммутатор

 

(

ТК

), 

система

 

управления

регулирования

защиты

 

и

 

автоматики

 (

СУРЗА

). 

Фазовый

 

сдвиг

 

на

 

выходе

 

устройства

 

формируется

 

за

 

счёт

 

подключения

 (

комбинации

различного

 

количе

-

ства

 

секций

 

вторичных

 

обмоток

 

шунтового

 

трансфор

-

матора

 (aN-xN, cN-zN), 

имеющих

 

различные

 

выход

-

ные

 

напряжения

к

 

первичным

 

обмоткам

 

сериесного

 

трансформатора

 (B1-Y1, C1-Z1, A1-X1) 

посредством

 

тиристорных

 

мостов

 

коммутатора

 (

МТК

). 

Полное

 

изменение

 

угла

 

фазового

 

сдвига

 

на

 

выходе

 

ФПУ

 

по

 

каждой

 

фазе

достигаемое

 

за

 

счёт

 

изменения

 

состояний

 

тиристорных

 

мостов

в

 

предельном

 

случае

 

может

 

быть

 

реализовано

 

на

 

одном

 

периоде

 

сетевого

 

напряжения

который

 

составляет

 20 

мс

При

 

этом

 

мак

-

симальное

 

число

 

коммутаций

 

тиристорных

 

ключей

 

не

 

лимитируется

что

 

существенно

 

улучшает

 

показатели

 

надёжности

 

устройства

 

в

 

целом

.

Совокупность

 

рассмотренных

 

особенностей

 

ФПУ

 

с

 

тиристорными

 

коммутаторами

 (

высокие

 

быстродей

-

ствие

 

и

 

дискретность

 

угла

 

фазового

 

сдвига

повышен

-

ная

 

надёжность

делает

 

возможным

 

формирование

 

практически

 

любого

 

закона

 

изменения

 

фазового

 

сдвига

 

напряжения

 

на

 

выходе

 

ФПУ

Это

 

позволяет

 

получить

 

качественно

 

новые

 

характеристики

 

ФПУ

 

и

 

значитель

-

но

 

расширить

 

спектр

 

решаемых

 

устройством

 

задач

сделав

 

возможным

 

реализацию

 

таких

 

функций

как

:

•  

повышение

 

стабильности

 

энергосистем

 

в

 

переход

-

ных

 

процессах

;

•  

повышение

 

динамической

 

устойчивости

 

энерго

-

систем

 

за

 

счёт

 

демпфирования

 

колебаний

 

потоков

 

мощности

;

•  

оперативное

 

устранение

 

перегрузок

 

сетевого

 

обо

-

рудования

 

в

 

послеаварийных

 

режимах

 

работы

предупреждающее

 

срабатывание

 

систем

 

противо

-

аварийной

 

автоматики

Практическая

 

реализация

 

описываемых

 

возможно

-

стей

 

ФПУ

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

 

требует

 

совре

-

менных

 

подходов

 

к

 

проектированию

 

как

 

силовой

 

схемы

 

устройства

так

 

и

 

его

 

системы

 

управления

При

 

этом

 

грамотные

 

конструктивные

 

решения

 

могут

 

быть

 

выра

-

ботаны

 

только

 

с

 

учётом

 

особенностей

 

функционирова

-

ния

 

конкретных

 

ФПУ

 

на

 

реальном

 

объекте

 

установки

Эти

 

решения

 

должны

 

учитывать

 

особенности

 

режимов

 

работы

 

энергосистемы

 

в

 

районе

 

данного

 

объекта

.

В

 

ходе

 

исследований

 

режимов

 

работы

 

энергосисте

-

мы

 

в

 

планируемом

 

месте

 

установки

 

устройства

 

были

 

определены

 

основные

 

параметры

 

силового

 

оборудова

-

Рис

Схема

 

ФПУ

 

с

 

фотографиями

 

изделий

////////////////////////////////////////


Page 4
background image

62

Ïðîåêòû  ïîäñòàíöèé

ния

 

ФПУ

необходимые

 

для

 

решения

 

проблем

 

в

 

иссле

-

дуемом

 

районе

:

• 

номинальная

 

мощность

МВА

 104;

• 

проходная

 

мощность

МВА

 300; 

• 

номинальное

 

напряжение

 

линии

кВ

 220; 

• 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

линии

А

 787;

• 

номинальная

 

частота

 

сети

Гц

  

50;

• 

диапазон

 

регулирования

 

 

фазового

 

сдвига

град

эл

. ±20; 

• 

дискретность

 

регулирования

 

фазового

 

сдвига

град

. 1,33; 

• 

время

 

регулирования

с

 0,02.

ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

Технологии

 

проектирования

 

ФПУ

 

с

 

тиристорными

 

коммутаторами

 

существенно

 

усложняются

 

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

технологиями

 

проектирования

 

ФПТ

 

с

 

РПН

сме

-

щаясь

 

в

 

область

 

силовой

 

полупроводниковой

 

электро

-

ники

 

и

 

цифровых

 

систем

 

управления

Процесс

 

разработки

 

новых

высокотехнологичных

 

силовых

 

полупроводниковых

 

устройств

 

характеризу

-

ется

 

необходимостью

 

тщательного

 

контроля

 

резуль

-

татов

 

исследований

 

на

 

каждом

 

этапе

 

их

 

проведения

Именно

 

поэтому

 

имитационное

 

моделирование

 

пове

-

дения

 

ФПУ

 

с

 

ТК

 

в

 

энергосистеме

 

неоднократно

 

про

-

верялось

 

в

 

различных

 

программных

 

комплексах

Для

 

исследования

 

и

 

отработки

 

алгоритмов

 

управления

 

по

-

лупроводниковыми

 

приборами

 

ФПУ

 

был

 

спроектиро

-

ван

 

и

 

разработан

 

физический

 

макет

 

ФПУ

 

для

 

сети

 0,4 

кВ

 

номинальной

 

мощностью

 30 

кВА

Стоит

 

отдельно

 

отметить

 

достаточно

 

хорошую

 

схо

-

димость

 

результатов

 

имитационного

 

и

 

физического

 

моделирования

 

процессов

Это

 

также

 

подтверждается

 

тем

что

 

за

 

время

 

реализации

 

проекта

 

опубликовано

 

множество

 

научных

 

статей

 

в

 

ведущих

 

рецензируемых

 

научно

-

технических

 

изданиях

 

РФ

 

и

 

получено

 

множе

-

ство

 

патентов

 

на

 

изобретение

полезную

 

модель

 

и

 

про

-

граммное

 

обеспечение

.

По

 

результатам

 

множества

 

экспериментов

 

были

 

сформированы

 

технические

 

требования

 

для

 

оборудо

-

вания

входящего

 

в

 

состав

 

опытно

-

промышленного

 

образца

 

ФПУ

Элементы

 

силовой

 

схемы

 

фазоповорот

-

ного

 

устройства

 

мощностью

 104 

МВА

 

реализованы

 

на

 

высокотехнологичном

 

отечественном

 

оборудовании

 

и

 

российской

 

элементной

 

базе

В

 

результате

 

проведения

 

объёмной

 

научно

-

техниче

-

ской

 

работы

 

в

 

настоящий

 

момент

 

создано

 

и

 

испытано

 

оборудование

 

для

 

первого

 

опытно

-

промышленного

 

об

-

разца

 

ФПУ

 

с

 

тиристорным

 

коммутатором

ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈß

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

На

 

сегодня

 

в

 

ЕНЭС

 

выявлено

 

более

 

десяти

 

объек

-

тов

специфика

 

режимов

 

работы

 

которых

 

требует

 

при

-

нятия

 

дополнительных

 

мер

 

для

 

обеспечения

 

надёжно

-

сти

 

энергоснабжения

 

потребителей

 

путём

 

управления

 

токовой

 

загрузкой

 

сетевого

 

оборудования

Кроме

 

того

реализация

 

концепции

 

активно

-

адаптивной

 

электри

-

ческой

 

сети

 

потребует

 

широкомасштабного

 

примене

-

ния

 

в

 

структуре

 

магистральных

 

и

 

распределительных

 

электрических

 

сетей

 

быстродействующих

 

устройств

 

управления

 

потоками

 

мощности

среди

 

которых

 

наиболее

 

технически

 

и

 

экономически

 

эффективными

 

являются

 

фазоповоротные

 

устройства

ФПУ

 

с

 

ТК

 

обладают

 

широким

 

спектром

 

функцио

-

нальных

 

возможностей

позволяющих

 

использовать

 

их

 

как

 

для

 

управления

 

потоками

 

мощности

 

в

 

нормальных

 

и

 

ремонтных

 

режимах

 

работы

 

энергосистемы

так

 

и

 

для

 

оперативного

 

устранения

 

перегрузок

 

электросетевого

 

оборудования

 

в

 

аварийных

 

ситуациях

Кроме

 

того

воз

-

можно

 

применение

 

данных

 

устройств

 

для

 

повышения

 

стабильности

 

энергосистем

 

в

 

переходных

 

процессах

Таким

 

образом

практическая

 

ценность

 

применения

 

быстродействующих

 

ФПУ

 

для

 

повышения

 

стабильно

-

сти

надёжности

 

и

 

устойчивости

 

работы

 

энергосистем

 

является

 

очевидной

.

Ó×ÀÑÒÍÈÊÈ ÏÐÎÅÊÒÀ

●▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬●

ОАО

 «

ЭНИН

 

им

Г

.

М

Кржижановского

», 

ОАО

 «

Ин

-

ститут

 «

ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ

», 

ФГБОУ

 

ВПО

 «

НИУ

 

«

МЭИ

», 

ООО

 «

Тольяттинский

 

Трансформатор

», 

ОАО

 

«

Электровыпрямитель

». 


Читать онлайн

Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) предполагает внедрение в ЕНЭС различных устройств преобразовательной техники и силовой электроники, являющихся элементами гибких линий электропередачи переменного тока.

В мировой практике значительное распространение получили такие устройства гибких линий, как фазоповоротные трансформаторы (ФПТ). Данные устройства отлично зарекомендовали себя как средства увеличения надежности поставки электроэнергии потребителям.

Принцип действия эксплуатируемых в настоящее время ФПТ основывается на введении фазового сдвига выходного напряжения устройства за счёт переключения электромеханических регуляторов под нагрузкой (РПН), обладающих довольно низким быстродействием (измеряемым секундами) и относительно невысокой надежностью.

Повысить быстродействие и надёжность фазоповоротных устройств (ФПУ) можно за счет применения коммутаторов, построенных на основе силовых полупроводниковых приборов.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»