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
;
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
////////////////////////////////////////
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
».
Оригинал статьи: Разработка и изготовление опытно-промышленного образца фазоповоротного устройства для выбранного объекта ЕНЭС
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.
