Кроме этого, перед электроэнергетикой разных стран мира, в том числе и Украины, появился к ряд новых проблем. Наиболее важными из них являются:
1 Рост стоимости сооружения новых линий электропередачи из-за ужесточения экологических требований при их сооружении, необходимости вести строительство в уже освоенных и заселенных регионах со сложившейся инфраструктурой и коммуникациями;
2 Трудности с отводом земли под трассы линий электропередачи из-за уменьшения земледельческих угодий и опасения вредных экологических последствий;
3 Необходимость в увеличении пропускной способности системообразующих связей, ограничиваемой по условиям устойчивости (технико-экономические сравнения, проведенные в разных с гранах за рубежом, показывают, что в ряде случаев выгоднее повысить пропускную способность существующих линий, чем строить новые);
4 Рост потерь в системах и снижение эффективности использования мощных линий электропередачи, связанные с тем, что в процессе формирования замкнутой электрической сети с параллельной работой линий разного номинального напряжения часто оказывается, что линии более низкого напряжения перегружаются, а более высокого - недогружаются, так как распределение потоков происходит естественным образом обратно пропорционально полному сопротивлению линий.

Наиболее эффективным способом решения указанных проблем является применение гибких электропередач (ГЭП), создаваемых на базе преобразовательной техники нового поколения, а также новейших технологий в области высокотемпературной сверхпроводимости и микропроцессорных систем автоматического управления и регулирования,

В настоящее время известна группа устройств на базе мощной преобразовательной техники, которые применяются для создания ГЭП. Прежде всего это:

1 Преобразователи для электропередач и вставок постоянного тока (ППТ и ВПТ). Линии постоянного тока позволяют передавать большие объемы энергии на дальние расстояния в тех случаях, когда это экономически невыгодно выполнять на переменном токе, а также осуществить передачу энергии по протяженным подводным кабелям. Вставки постоянного тока используют как средство объединения крупных ЭЭС, а также дли развязки систем по частоте и качеству электроэнергии. Передачи и вставки постоянного тока используются и как регулирующие элементы ЭЭС, позволяющие регулировать передаваемую по линии постоянного тока или через вставку активную мощность, поддерживать напряжение на шинах приемной системы, модулировать поток мощности по линии постоянного тока для демпфирования низкочастотных колебаний, возникающих в параллельной линии переменного тока.

2 Статический тиристорный компенсатор (СТК). Это устройство, состоящее из встречно-параллельно соединенных тиристоров, реакторов или конденсаторов и включаемое параллельно на шины ЭЭС, обеспечивает плавкое или ступенчатое изменение реактивной мощности. Существуют следующие основные схемы СТК:
а) СТК косвенной компенсации, обеспечивающий плавное регулирование тока через реактор (тиристорно-регулируемый реактор).
б) СТК прямой компенсации, обеспечивающий ступенчатое переключение конденсаторов (тиристорно-переключаемый конденсатор).
в) комбинированный СТК, где осуществляются оба принципа.

3 Устройства на базе схемы инвертора напряжения, работающего в режиме источника реактивной мощности, и полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах (СТАТ-КОН или СТАТКОМ). На основе СТАТКОН в мире разрабатываются следующие устройства реагирования потоков активной и реактивной мощностей в линиях - электропередачи:
а) параллельный регулятор мощности - СТАТКОН, подключаемый к шинам линии параллельно;
б) последовательный регулятор мощности (ПРМ), первичная обмотка трансформатора которого включена к линию последовательно ;
в) объединенный (двойной) регулятор потока мощности (ОРПМ) - два устройства СТАТКОН, один из которых включен на шины линии параллельно, а другой последовательно, как и ПРМ, при общем для обоих инверторов конденсаторе на стороне постоянного тока ;
г) регулятор угла сдвига (РУС) - устройство, состоящее из отдельного выпрямителя, включенного на шины линии параллельно, и инвертора (СТАТКОН), включенного в линию последовательно, при общем для обоих преобразователей конденсаторе на стороне постоянного тока. Все устройства на базе схемы инвертора напряжения (СТАКОН, ПРМ, ОРПМ, РУС и др.) основаны на использовании мощных преобразовательных блоков на полностью управляемых полупроводниковых приборах. Это наиболее многофункциональные устройства, которые могут обеспечивать как поддержание напряжения в точке установки, так и компенсацию продольных и поперечных параметров примыкающей линии электропередачи, а кроме того, и фазовращение вектора напряжения. Это позволяет осуществлять гибкое регулирование потоков мощности по линии при сохранении допустимых уровней напряжения и оптимизировать потоки мощности в ЭЭС.

4 Тиристорное устройство продольной компенсации (ТУПК), позволяющее регулировать продольное реактивное сопротивление электропередачи. Различают четыре схемы ТУПК:
а) переключаемый тиристорами продольный конденсатор;
6) регулируемый тиристорами продольный конденсатор;
в) переключаемый тиристорами продольный реактор;
г) регулируемый тиристорами продольный реактор.

5 Накопители электрической энергии (НЭЭ) - устройства, предназначенные для частичного или полного разделения во времени процессов выработки и потребления электроэнергии. В НЭЭ осуществляется аккумулирование энергии, получаемой из ЭЭС, ее хранение и выдача при необходимости обратно в систему. Поддержание динамической устойчивости ЭЭС при различных авариях осуществляются в основном системной автоматикой. При этом отключаются не только аварийные объекты, но и часть потребителей. Применение НЭЭ является одним из перспективных и очень эффективных способов решения указанных проблем. Накопители позволяют частично или полностью решить следующие задачи:
а) выравнивание графиков нагрузки ЭЭС;
б) повышение пропускной способности межсистемных связей;
г) стабилизация частоты и напряжения, повышение качества электроэнергии;
д) принудительное распределение мощности по сети;
е) улучшение статической и динамической устойчивости ЭЭС;
ж) повышение надежности работы ЭЭС.

Основные типы НЭЭ: гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС); сверхпроводящие индуктивные накопители энергии (СПИНЭ), электрохимические (аккумуляторные батареи); емкостные накопители (конденсаторные батареи). В последние годы благодаря уникальным свойствам и успехам в области сверхпроводимости наибольшее внимание уделяется СПИНЭ, являющимся достаточно перспективным типом НЭЭ, пригодным для комплексного использования в ЭЭС.

Накопители электроэнергии соединяются с энергосистемой посредством управляемого вентильного преобразователя (ВП), который необходим не только для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока и обратно с возможно большим КПД, но и для управления процессами заряда и разряда НЭЭ, который не имеет средств управления. Входящие в состав ВП трансформаторы обеспечивают согласование накопителя с сетью переменного тока по току и напряжению. По отношению к энергосистеме НЭЭ вместе с ВП должны рассматриваться как единый объект, характеристики которого определяются параметрами как собственно накопителя, так и преобразователя.

В настоящее время мощные силовые диоды и тиристоры, к которым относится тиристоры, управляемые электрическими импульсами, и тиристоры, управляемые световыми импульсами или фототиристоры, имеют наибольшие значения коммутируемых напряжений (до 8 кВ) и тока (до 4 кА). Эти приборы имеют низкое падение напряжения (0,2 - 1,5 В), высокую стойкость к перегрузкам по току, высокую надежность и низкую стоимость схем управления. Единственный недостаток этих приборов - невозможность выключения по управляющему электроду.

Выбор того или иного силового полупроводникового прибора (СПП) целесообразно оценивать не только с технической, но и с экономической точки зрения. В таблице приведено сравнение наиболее мощных СПП по удельной стоимости преобразуемой мощности понимая под ней условную величину, равную произведению максимально допустимого напряжения U на максимальный запираемый ток I. Из таблицы видно, что удельная стоимость преобразования мощности с помощью IGCT существенно ниже, чем с помощью IGBT.

Прогресс в области преобразовательной техники позволил существенно увеличить надежность работы преобразовательного оборудования, применяемого в электроэнергетике (ППТ, ВПТ, СТК и т.д.), и расширить перспективы использования нового оборудования на базе мощной силовой электроники. В настоящее время в разных странах мира в эксплуатации находите более 50 ППТ и ВПТ. В ближайшие 10 лет планируется построить и ввести в эксплуатацию около 20 новых ППТ и ВПТ, которые уже не рассматриваются как альтернатива передачам переменного тока, а вместе с устройствами на основе мощной преобразовательной техники рассматриваются как элементы, обеспечивающие оптимальное решение проблем развивающейся электроэнергетической системы.

В мировой практике ППТ и ВПТ используются для: создания протяженных ЛЗП. межсистемных и межгосударственных электрических связей, в том числе и малой пропускной способности, включая и случаи необходимости минимального отчуждения земли, а также в сложных природных условиях при различных экологических ограничениях; объединения энергосистем с различными частотами (например 50 и 60 Гц), различными условиями регулирования и управления или при различных требованиях к качеству электроэнергии; объединения энергосистем, разделенных водными преградами.

Преобразователи на базе блоков с использованием полностью управляемых полупроводниковых приборов могут найти широкое применение в системах электроснабжения крупных промышленных предприятий для обеспечения возрастающих требований к качеству электроэнергии при установке специального технологическою оборудования. В энергетике такие преобразователи могут обеспечивать максимальную выдачу мощности в систему от нетрадиционных источников, характеризующихся высокой зависимостью энергетических характеристик от условий окружающей среды при высоком качестве электроэнергии. В настоящее время мощность таких преобразователей не превышает 200 МВт, но по мере снижения их стоимости мощность таких преобразователей в электроэнергетике будут, несомненно, увеличиваться

Кроме этого, преобразователи на полностью управляемых полупроводниковых приборах являются наиболее целесообразными типами преобразователей в НЭЭ, применение которых в энергетике является очень перспективным, так как устроена на базе накопителей электрической энергии, особенно с использованием технологий высокотемпературной сверхпроводимости для создания сверхпроводящих индуктивных катушек, являются а настоящее время наиболее многофункциональными.

Следует отметить постоянный рост производства устройств с преобразователями на полностью управляемых полупроводниковых приборах, предназначенных для повышения качества электроэнергии в системах электроснабжения крупных промышленных предприятий, обеспечения электроснабжения ответственных потребителей и отдельных мощных нагрузок. Кроме СТК и СТАТКОН, уже нашедших широкое применение в сетях промышленных предприятий, все большее применение находят новые многофункциональные устройства, получившие название DVR. Устройство DVR аналогично ПРМ, первичная обмотка трансформатора которого в включена последовательно в линию, но включает дополнительно накопитель электроэнергии (емкостный или индуктивный) на стороне постоянного тока. Устройства для повышений качества электроэнергии позволяют не только компенсировать фликкер, обеспечивать компенсацию реактивной мощности нагрузки и требуемый коэффициент несинусоидальности напряжения, но и компенсировать кратковременные провалы напряжения, возникшие в системе электоснабжения из-за коротких замыканий в питающей энергосистеме и вызывающие большой экономический ущерб у потребителей. Структурная схема Power Conditioner может включать накопитель электроэнергии на стороне постоянною тока и в этом случае аналогична DVR , либо накопитель в схеме может отсутствовать и в этом случае она аналогична структурной схеме СТАТ-КОН.

Несмотря на кажущееся разнообразие схем устройств, практически все они имеют много общего при описании режима их работы, что вполне естественно, так как в основе имеют принципиально один тип преобразователя - инвертор напряжения, работающий на ЭДС примыкающей энергосистемы.

В мире уже реализованы проекты практически всех упомянутых выше устройств. Например, разработаны и реализованы проекты: фирмы АВВ - ППТ на острове Готланд длиной 70 км с преобразователями на полностью управляемых приборах мощностью 50 МВт и напряжением 80 кВ: ВПТ мощностью 36 МВт для связи энергосистем США и Мексики, а также фирм Westing-house (США) и EPRI - СТАТКОН мощностью 100 Мвар, установленного на подстанции Салливан в энергосистеме ТVА (США) и ОРПМ иощностыо 320 МВ-А (2x160), установленного на подстанции Инез в штате Кентукки, в энергосистеме АЕР (США). Большие успехи и области разработки и практической реализации проектов устройств на полностью управляемых приборах для применения в электроэнергетических системах имеют и японские фирмы, в частности Mitsubishi, Toshiba, Hitachi, разработавшие преобразовательное оборудование для трехподстанционной ВПТ Шин-Шинано.

В мире наблюдается постоянный рост количества и мощности преобразовательных устройств для ГЭП. Так, если в период 1992-2000 гг. во всем мире введено в эксплуатацию мощное преобразовательное оборудование общей мощностью около 6500 МВт, то по предварительным оценкам к 2005 г. будет введено от 8000 до 10000) МВт. Таким образом, в настоящее время уже не вызывают сомнений и становятся очевидными перспективность и высокая эффективность применения преобразовательной техники на основе силовой электроники и микропроцессорных систем управления в электроэнергетических системах.