Аннотация:В статье рассматриваются устройства для оптимизации потоков реактивной мощности. Показана целесообразность их применения в электроэнергетической системе Дальнего Востока.
Ключевые слова:управляемый шунтирующий реактор, СТАТКОМ, фазоповоротное устройство, реактивная мощность, напряжение.
Регулирование потоков реактивной мощности и, как следствие, уровней напряжения в магистральных и распределительных сетях, представляет собой одну из основных задач современности, так как эти параметры режима позволяют экономить электроэнергию и энергоресурсы. Поддержание оптимальных уровней напряжения позволит повысить энергоэффективность электроэнергетической системы по средствам снижения потерь активной мощности в электрических сетях. Анализируя данную проблему, в настоящее время можно сделать вывод, что режим работы электроэнергетической системы не оптимален. В 2–2,5 раза уровень потерь в электроэнергетической системе по стране в целом, превышает величину потерь в развитых странах [1].
Широкое применение получили традиционные источники реактивной мощности, за счет которых осуществляется компенсация избытков реактивной мощности в районах с высокими уровнями напряжения или, наоборот, генерация дополнительной реактивной мощности в районах с низкими уровнями напряжения. К таким устройствам можно отнести синхронные компенсаторы, шунтирующие реакторы и статические компенсирующие устройства. Также для перераспределения потоков реактивной мощности используются устройства РПН и ПБВ трансформаторов и автотрансформаторов.
В настоящее время все чаще можно встретить использование современного оборудование в виде FACTS технологий для решения данной проблемы. При применении данных устройств можно гибко менять характеристики передачи или преобразования электроэнергии для оптимизации режимов сети в части: пропускной способности, уровня потерь, устойчивость, перераспределение потоков мощности и качество электроэнергии [2].
Проанализировав область влияния компенсирующих устройств на параметры режима и на характеристики электроэнергетической системы, можно выделить те устройства, от которых мы получим больший эффект, и соответственно их целесообразно применять в первую очередь для оптимизации потоков реактивной мощности и уровней напряжения при транспорте электроэнергии. К таким устройствам можно отнести инновационное оборудование FACTS: УШР, СТАТКОМ и фазоповоротные устройства. Они относятся к устройствам, позволяющим комплексно решать несколько задач при функционировании ЭЭС.
Области применения УШР и СТАТКОМ схожи, применив их мы добьёмся регулирование уровней напряжения, причем использовав СТАТКОМ, мы сможем не только потреблять избытки реактивную мощность, но еще генерировать ее при необходимости. Установив их, мы повлияем на статическую и динамическую устойчивость, сможем повысить качество электрической энергии, а также снизить потери активной мощности. Большим плюсом применения данных устройств является возможность автоматического регулирования потребляемой ими мощности. Фазоповоротные устройства немного отличаются принципу действия и области применения от УШР и СТАТКОМ, данное устройство не влияет на качество электрической энергии. ФПУ изменяет сдвиг фазового угла в линии электропередачи и, в общем случае, состоит из двух отдельных трансформаторов: параллельного и последовательного. ФПУ применятся для улучшения управляемости и повышения надёжности работы электроэнергетических систем. С помощью него можно заметно снизить потери активной мощности и оптимизировать работу электрической сети. Путём плавного изменения угла сдвига фаз напряжения в начале и в конце линии, можно обеспечить оптимальный переток активной мощности по ЛЭП.
Сравнительный анализ по областям влияния компенсирующих устройств позволяет определить их области применения, а именно, какой вид компенсирующих устройств, в каких электрических сетях, наиболее выгодно применять. Было выявлено, что УШР целесообразно использовать в длинных линиях с нормальным качеством электрической энергии. Применение установки СТАТКОМ не зависит от длины линий. СТАТКОМ рекомендуется устанавливать в сетях с низким качеством электроэнергии. Целесообразно применять установки ФПУ в системообразующих сетях и контролируемых сечениях ЭЭС.
Чтобы получит наибольший эффект от применения конкретного компенсирующего устройства в конкретной ЭЭС, необходимо провести ее анализ.
Рассмотрим на примере электроэнергетической системы Амурской области. В состав ЭЭС Амурской области входят пять электростанции: Бурейская ГЭС, Зейская ГЭС, Нижне–Бурейская ГЭС, Благовещенская ТЭЦ, Райчихинская ГРЭС. В состав ЭС Амурской области входят сети напряжением 500 – 220 кВ находящиеся в собственности управлении ПАО ФСК
, 110 – 35 кВ принадлежащие ОАО ДРСК
и 18-ти других сетевых организаций. Суммарная длина линий 500 кВ составляет 1645 км, максимальная по длине линия порядка 400 км. Линии 220 кВ обладают суммарной длиной 7450 км, а большая из них длиной 229 км. Суммарная длина линии 110 кВ – 2881 км, максимальная длина линии 117 км.
Из выше рассмотренного следует, что к особенностям электроэнергетической системы Амурской области можно отнести большую протяженность линий 500–220 кВ, что приводит к большим перетокам реактивной мощности, и как следствие, к высоким уровням напряжения на шинах подстанций за счет зарядных мощностей. Из приведенных выше характеристик современных компенсирующих устройств, для решения рассматриваемой проблемы могут подойти СТАТКОМ и УШР. Помимо этого, к особенностям нужно отнести, что одним из крупнейших потребителей электрической энергии в ЭЭС Амурской области является тяговая нагрузка. Из–за этого в сетях 220 кВ происходит снижение качества электрической энергии в части несинусоидальности, несимметрии и колебания напряжения. Из этого следует, что применение просто УШР не достаточно, совместно с УШР необходимо использовать устройства, улучшающие качество электроэнергии, поскольку УШР не решает проблему качества электроэнергии. В энергосистеме присутствуют линий 220 кВ загруженных практически на 100%, а в некоторых ремонтных и послеаварийных режимах даже перегруженных. Для разгрузки этих линий в ряде случаев вместо строительства новых ВЛ или перевода линий на более высокий класс номинального напряжения, можно использовать ФПУ. Особенно актуально это на контролируемых сечений. На линиях 110 кВ наблюдается обратная ситуация, они имеют малую протяженность, реактивную мощность индуктивного характера, высокий коэффициент реактивной мощности, что приводят к снижению напряжения на шинах подстанций. Для решения данной проблемы целесообразно применять регулируемые БСК. При наличии искажения качества электроэнергии – СТАТКОМ.
На основании проведенного анализа можно составить рекомендации по выбору компенсирующих устройств для управления потоками реактивной мощности и регулирования уровней напряжения в электроэнергетической системе Амурской области.
УШР рекомендуется применять на напряжение 110 кВ – 500 кВ на подстанциях от которых отходят линии от 60 км и с нормальным качеством электрической энергии.
СТАТКОМ рекомендуется применять на напряжение 35 кВ – 500 кВ на подстанциях от которых отходят линии от 20 км. Его можно применять в сетях с плохим качеством электрической энергии за счет того, что в его конструкции присутствуют фильтра компенсирующие устройства.
ФПУ рекомендуется применять на напряжение 220 кВ – 500 кВ.
При рассмотрении современных устройств, применяемых для оптимизации потоков реактивной мощности сделан вывод, что наиболее эффективными из них являются управляемые шунтирующие реакторы, СТАТКОМ, ФПУ. Также рассмотрен ожидаемый эффект на основе анализа их технических характеристик от применения в сетях разных номинальных напряжений и протяженностей. Используя данные устройства, можно оптимизировать поток реактивной мощности и напряжение в узлах, тем самым повысить надежность работы электроэнергетической системы, минимизировать потери активной мощности в электрических сетях и тем самым повысить эффективность функционирования ЭЭС.