Тема 9.3. Режимные характеристики линии с векторным регулированием

Для того чтобы продемонстрировать возможности векторного регулирования линий переменного тока, рассмотрим режимные характеристики линии 500 кВ длиной 500 км с проводами АС-400/51.

Под режимными характеристиками здесь понимаются зависимости активных и реактивных мощностей начала и конца линии, напряжения в начале линии, а также регулирующих воздействий (активной и реактивной мощностей преобразователя ПН₂) от угла поворота  вектора .

На рис. 9. 18 для  и  приведены зависимости активной мощности Р₁, реактивной мощности , напряжения , в начале линии в функции угла  (под Р_нач понимается мощность линии в нерегулируемом режиме при отключенном ОРПМ). Здесь же приведены зависимости мощностей  и  преобразователя ПН₂ от угла . Все эти зависимости даны в относительных единицах, где за базисные величины приняты натуральная мощность линии и ее номинальное напряжение.

Рис. 9. 18. Режимные характеристики линии с ОРПМ в зависимости от угла :

Как можно видеть, эти зависимости имеют синусоидальный характер с некоторым максимумом и минимумом. Разница между максимальным и минимальным значениями активной мощности Р₁ определяет диапазон регулирования. Амплитуды кривых  и  представляют собой максимальные мощности, которые должен выдать преобразователь ПН₂ при работе в данном режиме. Отметим, что положительные значения мощности  соответствуют генерации активной мощности в линию (режиму инвертора), отрицательные — отбору мощности (режиму выпрямителя). Положительные значения мощности ‚ означают генерацию реактивной мощности в линию, отрицательные — ее отбор.

Максимальные значения  и  позволяют определить мощность преобразователя ПН2 и мощность последовательного трансформатора. Мощность преобразователя ПН₁ будет определяться как значением , которая является обменной мощностью между линией и шинами системы 1 (см. рис. 9. 14), так и значением реактивной мощности этого преобразователя. Последняя определяется балансом реактивной мощности в узле системы, в которую включена данная линия, при заданном значении напряжения . Реактивная мощность преобразователя ПН₁ принималась равной нулю в предположении, что баланс реактивной мощности в узле обеспечивается за счет других средств системы.

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 9. 18, а также аналогичных зависимостей для других значений Р_нач и  позволяет сделать следующие выводы:

- используемый регулятор (ОРПМ) позволяет обеспечивать достаточно глубокое регулирование передаваемой по линии активной мощности. диапазон регулирования активной мощности определяется главным образом значением  и слабо зависит от начального значения мощности в нерегулируемом режиме. При увеличении значения  возможно изменение направления ее потока, т. е. активная мощность будет передаваться в противоположном направлении. Необходимый диапазон регулирования мощности определяется местом и значением данной линии в энергосистеме и должен являться результатом специальных расчетов режимов конкретной энергосистемы, в которой находится эта линия. Следует лишь отметить, что увеличение диапазона регулирования требует увеличения мощности регулирующих устройств, прежде всего преобразователя ПН₂;

- максимальное значение полной мощности преобразователя ПН₂ определяется главным образом ее реактивной составляющей. Как показано на рис. 9. 18, максимум реактивной и, следовательно, полной мощности преобразователя совпадают с переходом кривой  через нуль, что соответствует режиму продольной емкостной компенсации линии. Следует отметить, что при увеличении значения  мощность преобразователя ПН₂ возрастает и может стать соизмеримой с передаваемой по линии активной мощностью. Что же касается преобразователя ПН₁, то его активная мощность должна быть равна активной мощности второго преобразователя, а реактивная мощность определяется условиями баланса реактивной мощности в передающей энергосистеме. Иными словами, суммарная мощность двух преобразователей может оказаться достаточно высокой. В этом случае может возникнуть вопрос о целесообразности такого регулирования линии переменного тока и поиске альтернативного решения, например, о сооружении электропередачи или вставки постоянного тока;

- одним из важных параметров режима линии с векторным регулированием является напряжение в начале линии . Напряжение  является функцией угла  (см. рис. 9. 18), поэтому напряжение  может значительно превышать номинальное напряжение или быть существенно ниже его в зависимости от значений  и этого угла. Наибольшее значение напряжения  будет при электрическом угле , наименьшее — при :

- при значении  напряжение в начале линии 500 кВ будет изменяться в пределах 350—650 кВ, что недопустимо. При неизменном напряжении  это приведет к значительным перепадам напряжения по концам линии, что в свою очередь, вызовет большие пере- токи реактивной мощности, в особенности для относительно коротких линий. Все это требует установки дополнительных компенсирующих устройств, которые должны иметь значительную мощность. Приведенные выше максимальные значения  недопустимы также и потому, что они будут превышать наибольшее рабочее напряжение аппаратуры подстанций — последовательного трансформатора и коммутационной аппаратуры. Кроме того, значительное увеличение напряжения в начале линии может также привести к возникновению общего коронирования проводов и потребует существенного усиления изоляции линии;

- отсюда следует, что при использовании ОРПМ необходимо обеспечить ограничение напряжения в начале линии таким образом, чтобы оно не превышало допустимых значений как сверху, так и снизу. Это можно сделать, используя соответствующие законы управления мощностью преобразователя ПН₂. Введение ограничений напряжения  практически не изменяет возможный диапазон регулирования активной мощности, передаваемой по линии. В то же время снижаются реактивные мощности по ее концам;

- представляет интерес влияние длины линии на регулировочные характеристики и мощность преобразовательных устройств. Увеличение длины линии приводит к снижению диапазона изменения активной мощности в процессе регулирования (при неизменном значении ). Снижается также реактивная мощность концов линии, что легко объяснимо характером процессов в ней при наличии перепада напряжений. Активная мощность , очень мало зависит от длины линии. Зависимости  для разной длины линий практически совпадают во всем диапазоне изменения угла  для всех значений напряжения . В то же время реактивная мощность  от длины линии зависит заметно, возрастая с ее уменьшением. Это может объясняться двумя факторами: меньшей емкостью линии при малой ее длине и увеличением при этом возможной передаваемой мощности. Введение ограничения напряжения  практически не влияет на значения ;

- снижение напряжения  ведет к уменьшению мощности . Так, при снижении  от 0, 6 до 0, 3  мощность  уменьшается в 2, 5—3, 0 раза. Однако при этом уменьшается и диапазон изменения передаваемой активной мощности. Вопрос о выборе необходимого диапазона изменения  надо решать в каждом конкретном случае.

На основании изложенного выше можно заключить, что линии с векторным регулированием обладают приемлемыми техническими характеристиками установившихся режимов. Их экономические показатели, влияние на переходные процессы и распределение потоков мощности в сложной неоднородной сети требуют отдельного изучения.