Лекция. Использование современных технологий для повышения пропускной способности передачи электрической сети (продолжение)
Содержание лекции: современные технологии создания гибких линий электропередач.
Цель лекции: ознакомить с новыми технологиями повышения пропускной способности ЛЭП.
Накопители электроэнергии.
Накопители электрической энергии являются важнейшим элементом будущих ААС. Накопители энергии выполняют ряд функций: выравнивание графиков нагрузки в сети (накопление электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии и выдачу в сеть в периоды дефицита); обеспечение в сочетании с устройствами FACTS повышения пределов устойчивости; обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций; демпфирование колебаний мощности; стабилизацию работы малоинерционных децентрализованных источников электрической энергии.
Накопители энергии делятся на электростатические и электромеханические.
К электростатическим накопителям энергии относятся:
- аккумуляторные батареи большой энергоемкости (АББЭ);
- накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов;
- накопители энергии на основе низкотемпературных (охлаждение жидким гелием) сверхпроводников.
Все типы электростатических накопителей связываются с сетью через устройства силовой электроники – преобразователи тока или напряжения.
К электромашинным накопителям энергии относятся два вида комплексов:
- синхронные машины с преобразователями частоты в первичной цепи маховиками на валу;
- асинхронизированные машины с маховиками на валу.
Асинхронизированные турбогенераторы.
Асинхронизированные турбогенераторы предназначены для работы в режимах не только выдачи, но и глубокого потребления реактивной мощности.
Классический АС-турбогенератор имеет на роторе, в отличие от синхронного, две одинаковые обмотки возбуждения, расположенные под углом 90 эл.град. относительно друг друга. Однако опыт создания АС-турбогенераторов различной мощности показал, что по ряду причин, прежде всего конструктивного характера, не всегда удается создать такую классическую структуру. Преимущественно это касается невозможности размещения ортогональных обмоток возбуждения на роторе без некоторого увеличения типовых габаритных размеров турбогенератора (прежде всего диаметра ротора и внешнего диаметра сердечника статора). При этом габариты могут быть ограничены требованиями обеспечения взаимозаменяемости статора АС-турбогенератора и его синхронного аналога либо необходимостью его установки на тот же фундамент, что и заменяемый им синхронный турбогенератор. Предельные диаметры роторов, как известно, также ограничены допустимыми окружными скоростями, что затрудняет создание классических АС-турбогенераторов больших мощностей (например, 800 МВт и более). Особенно это относится к конструкциям турбогенераторов с полностью воздушным охлаждением, где для уменьшения потерь мощности (тепловыделения) приходится снижать удельные электрические нагрузки машины.
Регулирование напряжения может осуществляться эффективно во всех режимах генератора по активной нагрузке и реактивной мощности (включая режим компенсатора при полном потреблении реактивной мощности) и не влияет на общую устойчивость генератора. Основным условием обеспечения статической устойчивости является правильный выбор настройки коэффициентов обратных связей регулятора в канале регулирования электромагнитного момента. Практически это относится к АС-турбогенераторам с любой степенью не симметрии, включая вариант со «слабой» управляющей обмоткой возбуждения по поперечной оси и с регулятором, реализующим «асинхронизированный» принцип управления.
Структура двух ОВ с несовпадающими осями и наличие реверсивных возбудителей у каждой ОВ дает возможность в переходных режимах оптимально ориентировать мдс генератора с целью создания максимального тормозящего электромагнитного момента. При сильных возмущениях, когда возможности управления ограничены «потолочным» напряжением возбуждения, оптимальная ориентация мдс возбуждения достигается автоматически по командам АРВ сочетанием форсировок и расфорсировок напряжений на ОВ. Поскольку управление каналом напряжения может осуществляться независимо от электромеханического процесса качаний ротора, то в условиях, когда напряжение возбуждения не достигает потолочных значений, можно повысить качество регулирования напряжения на шинах станции. Это, в частности, способствует повышению динамической устойчивости параллельно работающих синхронных турбогенераторов и ускоряет восстановление нормального энергоснабжения потребителей.
Испытания и опыт эксплуатации АС-турбогенераторов позволили подтвердить основные отличительные свойства таких генераторов, обусловливающие целесообразность их применения:
- обеспечение высокого уровня статической устойчивости во всем допустимом по условиям нагрева генератора диапазоне рабочих режимов, включая режимы глубокого потребления РМ;
- повышенное быстродействие регулирования напряжения (РМ);
- обеспечение равновысоких пределов динамической устойчивости в режимах выдачи и глубокого потребления РМ;
- поддержание высокого качества вырабатываемой электроэнергии при возмущениях в энергосистеме и в энергоблоке;
- возможность неограниченно длительных асинхронных режимов без возбуждения при обеспечении близкой к номинальной нагрузки и высокого качества электроэнергии;
- высокий уровень живучести при частичных отказах в системе возбуждения и при полной потере возбуждения (не требуется система резервного возбуждения);
- повышенный коэффициент готовности;
- повышенная ремонтопригодность системы возбуждения;
- облегченное техническое обслуживание систем возбуждения и управления;
- улучшение условий работы оперативного персонала электростанции.
Высоковольтная передача постоянного тока (High – Voltage Direct - Current Transmission – HVDC)
Еще одним способом управления потокораспределением мощности является использование высоковольтной передачи постоянного тока (HVDC). В HVDC устройствах происходит преобразование переменного тока в постоянный, передача его по линии постоянного тока и обратное преобразование в переменный ток. Данный способ передачи обладает преимуществами перед АС передачей при решении следующих задач.
Соединение АС систем. Для соединения двух АС систем, имеющих различные частоты, мощность одной системы может быть преобразована в DC мощность, передана по DC линии, а затем передана в другую АС систему уже с другой частотой. Таким же способом можно соединить и несинхронизированные сети.
Передача мощности по ВЛ на большие расстояния. При большой протяженности линии передачи (как правило 
км) экономия на капитальных вложениях и потерях в DC линиях может скомпенсировать инвестиционные затраты на два преобразователя, что делает использование HVDC более привлекательным.
Существует три типа HVDC вставок (вставок постоянного тока):
- однополярная (однополюсная) вставка (monopolarlink) (см.рисунок 11.1);
- двухполярная (двухполюсная) вставка (bipolarlink) (см.рисунок 11.2);
- униполярная вставка (homopolarlink) (см.рисунок 11.3).
I zUvOT8nMS7dVCg1x07VQUiguScxLSczJz0u1VapMLVayt+PlAgAAAP//AwBQSwMEFAAGAAgAAAAh AHyycYjFAAAA3QAAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxET01rwkAQvQv9D8sUeilmo9IaUlcRQQkE Co1C6W3MTpOQ7GzIbk3677uHgsfH+97sJtOJGw2usaxgEcUgiEurG64UXM7HeQLCeWSNnWVS8EsO dtuH2QZTbUf+oFvhKxFC2KWooPa+T6V0ZU0GXWR74sB928GgD3CopB5wDOGmk8s4fpUGGw4NNfZ0 qKlsix+jYIyz9pp/fSZlfrVTe2yfT9i/K/X0OO3fQHia/F387860gtX6JewPb8ITkNs/AAAA//8D AFBLAQItABQABgAIAAAAIQAEqzleAAEAAOYBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9U eXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAAjDGKTUAAAAkwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAAMQEAAF9y ZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABIAAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRy cy9waWN0dXJleG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQB8snGIxQAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAA AJ8CAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD3AAAAkQMAAAAA "> 
| АС система |
| АС система |
| Обратный провод |
Рисунок 11.1– Однополярная HVDC вставка
| АС система |
| АС система |
Рисунок 11.2 – Двухполярная HVDC вставка
| АС система |
| АС система |
Рисунок 11.3 – Униполярная HVDC вставка
Однополярная вставка состоит из одного проводника, имеющего, как правило, отрицательную полярность.
Двухполярная вставка состоит из двух проводников разной полярности, с, как правило, одинаковыми токами, но с независимым управлением. Зачастую для шунтирования преобразователей при их отказах в нее включают коммутаторы (пунктирная линия на рисунке 11.2).