Calculation of the control angle of the phase-shifting transformer (PST) at a task of the fixed power flow through a branch

Abstract


Phase-shifting transformers (PST) are used for forced redistribution of active power flows in the circuit in order to reduce its losses, as well as to change the power flow along the circuit branches for commercial or other purposes. Previously, an algorithm was proposed that allows to determine the best place of its installation in the circuit by the criterion of minimum active power losses and calculate the angle of PST control analytically, avoiding the search method. When deducing the formula for calculating the angle, the equations of power balance in the node were used. In this article the algorithm of calculation of regulation angle FST for providing the necessary flow of active power in one of branches of a circuit with application of this approach is considered. Examples of application of the algorithm for calculating the angle on different types of schemes are considered, the possibility of considering fragments of schemes for simplification of calculations, rather than the entire scheme consisting of a large number of nodes and branches is shown.

Введение В мировой и отечественной литературе последние несколько лет уделяется повышенное внимание проблеме управляемости электроэнергетических систем за счет применения специальных технических средств воздействия на ее режим. С одной стороны, это обусловлено введением рыночных отношений в электро- энергетике и децентрализацией управления ряда энергообъединений, требующей повышения гибкости их работы, а с другой - появлением нового класса регули- рующих устройств, базирующихся на применении силовой электроники (FACTS). Электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнер- гии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. Большой интерес к перспективам применения устройств FACTS в Единой энергосистеме России (ЕЭС) обусловлен наличием таких проблем, как недостаточная пропускная способность системообразующих электрических сетей, слабая управляемость сетей и недостаточный объем устройств регулирования напряжения и реактивной мощности, неоптимальное распределение потоков мощности по линиям электропередачи разного класса напряжения. Одним из известных и применяемых элементов, относящихся к FACTS-оборудованию, является ФСТ [1]. Это устройство, позволяющее осу- ществить преднамеренное поперечное регулирование напряжения, в результате Сергей Викторович Локтионов (к.т.н.), старший научный сотрудник. чего изменяется угол между векторами напряжений по концам электропередачи (в которую включен ФСТ) и, как следствие, происходит желаемое изменение мощности, передаваемой по этой электропередаче, вне зависимости от парамет- ров шунтирующих связей. ФСТ может применяться для снижения потерь актив- ной мощности, обусловленных неоднородностью электрической сети, а также для обеспечения заданного потока мощности в одной из ветвей контура. Также изучалась возможность создания гибких линий электропередачи на основе ком- плексного применения ФСТ с продольной емкостной компенсацией реактивного сопротивления ФСТ для снижения потерь активной мощности и повышения пропускной способности контура [2]. Применение ФСТ для снижения потерь мощности и поиск оптимального места его установки в электрической сети рас- сматривались как в зарубежных работах, так и работах ученых стран СНГ, в частности много внимания этому уделялось в исследованиях Института элек- троэнергетики (АН Молдовы) [3]. Для поиска оптимального места установки ФСТ в схеме использовались раз- личные подходы, например изложенные в [4-9]. Каждый из них имел свои до- стоинства и недостатки [10]. Однако общим слабым местом всех подходов яв- лялся тот факт, что после нахождения оптимального места установки ФСТ в кон- туре тем или иным способом величину угла регулирования, а также его знак (по- ложительный или отрицательный) для каждого режима требовалось определять методом перебора. Вывести аналитическую формулу определения оптимального угла регулирования ФСТ, а также преодолеть недостатки иных предлагаемых подходов к решению задачи выбора наилучшего места установки ФСТ в контуре удалось с помощью принципа существования баланса мощности в узле в любой момент времени. Предложенный в [10] алгоритм позволял по параметрам схемы и исходного режима электроэнергетической системы с учетом параметров ФСТ для каждой из рассматриваемых ветвей определить безытерационно оптимальное значение угла регулирования опт и соответствующее значение суммарных по- терь активной мощности в схеме. Кроме того, что ФСТ может перераспределять потоки активной мощности с целью снижения суммарных потерь, ФСТ способен решать и другие задачи, например для принудительного перераспределения трансграничных перетоков мощности в контуре с целью избежать значительной платы или запрета на тран- зит по территории другого государства или по линиям, принадлежащим другому собственнику [11]. Особенно это стало актуальным сегодня в свете либерализа- ции рынка электроэнергии. Первый установленный ФСТ в СНГ (Казахстан) был предназначен именно для снижения загрузки линии 220 кВ, проходящей через территорию России, с целью обойти запрет на транзит мощности [12]. ФСТ по- могает перенаправлять потоки мощности от производителя к потребителю в ры- ночных условиях по заранее заданному маршруту, обходя узкие места. ФСТ так- же способен увеличивать загрузку воздушной линии для борьбы с гололедом. Первый собранный в СССР в 1991 году, но не установленный ФСТ предназна- чался для плавки гололеда в Одесской области. В специализированной техниче- ской литературе была информация о планах установки в конце второго десятиле- тия нашего века в России в районе Омска быстродействующего тиристорно- управляемого ФСТ. Для управления быстродействующим ФСТ и решения во- просов динамической устойчивости потребуются алгоритмы управления, воз- никнет необходимость их программирования и метод перебора для поиска угла регулирования будет неприемлем. Таким образом, встает вопрос о получении расчетной формулы нахождения угла регулирования. Аналитический расчет угла регулирования для обеспечения необходимого значения перетока активной мощ- ности в выбранной ветви контура может быть получен на основе аналогичного подхода, изложенного в [10]. Вывод расчетных выражений При разработке алгоритма, изложенного в [10], принимались следующие до- пущения: 1.ФСТ вводится в схему замещения в виде постоянного продольного сопро- тивления

S V Loktionov

National Research University (MPEI)

14, Krasnokazarmennayа str., Moscow, 111250, Russian Federation (Ph.D. (Techn.)), Senior Research

  1. Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г. Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах. - М.: Торус Пресс, 2011. - 311 с.
  2. Экспериментальное исследование параметров и режимов линии электропередачи с управляемой продольной компенсацией / В.А. Солдатов, Л.П. Калинин, М.В. Киорсак, С.В. Локтионов, Р.С. Бейм, С.Ю.Сыромятников // Электрические станции. - 2001. - № 9. - С. 46-50.
  3. Гибкие линии электропередачи с продольно-емкостной компенсацией и фазоповоротным трансформатором / М. Киорсак, В.Солдатов, Д. Зайцев, Л.Калинин. - Кишинев: АН Молдовы, 1997. - 213 с.
  4. Han Z. Phase Shifter and Power Flow Control // IEEE Transactions on Power Apparatus and Sys- tems. 1982. Vol. PAS-101, № 10. pp. 3790-3795.
  5. Xihg K., Kusic G. Application of Thyristor-controlled phase-shifters to minimize real power losses and augment stability of power systems // IEEE Vol. 3, № 4, 1988, pp. 792-798.
  6. Baker R., Ciith G., Eglin P. Control algorithm for a static phase shifting transformer to enhance transient and dynamic stability of large power systems // IEEE Transactions on Power Apparatus and systems. 1982. Vol. PAS-101. № 9. pp. 3532-3542.
  7. Солдатов В.А., Дубков А.А. Применение фазового управления для снижения потерь мощности в энергосистемах // Изв. АН МССР. Сер. Физико-технические и математические науки. - 1989. - № 2. - С. 48-51.
  8. Солдатов В.А., ДубковА.А. Применение продольных реакторов для снижения потерь мощности в электрических сетях // Изв. АН МССР. Сер. Физико-технические и математические науки. - 1990. - С. 25-28.
  9. Verboomen J., Spaan F.J., Schavemaker P.H. Method for Calculating Total Transfer Capacity by Optimising Phase Shifting Transformer Settings // CIGRE 2008, C. 1-111.
  10. Локтионов С.В., Сыромятников С.Ю. Разработка алгоритма для выбора места установки фазорегулирующего трансформатора в энергосистеме // Вестник МЭИ. - 2003. - № 1. - С. 41-49.
  11. О применении фазосдвигающих трансформаторов в электрических сетях / Р.Р. Карымов, С.В. Локтионов, С.Ю. Сыромятников // Энергоуадит. - 2009. - № 3. - С. 27-31.
  12. Фазоповоротный трансформатор впервые в СНГ применен в Казахстане / Г.А. Евдокунин, Р.Н. Николаев, А.К. Искаков, Б.К. Оспанов, Н.И. Утегулов // Новости электротехники. - 2007. - № 6 (48). - С. 38-41.
  13. Ольшванг М.В., Остапенко Е.И., Кузнецова Г.А., Лоханин Е.К. Ступенчато регулируемые автотрансформаторы как средство оптимизации потокораспределения в электрических сетях // Симпозиум «Электротехника», 2010 г. Сборник докладов. Т. 1. В 2 ч. - Ч. 1. М.: ВЭИ, 1997. - С. 114-119.
  14. Khrennikov A.Yu., Gol'dshtein V.G., Skladchikov A.A. An analysis of the condition of the 6-500 kV overhead power lines of the Samara region // Power Technology and Engineering. - 2010. - № 44(4). - С. 322-326.
  15. Локтионов С.В. Разработка алгоритма для выбора мест установки фазорегулирующих трансформаторов в электрических сетях: автореферат дис. … канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 2003. - 20 с.
  16. Технологии и технические средства управления режимами электроэнергетических систем / А.Ф. Бондаренко, А.А. Басов, В.Э. Воротницкий, С.В.Локтионов, Б.И. Макоклюев и др. Под ред. Ю.В. Шарова. - М.: Инновационное машиностроение, 2017. - 358 с.

Views

Abstract - 9

PDF (Russian) - 2

Cited-By


PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies