СПОСОБ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ ПЕРЕТОКАМИ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - МНОГОМОДУЛЬНАЯ ВСТАВКА ПОСТОЯННОГО ТОКА (МВПТ)
METHOD TO LIMIT SHORT-CIRCUIT CURRENTS AND TO INCREASE CONTROLLABILITY OF POWER FLOWS IN POWER SYSTEMS AND DEVICE FOR ITS REALISATION - MULTIMODULE DC INSERT (MDCI)

Область техники
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для эффективного ограничения токов короткого замыкания в сложных кольцевых электросетях энергосистем, содержащих несколько установок генерации электроэнергии - электрических станций, и обеспечения управления перетоком активной мощности в кольцевых схемах как одного класса, так и разных классов напряжения.
Уровень техники
Наиболее распространенными способами ограничения токов короткого замыкания являются: установка токоограничивающих устройств различного типа (реакторов и др.), использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения, секционирование электрических сетей при неэффективности иных методов [1]. Эти способы могут быть недостаточно эффективны в условиях мегаполиса при наличии большой установленной мощности электростанций и большого количества параллельных коротких линий электропередачи, образующих сложнозамкнутую структуру. Возникающие в такой системе токи короткого замыкания могут значительно превышать отключающую способность выключателей.
Секционирование сети снижает надежность сети. Включение токоограничивающих реакторов в линии электропередачи в сложно-замкнутых сетях, характеризующихся наличием коротких линий электропередачи, малоэффективно. Кроме того, при перспективном развитии сети за счет включения новых линий электропередачи, шунтирующих линии с включенными токоограничивающими реакторами, эффективность ограничения токов короткого замыкания снижается.
Для управления перетоками активной мощности возможно применение вставок постоянного тока. Вставка постоянного тока является разрывом для протекания токов короткого замыкания, т.е. исключает «подпитку» аварийного узла. Однако вставка постоянного тока обеспечивает выполнение одного разрыва и, соответственно, одну управляемуя связь для потоков активной мощности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение надежности электроснабжения за счет использования многомодульных вставок постоянного тока (МВПТ). Повышение надежности заключается в том, что при введении такого устройства в энергосистему мегаполиса между узлами сети создаются управляемые связи, при этом через многомодульную вставку постоянного тока отсутствует подпитка места короткого замыкания на одной из линий какого-либо узла токами от линий связи с другими узлами. Существенный эффект ограничения токов короткого замыкания наблюдается при установке МВПТ на подстанциях, имеющих наибольшее число связей с электростанциями. При этом сохраняется связность системы, повышается управляемость перетоками активной мощности.
Данный способ обеспечивает ограничение токов короткого замыкания посредством того, что электрическая связь потребителей электрической энергии с источниками электроэнергии осуществляется через модули многомодульной вставки постоянного тока, устройства управления и регулирования которых поддерживают токи преобразовательных мостов на уровне, обеспечивающем допустимые токи отключения высоковольтных выключателей, установленных на шинах переменного тока подстанции и примыкающих к ней линий электропередачи.
Количество модулей МВПТ m зависит в общем случае от количества находящихся на подстанции узлов (линий переменного тока или секций шин переменного тока), которые нужно разделить относительно друг друга управляемыми связями.
Ограничение токов короткого замыкания с помощью МВПТ заключается в следующем: за счет того, что m узлов переменного тока на подстанции разделены относительно друг друга преобразовательными модулями, исключается подпитка места короткого замыкания на одной из линий какого-либо узла токами от линий других узлов, тем самым искусственно создается управляемый разрыв в сетях мегаполиса. При этом формируются С(2,m) управляемых электрических связей:
Под термином «управляемая электрическая связь» понимается электрическая связь между двумя преобразовательными модулями, подсоединенными к одному общему узлу постоянного тока, управление которыми осуществляется в соответствии с внешними характеристиками преобразователей, работающих в составе одной МВПТ.
Например, для трехмодульной вставки (m=3) количество управляемых связей составляет три, для четырехмодульной - шесть и т.д.
Для двуполярного регулирования перетоков активной мощности на подстанции с несколькими линиями электропередачи управляемая связь должна быть реверсивной и осуществляться изменением в модулях направления выпрямленного тока, что обеспечивается выполнением преобразователей МВПТ с применением встречно-параллельного соединения обычных тиристорных вентилей или с применением вентилей на симметричных тиристорах.
Устройство для ограничения токов короткого замыкания и повышения управляемости перетоками мощности в энергосистемах - многомодульная вставка постоянного тока, - состоит из m преобразовательных модулей, каждый из которых в общем случае представляет собой реверсивное управляемое преобразовательное устройство переменного тока (или напряжения) в постоянный, выполненное по одной из известных схем. Преобразовательные модули на стороне переменного тока подключены каждый к своему узлу, а на стороне постоянного тока параллельно подключены к общим шинам постоянного тока.
Осуществление изобретения
Сущность изобретения поясняет схема устройства для ограничения тока короткого замыкания и повышения управляемости перетоками мощности в энергосистемах на фиг.1. Рассмотрим устройство, которое, например, состоит из четырех преобразовательных модулей 1-4, на стороне постоянного тока параллельно подключенных к шинам постоянного тока 5, а на стороне переменного тока - на выделенные линии переменного тока 6-9, и системы управления и регулирования устройства (фиг.2), которая осуществляет взаимодействие между центральным регулятором мощности 10 и локальными регуляторами мощности 11-14 преобразовательных модулей.
В качестве примера на фиг.3 представлен преобразовательный модуль 1, состоящий из многофазного (двенадцатифазного) преобразователя тока 15 [2, 3], фильтрокомпенсирующего устройства 16 и сглаживающего реактора 17. Многофазный преобразователь тока 15 состоит из преобразовательного трансформатора 18 и двух вентильных мостов 19 и 20 (на фиг.3 показан один вентильный мост 19), подключенных к вентильным обмоткам 21, 22 преобразовательного трансформатора 18.
Вентильные мосты выполнены по трехфазной мостовой схеме [2], в каждом плече которой включены встречно-параллельно два тиристорных вентиля либо вентиль на симметричных тиристорах 24 (на фиг.3) для быстрой режимной перекоммутации преобразовательного модуля.
Со стороны постоянного тока многофазный преобразователь тока через сглаживающий реактор 17 подключается выводами постоянного тока «+» и «-» к шинам постоянного тока. Со стороны переменного тока сетевая обмотка 23 преобразовательного трансформатора 18 подключается через выключатель 24 к линии переменного тока. Третичная обмотка 25 преобразовательного трансформатора 18 через выключатель 26 подключена к фильтрокомпенсирующему устройству 16.
Устройство работает следующим образом.
d
d
d
Центральный регулятор мощности 10 (фиг.2) многомодульной вставки постоянного тока для одного преобразовательного модуля, например 4, задает уставку выпрямленного напряжения U, а для остальных преобразовательных модулей 1-3 задает уставки выпрямленного тока I. Уставки выпрямленного тока I формируются из условия баланса активных мощностей
и равны
где i=1, 2, 3, 4.
d
Задается режим преобразования (выпрямительный или инверторный) преобразовательных модулей по знаку выпрямленного тока. Заданные уставки являются входными сигналами локальных регуляторов мощности 11-14 преобразовательных модулей 1-4. Локальный регулятор мощности преобразовательного модуля по заданной уставке выпрямленного тока I и режима преобразования преобразовательного модуля (выпрямительный или инверторный) от центрального регулятора мощности формирует уставки углов отключения и включения тиристоров.
Технический результат заключается:
- в ограничении токов короткого замыкания в условиях мегаполиса при наличии большой установленной мощности электростанций и большого количества параллельных коротких линий электропередачи, образующих сложнозамкнутую структуру, за счет создания разрыва для протекания токов короткого замыкания;
- в создании между узлами энергосистемы управляемых связей с независимым двуполярным управлением потоками активной мощности (или активной и реактивной мощности - при использовании модулей на базе преобразователей напряжения) за счет системы управления и регулирования устройства;
- в минимизации числа преобразовательных модулей на одну управляемую связь (при m>3).
Источники информации
1. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20.527-98, под ред. Б.П.Неклепаева, «Издательство НЦ ЭНАС». М., 2006 г.
2. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Л.: Энергия, 1973.
3. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000 г.