Перераспределение потоков мощности между сечениями электрической сети устройствами продольной компенсации на основе преобразователей напряжения

Abstract

Максимальная передаваемая по линии электропередачи мощность ограничена допустимой токовой нагрузкой, определяющей нагрев линии. В связи с большой стоимостью строительства новых высоковольтных линий электропередачи возрастает роль повышения пропускной способности существующих линий. Становится экономически выгодным увеличивать передаваемую по линии мощность вплоть до ограничения по нагреву за счет применения различных устройств, в том числе на основе полностью управляемых элементов силовой электроники. К числу таких устройств можно отнести устройства продольной компенсации на основе преобразователя напряжения (УПК-ПН), которые позволяют перераспределять потоки мощности по параллельным сечениям электрической сети, предотвращая загрузку одних из них током выше допустимого и загружая другие. УПК-ПН могут быть выполнены как стационарными так и малогабаритными, что определяет их мобильность. Концепция малогабаритных устройств в последнее время получила активное развитие в России и за рубежом. На примере 14-узловой тестовой схемы IEEE (модели установившихся режимов частей американской энергосистемы AEP напряжением 110 кВ и 220 кВ) рассмотрены особенности регулирования её режимов, выполнен анализ нормальных и послеаварийных режимов. Определено, что при отключении одной из линий электропередачи в сети возникает наиболее тяжелый послеаварийный режим, при этом режимные параметры выходят за допустимые пределы по термической стойкости проводов. Показано, что применение малогабаритных УПК-ПН позволяет минимизировать потери в нормальных режимах, а применение стационарных УПК-ПН позволяет разгрузить перегруженные ЛЭП в послеаварийных режимах, не прибегая к усилению существующих и строительству новых ЛЭП. Power transmitted through a power transmission line is limited by the current-carrying capacity, which determines line heating. Increasing the current lines capacity is becoming imperative due to the expensiveness of constructing new PTLs. The most cost-effective solution is to increase the power transmitted through the transmission lines up to the thermal limit by using a variety of devices, which includes fully controlled power electronics. One such device is a series compensator based on voltage source converter (VSC) that can distribute power flows between parallel power grid sections. In particular, it can prevent the one line from being overloaded by redistributing the load to other lines. Series compensators based on VSC can have both stationary and portable design. Smaller devices are increasingly popular in Russia and abroad. The paper analyzes the specifics of controlling a power grid and dwells upon its normal and postemergency operation, with evidence sampled from the IEEE 14 Bus Test Case (steady-state models for parts of 110 kV and 220 kV American Electric Power, AEP). It finds that disconnecting a PTL effectively triggers a worst-case post-emergency scenario, whereby the operating parameters go beyond the permitted current limits for the thermal resistance of the conductor. The paper proves portable series compensators capable of minimizing the power losses in normal operation. In turn, stationary series compensators can unload the overloaded PTLs without a need to reinforce the existing PTLs or construct new ones.