Управляемые (гибкие) системы передачи переменного тока (flexible alternating current transmission system - FACTS)


Статус статьи

Не проверено экспертами


Назначение

Управляемые (гибкие) системы передачи переменного тока – FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems) – устройства, служащие для повышения пропускной способности линий электропередачи, обеспечения устойчивой работы энергосистемы при различных возмущениях, обеспечения заданного (принудительного) распределения мощности в электрических сетях в соответствии с требованиями диспетчера, повышения надежности энергосбережения потребителей, снижения потерь в электрических сетях, решения задачи по превращению электрической сети из пассивного устройства транспорта электроэнергии в активный элемент управления режимами работы.

IEEE определяет FACTS как «системы передачи энергии переменным током с использованием устройств силовой электроники и других статических регуляторов, имеющие повышенную управляемость и пропускную способность».

Устройства FACTS представляют собой часть активно-адаптивных сетей (ААС).


Общие сведения

Начало работам по созданию систем FACTS было положено еще в 60-х годах XX в., когда в ряде стран, в том числе и Советском Союзе, были развернуты исследования по статическим источникам реактивной мощности, обладающим большим быстродействием. Эти устройства позволяли стабилизировать напряжение в отдельных узлах электроэнергетических систем и тем самым способствовать повышению пропускной способности линий электропередач и устойчивости систем. Были исследованы различные типы таких устройств и созданы опытно-промышленные образцы некоторых из них. Однако широкому внедрению этих устройств в то время препятствовало отсутствие достаточно мощных тиристоров, главным образом полностью управляемых (запираемых) тиристоров.

Основные группы устройств FACTS:

  • устройства регулирования (компенсации) реактивной мощности и напряжения, подключаемые к сетям параллельно;
  • устройства регулирования параметров сети (сопротивление сети), подключаемые в сети последовательно;
  • устройства, сочетающие функции первых двух групп — устройства продольно-поперечного включения.


Отдельные типы устройств FACTS используются также в устройствах ограничения токов КЗ и линиях электропередачи постоянного и переменного тока с использованием новых композиционных материалов и высокотемпературных сверхпроводников.

Устройства регулирования (компенсации) реактивной мощности и напряжения, подключаемые к сетям параллельно

В целом как неуправляемые, так и управляемые (регулируемые) устройства компенсации реактивной мощности предназначены для поддержания уровней напряжения в электрических сетях 110—750 кВ, управления перетоками мощности между энергосистемами, повышения пропускной способности ЛЭП, повышения статической и динамической устойчивости энергосистем.

Данные устройства по принципу действия делятся на статические и электромашинные.

К статическим устройствам относятся:

  • батареи статических компенсаторов (БСК) - предназначены для повышения напряжения (на 3-4%) в сетях 6-220 кВ. Кроме этого, БСК позволяют корректировать перетоки энергии и регулировать напряжение в энергосистеме за счет изменения реактивной мощности нагрузки.
  • реакторные группы, коммутируемые вакуумными выключателями (ВРГ) - применяются для компенсации зарядной мощности линий электропередачи и в узлах нагрузки для поддержания напряжения в требуемых пределах в установившихся режимах, обеспечивают ступенчатое регулирование реактивной мощности;
  • управляемые шунтирующие реакторы (УШР) - применение УШР позволяет повысить управляемость режимами работы сетей таким образом, чтобы снизить потери, повысить пропускную способность линий электропередачи;
  • статические тиристорные компенсаторы (СТК) - компенсируют среднюю реактивную мощность нагрузки;
  • статические компенсаторы реактивной мощности, выполненные на базе преобразователей напряжения на современных мощных IGBT транзисторах — СТАТКОМ - направлены на поддержание требуемого уровня и качества напряжения, повышение пропускной способности линий электропередачи.


К электромашинным устройствам относятся:

  • синхронные компенсаторы (СК);
  • асинхронизированные статические компенсаторы (АСК) - применяются в электрических сетях для ликвидации дефицита реактивной мощности и регулирования напряжения в сети. Пример – тиристорно-управляемый последовательный компенсатор (ТУПК).


Устройства регулирования параметров сети (сопротивление сети), подключаемые в сети последовательно

Эти устройства предназначены для изменения сопротивления элементов сети (управление топологией сети), изменения пропускной способности сети, в том числе увеличения вплоть до ограничения по нагреву без нарушения условий устойчивости, перераспределения потоков мощности по параллельным линиям при изменении режимной ситуации.

К статическим устройствам относятся:

  • неуправляемые устройства продольной компенсации (УПК) - применяются для увеличения пропускной способности воздушных линий и представляют собой батареи конденсаторов, включаемые последовательно в линии электропередачи для компенсации части продольного индуктивного сопротивления;
  • управляемые устройства продольной компенсации (УУПК) - реализуют сопротивление ЛЭП, увеличивают пропускную способность, обеспечивают регулирование и плавное перераспределение мощности по параллельным линиям электропередачи, демпфирует низкочастотные колебания;
  • фазоповоротные устройства (ФПУ) - применение ФПУ позволяет управлять передаваемой по линиям электропередачи мощностью за счет изменения угла сдвига фаз между напряжениями по концам линии. Пример - объединенный регулятор потока мощности (ОРПМ).


Устройства продольно-поперечного включения

Обеспечивают заданное регулирование величины и фазы вектора напряжения в местах их подключения (векторное регулирование), изменяя (оптимизируя) за счёт этого управление потоками мощности, как в статических, так и в динамических режимах. Эти устройства создаются либо на базе двух СТАТКОМ, либо двух АСК, соединённых параллельно-последовательно.

Также необходимо отметить следующие устройства FACTS:

  • Вставки несинхронной связи - вставки постоянного тока (ВПТ) используются для объединения энергосистем, работающих на разных или несинхронных частотах.
  • Комбинированные устройства - комбинированные устройства объединяют в единой конструкции несколько аппаратов высокого напряжения, например, выключатель, разъединитель, измерительные трансформаторы. Применение таких аппаратных комплексов обеспечивает высокую степень заводской готовности оборудования, снижение времени и стоимости монтажа и обслуживания, уменьшение требуемых площадей, фундаментов и пространства.
  • Активные фильтры - активные фильтры обеспечивают выполнение двух функций - компенсации реактивной мощности и фильтрации.


Актуальность использования

Устройства FACTS служат для комплексного решения следующих актуальных проблем транспорта электроэнергии в ЕЭС России:

  • недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих линий электропередачи, ограничиваются возможности удовлетворения требований рынка;
  • ограничения по выдаче мощности электростанций;
  • слабая управляемость сети, недостаточный объем устройств регулирования напряжения, как следствие повышенные до опасных значений напряжения в периоды суточного и сезонного снижения нагрузки;
  • недостаточная степень устойчивости ОЭС;
  • неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям различного класса напряжений, как следствие недоиспользование сетей, рост потерь в сетях.


Эффекты от внедрения (использования)

FACTS - это устройства, служащие для:

  • повышения пропускной способности линий электропередачи;
  • обеспечения устойчивой работы энергосистемы при различных возмущениях;
  • обеспечения заданного (принудительного) распределения мощности в электрических сетях в соответствии с требованиями диспетчера;
  • повышения надежности энергосбережения потребителей;
  • снижения потерь в электрических сетях, решения задачи по превращению электрической сети из пассивного устройства транспорта электроэнергии в активный элемент управления режимами работы.


Принцип функционирования



Опыт применения

Связь 500 кВ между энергосистемой Тюмени и ОЭС Урала

  • Слабые места:
    • пропускная способность линий электропередач определяется пропускной способностью линий у Сургутских ГРЭС 1 и 2;
    • передаваемая мощность ограничена величиной 1700 МВт и 1100 МВт в послеаварийных режимах.
  • Проблема: повысить передаваемую мощность до 2100 МВт в нормальном и 1700 МВт в послеаварийном режимах.
  • Решение проблемы:
    • СТАТКОМ мощностью 180 МВА по п/с «Ильково» и два ТУПК на линиях Пытьях-Демьянская и Пытьях-Нелым мощностью 175 МВА и 140 МВА соответственно.
  • Следствие: одновременно обеспечивается оптимальное потокораспределение между параллельными линиями.


Связь 220 кВ между Архангельской и Вологодской энергосистемами

  • Слабые места:
    • одноцепная ВЛ 220 кВ Конюша-Плесецк;
    • расчетное значение максимально допустимой передаваемой мощности 125 МВт в одну и 150 МВт в другую сторону;
    • в период 2003-2006 гг. обмен мощностью может достигнуть 200 МВт.
  • Решение проблемы:
    • СТАТКОМ мощностью ±150 МВА.
    • СТАТКОМ мощностью ± 50 МВА и два ТУПК по 16 МВА
    • ОПРМ мощностью параллельного ПН ± 50 МВА и последовательного ПН мощностью 20 МВА.
  • Следствия:
    • В первом случае передаваемая мощность достигает 220 МВт.
    • Во втором и третьем случаях оптимизируются также потоки мощности на линиях 110 кВ и 220 кВ.


Ссылки


Архитектурные кейсы, связанные с технологией