Фазоповоротные устройства


Статус статьи

Не проверено экспертами


Назначение

ФПУ используются для изменения угла фаз между напряжениями по концам линии, тем самым осуществляя управление передаваемой мощностью


Общие сведения

В электрических цепях современных электроэнергетических систем и электротехнических комплексов все более широкое применение находят новые управляющие элементы. К ним относятся устройства «гибких» линий (FACTS): устройства продольной и поперечной компенсации, объединенный регулятор перетока мощности, фазоповоротное устройство, вставки постоянного тока, накопительное устройство со сверхпроводниковым индуктивным накопителем, – а также токоограничители, активные фильтры, и т.д. Применение данных устройств может значительно улучшить технико-экономические показатели электроэнергетических систем и электротехнических комплексов, придать им новые возможности.

Фазоповоротные устройства (ФПУ) – устройства, состоящие из двух трансформаторов (регулируемого, который включается параллельно линии, и сериесного, вторичная обмотка которого включается последовательно в линию), устанавливаемых в начале линии (у источника энергии). При этом за счет схемы соединения обмоток вектор напряжения на сериесной обмотке направлен под углом 90 электрических градусов к фазному напряжению сети. Изменяя напряжение на сериесной обмотке с помощью регулируемого трансформатора можно осуществлять поворот вектора суммарного напряжения в начале сети, и, следовательно, управлять углом между напряжениями в начале и конце линии, изменяя поток мощности, передаваемой по ней.


Актуальность использования

В результате применения фазоповоротных устройств появляется возможность реализации более благоприятных сценариев загрузки линий сети относительно естественного распределения потоков мощности, которое часто приводит к перегрузке маломощных линий, ограничению пропускной способности мощных линий, увеличению потерь электроэнергии и другим негативным последствиям.


Эффекты от внедрения (использования)

Внедрение ФПУ дает значительный экономический эффект, в сравнении с применяемыми ранее устройствами постоянного тока. ФПУ позволяют:

  • улучшить управляемость мощностью в сетях;
  • улучшение технических характеристик всей энергосистемы.


Области внедрения:

  • Данная технология предполагается к внедрению на ВЛ ЕНЭС. Опытные образцы предполагаются испытывать на ВЛ 220 кВ Советско-Соснинская-Володино.


Реализация ФПУ

Возможностью реализации ФПУ является использование так называемого объединенного регулятора потока мощности (ОРПМ), образуемого каскадным включением двух преобразователей напряжения, один из которых включается параллельно линии, а другой последовательно. Поскольку преобразователь напряжения обеспечивает возможность произвольного формирования величины и угла напряжения, в такой схеме реализуется возможность более гибкого регулирования потока мощности по линии.


Принцип функционирования

В простом случае ФПУ реализуется на основе использования трансформатора с регулированием под напряжением. Однако, при необходимости обеспечения быстродействия регулирование напряжения может быть реализовано с помощью тиристорного коммутатора. Другой возможностью реализации ФПУ является использование так называемого объединенного регулятора потока мощности, образуемого каскадным включением двух преобразователей напряжения, один из которых включается параллельно линии, а другой последовательно. Поскольку преобразователь напряжения обеспечивает возможность произвольного формирования величины и угла напряжения, в такой схеме реализуется возможность более гибкого регулирования потока мощности по линии.

Простейшая схема ФПУ на рисунке 1 состоит из двух трансформаторов: параллельного Т1 и последовательного Т2, создающего вектор дополнительного напряжения в линии, перпендикулярно направленного к вектору U1, что формирует фазовый сдвиг по отношению к основному напряжению на некоторый регулируемый угол. Вариант ФПУ с тиристорным управлением обладает быстродействием, способен влиять не только на распределение потоков активной мощности, но и на пределы динамической устойчивости.

Рисунок 1. Схема фазоповоротного устройства
Рисунок 1. Схема фазоповоротного устройства


При включении в сеть ФПУ, электроэнергия распределяется по линиям электропередач пропорционально косинусу разности фазовых углов напряжения на входе и выходе линии. Там, где между двумя точками существуют параллельные цепи с разной емкостью, прямое управление величиной фазового угла позволяет контролировать распределение потока электроэнергии между ними, предотвращая перегрузки.

Следует заметить, что ФПУ принципиально отличается статических тиристорных компенсаторов (СКРМ, СТК, СТАТКОМ). Хотя все эти устройства изменяют передаваемую по линии мощность, но они воздействуют на разные параметры. Статические компенсаторы воздействуют на напряжение, а ФПУ – на угол передачи.


Опыт применения

Мировой опыт

В конце 2007 года впервые в СНГ фазоповоротный трансформатор был использован в энергосистеме Казахстана. В последние годы в США и многих странах ЕС, включая Англию, фазоповоротные устройства получили большое распространение.

Российский опыт

К сожалению, в России данная технология пока не находила применения. Тем не менее, такая необходимость в ряде регионов назрела. В частности, в Томской энергосистеме линия напряжением 220 кВ между ПС Томская-500 и Нижневартовской ГРЭС эксплуатируется в разомкнутом состоянии, так как угол между векторами напряжений по концам этой линии определяется перетоками по мощным связям: ОЭС Сибири с ОЭС Урала через Северный Казахстан и ТюменьЭнерго с ОЭС Урала. Это приводит к тому, что, во-первых, при замыкании линии 220 кВ перетоки активной мощности будут вынужденными и, во-вторых, при больших фазовых сдвигах напряжение в промежуточных точках линии, от которых питаются распределительные сети потребителей, могут сильно снижаться. Решением проблемы в данном случае могло бы стать применение фазового управления.

Пилотное применение ФПУ запланировано осуществить на линии 220 кВ Советско-Соснинская – Володино для усиления связи ОЭС Урала и ОЭС Сибири на базе решений, предложенных ОАО «ЭНИН».

Проектирование и производство

Компания «Siemens» - главный производитель фазоповоротных устройств (A phase-shifting transformer). Одним из разработчиков фазоповоротных устройств является и российское открытое акционерное общество «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» (ОАО «ЭНИН»). Отличительные характеристики ФПУ, разработанного в ОАО «ЭНИН»:

  • угол поворота фазы напряжения до +/- 40˚;
  • может быть использовано в сетях мощностью 100 МВА и 220 МВА.


Ссылки


Архитектурные кейсы, связанные с технологией