Оценка эффективности применения фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности межсистемной электропередачи

Целью исследований явилась разработка мероприятий, направленных на повышение эффективности функционирования энергосистем, в частности за счет повышения пропускной способности электропередач. Для решения указанной задачи использовалась FACTS-технология на основе фазоповоротного трансформатора. Исследование эффективности фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности межсистемной электропередачи проводилось путем определения максимально допустимых перетоков сечения Объединенная энергосистема Урала – Объединенная энергосистема Сибири. В исследуемое сечение входили электропередачи 500 кВ и протяженный транзит 220 кВ Нижневартовская ГРЭС – Томская. Расчеты выполнялись для нормальной и различных послеаварийных схем с использованием программного комплекса RastrWin3. При исследованиях учитывались регулирование отпаек фазоповоротного трансформатора и направление перетока мощности в сечении. Показано, что для рассматриваемого сечения применение фазоповоротного трансформатора обеспечило работу транзита 220 кВ в замкнутом режиме, что повысило надежность электроснабжения региона, позволило увеличить максимально допустимый переток на 35…71%. Кроме того, выполнены аналогичные расчеты для варианта усиления транзита 220 кВ путем строительства параллельной линии 500 кВ. Согласно проведенным исследованиям установлено, что эффект повышения пропускной способности этого варианта составил 20…35%. Выявлено, что определяющим фактором, ограничивающим максимально допустимые перетоки в сечении при замыкании транзита 220 кВ в обычном и усиленном вариантах, является токовая перегрузка головных участков. По результатам проведенных исследований даны рекомендации по предпочтительному использованию разомкнутого режима транзита. Таким образом, для повышения эффективности функционирования энергосистем предложено повышение пропускной способности электропередач на основе применения фазоповоротного трансформатора и определен сегмент Единой национальной энергосистемы России, где их использование технологически целесообразно.

1. Бушуев В.В., Калюжный А.Х., Кречмер Л.В., Шушуев А.А. Применение фазоповоротных устройств для упрощения потокораспределением в энергосистемах // Электричество. 1990. № 11. С. 6–11.

2. Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г. Режимы работы управляемых линий электропередачи // Электричество. 1997. № 9. С. 3–8.

3. Verboomen J., Hertem D., Schavemaker P.H., Kling W.L., Belmans R. Phase shifting transformers: principles and applications // International Conference on Future Power Systems. 2005. https://doi.org/10.1109/FPS.2005.204302.

4. Hingorani N.G., Gyugui L. Understanding facts: concepts and technology of flexible ac transmission systems // The Institute of Electrical and Electronics Engineers. Wiley-IEEE Press, 2004. 464 р.

5. Мисриханов М.Ш., Ситников В.Ф., Хвощинская З.Г. Разработка рекомендаций по применению устройств FACTS на межсистемных связях ОЭС Урала, Средней Волги и Центра // Вестник ИГЭУ. 2005. № 6. С. 32 –36.

6. Добрусин Л.А. Проблемы энергоэффективности и энергосбережения в России. Информационно-аналитический обзор. Часть III. Тенденции применения фазоповоротных трансформаторов в электроэнергетике // Силовая электроника. 2012. № 4. С. 60–66.

7. Брилинский А.С., Крицкий В.А., Смирнова Л.С. Особенности применения фазоповоротных комплексов в электроэнергетических системах // Известия НТЦ Единой Энергетической системы. 2018. № 1. C. 6–10.

8. Крицкий В.А., Евдокунин Г.А., Брилинский А.С., Смирнова Л.С. Применение фазоповоротного трансформатора в схеме выдачи мощности Волжской ГЭС // Электрические станции. 2018. № 12. С. 26–30.

9. Брилинский А.С., Евдокунин Г.А., Крицкий В.А., Матвиенков Ю.В., Сидельников А.П., Смирнова Л.С. Фазоповоротный трансформатор в схеме выдачи мощности крупной гидростанции // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2019. № 1. C. 6–14.

10. Акимов Д.А., Коровкин Н.В., Одинцов М.В., Фролов О.В. Методика выбора мест установки и параметров фазоповоротных трансформаторов в электрических сетях // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2016. № 1. C. 6–19.

11. Wolfram M., Marten A-K., Westermann D. A comparative study of evolutionary algorithms for phase shifting transformer setting optimization // IEEE International Energy Conference. 2016. https://doi.org/10.1109/ENERGYCON.2016.7514056.

12. Rezvanfar R, Ghasemi H, Mosayebian M.E, Ghomi M, Silva F.M.F., Bak C.L. Optimal placement of phase shifting transformers based on MADM method: the considering system performance indices // CIGRE Symposium Aalborg (Aalborg, 4–7 June 2019). Aalborg, 2019. Session 4 (С1). Р. 068.

13. Thatarad S., Kiatiyuth K. Load alleviation in transmission system by using phase shifting transformer // International Electrical Engineering Congress (Krabi, 7–9 March 2018). Krabi: IEEE, 2018. P. 60–70. https://doi.org/10.1109/IEECON.2018.8712121.

14. Morrell T.J., Eggebraaten J.G. Applications for phase-shifting transformers in rural power systems // IEEE Rural Electric Power Conference (Bloomington, 28 April – 1 May 2019). Bloomington: IEEE, 2019. P. 70–74. https://doi.org/10.1109/REPC.2019.00020.

15. Рахманов Н.Р., Ильясов О.В., Гулиев Г.Б. Применение регулирования фазового угла напряжения в энергосистеме c неравномерно загруженной питающей сетью // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации: в 3-х т. / отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. Т. 2. С. 350–360.

16. Li Feng, Yu Mengze, Li Zuohong, Yuan Jiaxin, Mei Jiajun, Yang Xinyi, et al. Engineering Application Evaluation of Phase Shifting Transformer in Guangdong Power Grid // Conference Proceedings of 2021 International Joint Conference on Energy, Electrical and Power Engineering. Lecture Notes in Electrical Engineering. Singapore: Sprin ger, 2022. Vol. 916. P. 111–117. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3171-0_10.

17. Воденников Д.А. Применение фазоповоротного устройства для увеличения пропускной способности электрической сети // Вестник МЭИ. 2020. № 3. С. 75–80. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-3-75-80.

18. Шойко В.П., Духанина К.В. Оценка эффективности применения фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности электропередачи с учетом режима прилегающей сети // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 3. С. 369–379. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-3-369-379.

19. Стельмаков В.Н., Жмуров В.П., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И., Тузлукова Е.В. Фазоповоротные устройства с тиристорным управлением // Энергетик. 2010. № 8. С. 20–23.

20. Ремизевич Т., Рашитов П. Особенности управления полупроводниковым ФПУ со средней точкой // Силовая Электроника. 2011. № 1. С. 78–82.