5 УДК 621.311 ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЛЭП И ПОВЫШЕНИИ ИХ УПРАВЛЯЕМОСТИ Засл. деятель науки и техн. РБ, докт. техн. наук, проф. ПОСПЕЛОВ Г. Е. Белорусский национальный технический университет Компенсация параметров линий – емкости и индуктивного сопротивле- ния – наиболее естественное средство повышения их пропускной способ- ности и управляемости [1]. Для компенсации индуктивного сопротивления линии наибольшее рас- пространение получила продольная компенсация посредством батарей ста- тических конденсаторов. Так, согласно [2], «среди устройств FACTS, уста- новленных к настоящему времени в энергосистемах мира с целью повы- шения пропускной способности линий электропередачи, снижения потерь и стабилизации уровней напряжения, лидирующие позиции по количеству объектов и установленной мощности оборудования занимают статические тиристорные компенсаторы и установки продольной компенсации (их не- сколько сотен)». Однако наряду с этим «при длине линий свыше 400 км продольная емкостная компенсация неэффективна» [3]. В данной статье устанавливаются действительная эффективность про- дольной емкостной компенсации индуктивного сопротивления линий элек- тропередачи и условие целесообразной ее применимости. Остановимся на необходимости компенсации емкости линии. В каче- стве примера рассмотрим работу электростанции на короткую и длинную линии (табл. 1). В варианте короткой линии ее длина l = 110 км и при напряжении линии U = 110 кВ коэффициент запаса статической устойчи- вости получился недостаточный; переход к напряжению 220 кВ обеспечи- вает достаточный запас устойчивости без каких-либо дополнительных средств. В варианте с длиной линии l = 1000 км при напряжении U = 400 кВ недостаточен запас статической устойчивости; переход к напряжению U = = 500 кВ показал еще более низкий уровень устойчивости. Включение в начале линии при этом напряжении шунтирующего реактора, компенси- рующего частично емкость линии, обеспечило достаточный запас статиче- ской устойчивости. Таким образом, для реализации эффекта повышения номинального напряжения протяженных линий передачи необходимо применение э л е к т р о э н е р г е т и к а 6 устройств, компенсирующих емкостную проводимость линий. В системах передачи с продольной компенсацией шунтирующие реак- торы установлены для компенсации емкости линии, повышают, как пока- зано [1; 4], эффективность продольной компенсации. Согласно [4] управ- ляемый шунтирующий реактор представляет широкие возможности для создания управляемой продольной компенсации; он позволяет существен- но повысить эффективность продольной компенсации. Благоприятное дей- ствие управляемых шунтирующих реакторов предполагается использовать во Вьетнаме в системе передачи 500 кВ с продольной компенсацией [5]. Эффективность продольной компенсации определяется значением эк- вивалентного сопротивления, на которое уменьшается суммарное индук- тивное сопротивление системы передачи [1]: сэ л с э ,x х k k= (1) где kс = хк/хл – степень компенсации; хк – емкостное сопротивление уста- новки продольной компенсации (УПК); хл – индуктивное сопротивление линии; kэ – коэффициент эффективности продольной компенсации. Таблица 1 Эквивалентное емкостное сопротивление, вычитаемое из индуктивного сопротивления системы передачи: сэ к э.x х k= (2) Коэффициент эффективности продольной компенсации kэ – это число, на которое нужно умножить емкостное сопротивление продольной ком- пенсации хк, чтобы получить эквивалентное емкостное сопротивление, вы- читаемое из индуктивного сопротивления систем передачи. Рассмотрим электропередачу с УПК, схема которой изображена на рис. 1. Каждую половину линии электропередачи представим четырехпо- люсником [A1], компенсирующее устройство – [A2], а для всей электропе- редачи запишем [ ][ ][ ] [ ]1 2 21 2 2 1 2 2 . U U U A A A A I I I       = =                 (3) Вариант короткой ЛЭП l = 110 км; Р = 150 МВт; zв = 400 Ом – волновое сопротивление: а) U = 110 кВ; Θ = 67,9о; зс = 8 % < 20 %; Θ – угол между ЭДС Е и напряжением U2; б) U = 220 кВ; Θ = 46,4о; зс = 38,1 % > 20 % Вариант протяженной ЛЭП l = 1000 км; Р = 150 МВт; zв = 252 Ом; провод расщепленный: а) U = 400 кВ; Θ = 99,4о – неуст.; б) U = 500 кВ; Θ = 110,8о – неуст.; в) U = 500 кВ в начале ЛЭП Ш.Р. bр = 0,706; Θ = 55о; зс = 22 % > 20 % ~ ~ 7 Обобщенная постоянная В эквивалентного четырехполюсника, равная эквивалентному сопротивлению, при П-образной схеме замещения элек- тропередачи рассчитывается из выражения [6] 2 2 2 2 2 2в в в в 1 к 1 1sh sh ch sh sh ,4 2 b z bzB z jz b jx j   = λ − λ − λ − λ − λ    (4) где zв – волновое сопротивление линии; λ1, λ2 – волновые длины соответ- ственно всей линии передачи и ее половины. Рис. 1. Зависимость пропускной способности ЛЭП с учетом потерь активной мощности от проводимости шунтирующих ректоров Здесь согласно [6] учитываются потери активной мощности линии пе- редачи, поэтому коэффициент при хк – комплексное число; его мнимая со- ставляющая определит дополнительно активное сопротивление, и только вещественная составляющая может рассматриваться как коэффициент эф- фективности последовательной компенсации 2 2 2 2в в э 1 1Re ch sh sh .4 2 b z bz k   = λ − λ − λ    (5) Так как исходная схема (рис. 1) не содержит конечных устройств си- стемы, полученное выражение (5) справедливо при условии сильного регу- лирования возбуждения генераторов, при котором обеспечивается посто- янство напряжения в начале линии и не учитывается влияние сопротивле- ний генераторов на пропускную способность системы передачи по условиям статической устойчивости. При пренебрежении активными потерями в линии передачи коэффици- ент при хk не содержит мнимой составляющей, а содержит только веще- ственную составляющую 2 2 2 2в в э 1 1cos sin sin .4 2 b z bz k = λ − λ + λ (6) kэ 1,0 0,5 0 λ λ1 λ1 U1 I1 I1 U2 2 b 2 b 0,5 1,0 1,5 b* 1 3 2 4 5 6 8 На основе (5) и (6) на рис. 1 и 2 построены зависимости коэффициента эффективности продольной компенсации от проводимости шунтирующих реакторов, которая выражена в долях проводимости плеча П-образной схемы замещения соответствующего участка линии электропередачи (b∗ = b/yп). Рис. 2. Зависимость пропускной способности ЛЭП без потерь от проводимости шунтирующих реакторов Рис. 1 соответствует зависимости для линии с учетом потерь активной мощности, рис. 2 – для линии без потерь; кривые соответствуют длинам линий: 1 – 200 км; 2 – 500; 3 – 700; 4 – 1000; 5 – 1500; 6 – 2000 км. Зависимости рис. 1 и 2 показывают возможности регулирования про- дольной компенсацией индуктивного сопротивления электропередач при помощи проводимости шунтирующих управляемых реакторов; благодаря этому регулированию продольная емкостная компенсация эффективна и для протяженных электропередач. Рассмотрение [2] сравнительной эффективности использования для по- вышения пропускной способности электрических сетей статических тири- сторных компенсаторов, устройства СТАТКОМ и продольной компенса- ции индуктивного сопротивления линий показало, что самым эффектив- ным способом оказалась продольная компенсация. Аналогичный результат дали исследования [7]. Следует отметить возможности продольной компенсации как средства повышения динамической устойчивости и статической устойчивости по- слеаварийного режима системы передачи [8]. В этом случае она называется послеаварийной продольной компенсацией, так как включается в после- аварийном режиме и уменьшает относительное эквивалентное реактивное сопротивление системы передачи в послеаварийном режиме. Одна из схем такой компенсации показана на рис. 3 [8]. kэ 1,0 0,5 0 0,5 1,0 1,5 b* 1 3 2 4 5 6 xc I1 I1 U2 2 b 2 b λ1 λ1 I1 I1 U2 [A2] [A1] 9 Рис. 3. Схема системы передачи с послеаварийной продольной компенсацией В Ы В О Д Ы 1. Продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления линий электрических сетей – эффективное средство повышения их про- пускной способности. 2. Управляемые шунтирующие реакторы повышают эффективность продольной компенсации. 3. Послеаварийная продольная компенсация является эффективным средством повышения динамической и статической устойчивости систем передачи в послеаварийном режиме. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. П о с п е л о в, Г. Е. Элементы технико-экономических расчетов систем электропере- дач / Г. Е. Поспелов. – Минск: Вышэйш. шк., 1967. 2. К о щ е е в, Л. А. Об эффективности применения управляющих устройств в электри- ческой сети / Л. А. Кощеев, В. А. Шлайфштейн // Электрические станции. – 2005. – № 12. – С. 30–38. 3. А л е к с а н д р о в, Г. Н. Об эффективности применения компенсирующих устройств на линиях электропередачи / Г. Н. Александров // Электричество. – 2005. – № 4. – С. 62–67. 4. П о с п е л о в, Г. Е. Эффективность компенсирующих устройств для управления па- раметрами и режимами электрических сетей и их регулирование / Г. Е. Поспелов // Энерге- тика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2007. – № 4. – С. 5–12. 5. Л е Т х а н ь Б а к. Сравнение технико-экономических показателей неуправляемых реакторов с установками продольной емкостной компенсации и управляемых шунтирую- щих реакторов на дальних линиях электропередачи / Ле Тхань Бак // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2008. – № 4. – С. 28–33. 6. Ф е д о р о в а, И. А. Влияние активных потерь в линии передачи на эффективность последовательной компенсации / И. А. Федорова // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведе- ний и энерг. объединений СНГ). – 1965. – № 7. 7. Д е м е н т ь е в, Ю. А. Применение управляемых статических компенсирующих устройств в электрических сетях / Ю. А. Дементьев, В. Л. Кочкин, А. Г. Мельников // Элек- тричество. – 2003. – № 9. 8. Ф е д о р о в а, И. А. Эффективность средств повышения динамической устойчиво- сти систем электропередач / И. А. Федорова, Г. Е. Поспелов // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 1990. – № 7. Представлена кафедрой электрических систем Поступила 12.12.2008 ~ В ~ =