Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активноадаптивной сетью
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Статический компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя напряжения (СТАТКОМ). Состоит из выполненного на силовых транзисторах преобразователя напряжения, обеспечивающего генерацию и потребление реактивной мощности в диапазоне 100% установленной мощности устройства, без дополнительных силовых реакторов и конденсаторных батарей. Подключение к сети ВН - через третичную обмотку НН автотрансформатора или через отдельный повышающий трансформатор НН/ВН. Применяются для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности электропередачи, уменьшения колебаний напряжения, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, улучшения демпфирования колебаний в энергосистеме. 11 Применяется в любых электрических сетях, особенно эффективен в «слабых» сетях. Разработан и создан первый в России образец мощностью 50 МВар, 15.75 кВ, АВВ выпустилаСТАТКОМ мощностью до 150 МВар, напряжением до 35 кВ. В мировой практике наблюдается тенденция увеличения масштабов практического применения СТАТКОМ. Электромашинные устройства, асинхронизированные компенсаторы (АСК). Является комплексом состоящим из асинхронизированных электрических машин переменного тока и статических преобразователей частоты. Содержит на роторе две и более обмоток возбуждения, благодаря чему обеспечивается возможность регулирования реактивной мощности в пределах % 100 . Обеспечивается также возможность регулирования не только величины, но и фазы вектора напряжения в энергосистеме. Возможна работа с переменной частотой вращения с маховиком на валу с целью повышения пределов динамических характеристик энергосистем. Применяется для регулирования напряжения и повышения пределов статической и динамической устойчивости, увеличения пропускной способности электропередачи, улучшения демпфирования энергосистемы. Отечественной промышленностью освоено производство компенсаторов 100 МВА 11кВ. Фирмой «Hitachi» изготовлен АСК мощностью 60 МВА с маховиком на валу. 3.2. Устройства регулирования параметров сети Эти устройства предназначены для изменения сопротивления элементов 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 ним относятся управляемые устройства продольной компенсации (УУПК); фазоповоротные устройства (ФПУ). Управляемые устройства продольной компенсации (УУПК). Конфигурации УУПК включают в себя реакторы и тиристоры, соединенные параллельно с секциями батареи конденсаторов, включенных в линию электропередачи последовательно. Такая комбинация позволяет обеспечивать плавное управление емкостным сопротивлением и тем самым плавное изменение реактивного сопротивления линии. Массово производятся зарубежными фирмами. В мировой практике нашли широкое применение. Отечественное производство отсутствует. Фазоповоротное устройство (ФПУ). Устройство, переключающее посредством выключателей или тиристорных ключей отпайки трансформатора, обеспечивающие регулирование фазы напряжения. Применяется для регулирования потоков мощности по параллельным ЛЭП, повышения пропускной способности. 12 Отечественное производство отсутствует. В мировой практике нашли широкое применение. Мощность ФПУ достигла 2000 МВт. 3.3. Устройства продольно-поперечного включения Обеспечивают заданное регулирование величины и фазы вектора напряжения в местах их подключения (векторное регулирование) изменяя (оптимизируя) за счет этого управление потоками мощности, как в статических, так и в динамических режимах. Эти устройства создаются либо на базе двух СТАТКОМов, либо двух АСК, соединенных параллельно- последовательно. Отечественное производство отсутствует. 3.4. Преобразователи вида тока Преобразователи вида тока (переменный ток в постоянный и постоянный в переменный) предназначены: для согласованной работы электрических сетей переменного и постоянного тока в случаях их совместного использования, когда применение фрагмента постоянного тока в конкретном сечении (линии) электропередачи являются экономически и технически целесообразным; для согласования работы сетей с различной частотой электрического тока, в том числе при возникновении аварийных ситуаций и восстановления электроснабжения после ликвидации нарушений; для повышения пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Технические устройства для решения этих задач выполняются на основе традиционных вставок постоянного тока (вставки на тиристорах), вставок на базе СТАТКОМов, вставок на базе асинхронизированных машин. Вставки на основе тиристоров и СТАТКОМов выпускаются ведущими мировыми производителями (ABB, Siemens, Areva и др.). В России существует производство вставок на тиристорах, в настоящее время реализуются проекты вставки на СТАТКОМах. 3.5. Устройства ограничения токов к.з. Устройства предназначены для ограничения уровней токов к.з. в ЭЭС. В схемах электроснабжения мегаполисов эта функция особо актуальна в связи с высокой плотностью нагрузки, из-за чего значение токов к.з. часто превышают коммутационную способность существующих выключателей. К первой группе устройств относятся стандартные токоограничивающие реакторы, включаемые в электрическую сеть последовательно, обеспечивающие сравнительно небольшую степень токоограничения, обладающие сравнительно низкой стоимостью и нашедшие в настоящее время широкое практическое применение в сетях НН и СН. 13 Вторая группа – автоматические устройства на основе силовой электроники, быстродействующих коммутационных элементов взрывного действия, использования высокотемпературных сверхпроводников, которые обладают в нормальных режимах малым (в идеале нулевым) сопротивлением, а при к.з. – требуемым. Основу токоограничителя на базе коммутационных элементов составляет быстродействующий коммутатор, состоящий из трех основных элементов: быстродействующее разъединительное устройство; плавкий предохранитель, включенный параллельно; блок логических схем с трансформатором тока. В нормальном режиме элемент с практически нулевым сопротивлением включается в сеть последовательно. При КЗ коммутирующий элемент разрывает связь, и в сети оказывается включенной индуктивность, которая в нормальном режиме была зашунтирована элементом. В России ведутся работы по созданию и освоению подобного рода устройств для сети 110 – 220 кВ. 3.6. Накопители электрической энергии Накопители электрической энергии являются важнейшим элементом активно-адаптивных сетей. Накопители энергии выполняют ряд функций: выравнивание графиков нагрузки в сети (накопление электрической энергии в периоды наличия избыточной энергии и выдачу в сеть в периоды дефицита), повышение устойчивости нагрузки, обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций, демпфирование колебаний мощности, стабилизация работы малоинерционных децентрализованных источников электрической энергии. Накопители энергии делятся на электростатические и электромашинные. К первым относятся аккумуляторные батареи большой энергоёмкости (АББЭ), накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов, накопители энергии на основе низкотемпературных (охлаждение жидким гелием) сверхпроводников. Все типы электростатических накопителей связываются с сетью через устройства силовой электроники – преобразователи тока или напряжения. В настоящее время рядом зарубежных фирм начат выпуск и осуществляется довольно масштабное практическое применение АББЭ. Молекулярные накопители проходят стадию создания и испытания опытных образцов. Ожидаемое применение сверхпроводниковых накопителей 2015- 2020гг. К электромашинным накопителям электроэнергии относятся два вида комплексов: синхронные машины с преобразователями частоты в первичной цепи с маховиками на валу; асинхронизированные машины с маховиками на валу. 14 В настоящее время нет практических ограничений по созданию агрегатов первого типа мощностью до 30 – 40 МВт и второго типа мощностью до 800 МВт. 3.7. Сверхпроводящие силовые кабели Сверхпроводящие кабели позволяют увеличить объем передаваемой энергии за счет увеличения токовой нагрузки. Так на базе доступных сегодня высокотемпературных сверхпроводящих материалов могут быть созданы кабели (ВТСПК) на передаваемую мощность 50 -100 МВА при напряжении 10кВ и 100 -200 МВА при напряжении 20 кВ. Основные преимущества сверхпроводящих кабелей по сравнению с традиционными: Увеличение единичной передаваемой мощности в тех же габаритах. Повышение эффективности передачи в связи с малыми потерями энергии и повышение качества электроэнергии. Увеличение срока жизни кабеля. Увеличение критической длины кабеля. Экологическая чистота и пожаробезопасность. Возможность передачи большей мощности при пониженном напряжении. Передаваемая мощность эксплуатируемых в настоящее время ВТСПК колеблется от 10 МВА до 675 МВА при классах напряжений 10-138 кВ. В России созданы и прошли испытания две кабельные трехфазные линии длинами 30 и 200 метров на напряжение 20 кВ и рабочий ток 1.5-2.5 кА. В США, Японии, Европе и Ю. Корее рассматриваются проекты создания магистральных и распределительных ВТСП линий длинами в несколько километров. При использовании ВТСП КЛ постоянного тока приобретается новое качество передачи, которая становится управляемым элементом сети, регулирующим потокораспределение, а также элементом, обладающим функцией токоограничения, что является особенно важным для энергосистем мегаполисов. В России по инициативе ОАО «ФСК ЕЭС» в конце 2010 года начаты работы, целью которых является создание ВТСП кабельной линии постоянного тока на напряжение 20 кВ с током 2500 А с системой криогенного обеспечения, включая преобразователи, концевые и соединительные муфты. Пилотный проект подобной кабельной линии предполагается осуществить в одном из районов г. Санкт-Петербурга, где 15 остро стоит проблема повышения надежности электроснабжения в совокупности с решением проблемы ограничения токов к.з. В Концепции предложены направления и предварительные места установки в ЕНЭС устройств инновационных технических средств различного типа для последующей детальной проектной проработки. 4. Технологии мониторинга и диагностики электрических сетей. Цифровые подстанции ЕНЭС Под «цифровой» подстанцией (ЦПС) понимается подстанция с высоким уровнем автоматизации управления, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами ПС, обмена с внешними системами, а также управления работой ПС осуществляются в цифровом виде на основе протоколов МЭК. При этом и первичное оборудование ЦПС, и компоненты информационно-технологических и управляющих систем (РЗ, ПА, ССПИ, АИИС КУЭ, РАС, ОМП и др.) функционально и конструктивно ориентированы на поддержку цифрового обмена данными. Непосредственными целями создания ЦПС являются: совершенствование мониторинга и управления электросетевым оборудованием ПС; повышение надежности работы и эффективности эксплуатации оборудования ПС путем развития и унификации основных информационно-технологических и управляющих систем (ИТС), переход к «необслуживаемым» подстанциям, т.е. к подстанциям без постоянного дежурства оперативного персонала. Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления ПС позволит получить целый ряд преимуществ, в том числе: существенно сократить затраты на кабельные вторичные цепи и каналы их прокладки; повысить помехоустойчивость вторичных цепей благодаря переходу на цифровую связь с использованием для передачи медных кабелей, а при больших расстояниях, больших скоростях и неблагоприятной электромагнитной обстановке – оптоволоконной среды; упростить и удешевить конструкцию микропроцессорных устройств за счет исключения трактов ввода аналоговых сигналов; унифицировать интерфейсы устройств, существенно упростить взаимозаменяемость этих устройств (в том числе разных производителей); унифицировать процессы проектирования, внедрения и эксплуатации подстанции. 16 Мониторинг и диагностика воздушных линий электропередачи Системы и устройства диагностики и мониторинга состояния ВЛ предназначены для получения, сбора и обработки информации о техническом состоянии оборудования, что позволит прогнозировать не только объемы и сроки ремонтов, но и сроки службы оборудования, что в конечном счете вносит вклад в повышение надежности и безаварийности энергоснабжения потребителей. Технологии мониторинга и диагностики ВЛ должны осуществлять автоматизированный сбор данных, передачу их по каналам связи (беспроводным, оптическим), обработку, анализ и выдачу информации на диспетчерские пункты о состоянии контролируемых параметров ВЛ. В настоящее время для мониторинга и диагностики ВЛ используется: Воздушное лазерное сканирование, которое дистанционно позволяет получить пространственно-геометрическую информацию о реальных габаритах ВЛ с учетом рельефа местности, растительности и сооружениях расположенных по трассе ВЛ; Наземное лазерное сканирование, позволяющее дистанционно получить наиболее полную пространственно-геометрическую информацию на отдельно взятом участке ВЛ (пролета ВЛ); Мониторинг температуры нагрева проводов ВЛ с помощью установленных на проводах ВЛ датчиков температуры с последующей обработкой информации и получении габарита ВЛ в месте установки датчика; Мониторинг токовой нагрузки, скорости ветра, температуры, габарита ВЛ в точке установки, расположение (GPS) с помощью установленных на проводах ВЛ «Умных сфер»- многофункциональных устройств, имеющих видеокамеру, передающую информацию по WIFI. Мониторинг гололедной обстановки на ВЛ с помощью «Автоматизированной информационной системы контроля гололедной нагрузки» позволяющей иметь информацию о температуре окружающего воздуха, направлении и скорости ветра, влажности и толщине стенки гололеда на проводах и грозозащитных тросах и передавать информацию на диспетчерские пункты; Мониторинг грозовой активности вдоль трассы ВЛ с помощью многопунктовых систем грозопеленгации и др. Мониторинг силовых трансформаторов За последние годы в России и за рубежом отмечается тенденция развития системы непрерывного контроля состояния силовых трансформаторов, которая направлена на повышение их эксплуатационной надежности. В системе мониторинга силовых трансформаторов, кроме активной и реактивной мощности, а также токов и напряжения по фазам на всех сторонах 17 и положения РПН должны контролироваться: содержание влаги и концентрация газов в масле (водород, ацетилен, этилен, этан, метан, оксид и диоксид углерода), температура верхних слоев масла, а также температура на входе и выходе системы охлаждения и количество включенных вентиляторов. Предусматривается непрерывный контроль состояния трансформаторов, выявление дефектов на ранней стадии их развития, в т.ч. с индикацией процессов, характеризующих предельное состояние трансформаторов, когда их дальнейшая эксплуатация невозможна из-за развития внутренних коротких замыканий в трансформаторах, чтодает возможность своевременно отключить оборудование. Обеспечивается выдача данных о контролируемых параметрах непосредственно в протоколе 61850 – 9.2. Мониторинг и диагностика выключателей и КРУЭ Важным направлением является разработка и внедрение КРУЭ, обеспечивающих интеграцию с цифровой системой управления и диагностики состояния оборудования подстанций. КРУЭ для цифровых подстанций должны обеспечивать возможность переключения между режимами дистанционного и ручного управления, блокировку выключателей, разъединителей и заземлителей от неправильных операций, блокировку выключателей от срабатывания при недопустимом снижении давления элегаза или неполной готовности привода Система мониторинга должна обеспечивать непрерывный контроль плотности элегаза во всех заполненных элегазом объемах и формировать предупредительные и аварийные сигналы при достижении пороговых значений. Должен вестись контроль и учет выполненных коммутационных операций без тока и с током КЗ: количество операций с фиксацией времени срабатывания и скорости перемещения контактов коммутационных аппаратов при включении и отключении и подсчетом израсходованного и остаточного коммутационного ресурса выключателя. Кроме того, контролируется готовность привода аппаратов. 5. Система управления ИЭС ААС. 5.1. Единая автоматизированная система управления интегрирует средства и подсистемы автоматических и автоматизированных систем контроля и управления: АСДУ, РЗ, ПА, АРЧМ, АРН, АИИС КУЭ, АСУ ТП энергообъектов, систем связи. 18 Развиваемые системы технологического управления строятся как распределенные иерархические системы. Средства автоматизации, связи и вычислительной техники должны координировано функционировать на разных уровнях иерархии: на энергообъектах (электростанции, подстанции, ЛЭП, электрооборудовании потребителей с регулируемой нагрузкой) и в центрах управления (в структурах ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «СО ЕЭС»). Роль устройств нижнего уровня иерархии управления играют объектные программно-технические средства систем (подсистем) сбора, обработки и передачи оперативной информации ССПИ и неоперативной телеметрической информации – ССПТИ в ЦУС ФСК ЕЭС и ДЦ Системного оператора. Кроме того, средствами АСУ ТП подстанций ЕНЭС, МРСК обеспечивается возможность непосредственного управления оборудованием объектов из удаленных центров управления основных функций. Указанные системы осуществляют поддержку и обеспечивают автоматизацию основных функций оперативно-диспетчерского управления ДЦ СО ЕЭС оперативно-технологического управления, а также процессов управления функционированием и эксплуатацией сетей ЦУС, ФСК ЕЭС, МРСК и ГК. Использование средств современных информационных технологий позволяет реализовать на каждом уровне управления систем автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами совместное использование оперативной и ретроспективной информации, накапливаемой и используемой в каждой из систем. Это дает возможность учета ограничений, более адекватного прогноза состояния объекта управления, и, соответственно, повышения качества управления. При этом общими являются ограничения по надежности электроснабжения потребителей и её составляющих. |