2.2. Вставка постоянного тока

В настоящее время особенно актуальной является проблема повышения

эффективности функционирования Единой энергосистемы (ЕЭС) России.

Данную проблему можно рассматривать с двух позиций.

С одной стороны необходимы стимулы и условия для участия российских

генерирующих компаний на международном рынке электрической энергии.

Наиболее перспективным направлением в этой области является поддержание

надежной синхронной работы ЕЭС России с энергообъединениями Западных

стран с осуществлением обмена перетоками мощности между ними по

обычным линиям электропередач переменного тока. Однако такое объединение

на параллельную работу было затруднительно, так как российские и западные

энергосистемы либо работают с различной номинальной частотой (50 и 60 Гц),

либо имеют различную идеологию поддержания частоты [1].

Существующий опыт, в том числе зарубежный, свидетельствует о том, что

эффективно усилить связь между энергообъединениями России, а также между

ЕЭС России и энергосистемами зарубежных стран можно с использованием

вставок постоянного тока (ВПТ) [2].

Вставкой постоянного тока (ВПТ) называется электропередача

постоянного тока, состоящая из совмещенных в одном месте выпрямительной и

инверторной подстанции, без линий постоянного тока при преобразовании тока

на обеих подстанциях с помощью каскадно-мостовой схемы [3]. Назначение

ВПТ − это передача мощности из одной энергосистемы в другую либо в любом

направлении в случае реверсивной ВПТ.

Преобразование электрической энергии осуществляется

преобразователями, связанными с передающей и приемной системами.

Преобразователь, который преобразует энергию переменного тока от

передающей системы в энергию постоянного тока, называется выпрямителем.

Другой преобразователь, который получает энергию от выпрямителя и

преобразует ее в энергию переменного тока, отдавая эту энергию в приемную

систему, называется инвертором.

Рис. 1. Типовая схема вставки постоянного тока

Преобразователи обладают свойством реверсивности: при необходимости

изменения направления передачи мощности выпрямитель становится

инвертором, а инвертор – выпрямителем. При этом направление тока в

линии остается неизменным, так как вентили в преобразователях

пропускают ток только в одном направлении, но меняется полярность

самих преобразователей [3].

Из рис. 1. видно, что ВПТ представляет собой преобразовательную

подстанцию, на которой размещены выпрямитель и инвертор. Двухмостовой

выпрямитель и двухмостовой инвертор включены по схеме 12-тимостового

преобразователя и образуют один блок − комплектное высоковольтное

преобразовательное устройство (КВПУ). Вставка может состоять из одного

или нескольких блоков в зависимости от требуемой мощности. Устройство

имеет линейный реактор ЛР, включенный в изолированный или заземленный

полюс. На шины переменного тока каждой энергосистемы включены

компенсирующие устройства: это могут быть фильтры переменного тока Ф или

статические компенсаторы СТК. Стабилизация переменного напряжения

возлагается на сами преобразователи.

В качестве преобразователей во вставках постоянного тока в настоящее

время используются статические управляемые вентильные преобразователи,

собранные по трехфазной мостовой схеме. Схема преобразовательного моста со

всеми основными элементами приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема преобразовательного моста

Как показали многочисленные исследования, именно мостовая схема

наиболее пригодна для применения во вставках постоянного тока.

Современный мощный высоковольтный преобразовательный блок включает в

себя не только мостовую схему, но и ряд других элементов, составляющих

неотъемлемую его часть.

Вставки постоянного тока применяются для:

• осуществления несинхронной связи между энергосистемами,

обеспечивающей возможность независимого регулирования частоты в

каждой из систем при нарушениях режима (короткие замыкания, сбросы

мощности, набросы нагрузки) в одной из энергосистем;

• объединения энергосистем, работающих с различной номинальной

частотой (50 и 60Гц) или разной идеологией поддержания частоты;

• обеспечения безынерционного изменения величины тока и направления

потока мощности, благодаря чему такая связь свободна от нерегулируемых

перетоков мощности и способна осуществлять передачу электроэнергии по

заданной программе. Законы регулирования могут быть выбраны с

большой степенью независимости от изменений режима (уровней

напряжения, частоты) в связываемых энергосистемах. При необходимости

могут использоваться специальные регуляторы, например, для

поддержания частоты, демпфирования субгармонических колебаний,

повышения устойчивости параллельных электропередач переменного тока;

• повышения статической и динамической устойчивости объединенных

энергосистем;

• использования эффекта разновременности суточных максимумов по

поясам и снижения необходимости пиковых резервов.

• эффективного управления режимами большего по мощности и

протяженного энергообъединения.

Другими словами вставки постоянного тока помогают полностью

развязать смежные системы по частоте, это решает проблему обмена энергией с

энергосистемами зарубежных стран которые имеют отличную от России

номинальную частоту или идеологию поддержания частоты.

Применение ВПТ в России актуально из-за:

1) наличия избыточных неиспользованных первичных энергоресурсов,

особенно в Сибири;

2) больших расстояний, затрудняющих синхронную связь между

энергосистемами.

В силу своих конструктивных особенностей ВПТ обеспечивают наиболее

централизованное управление режимами энергообъединения; локализацию

аварий в энергообъединении; отсутствие стохастических колебаний мощности

и возможность объединения мощных энергосистем связями относительно

малой пропускной способности с возможностью наращивания её по мере

необходимости.

Стабильность частоты - основная характеристика периодических процессов, а также характеристика приборов и устройств, генерирующих периодические колебания. С. ч. характеризуется зависимостью частоты от времени. Измерение С. ч. сводится к сравнению частоты данного генератора с частотой более стабильного источника, напр. с образцовой мерой частоты или с эталоном частоты. Результат сравнения зависит от затраченного времени. Это значит, что С. ч. данного источника колебаний не является вполне определённой величиной. Различают кратковременную С. ч., отображающую влияние флуктуац. процессов, и долговременную С. ч., зависящую от изменений параметров генератора колебаний вследствие внеш. воздействий. Иногда говорят об абсолютной и относительной С. ч., имея в виду соответственно изменение значения частоты генератора при многократных включениях и выключениях и изменение значения частоты генератора при его непрерывной работе. Последняя может быть определена не только путём сравнения с эталоном, но и измерением автокорреляции частоты генерируемого колебания.

С. ч. называют естественной, если она ограничена флуктуациями, возникающими внутри источника колебаний, напр. вследствие тепловых движений или флуктуации тока.С. ч., определяемую изменениями параметров генератора под влиянием внеш. воздействий, называют технической. Исследования С. ч. показывают, что естественно С. ч. связана с шириной спектральной линии генератора, а технически С. ч.- с медленными или скачкообразными изменениями его параметров. Например, С. ч. водородного генератора ограничивается медленным старением защитной плёнки, уменьшающей влияние поверхности стенки на ударяющиеся о неё атомы водорода. М. Е. Жаботикский.

Вставка постоянного тока (ВПТ)-элемент электрической сети, который позволит регулировать переток электроэнергии между странами и экспортировать ток без полной интеграции сетей.

Вставка постоянного тока (ВПТ) - Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты

Вставка постоянного тока является станцией, в которой и инверторы и выпрямители находятся в одном месте, обычно в одном и том же здании. Линия постоянного тока выполняется настолько короткой насколько возможно. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты соединения двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов различных частот и числе фаз

Величина постоянного напряжения в промежуточной схеме вставки постоянного тока может быть выбрано свободно из-за малой длины линии. Обычно постоянное напряжение выбирают настолько низким насколько возможно, чтобы построить меньший зал для преобразователей и избежать последовательных соединений вентилей. По этой причине во вставке постоянного тока используют сильноточные вентили.

Особенность ВПТ в отличие от известных традиционных решений на основе тиристорных преобразователей тока состоит в использовании преобразователей напряжения с мощными транзисторными вентилями, что позволяет в составе одного преобразователя передавать активную мощность в двух направлениях, а также регулировать реактивную мощность без применения дополнительных источников реактивной мощности.

Кроме того, вставки постоянного тока позволяют решить ряд задач, актуальных для современных энергетических систем:

• соединение двух электрических сетей одной номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов;

• соединение электрических сетей различных частот и фаз;

• повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи;

• согласование работы сетей при возникновении аварийных ситуаций и восстановление электроснабжения после ликвидации нарушений.

Вставки постоянного тока (ВПТ) между соседними энергосистемами придают объединению этих энергосистем важные благоприятные свойства. Они позволяют осуществить асинхронную работу энергосистем, обеспечивая практически безинерционное регулирование межсистемных перетоков мощности, предотвращают нарушения устойчивости, присущие связям на переменном токе, открывают дополнительные возможности для оптимизации режимов и взаимной помощи энергосистем.

Особенно важной становится роль ВПТ при соединении ими энергосистем разных стран или разных экономических регионов, где требуется строгое выполнение межгосударственных или межрегиональных контрактов по коммерческой передаче электроэнергии.

Вместе с тем, характеризуя ВПТ, как энергетические объекты, приходится отметить, что наряду со многими достоинствами они обладают и рядом недостатков. Один из таких недостатков состоит в том, что ВПТ, имея в своем составе мощные вентильные преобразователи, могут отрицательно влиять на форму напряжений и токов в примыкающих к ним электрических сетях - создавать в этих сетях высшие гармоники.

Этот недостаток, свойственный всем традиционным вентильным преобразователям тока, для ВПТ может оказаться особенно серьезным во-первых, из - за очень большой мощности ВПТ и, соответственно, большой величины генерируемых ими гармоник, а во - вторых, из - за того, что ВПТ обычно присоединяются к электрическим сетям высших классов напряжения с длинными линиями переменного тока, в которых эти гармоники подвержены значительным резонансным усилениям. Гармоники напряжения и тока ухудшают условия работы многих видов высоковольтного оборудования. Кроме того, они могут нарушать правильное действие релейных защит, вызывать недопустимые помехи в линиях связи. Поэтому величины гармоник, которые возникают в сетях, примыкающих к ВПТ, достаточно жестко нормируются. Уместно заметить, что на ВПТ, соединяющих энергосистемы разных стран, нормы, наложенные на гармоники тока и напряжения, входят в число условий по качеству энергии, которые регламентируются соответствующими контрактами, так что их невыполнение может повлечь те или иные экономические санкции.

Схемы электропередач и вставок постоянного тока

Структурные схемы ППТ и ВПТ приведены на рис. 11.1. В электропередачах постоянный ток используется лишь для транспорта электрической энергии от удаленной электростанции в приемную систему или из одной системы в другую. Для этого электрическая энергия переменного тока, вырабатываемая генераторами передающей системы, должна быть сначала преобразована в энергию постоянного тока, в таком виде передана по линии, затем снова преобразована, но уже в энергию переменного тока и передана в приемную систему.

В схеме, где используется вставка постоянного тока, транспорт энергии на расстояние осуществляется на переменном токе. Причем обычно это расстояние сравнительно невелико, так как ВПТ используется для связи примыкающих друг к другу систем. Постоянный ток здесь играет лишь роль звена, которое полностью развязывает соединенные системы по частоте и, с этой точки зрения, делает их не зависящими друг от друга.

Преобразование электрической энергии осуществляется преобразователями П₁ и П₂, связанными с передающей и приемной системами. Преобразователь, который преобразует энергию переменного тока от передающей системы в энергию постоянного тока, называется выпрямителем. Другой преобразователь, который получает энергию от выпрямителя и преобразует ее в энергию переменного тока, отдавая эту энергию в приемную систему, называется инвертором.

Преобразователи обладают свойством реверсивности: при необходимости изменения направления передачи мощности выпрямитель становится инвертором, а инвертор — выпрямителем. При этом направление тока в линии остается неизменным, так как вентили в преобразователях пропускают ток только в одном направлении, но меняется полярность самих преобразователей.