Технические науки/ 5. Энргетика
 
Студент Степасюк В. Ю.
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут»
Гнучкі системи передачі змінного струму 
Вступ. Розвиток електроенергетичних мереж неминуче обертається проблемами. По-перше, складно замкнута і багаторівнева система не може функціонувати без жорстких механізмів управління. По-друге, подальший розвиток системи вимагає залучення нових земель, що в умовах введення приватної власності виявляється дорогим задоволенням.  Мало бюджетною альтернативою будівництва нових ЛЕП в цьому випадку є підвищення інтелектуальності (керованості) мереж .
Мета роботи: Продемонструвати ефективність використання  пристроїв FACTS.
Матеріали і результати досліджень: У лексиконі енергетиків поняття «керовані лінії» фактично тотожне терміну «гнучкі лінії» або FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems - гнучкі системи передачі змінного струму). У свою чергу FACTS можна вважати підсистемою «розумних ліній» Smart Grid. Найчастіше Smart Grid поділяють на наступні напрямки:
 1) Економічно ефективні технологій малої і середньої генерації, включаючи альтернативні джерела.
2) Нове покоління пристроїв автоматизації . 
3) Інформаційно-технологічні системи для центрів управління енергосистем.
4)Активне електротехнічне мережеве обладнання (FACTS), здатне змінювати характеристики передачі або перетворення електричної енергії з метою оптимізації режимів мережі відразу за кількома критеріями: пропускна здатність, рівень технологічних втрат, стійкість, перерозподіл потоків потужності, якість електричної енергії.   Застосування обладнання для гнучких ліній (вони ж FACTS) дозволяє підвищити пропускну спроможність ліній (за деякими оцінками - до 20%), забезпечити стійку роботу енергетичної системи, забезпечити задані диспетчером параметри мережі, що запобігають втратам електричної енергії (до 40%).Керовані електропередачі, завдяки високій швидкодії силової електроніки, здатні впливати на процеси, які відбувається в електроенергетичних системах в режимі online, завдяки чому електропередачі перетворюються з пасивних засобів транспорту електричної енергії в активні пристрої керування режимами роботи. Пристрої FACTS можна поділити на групи:
- різного роду статичні перетворювачі в електропередачах змінного струму; 
- вставки постійного струму і електропередачі постійного струму; 
- електромашинні комплекси, що складаються з електричних машин змінного струму .
  Всього існує кілька десятків пристроїв FACTS: статичні синхронні компенсатори, керовані реактори і конденсаторні батареї як з тиристорним, так і з механічним перемиканням. Найбільш поширені сьогодні пристрої для компенсації реактивної потужності, а так само пристрої, що виконують кілька функцій, однією з яких знову ж таки є компенсації реактивно потужності. Зниження перетоків реактивної потужності в мережі дозволяє знизити втрати активної енергії і напруги, регулювати напругу в енергосистемі, знизити завантаження ЛЕП. До пристроїв компенсації реактивної потужності відноситься наступне обладнання: конденсаторні батареї (БСК); шунтуючі реактори; фільтри вищих гармонік; статичні тиристорні компенсатори (СТК) та ін.
 Керовані шунтуючі реактори - найбільш широко впроваджувані пристрої FACTS. Вони забезпечують регулювання напруги (реактивної потужності) в режимі реального часу. В найпростішому вигляді реактор - це котушка індуктивності, що споживає реактивний струм індуктивного характеру. Керований шунтуючий реактор - це змінний індуктивний опір, який плавно регулюється підмагнічуванням феромагнітних елементів магнітного ланцюга. Цей пристрій додатково виконує функції напівпровідникового ключового приладу, що досягається за рахунок роботи магнітної системи реактора в області глибокого насичення. На холостому ходу реактора величина споживаної реактивної потужності не перевищує 3% номінального значення. Для збільшення завантаження реактора необхідно додаткове підмагнічування магнітної системи. Воно відбувається при підключенні регульованого джерела постійної напруги до обмоток управління. Потік підмагнічування в сусідніх стрижнях направлений в різні боки. Його наростання викликає насичення стрижнів у відповідні напівперіоди струму, що в свою чергу, призводить до виникнення і зростання струму в мережевій обмотці. Зміна величини струму підмагнічування призводить до зміни струму мережевий обмотки, за рахунок чого забезпечується плавна зміна рівнів напруги в точці підключення керованого реактора і величина споживаної ним реактивної потужності. Шунтуючі реактори компенсують надлишок реактивної потужності, знижують її перетікання, при цьому зменшується струм в лініях, знижуються активні втрати. У транзитних мережах з різко змінним графіком навантаження, крім того скорочується число комутацій некерованих пристроїв. Крім оптимізації режиму роботи мереж, результатом роботи реакторів стає збільшення терміну служби обладнання. Найбільший ефект їхньої установки проявляється в мережах 220 кВ і вище на міжсистемних ЛЕП з реверсивними перетіканнями активної потужності, завантаження яких протягом доби може змінюватися від нуля до гранично допустимої за пропускної спроможності.
Статичні компенсатори реактивної потужності засновані на використанні керованих реакторів і конденсаторних батарей. При паралельному їх включенні потужність всього пристрою дорівнює алгебраїчній сумі потужностей реактора і конденсаторної батареї. Дуже корисною властивістю компенсаторів реактивної потужності на базі керований шунтуючих реакторів є можливість підключення в точку необхідної компенсації реактивної потужності без використання проміжних пристроїв. Це особливо важливо для створення гнучких ліній електропередач із застосуванням плавно-регульованих пристроїв компенсації реактивної потужності по кінцях лінії. Перспективне використання статичних компенсаторів в мережах з реверсивними перетіканнями активної потужності, в системах зі слабкими міжсистемними зв'язками і в протяжних розподільних мережах.
 Висновок.  Використання електротехнічного мережевого обладнання дає ряд переваг:
- підвищення пропускної спроможності ліній електропередачі, аж до теплового межі по нагріванню;
- забезпечення стійкої роботи енергосистеми при різних збуреннях;
- забезпечення заданої (примусового розподілу) потужності в електричних мережах у відповідність до вимог диспетчера;

- регулювання напруги в мережах;

Література:

1. .  Виджей К. Суд. HVDC and FACTS Controllers: Применение статических преобразователей в энергетических системах. Пер. с англ. М.: НП "НИИА", 2009. 344 с.

2. .  Enrique Acha, Claudio R. Fuerte-Esquivel, Hugo Ambriz-Perez, Cesar Angeles-Camacho. FACTS Modelling and Simulation in Power Networks. John Wiley & Sons Ltd, 2004, 421 p.

3. Edvina Uzunovic. EMTP Transient stability and power flow models and controls of VSC based FACTs controllers. University of Waterloo, Ontario, Canada, 2001.