159
I.
В
ВЕДЕНИЕ
Концепция ИЭ [2] предполагает переход от
традиционной централизованной электрической сети к
децентрализованным полуавтономным локальным сетям,
называемым энергетическими ячейками (ЭЯ). ЭЯ
объединяет как участников с новыми функциональными
возможностями, так и традиционных потребителей и
источники энергии. Участники свободно обмениваются ЭЭ
как внутри ЭЯ, так и с участниками других ЭЯ [3]. Активно
ведутся разработки энергетических роутеров (ЭР) в
странах Европы и Азии. Среди них такие лидеры, как
Китай, Южная Корея, Германия, Япония и др. [4–7].
Для
управления
двунаправленными
потоками
мощности и уровнем напряжения электрической сети
разработан
интеллектуальный
регулятор
потоков
мощности (ИРПМ) на тиристорах [8, 9]. Разработанная
схема устройства реализует продольное и поперечное
регулирование напряжения в точке его подключения, что в
свою очередь позволяет изменять поток передаваемой
мощности и уровень напряжения в сети.
Это возможно за счет коэффициентов трансформации
параллельных (поперечных
К
12
, продольных
К
13
) и
последовательных (
К
2
) трансформаторов ИРПМ [8].
Линейное напряжение между соседними фазами
B
и
C
(
U
BC
) используется для создания вектора поперечной ЭДС
повышения напряжения фазы
A
(
E
A
поп
):
12 2
0,3 0, 46
.
6 0, 46 20
BC
Aпоп
BC
BC
U
E
U K K U
=
=
=
(1)
Линейные напряжения между регулируемой фазой и
соседними используются для создания продольного
вектора ЭДС. Вектор усиления для фазы
A
(
∆U
A
прод
) при
симметричном напряжении 6 кВ:
13 2
0,2 0,46
;
0,6 0,46 30
BC
ABпрод
AB
AB
U
E
U
K K U
=
=
=
(2)
13 2
0,2 0,46
;
6 0,46 30
CA
CAпрод
CA
AB
U
E
U K K U
=
=
=
(3)
.
Aпрод
CAпрод
ABпрод
E U
U
= −
(4)
Таким образом, ИРПМ вносит добавку напряжения с
поперечной и продольной составляющими:
0,3кВ;
Aпопер
E
=
(5)
0,38кВ.
Aпрод
E
=
(6)
ИРПМ сдвигает вектор выходного напряжения
относительно входного на ± 5 электрических градусов и ±
10% по амплитуде.
ААСУ ИРПМ реализует алгоритмы оптимизации и
генерацию управляющего сигнала для системы управления
тиристорными ключами нижнего уровня.
Работа посвящена развитию ААСУ, которая позволит
интегрировать ИРПМ в РЭС различных конфигураций.
Основное назначение ААСУ - обеспечение оптимального
режима электрической сети, снижение электрических
потерь и обеспечение качества ЭЭ.
II.
В
ЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Для демонстрации работы ААСУ был выбран участок
РЭС, требующий оптимизации потока мощности между
параллельными ЛЭП с разным сопротивлением (рис. 1, а).
Эквивалентная расчетная схема приведена на рис. 1, б.
Схема состоит из модели идеального источника
питания с ЭДС
E
с
= 3,637 кВ, КЛ ААШв-6 3x120 с
длительно допустимым током
I
max
= 285 А и длиной
L
= 4
км, а также ВЛ АС 150/19 с
I
max
= 450 А и
L
= 5 км.
Номинальная мощность нагрузки 4,5 МВА при
U
ном
= 6 кВ.
ИРПМ подключен к ВЛ и имеет сопротивление
R
ИРПМ
=
0,01,
X
ИРПМ
= 0,05 Ом.
Сеть
4 км
ААШв-6 3x120
КЛ
6 кВ
Нагрузка
АС 150/19
ВЛ
5 км
ИРПМ
6 кВ
а)
Е
С
R
С
X
С
R
КЛ
X
КЛ
R
ВЛ
X
ВЛ
E
ИРПМ
R
ИРПМ
X
ИРПМ
R
Н
X
Н
I
КЛ
I
ВЛ
I
Н
U
2
б)
Рис. 1 - Схема: а) участка РЭС с ИРПМ, б) эквивалентная замещения
Расчет проводится решением системы уравнений по
законам Кирхгофа (7) методом Гаусса для поиска
оптимальной добавки напряжения.
0;
(Z
)
;
(Z )
.
КЛ ВЛ Н
КЛ КЛ
ВЛ ИРПМ ВЛ
ИРПМ
КЛ КЛ
Н С Н С
I
I
I
Z I
Z I
E
Z I
Z I
E
+ − =
− +
= −
+ +
=
(7)
Результаты
расчета
естественного
потокораспределения показывают, что при отсутствии
добавки напряжения КЛ перегружается по току, но ВЛ не
полностью загружается.
Параметры ИРПМ определялись последовательным
перебором амплитуд повышающего напряжения в
диапазонах (5) и (6). Результатом расчета являются
зависимости на рис. 2.
а) б)
в) г)
Рис. 2 - Зависимости от добавочного напряжения: а) ток в КЛ, б) ток в
ВЛ, в) КПД, г) напряжение нагрузки
Оптимальная добавка напряжения для расчетной схемы
РЭС определялась с использованием формул (8)-(13) по
алгоритму [11]. Амплитуда продольной добавки
напряжения составила 0,162 кВ, а поперечной - 0,293 кВ,
что соответствует вектору ЭДС с амплитудой 0,334 кВ и
фазой 60,995°.
1
(Z ) (Z
)
(Z
Z
);
Н С
ВЛ ИРПМ
КЛ Н С ВЛ ИРПМ
Z
Z
Z
Z
Z
Z
=
+
+
+
+
+ +
+
(8)
1
(Z
)
(Z )
;
С
ВЛ ИРПМ ИРПМ Н С
КЛ
E
Z
E
Z
I
Z
+
−
+
=
(9)
