В этом примере показано, как управление потоком мощности и предотвращение обледенения линии передачи могут быть реализованы с использованием технологии линейного модулятора импеданса (LIM).
Линейный модулятор импеданса с управлением пучком (LIM) - это распределенное устройство «ФАКТЫ», обладающее способностью увеличивать импеданс высоковольтных линий передачи. Используя переключатели, соединенные последовательно с каждым подпроводником пучка, LIM также позволяет концентрировать каждый фазный ток в одном подпроводнике одновременно. Затем можно один за другим ослаблять каждый подпроводник эффектом Джоуля. В этом примере показано, как управление потоком мощности и устранение обледенения линии могут быть реализованы с помощью LIM. Более подробная информация содержится в справочных документах.
В этом примере показаны два генератора и эквивалентная энергосистема мощностью 10 000 МВА, соединенные между собой тремя 735-kV линиями передачи. Линии L1 и L2 являются обычными линиями электропередачи длиной 30 и 90 км. L3 представляет собой линию длиной 60 км с двумя коммутационными модулями, установленными в её средней точке. Линейные L3 с двумя сегментами линии образуют LIM с обратной связью. Выходные мощности генераторов 1 и 2 установлены соответственно на 2400 и 2500 МВт. Учитывая их соответствующие нагрузки, подключенные при 13,8 кВ для простоты, каждый из них подает 2000 МВт на шину B1 и B2 соответственно. Если L2 линии намного длиннее L3, ее нормальный расход мощности составляет только 1573 МВт, когда все выключатели LIM закрыты. Потоки энергии на L1 и L3 составляют 415 и 2404 МВт соответственно. Команда управления импедансом, передаваемая в LIM, вырабатывается генератором сигнала внутри блока управления импедансом LIM. Сигнал Z cmd отклоняется от минимального значения 1,0 (когда используются все четыре подпроводника) до максимального значения 1,642 pu (когда используется только один подпроводник на пучок). Затем она изменяется по шагам после t = 4. Как показано в подсистеме LIM, справочная таблица связывает 58 комбинации состояний переключения 24 с запрашиваемой командой импеданса. Как поясняется в [6], эти комбинации были выбраны для поддержания токов отрицательной и нулевой последовательности на уровне, меньшем или равном уровню, наблюдаемому при замыкании всех переключателей. 58 комбинаций переключателей, используемых в этом примере, представляют собой очень небольшое подмножество из 33752 комбинаций переключателей, обеспечиваемых парой сегментов BCL. Каждый отрезок линии представлен сечением Exact-Pi с 14 проводниками. Линейные сопротивления, индуктивности и емкости представлены в файле power_LineImpedanceModulator_init.m. Матрицы импеданса и допуска 14x14 автоматически загружаются в рабочую область (см. Файл/Свойства модели/Обратные вызовы/PreloadFcn).
Выполните этот пример и просмотрите следующую последовательность событий в Области 1.
При t = 0 с все переключатели LIM закрыты. Потоки питания в каждой линии аннотируются синим цветом в примере рядом с каждой линией передачи.
При t = 0,5 с сигнал полного сопротивления Zcmd отклоняется от 1 до 1,642 pu, как показано желтой дорожкой. Для каждого значения Zcmd в справочной таблице представлены соответствующие комбинации переключателей. Комбинации переключателей, передаваемые на коммутационные модули, дискретизируются здесь каждые 0.1 с. Это дает дискретизированный сигнал полного сопротивления Zdisc (пурпурный).
При t = 3 с импеданс LIM максимален. Следует отметить, что потоки энергии в L2 (пурпурный) и L3 (синий) почти равны. Потоки питания в этой точке аннотируются красным цветом в примере.
При t = 4 с импеданс LIM устанавливается в 1 pu, что закрывает все переключатели. В результате потоки энергии в линиях резко изменяются в течение 1 цикла. Это возмущение заставляет регуляторы синхронных генераторов реагировать и стабилизировать потоки энергии обратно до исходных значений, преобладающих при t = 0 с.
При t = 5 с сигнал импеданса LIM возвращается к 1,642 pu, что снова вызывает возмущение потока мощности.
Через 6,3 с импеданс LIM уменьшается до 1 pu за три больших шага.
Как показано в примере, когда переключатели LIM работают, импеданс линии L3 постепенно увеличивается вплоть до точки, где только один переключатель остается замкнутым на каждый коммутационный модуль. При работе только одного проводника на пучок потоков питания в линии L2 и L3 почти равны, даже если L2 на 50% длиннее L3. Потоки энергии в линии L1 становятся почти нулевыми. Это показывает, что LIM обладают способностью уменьшать потоки мощности перегруженных линий передачи. Изменение шага за t = 4 с показывает, что LIM также могут быстро изменять импеданс линии, если это необходимо. Область 2 показывает напряжения последовательности B2 шины и токи последовательности, протекающие из B2 в направлении линии L3. Это линейный ток LIM. Можно видеть, что для всех используемых комбинаций переключателей напряжения и токи отрицательной и нулевой последовательностей остаются ниже, чем исходные значения, полученные при закрытых переключателях. Следовательно, LIM могут эксплуатироваться для создания скачка мощности или шага мощности без увеличения уровней отрицательной и нулевой последовательности. Объем 3 показывает, что напряжения на коммутаторах модуля переключения фазы А, расположенных на стороне B2 шины. Можно видеть, что переходные напряжения остаются в пределах 35 кВ, что позволяет использовать переключающие устройства среднего напряжения. Максимальное среднеквадратичное напряжение в установившемся режиме, видимое при t = 3.9 с, составляет 13.4 кВ.
Область 3 также показывает токи переключения модуля переключения фазы А, расположенного на стороне B2 шины. Когда все переключатели закрыты, токи переключателей первоначально равны 465 А. При размыкании всех переключателей, кроме одного, при t = 3,9 с можно видеть, что ток переключателя подпроводника 2 достигает 1533 А среднеквадратичного значения. Следовательно, хотя поток мощности в линии L3 был уменьшен на 17%, ток субпроводника увеличился в 3,3 раза. Такой ток достаточно велик для одновременного устранения обледенения по эффекту Джоуля тремя подпроводниками (по одному на фазу) в обоих 30-км сегментах BCL. Как только в каждом пучке обоих сегментов BCL снимается со льда первый подпроводник, для полного отключения линии передачи можно использовать три другие комбинации переключателей. Следует отметить, что таблица комбинаций переключателей, представленная в примере, подходит для управления потоком мощности. Другие таблицы комбинаций переключателей будут использоваться для принудительной обработки последовательности устранения обледенения определенного подпроводника и предотвращения вращения пучка. Следует отметить, что если бы линейные токи первоначально были слишком низкими для достижения уровня устранения обледенения, то можно было бы открыть только переключатели одного 30-километрового сегмента. Меньшее увеличение импеданса, обеспечиваемое одним сегментом BCL, приведет затем к увеличению тока в подпроводниках для удаления льда. Кроме того, в соответствии с концепцией интеллектуальной электросети, где каждая линия будет оборудована коммутационными модулями [4-5], импеданс линии L2 может быть увеличен для отвода еще большего тока в линию L3.
[1] P. Couture, J. Brochu, G. Sybille, P. Girroux и A. O. Barry, «Управление потоком энергии и стабильностью с использованием встроенного линейно-импедансного модулятора, управляемого высоковольтным пучком», IEEE Trans. Power Del., том 25, № 4, стр. 2940-2949, октябрь.
[2] П. Кутюр, «Концепции умной линии электропередачи и фотонной дефайсеры для повышения пропускной способности и надежности линии электропередачи» Cold Reg. Sci. Technol. 65 (2011), Jan., 13-22.
[3] P. Couture, «Коммутационные модули для отбора/ввода энергии (без наземной или фазовой привязки) из связанной линии ВН», IEEE Trans. Power Delivery, vol. 19, No3, pp. 1259-1266, July 2004.
P. Couture, «Переключающее устройство, система управления и способ изменения импеданса фазовой линии», P. Couture, PCT/CA2011/00850, 22 июля 2011.
[5] П. Кутюр, Дж. Брошу, Б. Франкоер, Р. Морен, Д. Х. Нгуен, К. Слимани, А. Турджон и П. Ван Дайк, «Экспериментальный исследовательский проект умной линии электропередачи (SPL)», CIGRE 2014.
[6] Дж. Брошу и П. Кутюр, «Моделирование потока нагрузки интегрированного линейного модулятора импеданса с управлением пучком», IEEE Trans. Power Delivery, принято и в настоящее время доступно на IEEYxplore.