Исследование гибких линий электропередач.

      
      
      
      
      
Аннотация
         Магистерская диссертация на тему «Исследование гибких линий электропередач (систем FACTS)» содержит 62 страниц пояснительной записки и 25 страниц графической части в пояснительной записке приведено 23 рисунка и 2 таблиц. При выполнении диссертации было использовано 18 источников литературы.
        В магистерской диссертации выполнено изучение и анализ современного состояния разработок и внедрения устройств FACTS в практику управления ЕЭС России и зарубежных ЭЭС; исследование существующих подходов к моделированию устройств FACTS при расчёте УР и ОС ЭЭС. Выбор способа моделирования на основе анализа теории, практики и современных тенденций решения данной проблемы; разработка программного алгоритма проектирования систем FACTS в среде Matlab для разработки и ОС ЭЭС.
           Ключевые слова: FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System) - управляемые (гибкие) системы передачи переменного тока, интелектуальная энергосистема, устройства продольной компенсации, синхронный компенсатор, статистический тиристорный компенсатор, шунтирующий реактор, фазоповоротное устройство.

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация..............................................................................................................5
Введение.................................................................................................................7
Глава 1. Современное состояние проблемы формирования расчетной модели ЭЭС…………………………………………………………………………12 1.1. Общая характеристика и классификация устройств FACTS………………..12
1.2. Технические характеристики и области применения устройств FACTS первого поколения ……………………………………………………………..…18 1.3. Технические характеристики и области применения устройств FACTS второго поколения…………………………………………………………………39 1.4. Заключение…………………………………………………………………….53 Список публикаций………………………………………………………………...55 Принятые сокращения……………………………………………………………..56 Список литературы………………………………………………………………...59

      
      
      
      
      
      
      
      
      





















      ВВЕДЕНИЕ
      Актуальность темы. Изменения, происходящие в ЕЭС России и затрагивающие её техническую, экономическую и организационную части, являются наиболее значимыми с момента её создания.
      Проблемы, возникшие в результате структурных и институциональных преобразований в электроэнергетике России, появление новых технологий и средств генерации, передачи и потребления электроэнергии, а также получения, передачи, обработки и представления информации, современных компьютерных и информационных технологий, методов искусственного интеллекта привели к необходимости пересмотра теоретических основ и методов управления режимами ЕЭС России.
      Для перехода на качественно новый уровень управления в российской энергетике создается Интеллектуальная энергосистема (ИЭС) – это система, в которой все субъекты энергетического рынка (генерация, сеть, потребители)принимают активное участие в процессах производства, передачи и распределения электроэнергии. При этом электрическая сеть, пассивно участвующая в транспорте и распределении электроэнергии, становится активным устройством, параметры и характеристики которого изменяются в зависимости от требований режимов работы.
      Для успешного (надежного, качественного и экономичного) функционирования ИЭС необходимо использовать широкий спектр новейших технических средств и технологий, обладающих возможностью придать сети указанные выше свойства.
      Важными проблемами ЕЭС России на сегодняшний день являются: недостаточная пропускная способность основных высоковольтных линий электропередач (ВЛ), малое количество регулирующих устройств, что влечёт за собой неоптимальное потокораспределение.
      Очевидно, что экономически крайне невыгодно строительство дополнительных линий для увеличения пропускной способности по сечениям, а также повышения надёжности системы. Возможным решением может стать использование существующих линий электропередач, но с приданием им свойств «управляемых линий» за счет использования современных технических средств и технологий.
      FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System) - управляемые (гибкие) системы передачи переменного тока - это самая современная технология , основой которой являются устройства FACTS, трансформирующие электрическую сеть из неактивного устройства транспорта электроэнергии в активное устройство, участвующее в управлении режимами работы ЭЭС. Технология FACTS открывает новые возможности для управления электроэнергетическими системами, так как обеспечивает регулирование взаимосвязанных параметров схемы и режима.
      К устройствам FACTS относятся:
      Устройства первого поколения (FACTS I), которые широко представлены в ЕЭС страны. К ним относятся устройства, обеспечивающие скалярное регулирование напряжения или реактивной мощности, такие как шунтирующие реакторы (ШР), батареи статических конденсаторов (БСК), устройства продольной компенсации (УПК), статические компенсаторы (СК) и др. В последние 20 лет наметилась тенденция к замене нерегулируемых устройств FACTS I (УПК, ШР) на регулируемые или управляемые - УУПК, УШР, параметры которых могут изменяться в зависимости от загрузки ВЛ. Применение таких устройств повышает эффективность использования ВЛ и экономичность их работы.
      Устройства FACTS второго поколения (FACTS II) позволяют одновременно регулировать сразу несколько параметров режима, т.е. обеспечивают векторное регулирование. Изначально для этого использовали асинхронизированные машины (АСМ), фазовращающие трансформаторы (ФВТ), вставки постоянного тока (ВПТ) и др. Развитие полупроводниковых технологий в 90-х годах двадцатого века позволило создать запираемые тиристоры (GTO и GCT), быстродействующие диоды и мощные транзисторы (IGBT), работающие в диапазоне напряжений от 2,5 до 6 кВ, токи отключения от 1500 А до 4000 А. Этот прорыв позволил создать новый тип преобразователей – преобразователь напряжения, на основе которого были созданы современные устройства FACTS второго поколения: синхронный статический компенсатор (СТАТКОМ), объединённый регулятор потоков мощности (ОРПМ), вставка постоянного тока на основе преобразователей напряжения (ВПТН), фазоповоротное устройство (ФПУ) и другие.
      Векторное регулирование позволяет комплексно и наиболее оптимально решать проблемы повышения пределов передаваемой по линиям электропередачи мощности вплоть до предела по нагреву проводов, принудительно распределять мощности в сложной неоднородной электрической сети в соответствии с требованиями диспетчера, регулировать напряжения в широких пределах.
      Управление режимами ЭЭС ввиду сложности объекта управления может осуществляться только с использованием расчетной модели сети. От адекватности используемой модели реальному состоянию ЭЭС и решаемым на ее основе задачам зависит качество управления ЭЭС. Обеспечение адекватности полученной расчетной модели ЭЭС объекту управления и регулярная актуализация ее параметров является важной задачей при создании системы управления ИЭС. Очевидно, что для использования устройств FACTS при оперативном и противоаварийном управлении необходимо иметь расчетные модели этих устройств, наиболее приближенные к фактическим параметрам этих устройств.
      Основными задачами, используемыми для формирования расчетной модели ЭЭС, являются задача расчёта установившегося режима (УР) и задача оценивания состояния (ОС) ЭЭС.
      Оценивание состояния – одна из основных задач подсистемы оперативного управления режимами ЭЭС. Она состоит в расчете установившегося режима ЭЭС по телеизмерениям (ТИ) для текущей схемы сети, сформированной по телесигналам (ТС) о состоянии коммутационного оборудования. ОС осуществляет фильтрацию ошибок в телеизмерениях, диагностику измерительных трактов, позволяет производить оперативный прогноз режима энергосистемы.
      Поэтому разработка моделей устройств FACTS и включение их в алгоритмы оценивания состояния современных ЭЭС является актуальной задачей при создании системы управления ИЭС. Поскольку параметры схем замещения многих устройств FACTS изменяются в зависимости от режима ЭЭС, то не менее актуальной является задача определения параметров моделей этих устройств в процессе формирования расчетной модели ЭЭС.
      Цели работы: разработка и включение моделей устройств FACTS в задачу ОС ЭЭС, идентификация параметров этих моделей в процессе решения задачи ОС, исследование влияния включения моделей FACTS на эффективность методов ОС.
      Для этого поставлены и решены следующие основные задачи:
      1.  Изучение и анализ современного состояния разработок и внедрения устройств FACTS в практику управления ЕЭС России и зарубежных ЭЭС.
      2.  Исследование существующих подходов к моделированию устройств FACTS при расчёте УР и ОС ЭЭС. Выбор способа моделирования на основе анализа теории, практики и современных тенденций решения данной проблемы.
      3.  Разработка программного алгоритма проектирования систем FACTS в среде Matlab для разработки и ОС ЭЭС.
      Научная новизна заключается в программного алгоритма проектирования систем FACTS в среде Matlab.
      Объект исследований. Современные устройства управления и регулирования параметров режима – FACTS, используемые при управлении интеллектуальной энергетической системой.
      Предмет исследований. Методы моделирования текущего режима ЭЭС на основе измерений (методы ОС ЭЭС).
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ЭЭС
      
      1.1. Общая характеристика и классификация устройств FACTS.
      
      Технические средства являются основой в реализации технологии ИЭС (Интеллектуальная энергосистема)  на практике. Существуют следующие основные группы таких устройств: 
      1.  Устройства поперечной компенсации, ,   позволяющие   изменять (компенсировать) реактивную мощность и напряжение, подключаются к сети параллельно.
      2. Устройства продольной компенсации, позволяющие изменять параметры сети, подключаются к сети последовательно.
      3. Комбинированные устройства, объединяющие возможности вышеперечисленных устройств.
      4.  Устройства, аккумулирующие электроэнергию.
      5.  Устройства, позволяющие ограничивать токи короткого замыкания.
      6.  Преобразователи частоты и тока (инверторы и выпрямители), вставки несинхронной связи.
      7. Кабельные линии электропередачи на базе высокотемпературных сверхпроводников постоянного и переменного тока.
      Первые три устройства являются управляемыми (гибкими) системами передачи переменного тока, то есть устройствами FACTS. В устройствах групп 4, 5, 6 FACTS включаются в виде отдельных элементов.
      Смысл применения устройств FACTS заключается в том, что они трансформируют электрическую сеть из неактивного устройства транспорта электроэнергии в активное устройство, которое участвует в управлении режимами работы ЭЭС (электроэнергетическая система). Это позволяет в темпе процесса технологического управления изменять пропускную способность ВЛ (воздушная линия электропередач), наиболее оптимально перераспределяя между параллельными ВЛ перетоки активной мощности. В послеаварийных режимах это позволяет распределять мощность по неповреждённым после аварии ВЛ, не нарушать устойчивость и обеспечивать, тем самым, повышение надежности электроснабжения потребителей.
      Классификация устройств FACTS приведена на рисунке 1.1.
        
      Рисунок 1.1. Основные устройства управляемых систем передачи переменного тока в электрических сетях
      
      Устройства FACTS по принципу действия делятся на:
       -  Статические – устройства FACTS, не имеющие подвижных элементов. К данному типу устройств относятся:
            -  БСК – батареи статических конденсаторов;
            -  ШР – шунтирующие реакторы, обеспечивающие ступенчатое регулирование реактивной мощности;
            -  УПК – устройства продольной компенсации;
            -  ВРГ – реакторные группы, коммутируемые вакуумными выключателями;
            -  УШР – управляемые шунтирующие реакторы;
            -  СТК – статические тиристорные компенсаторы;
            -  СТАТКОМ – статические компенсаторы реактивной мощности, выполненные на базе современной силовой электроники.
       -  Электромашинные – устройства FACTS, в основе которых лежат электрические машины. К данному типу устройств относятся:
            -  СК – синхронные компенсаторы;
            - АСК – асинхронизированные компенсаторы. Асинхронизированный компенсатор содержит на роторе две обмотки и специальную (векторную) систему регулирования возбуждения.
      По принципу регулирования устройства FACTS можно разделить на устройства первого поколения (FACTS I), обеспечивающие скалярное регулирование, и устройства второго поколения (FACTS II), обеспечивающие векторное регулирование.
      К устройствам FACTS первого поколения относят устройства, обеспечивающие регулирование напряжения или реактивной мощности и требуемую степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях:
       -  СТК – статический компенсатор реактивной мощности;
       -  ШР и УШР – шунтирующие и управляемые шунтирующие реакторы;
       -  ВРГ – реакторные группы, коммутируемые выключателями;
       -  БСК – батареи статических конденсаторов;
       -  УПК – устройство продольной компенсации;
      Устройства FACTS второго поколения позволяют выполнять векторное регулирование режимных параметров U и ? , P и Q и других. Такой способ регулирования даёт возможность комплексно и наиболее оптимально подходить к решению следующих задач:
       - увеличению предела пропускной способности ВЛ до предельных по нагреву токов;
       -  управлению перетоками мощности по ВЛ в темпе процесса диспетчерского управления;
       -  регулированию напряжения в заданном диапазоне.
      FACTS II относятся:
       -  СТАТКОМ;
       -  ССПК – синхронный статический продольный компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя напряжения;
       -  ОРПМ – объединённый регулятор потоков мощности;
       -  ВПТ – вставка постоянного тока;
       -  ВПТН – вставка постоянного тока на основе СТАТКОМов;
       -  ФПУ – фазоповоротное устройство;
       -  АСМ – асинхронизированная машина;
       -  ФВТ – фазовращающий трансформатор;
       -  ФРТ – фазорегулирующий трансформатор.
      Развитие полупроводниковых технологий в 90-х годах двадцатого века позволило создать запираемые тиристоры (GTO и GCT), быстродействующие диоды и мощные транзисторы (IGBT), работающие в диапазоне напряжений от 2,5 до 6 кВ, токи отключения от 1500 А до 4000 А. Этот прорыв позволил создать новый тип преобразователей – преобразователь напряжения, на основе которого были созданы различные статические устройства (СТАТКОМ, ОРПМ, линии и вставки постоянного тока с новыми качествами, сеть постоянно-переменного тока, широкополосные активные и гибридные фильтры, фликер-компенсаторы и другие).
      Управляемые статические преобразователи выполняются по схеме так называемых преобразователей тока (ПТ) и напряжения (ПН), которые могут включаться в электрическую сеть как параллельно, так и последовательно.
      Устройства компенсации реактивной мощности применяются для поддержания напряжения в сети на заданном уровне в контрольных точках, что позволяет обеспечивать качество электрической энергии по напряжению. При использовании этих устройств на транзитных или системообразующих ВЛ к ним дополнительно предъявляются требования по статической и динамической устойчивости.
      Классификация устройств FACTS по принципу их воздействия представлена на рисунке 1.2.:
        
      Рисунок 1.2. Классификация устройств FACTS
      
      Устройства FACTS позволяют перевести ВЛ на качественно новый уровень, что дает возможность:
       -  применять их для связи несинхронно работающих энерго-систем между собой;
       -  использовать данный тип ВЛ в качестве магистральных ли-ний электропередач;
       -  применять их для передачи вырабатываемой электрически-ми станциями электроэнергии в ЭЭС;
       -  использовать их для качественного энергоснабжения круп-ных потребителей от радиальных ВЛ;
       -  применять их в качестве глубоких вводов в мегаполисах и районах с большим количеством потребителей.
      Устройства FACTS необходима применять, учитывая:
       -  уровень напряжения ВЛ;
       -  наличие общих технических ограничений:
            -  допустимые отклонения напряжения;
            -  потери на корону;
            -  акустические шумы и радиопомехи;
            -  напряженность электрического поля под ВЛ.
      Вышеперечисленных случаях использование устройств FACTS с учётом их основных характеристик будет определяться, исходя из следующих требований:
      1.  Для первого случая использование качественно новых ВЛ как межсистемных связей устройств FACTS, должно позволить:
       -  увеличить пропускную способность линии до заданного уровня (в случае недостаточной естественной пропускной способности), что достигается с помощью следующих типов устройств: FACTS: УПК и УУПК – дискретно и плавно управляемые устройства продольной компенсации, СК, БСК, ФРТ, СТК, СТАТКОМ;
       -  поддерживать заданный уровень напряжения в прилегаю-щих узлах за счёт использования:
           -  для повышения уровня напряжения – СТК, СТАТКОМ,      СК;
           -  для ограничения уровня напряжения - ШР, УШР, СК, СТАТКОМ, ВРГ.
      2.  Для второго случая использование качественно новых ВЛ в качестве магистральных линий электропередачи помимо устройств, применяемых для первого случая, потребуется установка: ОРПМ, ВПТ, УПК-ФВТ, АСК.
      Остальные варианты использования качественно новых ВЛ потребуют установку соответствующей комбинации устройств FACTS, которые перечислены выше.
      
      
      
      
      
      1.2.  Технические характеристики и области применения устройств FACTS первого поколения
      
      Как было сказано выше,  устройства FACTS, имеющие скалярное регулирование и позволяющие регулировать напряжение или реактивную мощность, относят к устройствам первого поколения. Их технические характеристики и области применения представлены ниже.
      
1. Устройство продольной компенсации (УПК)
         
      Устройства продольной компенсации (УПК) – это конденсаторные батареи, включенные последовательно в ВЛ и позволяющие выполнять «продольную компенсацию», т.е. компенсировать часть продольного индуктивного сопротивления ВЛ.
      УПК применяется:
         
      1. Для повышения пропускной способности ВЛ.
      Известно, что преобладающим в ВЛ 110 кВ и выше является реактивное сопротивление. Передаваемая по ВЛ без потерь активная мощность определяется как:
         , (1.10)
      где Ui ,U j  - напряжение в начале и в конце ВЛ соответственно; ??-?угол между векторами ? Ui  и U j; х – индуктивное сопротивление ВЛ.
      Одним из возможных путей увеличения пропускной способности ВЛ является снижение x .
      2. Для снижения потери напряжения в ВЛ.
      Величина сопротивление ВЛ влияет на п.3. отери напряжения в сети, а следовательно и на уровень напряжения у потребителя. Продольная составляющая падения напряжения в линии равна (рисунок 1.3.):
         (1.11)
      где: I – ток в ВЛ;  r , x – активное и реактивное сопротивление ВЛ,  углы сдвига фаз между током и напряжением в начале и в конце линии, соответственно.
      В сетях высокого напряжения x ? r , поэтому потери напряжения ?Uij в большей степени определяются реактивным сопротивлением и реактивной мощностью ВЛ, которые почти не зависят от сечения.
        
      Рисунок 1.3. Схема электропередачи
      
      В сетях высокого напряжения x ? r , поэтому потери напряжения ?Uij в большей степени определяются реактивным сопротивлением и реактивной мощностью ВЛ, которые почти не зависят от сечения.
      Уменьшить потери напряжения можно:
      а) снижая реактивную мощность, передаваемую по сети (поперечная компенсация),
      б) снижая реактивное сопротивление сети (продольно-емкостная компенсация).
      Потеря напряжения в ВЛ определяется выражением (1.11). Допустим, что линия достаточно протяженная и напряжение в конце линии ниже допустимого:
      
          (1.12)
         
      Включение в линию последовательно конденсаторной батареи (рисунок 1.4.) позволит снизить реактивное сопротивление линии и повысить напряжение  до допустимого .
      С учётом (1.11) выражение (1.12) примет вид:
           (1.13)
      где xk  — сопротивление УПК.
        
      Рисунок 1.4. Схема электропередачи с УПК
      
      Возможные перенапряжения ограничивают использование полной или избыточной продольной компенсации. Поэтому на практике используют только частичную компенсацию реактивного сопротивления.
      Использование УПК позволяет управлять напряжением в сетях, при этом уровень снижения падения напряжения зависит от величины исходного напряжения и от фазы тока, проходящего через УПК. При чисто активной нагрузке ( cos? j  ? 1, sin? j  ?0 ) формула (1.11)  примет вид:
          (1.14)
      то есть компенсация индуктивного сопротивления не позволит стабилизировать напряжение на приемной стороне ВЛ.
      Наиболее эффективно применение УПК для снижения потерь напряжения в перегруженных линиях с большим x и низким cos? потребителя.
      Сравнивая устройства с поперечной компенсацией (БСК, ШР и др.) с устройствами продольной компенсации можно выделить некоторые преимущества и недостатки последних:
      Преимущества:
- снижение потерь напряжения отмечается при гораздо (на порядок)
меньших мощностях УПК, чем БСК;
- стабилизация напряжение при наличии резко переменной нагрузки в
сети.
      Недостатки:
          - компенсация сопротивления (реактивного) ВЛ приводит к увеличению токов короткого замыкания;
          - при коротком замыкании в линии возрастает опасность пробоя изоляции ВЛ и конденсаторов УПК;
          - высокий  cos ?  потребителя  снижает  эффективность  продольно-емкостной компенсации.
      УПК широко используется в различных странах на протяженных транзитах, где электрические станции удалены от конечных потребителей, например, в Швеции. В России УПК широко используют на протяженных ВЛ с резко переменной нагрузкой (сети РЖД), а также на протяженных ВЛ (транзит 500 кВ «Братск-Иркутск», 220 кВ «Ухта-Микунь», 500 кВ «Саяно-Шушенская ГЭС-Новокузнецкая»), где необходимо выровнять напряжение на принимающей стороне, увеличив тем самым пропускную способность ВЛ.
      
      2. Управляемые устройства продольной компенсации
      
      Особое значение приобретает использование управляемых УПК, в которых конденсаторные батареи шунтируются тиристорным регулятором, позволяющим гибко менять эквивалентную емкость устройства. Это даёт возможность плавно изменять реактивное сопротивление ВЛ и демпфировать субсинхронный резонанс, возникающий в сети.
      Изучение устройств продольной емкостной компенсации, степень компенсации которых увеличивается с ростом передаваемой мощности, становится более актуальным в настоящее время в силу того, что устройства такого типа существенно снижают степень компенсации при снижении перетоков мощности, чем положительно влияют на режим системы по напряжению и реактивной мощности, в то время как неуправляемые устройства нуждаются в частых коммутациях .
      Одним из возможных способов управления работой электрической связи, оснащенной управляемыми устройствами для регулирования ее режимных параметров (мощность, напряжение и ток), является изменение величины емкостного сопротивления УПК, включаемого последовательно (продольно) в электрическую связь (линию электропередачи). Управляемый Тиристорами Продольный Компенсатор (ТУПК) (Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC)) – это устройство УПК, которое управляется тиристорами. ТУПК позволяет управлять перетоком мощности по ВЛ, на которых оно установлено, в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах. Основные преимущества, которые даёт установка ТУПК заключаются в следующем:
- плавное управление перетоками мощности в сети;
- непрерывное поддержание запланированной величины компенсации;
            - решение проблемы демпфирования межсистемных низкочастотных колебаний (0.5-2 Гц);
- решение проблемы возникновения подсинхронного резонанса;
      Потребность в управлении УПК возникла за рубежом в связи с необходимостью устранения субсинхронного резонанса, при котором нарастающие колебания вала турбоагрегата могут вызвать его повреждение. Это опасное явление появилось в электрических сетях с большой степенью продольной компенсации (более 50 %).
      Управляемое УПК – это устройство, которое включается в линию последовательно и плавно изменяет её реактивное сопротивление.
      На сегодняшний день в мире существует 16 тиристорно-управляемых устройств продольной компенсации производства фирмы Siemens и более 30 ТУПК других фирм производителей. Первое устройство было установлено в 1992 году в Америке в северо-восточной части Аризоны на ПС 230 кВ Кайента с целью управления перетоком вблизи области термической устойчивости. ТУПК используют на длинных линиях электропередач. В связи с этим данные устройства сосредоточены, в основном, в странах с большой площадью: США, Бразилия, Китай, Индия, страны Африки и Азии. На сегодняшний день известно об одном ТУПК в Европе, установленном в 1997 году на подстанции St?de в Швеции на линии 400кВ. Необходимо отметить, что в нашей стране использование данной технологии широкого распространения не получило.
      Рассмотрим пример применения ТУПК при передаче 1000 МВт из системы А в систему С (рисунок 1.6, а).
      ТУПК, установленное на межсистемной связи между системами А и С, позволяет повысить переток по этой связи и снизить транзитные перетоки через систему В с 250 МВт до 100 МВт (рисунок 1.5. б).
        
      Рисунок 1.5. Передача 1000 МВт из системы А в систему С:
      а) – без установки ТУПК;
      б) – с применением ТУПК
      
      Управляемые устройства продольной компенсации, представляют собой стандартное УПК, но дополненное блоком тиристорного управления.
      
         
        
      Рисунок 1.6. Структура тиристорно-управляемого устройства продольной компенсации
      
      ТУПК позволяет в темпе процесса технологического управления непрерывно изменять в широких пределах, «подстраивать» результирующее реактивное сопротивление в диапазоне от емкостного до индуктивного.
      Использование подключенных последовательно с индуктивностью тиристоров позволяет менять время задержки открывания тиристора от полностью открытого (0 мс) до полностью закрытого (20 мс) в каждом периоде частоты, что даёт возможность плавно менять ток в цепи с индуктивностью. Меняя ток, проходящий через цепь с индуктивностью, включенную параллельно емкости, меняется и результирующее реактивное сопротивление ТУПК.
      Управляемый УПК состоит из блоков. В состав каждого блока входит конденсаторная батарея и тиристорно-реакторная группа (ТРГ) (thyristor controlled reactors (TCR)), (рисунок 1.6), что позволяет плавно изменять сопротивление устройства продольной компенсации во всем диапазоне регулирования, кроме зоны резонанса. Устройство защищается от перегруза параллельно включенным нелинейным сопротивлением.
      Сопротивление ТУПК складывается из сопротивления параллельно соединенных конденсаторных батареи и реактора:
        ,    (1.15)
      где:            ,
                               (1.16)
      На рисунке 1.7 представлена рабочая характеристика ТУПК.
        
      Рисунок 1.7. Рабочий диапазон ТУПК
      
      Угол открытия  тиристоров определятся  как  угол задержки относительно момента времени прохождения тока реактора через ноль ?res - угол открытия тиристоров, при котором xТРГ ???xC , это резонансный угол. Работа вблизи резонансного угла ( ???? ) недопустима. Угол открытия устройства ТУПК ограничен следующими условиями:
            (1.17)
      
          (1.18)
      На рисунке 1.8. представлен ре?имы работы ТУПК.
        
      Рисунок 1.8. Режимы работы устройства ТУПК
      
1. Режим транзитной передачи. (? ? 0 ). Тиристорный блок постоянно включен (рисунок 1.8, а). Устройство ведет себя как параллельно работающие конденсатор и индуктивность.
2. Режим увеличения влияния индуктивности. (0 ? ? ? ?res ???? ) (рисунок1.8, б). В данном диапазоне преобладает индуктивное сопротивление устройства.
3. Режим увеличения влияния емкости. (?res ???? ? ? ? ?2 ) (рисунок 1.8, в) данном диапазоне преобладает емкостное сопротивление устройства.
4. Режим блокировки. (? ? ??2 ) (рисунок 1.9, г). Тиристор переходит в непроводящее состояние и устройство ведет себя как чисто емкостное сопротивление.
      
      
      
      
      
      
3. Синхронный компенсатор
      
      Синхронный компенсатор (СК) – это синхронный двигатель, работающий на холостом ходу, т.е. не выполняющий работы и не имеющий механической нагрузки на валу, который компенсирует реактивную мощность.
        
      Рисунок 1.9. Схема синхронного компенсатора
      
      Так как СК не совершает работы, кроме потерь на трение и нагрев обмоток,
      то он не потребляет активную мощность и поэтому, с допущениями, активная мощность СК . При этом угол между вектором ЭДС и вектором напряжения СК  равен нулю. Реактивная мощность СК определяется по формуле:
           (1.19)
      где:  – линейное напряжение компенсатора;  - реактивное сопротивление СК;  - линейная ЭДС.
      ЭДС СК,  определяется величиной тока возбуждения, т.к. ток холостого хода в СК не равен 0. 
      СК имеет три режима работы :
         
- Режим нормального возбуждения, когда СК не выдаёт и не потребляет реактивную мощность ( Qk ? 0 ).
- Перевозбужденный режим.
      Увеличение тока возбуждения I В ? 0 ведёт к росту ЭДС в синхронной машине  Eq ?Uk (рисунок 1.1 а) и СК выходит из электрического равновесия, возникает ток Ik , отстающий от ?U , Uk , Eq , на 90? . СК переходит в режим генерации реактивной мощности, и будет отдавать реактивную мощность с сеть.
        
      Рисунок 1.10. Векторная диаграмма синхронного компенсатора: а) в режиме перевозбуждения, б) в режиме недовозбуждения
      
- Недовозбужденный режим.
      Уменьшение тока возбуждения I В  ? 0 ведёт к снижению ЭДС	в синхронной машине Eq  ? U k (рисунок 1.11 б), СК выходит из электрического равновесия, возникает ток  I k  , отстающий от ?U , но опережающий U k , Eq , на 90? . Синхронный компенсатор переходит в режим потребления реактивной мощности и начинает забирать реактивную мощность из сети.
      Поскольку СК работает в трех режимах, он может не только потреблять, но и выдавать в сеть реактивную мощность, что позволяет поддерживать баланс мощности в сети. Причем потреблять СК может только 30-50% ( Qmin ???0.5 ? Qном ), а выдавать в сеть 100% номинальной мощности (Qmax ? Qном ). Возможна перегрузка по току в 2-3 раза (форсировка на возбуждение), но не более чем на 30 с. СК применяется для повышения cos? и для стабилизации напряжения. Автоматическая система управления возбуждением позволяет СК регулировать cos? в автоматическом режиме.
      За счёт конструктивных особенностей – это синхронный двигатель без активной нагрузки, но с большой инерцией статора. Конструктивно СК – это явно полюсники с 2 p ? 6 или 2 p ? 8 (тихоходные), что соответствует частоте вращения 1000 и 750 об/мин, соответственно. Охлаждение высокомощных компенсаторов осуществляется водородом, а менее мощных - воздухом.
      Синхронные машины имеют различные системы пуска (асинхронный, прямой пуск, электромашинное возбуждение и др.). Такие системы сложны и крайне дороги в эксплуатации. Единственное их преимущество – форсировка возбуждения.
      На сегодняшний день на большинстве синхронных машин используется тиристорный преобразователь. Он прост в управлении, имеет малую инертность, дешев в эксплуатации. По сравнению с другими системами, имеет микропроцессорное управление, позволяющее в режиме on-line регулировать возбуждение СК.
      
      4. Статистический тиристорный компенсатор
      
      Статический тиристорный компенсатор (реактивной мощности) (СТК) или (Static Var Compensator (SVC)) – это многофункциональное статическое устройство, обеспечивающее стабилизацию напряжения и плавное или ступенчатое изменение потребляемой и (или) выдаваемой им реактивной мощности на шинах его подключения.
      Использование СТК в заданных узлах системы позволяет выровнять график нагрузки, уменьшить потери электроэнергии и повысить её качество при передаче по ВЛ, а также увеличить пропускную способность ВЛ.
        
      Рисунок 1.11. Структура СТК: а) ТКГ+ТРГ; б) ТКГ; в) ТРГ
      
      В большинстве   случаев   устройство   СТК   состоит   из   тиристорно- конденсаторной группы (ТКГ) и тиристорно-реакторной группы (ТРГ), (рисунок 1.11,  а).  Возможны  и  другие  комбинации  устройств,  например,  выполненная отдельно ТКГ (рисунок 1.11, б) или ТРГ (рисунок 1.11, в). СТК может потреблять или  генерировать  реактивную  мощность  с  целью  управления  некоторыми заданными  параметрами  (обычно  напряжением  в  некоторой  точке  сети). Регулируемые ТРГ являются источником высших гармоник, в связи с чем при большой  их  установленной  мощности  возникает  необходимость  в  установке фильтров. При отказе от их установки иногда используют СТК ступенчатого типа. 
      В России в 80-е годы было внедрено несколько установок СТК мощностью 150 МВ?А, 110 кВ на ПС 500 кВ «Луч»; мощностью 2-х 40 МВ?А, 10 кВ на ПС 220 кВ «Могоча»; мощностью 180 МВ?А, 35 кВ на металлургических заводах в Рыбнице, Комсомольске–на-Амуре, Жлобино, Волжском. Участники разработки и внедрения: Энергосетьпроект, АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ВЭИ, ОАО "НИПИ Тяжпромэлектропроект, заводы – Трансформатор, ЗПО Преобразователь. Кроме того, силами филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» — ВНИИЭ и НПЦ Энерком-Сервис осуществлена поставка оборудования 3-х СТК на металлургические заводы Китая. В 2003 г. произошло пробное включение в работу комплекса оборудования СТК мощностью 100 МВ?А на подстанции 500 кВ Ново-Анжерская МЭС Сибири.
      Рабочая характеристика СТК представлена на рисунок 1.12:
        
      Рисунок 1.12. Рабочая характеристика СТК
      В диапазоне   регулирования   от   QСm a x       до   QLmax ,   наклон   рабочей характеристики СТК, составляющий 2-5%, определяется статизмом KCT. Вне диапазона регулирования (U ? U min ,U ? Umax ) характеристика зависит от величины напряжения, U и емкостного, X С и индуктивного, X L сопротивлений СТК.
      Плавное управление реактивной мощностью в СТК осуществляется изменением угла открытия тиристоров реактора, ? . Чтобы задать проводимость СТК для обеспечения требуемого уровня напряжения в узле, необходимо определить угол ??
       
5. Шунтирующий реактор.......................