АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

АННОТАЦИЯ

В ходе данной работы будет рассмотрены теоретические и практические основы ЭППТ, будут рассмотрены основные схемы ЭППТ и вставок постоянного тока, рассмотрено их назначение, проведено поверхностное сравнение с традиционными ЛЭП, выделены достоинства и недостатки данных линий и вставок. Данное решение в большей степени распространено в странах Европы и Азии. В России в основном линии ЭППТ находятся в качестве незавершенных или пилотных проектов.

Ключевые слова: передача; линии; трансформация.

В настоящее время для выработки электрической энергии, её передачи на расстояние, распределения и потребления используется в основном переменный ток. Это объясняется прежде всего способностью переменного тока к трансформации, т.е. изменению напряжения с помощью достаточно понятных и простых агрегатов – трансформаторов, а также тем, что ЭД переменного тока по своей конструкции значительно проще и, следовательно, надежнее электродвигателей постоянного тока. Кроме того, большое значение имеет и то, что значительно легче создать выключатели переменного тока, способные отключать токи в десятки тысяч ампер при напряжении в сотни киловольт. Благодаря этому переменный ток используется везде, за исключением некоторых промышленных производств и электрического транспорта. И тем не менее, электроэнергетики разных стран в последнее время применяют постоянный ток для решения ряда задач все чаще. Это касается также и передачи электроэнергии на расстояние.

В данный момент все известные объекты постоянного тока можно разделять на две группы. К первой из них относятся электропередачи постоянного тока (ППТ), по которым электрическая энергия передается на расстояние. Неотъемлемой частью ППТ является линия постоянного тока (кабельная или воздушная). Ко второй группе относятся вставки постоянного тока (ВПТ), где линия постоянного тока отсутствует. В этом случае все звено постоянного тока располагается на территории одной подстанции, на которую заходят линии переменного тока от связанных систем.

Процесс передачи ЭЭ по линиям постоянного тока имеет принципиально иной характер – поскольку частота в данных передачах равна нулю, в этих линиях отсутствуют волновые процессы. Именно эта особенность определяет невозможность применения традиционных методов трансформации, так как:

                                                                   (1)

Для передач постоянного тока в установившихся режимах выражение  будет иметь вид:

E(t) = 0 ,                                                                        (2)

При этом постоянство электромагнитного поля в ППТ ведет к следующим отличиям от традиционных передач переменного тока. Продольные индуктивные сопротивления и поперечные емкостные проводимости в ППТ равны 0. Если пропускная способность линий переменного тока зависит в первую очередь от электромагнитных свойств передачи, определяемых конфигурацией и длиной линии (при увеличении длины пропускная способность линии уменьшается), то в линиях постоянного тока эта зависимость сведена к минимуму. Поэтому ППТ рассматриваются, как одно из наиболее эффективных решений для передачи больших мощностей на значительные расстояния.

Немаловажным критерием для энергосистем является статическая устойчивость, которая напрямую зависит от конфигурации передачи и происходимых в ней волновых процессов. Для традиционных передач переменного тока промышленной частоты имеется предел возможной передаваемой мощности от генератора в энергосистему, определяемый выражением:

                                                           (3)

Где U₁ – Модуль напряжения на источнике (отдельном генераторе)

U₂ – модуль напряжения энергосистемы (условно бесконечной мощности)

Sin(δ) – синус угла между векторами U₁ и U₂

X_п – суммарное индуктивное сопротивление передачи

P_эм –передаваемая мощность с указанными параметрами передачи.

Рисунок 1. Критерий статич. Устойчивости

Согласно рис. 1. величина P_эм при значении Sin(δ) = 1 (δ = 90°) максимальна и также является пределом статической устойчивости системы. Рост значения δ больше 90° приводит к выпадению источника из синхронизма и нарушению статической устойчивости системы. Согласно (3) использование передач постоянного тока повышает пропускную способность системных связей за счет уменьшения суммарного сопротивления передачи (наличие только активной составляющей), тем самым отпадает необходимость в установке УПК.

Применение инверторных узлов, преобразующих постоянное напряжение в переменное, также позволяет настроить частоту и фазу выходного напряжения, что открывает возможности для организации ранее недопустимых межсистемных связей. Например, для объединения систем, работающих на разных частотах, а также систем, работающих несинхронно. К тому же, линии и вставки постоянного тока являются реверсивными. Данное применение ППТ и ВПТ положительно сказывается на устойчивости систем и позволяет добиться управляемого потокораспределения.

Для ППТ в установившихся режимах отсутствует зарядная мощность, характерная для линий переменного тока. Это открывает более широкую возможность применения кабельных линий высокого и сверхвысокого напряжений. Зарядная мощность ограничивает длину КЛ и полезную передаваемую мощность из-за нагрева токоведущих жил кабеля. В кабельных линиях постоянного тока это ограничение снято, что позволяет сделать их достаточно длинными, например: КЛ, связывающая ЭС Швеции и Финляндии имеет длину порядка 200 км при напряжении полюса 400 кВ. Также применение кабелей позволяет осуществить ввод крупных мощностей в центры крупных городов, где возможность прокладки воздушных линий сильно ограничена, либо, чаще всего, запрещена. Например, удельная потребляемая мощность на единицу площади в многомиллионных городах может достигать 100 МВт/км².

Таким образом, ППТ и ВПТ могут применяться для решения широкого круга задач электроэнергетики, а именно:

• Передача электроэнергии от удаленных электростанций
• Связь двух или более систем, работающих несинхронно или с различной номинальной частотой
• Пересечение больших водных пространств с помощью кабельных линий
• Межгосударственные связи

Список литературы:

1. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для ВУЗов – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 488 с. с ил.
2. Папков, Б. В. Электроэнергетические системы и сети. Токи короткого замыкания : учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры / Б. В. Папков, В. Ю. Вуколов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2017. — 353 с. — (Серия : Бакалавр и магистр. Академический курс).
3. Chan-KiKim, Vijay HDVC transmission: Power conversation application simpower systems, IEEE Press, John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd., 2009.