Вставки постоянного тока реферат

Обновлено: 02.07.2024

Работа содержит 1 файл

Электропередача постоянного тока.doc

Электропередача постоянного тока.

В мировой практике наиболее распространена передача электроэнергии переменным током. Но мощность, которую можно передать по таким линиям, особенно на большие расстояния, ограничивается многими факторами: предельной мощностью по условиям устойчивости, по нагреву проводников, потерями на корону и т.д.
Электропередачи постоянного тока (ППТ) предназначаются для транспорта больших количеств электроэнергии на дальние расстояния, передачи мощности через большие водные пространства по кабельным линиям и для связи между энергосистемами.

Связь отдельных электрических систем друг с другом посредством ППТ делает допустимой несинхронную совместную работу их на различных частотах. Направление потока мощности по линии передачи легко изменить автоматическим переключением в устройствах сеточного управления вентилей. Токи короткого замыкания в приемной системе переменного тока не могут возрастать при передаче электроэнергии постоянным током за счет передающей системы и наоборот, так как инвертор не подпитывает точку короткого замыкания. ППТ используются также для связи энергосистем в тех случаях, когда требуется иметь независимое регулирование частоты в каждой из объединенных систем.

Допустимая напряженность электрического поля для кабелей постоянного тока в 5— 6 раз выше, чем для кабелей переменного тока. Для примера можно сказать, что кабели, рассчитанные для работы с номинальным напряжением 35 кВ переменного тока, могут быть использованы для постоянного тока напряжением 200 кВ. Поэтому, несмотря на большую стоимость концевых устройств ППТ, передачи постоянного тока с кабельными линиями при длинах 30—40 км становятся соизмеримыми по стоимости с кабельными передачами переменного тока или даже выгоднее их ППТ с кабельными линиями высокого напряжения ±250 кВ эксплуатируются за рубежом (Англия, Новая Зеландия и др ).

Кратности внутренних перенапряжений на воздушных линиях постоянного тока ниже, чем для линий переменного тока. Это значит, что при одинаковых уровнях изоляции для ППТ можно применить более высокое напряжение. Конструкция линии ППТ много проще, чем линии переменного тока, меньше количество гирлянд изоляторов, меньше затрата металла Важно отметить также, что предел передаваемой мощности ППТ не зависит от длины электропередачи, как для переменного тока, поскольку устойчивость работы ППТ определяется в основном преобразователями (инверторами)

В СССР впервые в мировой практике в 1965 г была осуществлена передача энергии постоянным током при напряжении ±400 кВ по воздушной биполярной линии Волгоград — Донбасс, связывающей Центральною и Южную энергосистемы Пропускная способность электропередачи 720 МВт, протяженность линии 473 км, ППТ Волгоград — Донбасс в настоящее время успешно работает в реверсивном режиме.

Обладая значительными достоинствами, передача электроэнергии постоянным током не лишена и крупных недостатков. Появляется необходимость в возведении сложных концевых подстанций с большим количеством преобразователей высокого напряжения и вспомогательной аппаратуры, меньшая надежность в работе из-за пропусков и обратных зажиганий в ртутных вентилях, требуется большая мощность установок для компенсации реактивной мощности преобразователей. Усложняется и удорожается промежуточный отбор мощности для электроснабжения районов, расположенных вдоль трассы линии передачи постоянного тока.

В экономическом отношении применение электропередач постоянного тока с воздушными линиями оправдывается при транспорте больших количеств энергии на дальние расстояния. Экономическая граница между передачами переменного и постоянного тока по дальности транспорта энергии лежит в пределах 800—1000 км — для передач без промежуточного отбора мощности и 1000—1400 км — с промежуточным отбором 25—50% передаваемой мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем меньше граничное расстояние выгодности передачи мощности постоянным током.

Рис 1. Схема электропередачи энергии постоянным током с биполярной линией.

1 — трехо-бмоточный трансформатор (группа) с расщепленными обмотками СН и НН 2 — вольтодобавочный трансформатор 3 — вентильный мост, 4 — шунтирующий вентиль, 5 — шунтирующий аппарат 6 — линейный реактор, 7 — токоограничивающий реактор, 8 — конденсаторная батарея фильтр, 9 — синхронный компенсатор.

На рис. 1 представлена принципиальная схема ППТ. Вырабатываемый генераторами электростанции трехфазный переменный ток поступает в повысительный трансформатор 1, обмотки СН которого, работающие на выпрямительную установку, имеют различные соединения — звездой и треугольником. Переменный ток от каждой обмотки со сдвигом фаз в 30° поступает в выпрямительную установку, состоящую из вентилей (ртутных выпрямителей с сеточным управлением), включенных по мостовой схеме (рис. 2). Таким образом, вся установка состоит из четырех мостов, в каждой фазе которых включено по два вентиля. Все вентильные мосты соединены последовательно (каскадная схема) Средняя точка четырех-мостовой схемы заземлена наглухо, образуя две полуцепи “полюс - земля” биполярной передачи. Каждая из полуцепей может оставаться в работе при выведенной другой полуцепи в ремонт или по другой причине. В этом случае передача будет работать по униполярной схеме с возвратом тока через землю и со сниженной вдвое мощностью.

Вентильный мост является основным агрегатом преобразовательной подстанции Подключенный к обмотке трехфазного трансформатора (рис. 13-6) он создает шестифазный режим выпрямления тока, а каскадное соединение двух мостов с подключением каждого моста к обмоткам трансформатора, имеющим сдвиг в 30° (соединенным звездой и треугольником), создает 12-фазный режим выпрямления. Выпрямленный ток поступает в двухпроводную линию и передается на приемную подстанцию. Для сглаживания пульсации выпрямленного тока в линии установлены реакторы с большим индуктивным сопротивлением, а для снижения амплитуды аварийного тока при обратном зажигании вентиля последовательно с обмотками трансформаторов, питающими выпрямительные мосты, установлены токоограничивающие реакторы. Параллельно каждому мосту включен шунтирующий вентиль и шунтирующий аппарат, назначение которых исключить из схемы мост в случае его повреждения.

Для инвертирования постоянного тока, т. е. преобразования его в трехфазный, на приемной подстанций используют такие же управляемые

ртутные вентили, как и для выпрямления переменного тока. Мостовая схема соединения инверторной установки такая же, как у выпрямительной, но с обратным включением полюсов. Инвертор работает как быстродействующий переключатель, включающий каждую фазу понизительного трансформатора дважды за один период изменения напряжения приемной системы — при прямом и обратном его направлениях, и тем самым обусловливает протекание в цепи трансформатора переменного тока. Реактивная мощность, необходимая для инвертирования тока (около 0,55 квар на 1 кВт передаваемой мощности) и для покрытия потребности нагрузки, получается от конденсаторных батарей-фильтров, включенных на приемные шины инверторной подстанции. Эти же установки служат и для фильтрации высших гармоник инвертированного переменного тока. В случае необходимости дополнительно устанавливают также СК с присоединением его к третичной обмотке трансформатора.

Рис.2. Схема вентильного моста UН = 110 кВ
1 — вентиль; 2 — анодный реактор.

Современные мощные вентили изготавливаются на анодное испытательное напряжение 130 кВ и, следовательно, максимальное рабочее напряжение электропередачи, изображенной на рис. 13-5, составляет ±200 кВ. Чтобы получить в линии передачи более высокое напряжение, применяют последовательное включение большего количества мостов, а чтобы повысить надежность работы установки, вентили включают на половинное номинальное напряжение. Так, например, для линии передачи Волгоград—Донбасс напряжением ±400 кВ принято восемь вентильных мостов, включенных последовательно, с двумя вентилями в каждом плече моста, работающих при половинном номинальном напряжении.

При проектировании ППТ большой пропускной способности идут на параллельное включение вентилей в плече моста, что позволяет довести ток и мощности моста до требуемой величины. В настоящее время созданы полупроводниковые приборы (тиристоры), позволяющие построить выпрямительную аппаратуру на напряжение 1500 кВ. Так, например, преобразовательные подстанции электропередачи Экибастуз — Центр будут оборудованы уже не ртутными выпрямителями, а полупроводниковыми.

Эта электропередача, протяженностью 2400 км, напряжением 1500 кВ (±750 кВ) предназначается для передачи до 40 млрд. кВт -ч электрической энергии в год при мощности передачи до 6 млн. кВт. Электрическая энергия будет вырабатываться на пяти тепловых электростанциях мощностью по 4000- кВт, с энергоблоками по 500 МВт. Электростанции, первая из которых уже начата строительством, будут работать на местном буром угле.

Передача энергии из Итатского бассейна, где намечено построить десять электростанций по 6,4 млн. кВт с энергоблоками по 800 МВт, потребует применения для ППТ более высокого напряжения — 2200 кВ (±1000 кВ).

Передача электроэнергии постоянным током более перспективна, считают специалисты петербургского НИИ постоянного тока Наталья Георгиевна Лозинова и Михаил Иванович Мазуров.
Система электропередачи постоянного тока работает более устойчиво, уменьшаются потери в ЛЭП, отпадает необходимость в синхронизации работы электростанций. При этом не требуется замена основного оборудования действующих электростанций и трансформаторных подстанций.

В электропередачах постоянного тока (ППТ) отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и ограничивающие пропускную способность. Предельная мощность, передаваемая по ЛЭП постоянного тока, больше, чем у аналогичных ЛЭП переменного тока. Ограниченность применения ППТ связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии).
Применение ППТ и вставок постоянного тока (ВПТ – подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты) определяется их специфическими техническими характеристиками:

 с помощью ППТ (ВПТ) осуществляется несинхронная связь между энергосистемами, обеспечивающая возможность независимого регулирования частоты в каждой из них. Нарушения режима (КЗ, сбросы мощности, набросы нагрузки) в одной из объединенных энергосистем практически не сказываются на работе другой.
Через ППТ (ВПТ) могут объединяться энергосистемы, работающие с различной номинальной частотой (50 и 60 Гц) или разной идеологией поддержания частоты;

 быстродействующее регулирование преобразователей ППТ и ВПТ позволяет практически безынерционно изменять величину и направление потока мощности, благодаря чему такая связь свободна от нерегулируемых перетоков мощности и способна осуществлять передачу электроэнергии по заданной программе. Законы регулирования могут быть выбраны с большой степенью независимости от изменений режима (уровней напряжения, частоты) в связываемых энергосистемах. При необходимости специальные регуляторы могут использоваться, например, для поддержания частоты, демпфирования субгармонических колебаний, повышения устойчивости параллельных ВЛ переменного тока и т.д.;

 объединение энергосистем переменного тока или ввод дополнительной мощности в энергосистему через ППТ (ВПТ) не приводит к увеличению токов КЗ;

 для длинных ВЛ (наиболее протяженная из построенных ВЛ ППТ имеет длину 1730 км) нет ограничений передаваемой мощности по условиям нарушения устойчивости. Технические пределы нагрузки для воздушных и кабельных линий определяются только условиями теплового режима;

 по сравнению с ЛЭП переменного тока линии постоянного тока имеют в 1,5 раза меньшую зону отчуждения земли для трассы линии;

 ППТ обладают существенным по сравнению с ЛЭП переменного тока преимуществом в части надежности, так как вероятность одновременного отключения обоих полюсов ППТ более чем на порядок ниже вероятности отключения трехфазной линии;

 при передаче электроэнергии через широкие водные преграды (более 40–50 км) применение ППТ с подводным кабелем не имеет альтернативы.

ИСТОРИЯ И ТЕНДЕНЦИИ

Линии электропередачи переменного тока могут связывать только синхронизированные электрические сети переменного тока, которые работают на той же самой частоте и в фазе. Много зон, которые желают поделиться энергией, имеют несинхронизированные электрические сети. Энергосистемы Великобритании, северной Европы и континентальной Европы не объединены в единую синхронизированную электрическую сеть. У Японии есть электрические сети на 60 Гц и на 50 Гц. Континентальная Северная Америка, работая на частоте 60 Гц, разделена на области, которые несинхронизированы: Восток, Запад, Техас, Квебек, и Аляска. Бразилия и Парагвай, которые совместно используют огромную гидроэлектростанцию Итайпу, работают на 60 Гц и 50 Гц соответственно.

Как же поступить, если необходимо связать районы с различной частотой электрически сетей. Для этой цели используются передачи постоянного тока ППТ (HVDC – High Voltage DC transmission).

Генератор, связанный длинной линией электропередачи переменного тока, может стать неустойчивым и выпасть из синхронизации с отдаленной энергосистемой переменного тока. Устройства HVDC позволяют связать несинхронизированные электрические сети переменного тока, а также добавить возможность управления напряжением переменного тока и потоком реактивной мощности.

Ветряные электростанции, расположенные на расстоянии от берега, могут использовать устройства HVDC, чтобы собрать энергию у большого числа несинхронизированных генераторов для передачи на берег подводным кабелем. Линия HVDC может сделать выполнимым использование удаленных электростанций.

Однако, обычно линия питания HVDC связывает две области распределения мощности энергосистемы переменного тока. Устройства, выполняющие преобразование между переменным и постоянным токами, значительно увеличивают стоимость передаваемой энергии. Выше определенного расстояния (приблизительно 50 км для подводных кабелей, и примерно 600—800 км для воздушных линий), меньшая стоимость электрических проводников HVDC перевешивает стоимость электроники.

Преобразовательная электроника также предоставляет возможность эффективно управлять энергосистемой посредством управления величиной и перетоком мощности, что дает дополнительное преимущество существования HVDC линий — потенциальное увеличение устойчивости энергосистемы.

Во многих случаях HVDC передача более эффективна, чем передача на переменном токе. Например:

· Подводные кабели, где высокая емкость приводит к дополнительным потерям.

· Передача энергии в энергосистеме от пункта к пункту без промежуточных 'отводов', например, в удаленные районы

· Увеличение пропускной способности существующей энергосистемы в ситуациях, где установка дополнительных линий является трудной или дорогой

· Передача энергии и стабилизация между несинхронизированными системами распределения переменного тока

· Присоединение удаленной электрической станции к энергосистеме.

· Уменьшение стоимости линии за счет уменьшения количества проводников. Кроме того, могут использоваться более тонкие проводники, так как HVDC не подвержен поверхностному эффекту.

· Упрощается передача энергии между странами, которые используют переменный ток различных напряжений и/или частот

· Синхронизация переменного напряжения, произведенного возобновляемыми источниками энергии

Длинные подводные кабели имеют высокую емкость. В то время как этот факт имеет минимальную роль для передачи электроэнергии на постоянном токе, переменный ток приводит к зарядке и разрядке емкости кабеля, вызывая дополнительные потери мощности. Кроме того, мощность переменного тока расходуется на диэлектрические потери.

HVDC может передавать большую мощность по проводнику, так как для данной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже, чем амплитудное напряжение в линии переменного тока. Мощность переменного тока определяет действующее значение напряжение, но оно составляет только приблизительно 71 % амплитудного напряжения, которое определяет фактическую толщину изоляции и расстояние между проводниками. Поскольку у линии постоянного тока действующее значение напряжения равно амплитудному, становится возможным передавать на 41% больше мощности по существующей линии электропередачи с проводниками и изоляцией того же размера, что на переменном токе, что снижает затраты.

Поскольку HVDC допускает передачу энергии между несинхронизированными распределительными системами переменного тока, это позволяет увеличить устойчивость системы, препятствуя каскадному распространению аварии с одной части энергосистемы на другую. Изменения в нагрузке, приводящие с десинхронизации отдельных частей электрической сети переменного тока, не будут затрагивать линию постоянного тока, и переток мощности через линию постоянного тока будет стабилизировать электрическую сеть переменного тока. Величину и направление перетока мощности через линию постоянного тока можно непосредственно регулировать и изменять для поддержания необходимого состояния электрических сетей переменного тока с обоих концов линии постоянного тока.

Преимущество HVDC — способность передавать большее количество энергии на длинные дистанции с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем на переменном токе. В зависимости от уровня напряжения и схемы, потери будут составлять приблизительно 3 % на 1000 км. Передача на постоянном токе высокого напряжения позволяет эффективно использовать источники энергии, удаленные от энергоузлов нагрузки.

Рис.1. Сравнительная стоимость линий переменного (AC) и постоянного (DC) тока.

Рисунок 1 представляет сравнительную характеристику линий переменного и постоянного тока. Хотя капитальные затраты на строительство линий постоянного тока выше, стоимость километра этих линий существенно ниже. Поэтому существует такое значение длины линии электропередачи при котором передача энергии постоянным током оказывается более выгодной, чем переменным.

Различают несколько типов схем передач постоянного тока (рис.2).

Рис.2. Типы схем линий постоянного тока (a - монополярная , b –биполярная, c -гомополярная).

Эту статью меня побудили написать некоторые из моих читателей, которые увидели термин "вставка постоянного тока" в одной из моих статей и стали утверждать, что "вставка" - это же предохранитель, ему же всё равно какой ток переменный или постоянный.

Разберёмся во всём в этой статье.

Что касается предохранителей, их корректно называть предохранители, "вставка" - это жаргон.

Вставка постоянного тока (ВПТ) - это устройство, которое состоит из двух преобразователей.

Преобразователь, который преобразует энергию переменного тока от передающей системы в энергию постоянного тока, называется выпрямителем. Другой преобразователь, который получает энергию от выпрямителя и преобразует её в энергию переменного тока, отдавая эту энергию в приёмную систему, называется инвертором.

ВПТ используются для объединения энергосистем работающих на разных или несинхронных частотах.

Объединяющим элементом ВПТ является звено постоянного тока, по виду которого различают ВПТ на основе преобразователей тока – со сглаживающим реактором в цепи постоянного тока и на основе преобразователей напряжения – с батареей конденсаторов постоянного тока.

U1, f1 - напряжение и частота в первой энергосистеме, U2, f2 - напряжение и частота во второй энергосистеме

Преобразователи в ВПТ могут обладать свойством реверсивности: при необходимости изменения направления передачи мощности выпрямитель становится инвертором, а инвертор - выпрямителем.

ВПТ на основе преобразователей тока выполняются на тиристорах и потому имеют более высокий КПД по сравнению с ВПТ на основе преобразователей напряжения, в которых используются полностью управляемые приборы – силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistors – IGBT).

ВПТ первого типа мощностью 1420 МВт реализована для экспорта электроэнергии из России в Финляндию на подстанции 330/400 кВ Выборгская (Ленинградская область) в 1980-х годах.

Переменный ток напряжением 330 кВ преобразуется в постоянный ток двухполюсной линии-вставки +/- 85 кВ (длиной порядка 200 м в пределах подстанции). На другом конце вставки постоянный ток инвертируется в переменный напряжением 400 кВ и уходит к потребителям в Финляндии. К трансформаторам, соединяющим высоковольтные линии с плечами выпрямителей и инверторов, добавлены обмотки 35 кВ, через которые подключены фильтры высших гармоник. Также на обеих сторонах подстанции к высоковольтным линиям подключены компенсаторы реактивной мощности: два по 100 МВАр на стороне 330 кВ, два по 160 МВАр на стороне 400 кВ.

ВПТ состоит из 4 независимых тиристорных преобразовательных блоков, работающих на постоянном напряжении +/- 85 кВ. Мощность каждого блока — 355 МВт.

ВПТ по второму типу на основе преобразователей напряжения с батареей конденсаторов постоянного тока реализована на подстанции 220 кВ Могоча в Забайкальском крае.

Она предназначена для связи объединённой энергосистемы (ОЭС) Сибири с объединённой энергосистемой Востока, которая работает несинхронно с остальными частями единой энергосистемы России. ВПТ обеспечивает перетоки мощности между ОЭС Сибири и Востока до 200 МВт.

Мультитерминальная HVDC линия, соединяющая более двух пунктов, редка. Конфигурация мультитерминальной системы может быть последовательной, параллельной, или гибридной (последовательно-параллельной). Параллельная конфигурация чаще используется для передачи энергии от больших электростанций, а последовательная — от менее мощных электростанций. Например, система Quebec-New England мощностью 2000… Читать ещё >

Вставка постоянного тока ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Вставка постоянного тока является станцией, в которой и инверторы и выпрямители находятся в одном месте, обычно в одном и том же здании. Линия постоянного тока выполняется настолько короткой насколько возможно. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты (как в Японии) соединения двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов (как до 1995/96 в коммуне Этценрихт). различных частот и числе фаз Величина постоянного напряжения в промежуточной схеме вставки постоянного тока может быть выбрано свободно из-за малой длины линии. Обычно постоянное напряжение выбирают настолько низким насколько возможно, чтобы построить меньший зал для преобразователей и избежать последовательных соединений вентилей. По этой причине во вставке постоянного тока используют сильноточные вентили.

Системы с линиями электропередачи

Самая общая конфигурация линии HVDC это две преобразовательные станции инвертор/выпрямитель, связанные воздушной линией. Такая же конфигурация обычно используется в соединении несинхронизированных энергосистем, в передаче энергии на большие расстояния, и в случае использования подводных кабелей.

Читайте также: