Методы повышения пропускной способности электропередачи

Рассмотрим вначале наиболее простой случай, когда линия электропередачи примыкает к шинам неизменного напряжения (рис. 19.1).

Рис. 19.1.

Как известно, выражение для активной мощности, передаваемой по линии без учета потерь в ней, имеет вид

или в относительных единицах  при базисной мощности равной натуральной

(19.37)

Рис. 19.2.

Зависимость максимально возможной передаваемой активной мощности, достигаемой при , от волновой длины линии ,

                                                (19.38)

показана на рис. 19.2.

Как видно, теоретически очень велика для линии малой длины и далее для длин линий, кратных , т.е. максимальная передаваемая мощность по длинной полуволновой линии может быть также очень велика (в действительности, как показано ниже, реализация передачи максимальной мощности, сколько-нибудь существенно отличающейся от натуральной, трудно осуществима вне зависимости от длины). Рассмотрим ряд ограничений, приводящих к снижению максимальной передаваемой мощности по сравнению с данными рис.19.1.

Рис. 19.3.

а) Распределение напряжения вдоль линии в нагрузочных режимах. Напряжение в средней точке линии при одинаковых модулях напряжений по ее концам определяется формулой

 (19.39)

откуда видно, что только при {режим натуральной мощности) напряжение в средней точке линии не отличается от напряжений источников питания, а при напряжение в средней точке может быть как ниже , так и выше (рис. 19.3). Для линий в диапазоне длин  характерно снижение напряжения с ростом нагрузки свыше натуральной и повышение — при снижении . Для длинных линий свыше четвертьволновых  с ростом нагрузки, начиная с режима холостого хода, характерно увеличение напряжения, причем длительные режимы с передаваемой мощностью  становятся практически невозможными из-за необходимости иметь повышенный уровень изоляции в промежуточных точках линии (см. пример 1).

Рост для длин линий следует из (19.39), вследствие того, что режим холостого хода для этих линий осуществляется при , а увеличение нагрузки линии осуществляется не увеличением угла как в обычных линиях, а его уменьшением , что приводит к росту числителя в (19.39).

б) Источники реактивной мощности в примыкающих системах.

Для обеспечения передачи заданной активной мощности, включая ее максимальное значение  (см. рис. 19.2), необходимо располагать источниками реактивной мощности  в отправной и приемной системах. Их мощность определяется формулой

или в относительных единицах

 (19.40)

Таким образом, суммарная, требуемая в обеих системах реактивная мощность  Ее величина зависит от длины линии и активной мощности, определяемой углом Для случая максимальной мощности (19.38) имеем

 (19.41)

Рис. 19.4.

Например, зависимость (19.41), приведенная на рис. 19.4, показывает, что для передачи максимальной мощности по линии длиной 500 км требуется суммарная реактивная мощность ее источников, равная Для линии длиной  режим передачи максимальной мощности совпадает с натуральным и поэтому в этом режиме источников реактивной мощности не требуется. Для реализации передачи максимальных мощностей для линий в диапазоне длин требовалось бы потребление реактивной мощности по концам линии (пунктирная кривая на рис. 19.4), нарастающее с приближением длины линии к  Однако, как мы уже выяснили в п. а), перегрузка этих линий, существенно превышающая величину практически неосуществима из-за повышения напряжения в средней точке линии. Однако даже в том случае, когда максимальная нагрузка линии не превышает натуральную, нужны устройства, регулирующие реактивную мощность в точках примыкания длинной линии в зависимости от величины активной мощности. Это видно из (19.40), если вместо учета подставить его выражение (19.37). Получим

 (19.42)

Не всегда генераторы электрической станции могут взять на себя функции поддержания требуемой реактивной мощности. Это зависит от возможных диапазонов регулирования реактивной мощности, которые могут быть различными для реактивных мощностей разных знаков. В случае если генераторы электрических станций не обеспечивают баланс реактивных мощностей при заданном напряжении, то требуется установка специальных устройств компенсации реактивной мощности и (или) генерации реактивной мощности (как регулируемых, так и дискретно коммутируемых).

Рис. 19.5.

в) Влияние схемы электропередачи на максимальную мощность.

Кроме однородной линии (или участков однородных линий) схема электропередачи в общем случае содержит продольные и поперечные индуктивные сопротивления, может иметь в своем составе продольную или поперечную конденсаторные батареи и т.д. (рис. 3.18). Для определения влияния этих элементов на величину максимальной передаваемой мощности можно воспользоваться формулами для обобщенных коэффициентов четырехполюсников , включающих как саму линию, так и другие элементы электропередачи. Способ получения последних заключается в перемножении матриц коэффициентов каждого из последовательно соединенных элементов электропередачи. Определим, например, коэффициенты для схемы рис.  19.5,а. Имеем

где элементы матрицы первого сомножителя взяты из таблицы. Там же приведены параметры эквивалентных четырехполюсников  для некоторых наиболее типичных схем, встречающихся в практике анализа режимов дальних электропередач.

Выражения для активной и реактивной мощностей при представлении электропередачи параметрами эквивалентного четырехполюсника имеют вид, похожий на (19.37), (19.40) (случай электропередачи без учета потерь и одинаковых модулях напряжения по концам )

 (19.43)

где

Заметим, что с помощью коэффициента можно анализировать режим холостого хода. Так в режиме одностороннего питания и напряжении питания имеем:

 или

Можно убедиться, что формула для определения напряжения в конце линии в схеме рис. 3.18,а полностью идентична (19.1) для

Однако вернемся к (19.43). Видно, что учет предвключенной реактивности  ограничивает максимальную мощность для линий длиной т.к.  т.е. зависимости  приобретают вид пунктирных кривых (см. рис. 19.2).

г) Статическая устойчивость режимов дальних электропередач.

Предполагаем, что по концам электропередачи (см. рис. 19.14) обеспечено поддержание напряжений и частоты в "малом" (шины бесконечной мощности) и используем один из простейших критериев статической (апериодической) устойчивости режима: положительность производной активной мощности по углу — Используем выражение (19.37) и получим

Рассмотрим область длин линий Здесь во всем диапазоне длин.

Угол нагрузки изменяется от (режим холостого хода) до (режим передачи

максимальной мощности). При этом диапазоне изменения угла  —  и, следовательно, , т.е. все режимы работы электропередачи от холостого хода до максимальной мощности статически устойчивы.

Рассмотрим вторую область длин линий . Здесь для всех длин  из этого диапазона. Угол изменяется от (режим холостого хода) до (режим передачи максимальной мощности). Во всем диапазоне изменения угла — и, следовательно, . Это означает, что все режимы электропередач с линиями в таком диапазоне длин статически неустойчивы.

Третья область длин линий . Здесь , диапазон изменения угла  — и .и все режимы вновь статически устойчивы.

Новые электропередачи