DOI 10.57112/22022-36

УДК 621.311

КОНЦЕПЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Сычев Дмитрий Андреевич

Сташко Василий Иванович

Аннотация:

Передача электроэнергии является ключевым звеном в энергосистеме. По мере увеличения электроснабжения следует увеличивать и пропускную способность линий. В развитом районе трудно получить право проезда для линии электропередачи. А преобразование существующих воздушных линий электропередачи HVAC с использованием технологии HVDC может повысить пропускную способность.

Ключевые слова: пропускная способность, постоянный ток, переменный ток.

Строительство новой линии электропередачи в промышленно развитых странах - сложный процесс, который занимает много времени, поскольку необходимые разрешения могут быть отложены в течение неопределенного периода времени. В последние годы экологические требования сделали этот процесс еще более сложным и дорогим. Более того, иногда просто невозможно построить новую линию электропередачи. Этот факт может вызвать трудности, такие как удовлетворение пикового спроса. Также могут возникнуть проблемы с интеграцией возобновляемых источников энергии в энергосистемы. Следовательно, в настоящее время существует большой интерес в достижении более эффективного использования существующих инфраструктур.

С этой целью существуют различные варианты увеличения пропускной способности существующих линий. Эти альтернативы модернизации включают увеличение допустимой нагрузки, которое традиционно достигалось за счет увеличения сечения проводника или числа проводников на фазу, повышения номинального уровня напряжения и замены проводника на проводники с лучшими характеристиками. Существуют и другие методы, например применение Устройств компенсации реактивной мощности, вероятностные методы или мониторинг в реальном времени. Наконец, также можно использовать линии переменного тока для передачи мощности с помощью постоянного тока.

Преобразование линий переменного тока в линии постоянного тока можно рассматривать как решение узких мест путем повышения пропускной способности линии. Кроме того, этот вариант также предоставляет дополнительные преимущества, которые отличают его от других методов. Среди них, как наиболее выдающиеся, можно отметить устойчивость и управляемость. Таким образом, в зависимости от характеристик исходной линии этот метод модернизации может стать привлекательным вариантом, особенно при наличии других ограничивающих факторов. Кроме того, свойства преобразованных линий постоянного тока удовлетворяют требованиям сетей HVDC. Таким образом, предлагаемые преобразования могут представлять собой некоторые из предварительных шагов для создания суперсети HVDC, которая предназначена для охвата нескольких стран. Однако, когда линия переменного тока преобразуется в линию постоянного тока, линия переменного тока должна быть адаптирована к требованиям постоянного тока. и преобразовательные станции должны быть установлены по обеим сторонам линии. Стоимость преобразовательной подстанции увеличивается с квадратным корнем мощности, поэтому преобразование линий с меньшей номинальной мощностью будет иметь меньшие затраты. В случае распределительных линий уровень напряжения ниже, чем в длинных линиях электропередачи, что снижает стоимость электронных устройств. Таким образом, стоимость преобразования распределительных линий будет ниже стоимости преобразования линий электропередачи. По этой причине, несмотря на то, что преобразование существующих линий переменного тока в линии постоянного тока может быть применено к любому уровню напряжения, эта статья сосредоточена на распределительных линиях.

При преобразовании линии переменного тока в постоянный, если для станции преобразования напряжения выбрана симметричная конфигурация, три провода от линии переменного тока используются как положительный провод постоянного тока, отрицательный провод постоянного тока и нейтральный провод соответственно, как показано на рисунке 1 (а). Нейтральный провод обеспечивает обратный путь для несбалансированных постоянных токов. Эта конфигурация использует не весть потенциал проводов, но позволяет избежать возврата несимметричных токов нагрузки через землю, поскольку только два из трех проводов используются для передачи энергии, а другой используется только для нейтрали.

Рисунок 1 – Конфигурации линий постоянного тока.

a – симметричная конфигурация с нейтральным проводом; b – симметричная конфигурация без нейтрального провода; c – асимметричная конфигурация с нейтральным проводом

Если выбрать симметричную конфигурацию без нейтрального провода, можно добавить один дополнительный проводник того же сечения, чтобы полностью использовать третий существующий провод и еще больше увеличить пропускную способность. Следовательно, как положительный, так и отрицательный полюс формируется с использованием двух проводов, как показано на рисунке 1(b). Использование проводов увеличивается при использовании этой конфигурации, но при несимметричном токе нагрузки, земля используется в качестве выравнивающего проводника, что создает потенциальные риски для безопасности.

В асимметричной конфигурации, три провода объединяются в один провод постоянного тока, но при этом требуется дополнительный проводник в качестве нейтрального провода, который заземлен, как показано на рисунке 1(c). Нейтральный провод полностью рассчитан на ток нагрузки, но лишь слегка изолирован с практически нулевым потенциалом, что снижает затраты.

Таким образом, выбор конфигурации зависит от выделяемых на реконструкцию средств, уровню надежности, требований предъявляемых к ЛЭП и электроэнергии и от текущей потребности в мощности.

Список использованной литературы

1. Chaudhary S. K. Enhancing the capacity of the AC distribution system using DC interlinks – A step toward future DC grid / S. K. Chaudhary, J. M. Guerrero, R. Teodorescu – IEEE Trans. Smart Grid, vol. 6, no. 4. – 2015. – p. 1722-1729. – Текст : непосредственный.

2. Clerici A. HVDC conversion of HVAC lines to provide substantial power upgrading / A. Clerici, L. Paris, P. Danfors – IEEE Trans Power Deliv – 1991. – p. 324–333. – Текст : непосредственный.

3. Rahman H. Power upgrading of transmission line by combining AC–DC transmission / H. Rahman, BH.  Khan – IEEE Trans Power System – 2007. – p. 459–466. – Текст : непосредственный.

Информация об авторах

Сычев Д. А. - студент группы 8Э(о)-01, Сташко В. И. – к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

-