Приложение 5 к разделу 5 ПРОГРАММА

Приложение 5 к разделу 5
ПРОГРАММА
«Создание в единой энергосистеме (ЕЭС) России гибких (управляемых)
систем электропередачи переменного тока и устройств регулирования
напряжения»
1.Общие положения
Актуальными проблемами функционирования ЕЭС России и транспорта электроэнергии в частности являются:
 Недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих
линий электропередачи, ограничивающая возможность удовлетворения требованиям свободного рынка электроэнергии при соблюдении условий надежного энергоснабжения. В
настоящее время ограничена возможность параллельной работы ОЭС Сибири с Европейской частью ЕЭС, ограничена выдача мощности из Тюменской энергосистемы на Урал,
недостаточны пропускные способности ряда сечений между ОЭС Центра и ОЭС Северного Кавказа, со странами Закавказья, отсутствуют возможности осуществления параллельной работы ОЭС Сибири и ОЭС Востока и др. В ближайшей перспективе возможны ограничения в сечениях ОЭС Центра и ОЭС Средней Волги, в ОЭС Северо-Запада.
Имеются ограничения по выдаче «запертых» мощностей ряда электростанций ( Печерской ГРЭС, Нюренгринской ГРЭС, Кольской АЭС и др.)
 Слабая управляемость электрических сетей и недостаточный объем устройств регулирования напряжения и реактивной мощности, как следствие этого повышенные до
опасных значений уровни напряжения в сетях в периоды сезонного и суточного снижения
нагрузки. Часто для нормализации уровней напряжения практикуется вынужденное отключение системообразование линий электропередачи напряжением 330-750 кВ, что снижает надежность работы ЕЭС.
 Неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям электропередачи различного класса напряжения, как следствие этого: недоиспользование существующих электрических сетей, рост потерь в сетях, увеличение затрат на передачу
энергии. Такая ситуация имеет место в ряде ОЭС, в частности, в сетях 330/220/110 кВ Северо-Запада, в сетях 500/220/110 кВ ОЭС Центра (Мосэнерго) и др.
Наиболее оптимально и комплексно указанные проблемы могут быть решены при
применении новой технологии – гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока, содержащих современные многофункциональные устройства и, в частности,
устройства регулирования напряжения (реактивной мощности).
Технология гибких (управляемых) систем электропередачи охватывает все сегменты электроэнергетического хозяйства: генерацию, транспорт электроэнергии и её потребление.
Устройствами, обеспечивающими реализацию этой технологии, являются:
 управляемые шунтирующие реакторы (УШР);
 статические тиристорные компенсаторы (СТК);
 управляемые статические преобразователи на базе современной силовой электроники и
микропроцессорной техники;
 накопители электрической энергии различного типа;
 активные фильтры;
 асинхронизированные гидро- и турбогенераторы на гидравлических тепловых и атомных электростанциях;
 асинхронизированные компенсаторы.
2. Краткая характеристика технологии и устройств гибких (управляемых) систем
электропередачи переменного тока
 Управляемые шунтирующие реакторы (УШР) предназначены для плавного
регулирования напряжения (реактивной мощности) при мощностях, протекающих по линиям электропередачи не превышающих натуральную. УШР могут устанавливаться как
на линиях электропередачи (линейные УШР), так и на шинах подстанции.
Отечественной промышленностью совместно с ЗПО «Трансформатор» (Украина)
освоено производство шинных УШР с подмагничиванием напряжением 110 и 220 кВ,
разрабатываются проекты линейных и шинных УШР напряжением 500 кВ. Зарубежные
аналоги отсутствуют.
 Статические тиристорные компенсаторы (СТК) являются устройствами повышения предела передаваемой по линиям электропередачи мощности, обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности) при мощностях в линиях электропередачи как ниже, так и выше натуральной.
СТК в сочетании с фильтрами высших гармоник эффективны для применения у
мощных потребителей электроэнергии, отрицательно влияющих на качество электрической энергии в сетях (металлургические комбинаты и др.), обеспечивая фильтрацию высших гармоник и необходимые требования по качеству напряжения.
Отечественной промышленностью освоено производство СТК. В мировой практике
(как в электрических сетях, так и у потребителей) СТК нашли широкое применение.
 Управляемые статические преобразователи на базе современной силовой электроники обладают принципиально новой функциональной возможностью - векторным
регулированием в энергосистемах, когда по заданным законам регулируются не только
величина, но и фазовый угол напряжения в заданном узле энергосистемы.
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.
Управляемые статические преобразователи выполняются по схеме так называемых
преобразователей напряжения (ПН), которые могут включаться в электрическую сеть как
параллельно, так и последовательно.
Параллельно включаемый ПН - СТАТКОМ, является улучшенной, в отношении
свойств и технико-экономических показателей, модификаций СТК. В отличии от последнего является статическим аналогом синхронного компенсатора.
Последовательно включенный в линию электропередачи ПН -устройство управляемой продольной компенсации (УПК) - изменяет значение сопротивления линии
электропередачи и воздействует таким образом на пропускную способность линии электропередачи, на перераспределение мощностей по параллельным линиям электропередачи.
Два ПН, один из которых включается параллельно, а другой последовательно в линию электропередачи, называют объединенным регулятором потоков мощности
(ОРПМ). Это устройство выполняет одновременно функции СТАТКОМА и УПК.
Два СТАТКОМА, объединенные общим звеном постоянного тока и включаемые в
рассечку линий электропередачи, связывающие две электрические системы, представляют собой вставку постоянного тока (ВПТ) нового типа, имеющую преимущества перед
традиционной, которые заключаются в отсутствии дополнительных источников реактивной мощности, более высоким кпд, некритичностью к мощности связываемых электрических систем.
Статком может также являться связывающим звеном между сетью и накопителем
энергии (например, сверхпроводниковым индуктивным).Такое устройство способно регулировать не только реактивную, но и активную мощность, что повышает надежность
энергоснабжения потребителей при перерывах питания (авариях). Оно может устанавливаться как на подстанциях электрических сетей, так и непосредственно у потребителей.
 Активные фильтры представляют собой основанные на базе ПН, фильтрокомпенсирующие устройства, которые способны в отличии от традиционных компенсировать практически все высшие гармоники, возникающие в электрических сетях и обеспечивающие тем самым высокое качество электрической энергии.
 Управляемые статические преобразователи описанных выше исполнений в последние 5-7 лет получают за рубежом большое развитие и практическое применение
(США, Канада, Бразилия, Южная Корея, Япония, КНР, Европа, и др.). Организовано производство основных видов устройств ПН.
В России отсутствует в настоящий момент их производство, но накоплен определенный научный задел по их разработке, существует возможность их промышленного
производства.
 Асинхронизированные генераторы и компенсаторы (АСГ, АСК) являются
комплексами, состоящими из электрических машин переменного тока и статических преобразователей частоты. Они, также как и ПН, обеспечивают возможность осуществления
векторного регулирования в энергосистемах. Применение АСГ на электростанциях позволяет распространить технологию гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока на электростанции, обеспечивая как нормализацию уровней напряжения на
шинах электростанции и вблизи нее без применения дополнительных устройств регулирования реактивной мощности, так и повышение устойчивой и надежной работы электростанции, содержащей синхронные и асинхронизированные генераторы.
Отечественной промышленностью освоено производство АС турбогенераторов
мощностью до 350 МВт. Мировые аналоги отсутствуют. Приказом №672 РАО «ЕЭС России» от 29.11.2002 г. предусмотрено внедрение подобных турбогенераторов на ряде ТЭС
России. Асинхронизированные компенсаторы (АСК) являются электромашинными аналогами СТАТКОМ и УПК, выполняя те же функции, что и их статические аналоги. Две
асинхронизированные машины с жестко связанными валами, включаемые в различные
частоты электросистемы (асинхронизированный электромеханический преобразователь
частоты АСЭМПЧ) являются электромеханическим аналогом вставки постоянного тока,
состоящий из двух СТАТКОМОВ.
Возможно комбинированное использование статических устройств и асинхронизированных машин в технологиях гибких систем электропередачи переменного
тока. Вопрос этот требует специального изучения.
 Возможность технологии гибких систем электропередачи переменного тока в отношении повышения устойчивости нормальных и аварийных режимов работы энергосистем требует в определенной степени пересмотра концепции противоаварийного управления и релейной защиты в энергосистемах, имея своей основной целью повышение надежности и живучести электроэнергетических систем в целом.
В определенной степени должны быть уточнены, а, возможно и пересмотрены требования к системам автоматического регулирования напряжения генераторов электростанций при использовании в энергосистемах упомянутой выше технологии.
3. Общая характеристика программы
Программа создания в ЕЭС гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока и устройств регулирования напряжения содержит два этапа:
- первый - 2004-2006 гг.
- второй - 2007-2013 гг.
Программа
выполняется,
в
основном,
силами
российских
научноисследовательских институтов: ОАО «ВНИИЭ», ОАО «НИИПТ», ГУП «ВЭИ» и др., проектных институтов: ОАО «Энергосетьпроект» и др., отечественной промышленностью
(ОАО «Электросила», ОАО «Трансформатор» и др.). Заказчиком программы являются:
ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» при содействии ОАО РАО «ЕЭС России».
3.1. Как уже указывалось, в настоящее время имеется возможность практического
внедрения статических тиристорных компенсаторов (Решение РАО «ЕЭС России» от
17.12.01), асинхронизированных турбогенераторов (Приказ № 672 РАО «ЕЭС России» от
29.11.02), управляемых шунтирующих реакторов (Приказ № 89 ОАО «ФСК ЕЭС от
07.05.03)
Первым этапом программы предусматривается организация практического внедрения этих устройств путем создания пилотных проектов.

УШР с подмагничиванием напряжением 110 и 220 кВ созданы и внедрены.
По результатам всесторонних испытаний УШР 220 кВ, 100 МВА на подстанции «Чита»
МЭС Сибири и на базе работы «Схема развития Единой национальной сети ЕЭС России»
в 2003 г. будут определены объекты внедрения указанных УШР. Разрабатывается также
УШР трансформаторного типа. Должны быть также реализованы пилотные проекты
внедрения УШР напряжением 500 кВ, 180 МВА. (Таблица 2).

В этот период должны быть реализованы пилотные проекты замены синхронных компенсаторов 50, 100 и 160 МВА на статические тиристорные компенсаторы
(СТК) (Таблица 3).

Предусмотрена реализация пилотных проектов асинхронизрованных турбогенераторов мощностью 110 и 350 МВт. (Таблица 4).
3.2. Первый этап Программы предусматривает также широкий разворот работ в
области использования технологий и оборудования, основанных на управляемых электромашинных и статических устройствах (на базе современной силовой электроники),
объединенных общепринятым термином FACTS1.
3.2.1. Исследование, выполненные в ОАО «Энергосетьпроект», ОАО «ВНИИЭ»,
ОАО «НИИПТ», выявили большое количество потенциально необходимых объектов применения технологии и оборудования FACTS, приведенных в Таблице 1.
Из данного Перечня должны быть выбраны первоочередные (пилотные) проекты
применения устройств FACTS, выбраны наиболее оптимальные виды устройств FACTS,
проведены необходимые исследования, разработаны требования к оборудованию, составлен календарный план внедрения FACTS в ЕЭС России.
Целесообразно, чтобы хотя бы один из первоочередных проектов был бы создан в
период до 2006 г. В качестве такого можно было бы рассмотреть проект применения
FACTS на п/с «Могоча» для связи ОЭС Сибири и ОЭС Востока.
1
Заглавные буквы термина - «Гибкие системы электропередачи переменного тока» на англ. яз.
Должны быть выполнены также исследования по оценке перспектив применения
устройств и технологии FACTS на период до 2013 г. и на более отдаленную перспективу,
а также для связей ЕЭС России с энергосистемами других стран.
Весь этот комплекс работ содержится в таблице 5.
3.2.2. В течение первого этапа Программы должен быть выполнен определенный
объем научно-исследовательских работ. Перечень НИР по всестороннему исследованию
эффективности применения технологий и устройств FACTS в электроэнергетических системах, а также у крупных и особо ответственных потребителей (Таблица 6).
3.2.3. Следующим разделом Программы является разработка и создание макетных
устройств основных типов статических и электромеханических устройств FACTS, их испытания на электродинамической модели ОАО «НИИПТ» в различных схемах, в том числе и в составе намеченных объектов внедрения.
В ходе выполнения этого этапа будут экспериментально проверены возможности
устройств FACTS в нормальных и аварийных режимах работы, при необходимости уточнены технические требования к этим устройствам.
Учитывая, что математическое описание моделей этих устройств отсутствует, на
этом этапе целесообразно провести полномасштабные исследования характеристик
устройств на физической электродинамической модели.
Предполагается, что испытания модельных устройств FACTS продолжатся также и
на втором этапе данной Программы. (Таблица 7).
3.2.4. Одновременно с разработкой макетных образцов должны быть развернуты
работы (ОКР) по созданию основных видов статических устройств FACTS. Должно быть
разработано, изготовлено и испытано базовое статическое устройство FACTS- управляемый преобразователь напряжения (ПН) на параметры 15,75 кВ; 50 МВА (ориентировочно) с микропроцессорной системой управления, являющейся основным модулем
всех статических типов устройств FACTS. На его основе будут разработаны технические
проекты СТАТКОМ, УПК, ОРПМ, ВПТ, различной мощности для объектов применения
технологии FACTS. (Таблица 8).
В это же приложение включена работа по анализу возможностей изготовления отечественной электропромышленностью статических устройств FACTS, на основании которой будут определены (выбраны) предприятия изготовители таких устройств, намечена
сфера возможного сотрудничества с зарубежными фирмами и компаниями в области производства статических устройств FACTS.
Изготовителем электромашинных устройств FACTS (асинхронизированные генераторы, компенсаторы и агрегаты на их основе) является ОАО «Электросила», имеющая
подготовленное производство этих изделий.
3.2.5. Заключительный раздел Программы относится к проектированию и созданию пилотных проектов с устройствами FACTS, первый из которых должен быть
создан в период до 2006 г. и введен в эксплуатацию в
2006-2007 гг. Затраты на его
сооружение в Программу не включены и должны быть определены специально на стадии
обоснования инвестиций. В период 2007-2013 гг. должны быть в ЕНЭС введены в эксплуатацию пилотные проекты с различными вариантами устройств FACTS (СТАТКОМ,
УПК, ОРПМ, ВПТ, комбинации СТАТКОМ и УПК, АСЭМПЧ и др.).
В течение этого же периода будет продолжен ввод в эксплуатацию асинхронизированных турбогенератров.
В период 2007-2013 гг. будет накоплен опыт практического применения технологии и устройств FACTS в электрических сетях, на электростанциях и, возможно, у некоторых потребителей.
Более широкое внедрение технологии FACTS намечается после 2008 г.
В процессе выполнения Программы представляется целесообразным организация
сотрудничества между российскими энергокомпаниями и производителями оборудования
FACTS с одной стороны и зарубежными энергокомпаниями и производителями оборудования с другой стороны. Функцию организации такого сотрудничества могли бы взять на
себя соответствующие службы ОАО ФСК «ЕЭС» и РАО «ЕЭС России».
4. Структура Программы
Как следует из изложенного выше, Программа «Создание в ЕЭС России гибких
(управляемых) систем электропередачи переменного тока и устройства регулирования
напряжения» состоит из следующих разделов.
1. Комплекс работ по обоснованию и выбору технологии и устройств FACTS в
ЕЭС России и для ее связи с зарубежными энергосистемами.
Срок 2003-2005 г.
2. НИР по исследованию эффективности применения устройств и технологии
FACTS в энергосистемах.
Срок 2003-2006 гг.
3. Пилотные проекты применения управляемых шунтирующих реакторов 220500кВ в электрических сетях ОАО ФСК «ЕЭС».
Срок 2004-2006 гг.
4. Пилотные проекты замены синхронных компенсаторов 50, 100 и 160 МВА на
статические тиристорные компенсаторы.
Срок 2003-2006 гг.
5. Разработка макетных образцов устройств FACTS и их исследования на электродинамической модели ОАО НИИПТ.
Срок 2003-2006 гг.
6. Пилотные проекты ввода в эксплуатацию асинхронизированных турбогенераторов на ГЭС.
Срок 2003-2006 гг.
7. ОКР по созданию опытно-промышленных образцов статических устройств
FACTS.
Срок 2003-2006 гг.
8. Проектирование, создание и ввод в эксплуатацию в ЕНЭС пилотных проектов
с устройствами и технологией FACTS.
Сроки 2004-2008 г.г., первый пилотный проект сооружается в 2006 году.
5. Финансирование Программы
Объем финансирования определен для выполнения первого этапа Программы
(2004-2006 гг.). При этом в объем финансирования не включены работы по проектированию, созданию и вводу в эксплуатацию пилотных проектов с устройствами FACTS, что
будет определено позже, на стадии обоснования инвестиций по каждому из сооружаемых
объектов.
Объем финансирования составляет ориентировочно 545 млн. руб. в том числе:
предпроектные работы 144 млн. руб., НИР- 196,5 млн. руб., ОКР – 205,5 млн. руб.
Указанные суммы по годам распределяются следующим образом:
2003 г.- 10 млн. руб., 2004 г. – 60 млн. руб., 2005 г. – 215 млн. руб., 2006 г. –260 млн. руб.
6. Организационные вопросы
Для успешного и своевременного выполнения в сжатые сроки большого объема работ по
Программе представляется необходимым ввести должности Руководителя Программы, а
также создать при нем Совет, состоящий из главных конструкторов по статическим и
электромашинным устройствам FACTS, представителей заинтересованных ведомств, головных организаций по проектированию FACTS (ОАО «Энергосетьпроект») и проведению научно- исследовательских работ (ОАО «ВНИИЭ»).