В последние годы на фоне роста потребления электроэнергии в России наблюдается отставание ввода новых генерирующих мощностей. В связи с этим все больше региональных энергосистем становятся дефицитными. Для обеспечения надежности работы ЕЭС России и электроснабжения потребителей необходимо развитие электрических сетей, передающих мощность из избыточных регионов в дефицитные.
Наиболее явно выраженным избыточным регионом является южная часть ОЭС Сибири, где сосредоточены сразу несколько крупных электростанций, среди которых самая мощная электрическая станция России – Саяно-Шушенская ГЭС (СШ ГЭС) с установленной мощностью 6400 МВт. Мощность от Саяно-Шушенской ГЭС выдается в сеть по четырем воздушным линиям 500 кВ, две из которых имеют небольшую длину – 30,9 км и идут до подстанции 500 кВ «Означенное». Две другие ЛЭП идут до подстанции 500 кВ «Новокузнецкая» и имеют длину 450 км. Пропускная способность этих двух протяженных линий электропередачи ведет к ограничению максимальной выдаваемой мощности станции. В связи с этим установленная мощность крупнейшей в стране станции в полной мере не используется.
В качестве мероприятия, направленного на увеличение пропускной способности линий 500 кВ Саяно-Шушенская – Новокузнецкая, в данной работе было рассмотрено применение управляемой продольной емкостной компенсации (УПК) в середине этих ЛЭП.
Для оценки эффективности предложенного мероприятия выполнено математическое моделирование участка рассматриваемой сети (рис. 1) в программном комплексе MATLAB с использованием графической среды Simulink.
Модель участка состоит из эквивалентного генератора, эквивалентного трансформатора, воздушных линий электропередачи 500 кВ СШ ГЭС – ПС «Новокузнецкая» и СШ ГЭС – ПС «Означенное», шунтирующих реакторов, управляемого устройства продольной компенсации, двух эквивалентных систем (рис. 2).
Генератор смоделирован на основе уравнений Горева-Парка и представляет собой эквивалент десяти гидрогенераторов СВФ-1285/275-42, установленных на ГЭС. Модель генератора учитывает наличие тиристорной системы возбуждения, параметры которой приближены к реальным. Данная модель позволяет наиболее точно моделировать электромеханические переходные процессы. Модель трансформатора является эквивалентом пяти групп однофазных трансформаторов ОРЦ-533000/500. Линии электропередачи представлены моделями ЛЭП с распределенными параметрами. Модели эквивалентных систем представляют собой трехфазный источник напряжения с сопротивлениями прямой и нулевой последовательности, характеризующими внешнюю сеть. Сопротивления определены по значениям токов короткого замыкания на подстанциях «Новокузнецкая» и «Означенное» и в отходящих от них ЛЭП.