Аннотация
Сопротивление воздушных линий электропередачи в значительной степени зависят от температуры провода. Известно, что протекающий ток нагревает проводник, однако и условия окружающей среды также влияют на теплообмен. Классической подход в определении предельного перетока активной мощности по линии электропередачи не учитывает тепловые процессы, считая эти факторы как независимые. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам при определении допустимого перетока мощности. В статье предложен метод расчёта установившихся режимов с учётом тепловых процессов в элементах для анализа устойчивости энергосистем. Показано, что представленный метод позволил с необходимой точностью определить предельный переток мощности с учётом тепловых процессов. Также к достоинствам метода необходимо отнести то, что помимо традиционных технических ограничений при утяжелении режимов (напряжения, токи) он позволяет вводить ограничения на максимально допустимую температуру как линий электропередачи, так и трансформаторов. По результатам проведенного моделирования выявлено, что переток активной мощности в предельном режиме с учётом тепловых процессов в зимний период для рассматриваемой электрической системы составил 459,32 МВт, что на 190,82 МВт больше, чем переток без учета тепловых процессов. В летний период переток составил 347,29 МВт, что на 78,79 МВт больше. Полученные результаты показали, что тепловые процессы в элементах электрической сети могут существенно влиять на предел передаваемой мощности при различных климатических факторах и времён года. Анализ, проведённый в работе, подчеркивает необходимость учета теплового баланса при проектировании и эксплуатации электрических сетей различных классов напряжения.
Ключевые слова
электрическая система, допустимый переток мощности, утяжеление режима, внутренняя температурная коррекция, уравнение теплового баланса
1. Анализ длительно допустимых токов и потерь активной мощности в воздушных линиях электропередачи с учетом климатических факторов / Е.В. Петрова, С.С. Гиршин, В.А. Криволапов, В.Н. Горюнов, В.М. Троценко // Омский научный вестник. 2023. № 4(188). С. 84-92. doi: 10.25206/1813-8225-2023-188-84-92
2. Шведов Г.В., Азаров А.Н. Снижение погрешности расчетов нагрузочных потерь электроэнергии в проводах воздушных линий электропередачи // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 36-41.
3. Capacity Assessment for Wind-Storage Integration System Considering Electro-Thermal Coupling of Overhead Transmission Line / Y.Wang, Y. Wang, X. Dong, C. Wang // IEEE Transactions on Power Systems. 2024. Vol. 39. No. 1. Pp. 967-975. doi: 10.1109/TPWRS.2023.3238992
4. Баламетов А.Б., Халилов Э.Д. Моделирование режимов электрических сетей на основе уравнений установившегося режима и теплового баланса // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2020. № 1(63). С. 66-80. doi: 10.21122/1029-7448-2020-63-1-66-80
5. Вихарев А.П. Особенность мониторинга температуры воздушных ЛЭП с защищёнными проводами // Электрические станции. 2019. № 3. С. 27-29. doi: 10.34831/EP.2019.1052.44094
6. Данилов М.И., Романенко И.Г. Определение потоков мощности и температуры проводов электрической сети установившегося состояния энергосистемы // Электрические станции. 2022. № 7(1092). С. 25-37. doi: 10.34831/EP.2022.1092.7.005
7. Du Y., Liao Y. On-line estimation of transmission line parameters, temperature and sag using PMU measurements // Electric Power Systems Research. 2012. Vol. 93. Pp. 39-45. doi: 10.1016/j.epsr.2012.07.007
8. Kubis A., Rehtanz C. Synchrophasor based thermal overhead line monitoring considering line spans and thermal transients // IET Generation, Transmission & Distribution. 2016. Vol. 10. No 5. Pp. 1232-1239. doi: 10.1049/iet-gtd.2015.0852
9. Prospects of using the dynamic thermal rating system for reliable electrical networks: A review / J. Teh, C-M. Lai, N.A. Muhamad, C.A. Ooi, Y-H. Cheng, M.A.A.M. Zainuri // IEEE Access. 2018. Vol. 6. Pp. 26765-26778. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2824238
10. Обоскалов В.П., Герасименко А.А. Определение предела мощности, передаваемой по линии электропередачи, при оценке балансовой надежности электроэнергетических систем // Электричество. 2023. № 7. С. 6-19. doi: 10.24160/0013-5380-2023-7-6-19
11. Calculation of Available Transmission Capacity of Power Grid Considering the Influence of Environmental Factors / X. Jia, H. Sun, Y. Ma, Z. Liu, X. Dong // IEEE 6th Information Technology and Mechatronics Engineering Conference (ITOEC), Chongqing, China, 2022. Pp. 1843-1847. doi: 10.1109/ITOEC53115.2022.9734295
12. Calculation of optimal load margin based on improved continuation power flow model / X. Dong, C. Wang, Z. Yun, X. Han, J. Liang, Y. Wang, P. Zhao // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. Vol. 94. Pp. 225-233. doi: 10.1016/j.ijepes.2017.07.004
13. Girshin S.S., Shepelev A.O. Development of Improved Methods for Calculating Steady States of Power Systems Taking Into Account the Temperature Dependence of the Resistances of the Overhead Transmission Lines // Power Technology and Engineering. 2020. Vol. 54. No. 2. Pp. 232-241. doi: 10.1007/s10749-020-01196-w
14. Сравнительный анализ предельной точности расчётов установившихся режимов электрических энергосистем современными вычислительными комплексами / М.И. Данилов, И.Г. Романенко, Т.Ф. Морозова, М.С. Демин, Н.Н. Кононова // Электрические станции. 2024. № 3(1112). С. 38-45. doi: 10.34831/EP.2024.1112.3.005
15. Шепелев А.О. Анализ влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности в энергосистемах // Известия вузов. Электромеханика. 2024. Т. 67. №1. С. 105-114. doi: 10.17213/0136-3360-2024-1-105-114
16. Frank S., Sexauer J., Mohagheghi S. Temperature-Dependent Power Flow // IEEE Transactions on Power System. 2013. Vol. 28. No. 4. Pp. 4007-4018. doi: 10.1109/TPWRS.2013.2266409
17. Шепелев А.О. Совершенствование методов расчёта установившихся режимов электроэнергетических систем с учётом температурной зависимости активных сопротивлений: дис. … канд. техн. наук. 05.14.02 / Шепелев Александр Олегович. Омск, 2021.
18. Швецов С.Ю., Шепелев А.О. Расчет и анализ установившихся режимов с учётом тепловых процессов при прогнозировании климатических факторов // Актуальные вопросы энергетики: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Омск: ОмГТУ, 2024. С. 90-95.
Уточненный метод расчета установившихся режимов с учетом тепловых режимов элементов для анализа устойчивости энергосистем/ Д.С. Осипов, В.А. Ткаченко, А.О. Шепелев, Е.Ю. Шепелева // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 1(66). С. 4-9. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-1(66)-4-9