Calculating the Electric Network Operating Parameters Taking into Account the Phase-Shifting Transformer's Variable Reactance
Abstract
The aim of the work is to study the effect the variation of the phase-shifting transformer (PST) reactance has on the accuracy of calculating its control angle and the electrical network operating parameters obtained as a result of this control. The operating parameters, in particular, active power flows in the electrical circuit branches, are controlled by changing the PST angle; however, in view of the PST design features, this control entails a change of its reactance. Depending on the design features of different PST models and the control angle value, the PST reactance may be constant or vary in a significant range.
In connection with a growing use of PSTs in industrially developed countries and with the fact that the first samples of this equipment have emerged in the CIS countries, including Russia, an increased attention is paid to this topic in a number of domestic and foreign publications. In particular, matters concerned with the stability of electric operation modes are considered in view of the fact that the PST reactance depends on its control angle, and the effect this dependence has on the operating parameters is estimated. The necessity of taking into account the varying PST reactance in calculating its control angle for controlling active power flows is considered for different cases. Forced redistribution of active power flows in the closed loops of an electrical network by means of a PST can be used to reduce active power losses and to maintain the required loading of the power lines for various reasons, for example, for commercial purposes or in the case of transit power flows between different countries. In view of the complexity of calculations, constant values of the PST reactance are usually assumed, but this approach is valid not for all types of PST designs. In the majority of PSTs, their reactance varies with increasing the control angle. Therefore, calculations carried out without taking this feature into account may yield a fortiori incorrect correspondence between the control angle and the transformer reactance value. In turn, an error will be introduced in the accuracy of the PST control angle calculations, as well as in the calculations of the operating parameters that should be obtained from the control action.
References
2. Солдатов В.А. и др. Экспериментальное исследование параметров и режимов линии электропередачи с управляемой продольной компенсацией // Электрические станции. 2001. № 9. С. 46—50.
3. Киорсак М.В., Солдатов В.А., Зайцев Д.А., Калинин Л.П. Гибкие линии электропередачи с продольно-емкостной компенсацией и фазоповоротным трансформатором. Кишинев: АН Молдовы, 1997.
4. Евдокунин Г.А., Николаев Р.Н., Искаков А.К., Оспанов Б.К., Утегулов Н.И. Фазоповоротный трансформатор впервые в СНГ применен в Казахстане // Новости электротехники. 2008. № 6(48). С. 38—41.
5. Крицкий В.А, Евдокунин Г.А., Брилинский А.С., Смирнова Л.С. Применение фазоповоротного трансформатора в схеме выдачи мощности Волжской ГЭС // Электрические станции. 2018. № 12. С. 26—30.
6. Xihg K., Kusic G. Application of Thyristor-controlled Phase-shifters to Minimize Real Power Losses and Augment Stability of Power Systems // IEEE Trans. Energy Conversion. 1988. V. 3. No. 4. Pp. 792—798.
7. Солдатов В.А., Дубков А.А. Применение фазового управления для снижения потерь мощности в энергосистемах // Известия АН МССР. Серия «Физико-технические и математические науки».1989. № 2. С. 48—51.
8. Стельмаков В.Н., Тарасов А.Н. Анализ электромагнитных процессов в фазоповоротном устройстве с тиристорным управлением // Электричество. 2015. № 11. С. 4—11.
9. Асташев М.Г., Панфилов Д.И. Фазоповоротные устройства с тиристорными коммутаторами для активно-адаптивных электрических сетей // Электричество. 2013. № 8. С. 60—65.
10. Локтионов С.В., Сыромятников С.Ю. Разработка алгоритма для выбора места установки фазорегулирующего трансформатора в энергосистеме // Вестник МЭИ. 2003. № 1. С. 41—49.
11. Бондаренко А.Ф. и др. Современные тенденции развития техники и технологий электроэнергетических систем. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
12. Локтионов С.В. Определение угла регулирования фазосдвигающего трансформатора при задании фиксированного перетока мощности по ветви // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Серия «Технические науки». 2018. № 3(59). С. 165—179.
13. Verboomen K.J., Van Hertem D., Schavemaker P.H., Kling W.L., Belmans R. The Influence of Phase-shifting Transformers on Transient Stability // Proc. UPEC Conf. 2005. Pp. 1—5.
14. Doğan E., Yörükeren N. Investigation of Сontrol of Power Flow by Using Phase Shifting Transformers: Turkey Case Study // Turkish J. Electrical Eng. & Computer Sci. 2019. V. 27. Pp. 2259—2275.
15. Lubicki W., Kocot H., Korab R., Przygrodzki M., Tomasik G., Żmuda K. Improving the Сross-border Transmission Capacity of Polish Power System by Using Phase Shifting Transformers // Rep. CIGRE. 2014. C1-108.
16. Korab R., Owczarek R. Impact of Phase Shifting Transformers on Cross-border Power Flows in the Central and Eastern Europe Region // Bull. Polish Academy of Sci. Techn. Sci. 2016. V. 64. No. 1. Pp. 127—133.
17. Кузнецова Г.А., Лоханин Е.К., Ольшванг М.В., Остапенко Е.И. Ступенчато регулируемые автотрансформаторы как средство оптимизации потокораспределения в электрических сетях // Электротехника: Сб. докл. М.: Изд-во ВЭИ, 1997. Т. 1. Ч. 1. С. 114—119.
18. Холмский В.Г. Расчет и оптимизация режимов электрический сетей. М.: Высшая школа, 1975.
19. Verboomen K.J., Spaan F.J., Schavemaker P.H. Method for Calculating Total Transfer Capacity by Optimising Phase Shifting Transformer Settings // Rep. CIGRE. 2008. C1-111.
---
Для цитирования: Локтионов С.В., Кочергин А.В., Шаров А.Н., Локтионов Г.С. Расчет параметров режима электрической сети с учетом изменяющегося реактивного сопротивления фазосдвигающего трансформатора // Вестник МЭИ. 2021. № 1. С. 11—20.
#
1. Kochkin V.I., Shakaryan Yu.G. Primenenie Gibkikh (Upravlyaemykh) Sistem Elektroperedachi Peremennogo Toka v Energosistemakh. M.: Torus Press, 2011. (in Russian).
2. Soldatov V.A. i dr. Eksperimental'noe Issledovanie Parametrov i Rezhimov Linii Elektroperedachi s Upravlyaemoy Prodol'noy Kompensatsiey. Elektricheskie Stantsii. 2001;9:46—50. (in Russian).
3. Kiorsak M.V., Soldatov V.A., Zaytsev D.A., Kalinin L.P. Gibkie Linii Elektroperedachi s Prodol'no-emkostnoy Kompensatsiey i Fazopovorotnym Transformatorom. Kishinev: AN Moldovy, 1997. (in Russian).
4. Evdokunin G.A., Nikolaev R. N., Iskakov A.K., Ospanov B.K., Utegulov N.I. Fazopovorotnyy Transformator Vpervye v SNG Primenen v Kazakhstane. Novosti Elektrotekhniki. 2008;6(48):38—41. (in Russian).
5. Kritskiy V.A, Evdokunin G.A., Brilinskiy A.S., Smirnova L.S. Primenenie Fazopovorotnogo Transformatora v Skheme Vydachi Moshchnosti Volzhskoy GES. Elektricheskie Stantsii. 2018;12:26—30. (in Russian).
6. Xihg K., Kusic G. Application of Thyristor-controlled Phase-shifters to Minimize Real Power Losses and Augment Stability of Power Systems. IEEE Trans. Energy Conversion. 1988;3;4:792—798.
7. Soldatov V.A., Dubkov A.A. Primenenie Fazovogo Upravleniya dlya Snizheniya Poter' Moshchnosti v Energosistemakh. Izvestiya AN MSSR. Seriya «Fiziko-tekhnicheskie i Matematicheskie Nauki».1989;2:48—51. (in Russian).
8. Stel'makov V.N., Tarasov A.N. Analiz Elektromagnitnykh Protsessov v Fazopovorotnom Ustroystve s Tiristornym Upravleniem. Elektrichestvo. 2015;11:4—11. (in Russian).
9. Astashev M.G., Panfilov D.I. Fazopovorotnye Ustroystva s Tiristornymi Kommutatorami dlya Aktivno-adaptivnykh Elektricheskikh Setey. Elektrichestvo. 2013;8:60—65. (in Russian).
10. Loktionov S.V., Syromyatnikov S.Yu. Razrabotka Algoritma dlya Vybora Mesta Ustanovki Fazoreguliruyushchego Transformatora v Energosisteme. Vestnik MEI. 2003;1:41—49. (in Russian).
11. Bondarenko A.F. i dr. Sovremennye Tendentsii Razvitiya Tekhniki i Tekhnologiy Elektroenergeticheskikh Sistem. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
12. Loktionov S.V. Opredelenie Ugla Regulirovaniya Fazosdvigayushchego Transformatora pri Zadanii Fiksirovannogo Peretoka Moshchnosti po Vetvi. Vestnik Samarskogo Gos. Tekhn. Un-ta. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2018;3(59):165—179. (in Russian).
13. Verboomen K.J., Van Hertem D., Schavemaker P.H., Kling W.L., Belmans R. The Influence of Phase-shifting Transformers on Transient Stability. Proc. UPEC Conf. 2005:1—5.
14. Doğan E., Yörükeren N. Investigation of Sontrol of Power Flow by Using Phase Shifting Transformers: Turkey Case Study. Turkish J. Electrical Eng. & Computer Sci. 2019;27:2259—2275.
15. Lubicki W., Kocot H., Korab R., Przygrodzki M., Tomasik G., Żmuda K. Improving the Sross-border Transmission Capacity of Polish Power System by Using Phase Shifting Transformers. Rep. CIGRE. 2014. C1-108.
16. Korab R., Owczarek R. Impact of Phase Shifting Transformers on Cross-border Power Flows in the Central and Eastern Europe Region. Bull. Polish Academy of Sci. Techn. Sci. 2016;64;1:127—133.
17. Kuznetsova G.A., Lokhanin E.K., Ol'shvang M.V., Ostapenko E.I. Stupenchato Reguliruemye Avtotransformatory kak Sredstvo Optimizatsii Potokoraspredeleniya v Elektricheskikh Setyakh. Elektrotekhnika: Sb. Dokl. M.: Izd-vo VEI, 1997;1;1:114—119. (in Russian).
18. Kholmskiy V.G. Raschet i Optimizatsiya Rezhimov Elektricheskiy Setey. M.: Vysshaya Shkola, 1975. (in Russian).
19. Verboomen K.J., Spaan F.J., Schavemaker P.H. Method for Calculating Total Transfer Capacity by Optimising Phase Shifting Transformer Settings. Rep. CIGRE. 2008. C1-111.
---
For citation: Loktionov S.V., Kochergin A.V., Sharov A.N., Loktionov G.S. Calculating the Electric Network Operating Parameters Taking into Account the Phase-Shifting Transformer's Variable Reactance. Bulletin of MPEI. 2021;1:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-1-11-20.
