Feasibility of using phase-shifting transformers to increase the throughput of interconnected power transmission systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper discusses measures aimed at improving the efficiency of power systems by increasing the capacity of power transmission lines. To that end, a FACTS technology based on a phase-shifting transformer was used. The feasibility of using phase-shifting transformers to increase the throughput capacity of interconnected power transmission systems was investigated by determining the maximum allowable cross-section flows of the United Energy System of the Urals – the United Energy System of Siberia. The studied cross-section included 500 kV transmission lines and the extended 220 kV Nizhnevartovskaya GRES – Tomskaya transit. Calculations were performed for normal and various post-emergency schemes using the RastrWin3 software package. The regulation of phas e-shifting transformer branches and the direction of power flow in the section were taken into account. For the considered cross -section, the use of a phase-shifting transformer was shown to provide for the 220 kV transit operation in a closed mode. This i mproved the reliability of power supply in the region and allowed the maximum allowable overflow to be increased by 35 – 71%. In addition, similar calculations were carried out for the option of strengthening the 220 kV transit through the construction of a parallel 500 kV line. The effect of increasing the capacity of this option was established to reach 20 –35%. The decisive factor limiting the maximum permissible cross-section flows during 220 kV transit short circuit in the normal and reinforced versions was found to be the current overload of the head sections. Recommendations on the preferable use of an open transit mode are formulated. In conclusion, the efficiency of power systems can be improved by increasing the transmission capacity of power lines through the use of phase-shifting transformers. A segment of the Unified National Power Grid of Russia, where such devices are technologically expedient, was identified.

About the authors

V. P. Shoiko

Novosibirsk State Technical University

Email: shoiko@ngs.ru
ORCID iD: 0009-0003-6709-6043

A. M. Butakova

Novosibirsk State Technical University

Email: anastasia.butakova98@mail.ru

References

  1. Бушуев В.В., Калюжный А.Х., Кречмер Л.В., Шушуев А.А. Применение фазоповоротных устройств для упрощения потокораспределением в энергосистемах // Электричество. 1990. № 11. С. 6–11.
  2. Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г. Режимы работы управляемых линий электропередачи // Электричество. 1997. № 9. С. 3–8.
  3. Verboomen J., Hertem D., Schavemaker P.H., Kling W.L., Belmans R. Phase shifting transformers: principles and applications // International Conference on Future Power Systems. 2005. https://doi.org/10.1109/FPS.2005.204302.
  4. Hingorani N.G., Gyugui L. Understanding facts: concepts and technology of flexible ac transmission systems // The Institute of Electrical and Electronics Engineers. Wiley-IEEE Press, 2004. 464 р.
  5. Мисриханов М.Ш., Ситников В.Ф., Хвощинская З.Г. Разработка рекомендаций по применению устройств FACTS на межсистемных связях ОЭС Урала, Средней Волги и Центра // Вестник ИГЭУ. 2005. № 6. С. 32 –36.
  6. Добрусин Л.А. Проблемы энергоэффективности и энергосбережения в России. Информационно-аналитический обзор. Часть III. Тенденции применения фазоповоротных трансформаторов в электроэнергетике // Силовая электроника. 2012. № 4. С. 60–66.
  7. Брилинский А.С., Крицкий В.А., Смирнова Л.С. Особенности применения фазоповоротных комплексов в электроэнергетических системах // Известия НТЦ Единой Энергетической системы. 2018. № 1. C. 6–10.
  8. 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.
  9. Брилинский А.С., Евдокунин Г.А., Крицкий В.А., Матвиенков Ю.В., Сидельников А.П., Смирнова Л.С. Фазоповоротный трансформатор в схеме выдачи мощности крупной гидростанции // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2019. № 1. C. 6–14.
  10. Акимов Д.А., Коровкин Н.В., Одинцов М.В., Фролов О.В. Методика выбора мест установки и параметров фазоповоротных трансформаторов в электрических сетях // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2016. № 1. C. 6–19.
  11. Wolfram M., Marten A-K., Westermann D. A comparative study of evolutionary algorithms for phase shifting transformer setting optimization // IEEE International Energy Conference. 2016. https://doi.org/10.1109/ENERGYCON.2016.7514056.
  12. Rezvanfar R, Ghasemi H, Mosayebian M.E, Ghomi M, Silva F.M.F., Bak C.L. Optimal placement of phase shifting transformers based on MADM method: the considering system performance indices // CIGRE Symposium Aalborg (Aalborg, 4–7 June 2019). Aalborg, 2019. Session 4 (С1). Р. 068.
  13. Thatarad S., Kiatiyuth K. Load alleviation in transmission system by using phase shifting transformer // International Electrical Engineering Congress (Krabi, 7–9 March 2018). Krabi: IEEE, 2018. P. 60–70. https://doi.org/10.1109/IEECON.2018.8712121.
  14. Morrell T.J., Eggebraaten J.G. Applications for phase-shifting transformers in rural power systems // IEEE Rural Electric Power Conference (Bloomington, 28 April – 1 May 2019). Bloomington: IEEE, 2019. P. 70–74. https://doi.org/10.1109/REPC.2019.00020.
  15. Рахманов Н.Р., Ильясов О.В., Гулиев Г.Б. Применение регулирования фазового угла напряжения в энергосистеме c неравномерно загруженной питающей сетью // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации: в 3-х т. / отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. Т. 2. С. 350–360.
  16. Li Feng, Yu Mengze, Li Zuohong, Yuan Jiaxin, Mei Jiajun, Yang Xinyi, et al. Engineering Application Evaluation of Phase Shifting Transformer in Guangdong Power Grid // Conference Proceedings of 2021 International Joint Conference on Energy, Electrical and Power Engineering. Lecture Notes in Electrical Engineering. Singapore: Sprin ger, 2022. Vol. 916. P. 111–117. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3171-0_10.
  17. Воденников Д.А. Применение фазоповоротного устройства для увеличения пропускной способности электрической сети // Вестник МЭИ. 2020. № 3. С. 75–80. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-3-75-80.
  18. Шойко В.П., Духанина К.В. Оценка эффективности применения фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности электропередачи с учетом режима прилегающей сети // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 3. С. 369–379. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-3-369-379.
  19. Стельмаков В.Н., Жмуров В.П., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И., Тузлукова Е.В. Фазоповоротные устройства с тиристорным управлением // Энергетик. 2010. № 8. С. 20–23.
  20. Ремизевич Т., Рашитов П. Особенности управления полупроводниковым ФПУ со средней точкой // Силовая Электроника. 2011. № 1. С. 78–82.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).