spektakularne kupoprodaje evropskih elektroenergetskih i ...
Dinamičko modeliranje naprednih elektroenergetskih mreža
description
Transcript of Dinamičko modeliranje naprednih elektroenergetskih mreža
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
DINAMIČKO MODELIRANJE NAPREDNIH ELEKTROENERGETSKIH MREŽA
Izv.prof.dr.sc. Srđan [email protected]
8. Dani inženjera elektrotehnikeZadar, 24.09.2015. – 26.09.2015.
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Uvod (1)
Poznavanje odziva elektroenergetskog sustava (EES) u stvarnom vremenu obzirom na dinamičke poremećaje posebno je važno za dobro vođenje EES-a.
Dinamički poremećaji u EES-u, prvenstveno u prijenosnoj mreži, imaju svoj negativni utjecajna na sve dijelove sustava, te mogu izazvati kvarove na primarnoj opremi.
2/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Uvod (2)
U dinamičke poremećaje mogu se ubrojiti: prolazni kratki spojevi, povećanje opterećenja, ispad pojedinih vodova, ispad generatora i sl.
3/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Uvod (3)
Kako bi se teorijski mogli ispitivati dinamička stanja EES-a i odrediti algoritme koji se programiraju unutar naprednih zaštita cjelovitosti EES-a, potrebno je izraditi dinamički matematički model EES-a.
Ugradnjom uređaja za sinkronizirano mjerenje fazora napona i struje (eng. Phasor Measurement Unit - PMU) moguće je na osnovu dobivenih mjerenja fazora izraditi dinamički matematički model EES-a, te samim time moguće je dobiti dinamičku sliku EES-a prilikom simulacije karakterističnih pogonskih događaja.
4/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Metodologija modeliranja naprednih prijenosnih mreža (1)
Temelj izrade matematičkog modela dijela prijenosnog EES-a je statički matematički model,
Dinamički matematički model EES-a nadogradnja je statičkog modela, te treba omogućiti uvid u prijelazna stanja između početnog i konačnog stanja EES-a u slučaju nastanka poremećaja.
5/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Metodologija modeliranja naprednih prijenosnih mreža (2)
Kako bi se omogućila tražena funkcionalnost, dinamički matematički model EES-a treba sadržavati modele: Prijenosnog EES uključujući parametre svih osnovnih
dijelova sustava (transformatori, vodovi, itd.) Okolnog prijenosnog EES koji ima značajan utjecaj na
dinamičke pojave i utjecaj na stabilnost promatranog dijela prijenosnog EES-a
Modele sinkronih generatora (moguće i obnovljivih izvora električne energije) spojenih na prijenosni EES s pripadajućim sustavom regulacije uzbude i sustava regulacije brzine vrtnje
6/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Metodologija modeliranja naprednih prijenosnih mreža (3)
Uobičajeno je koristiti programske pakete koji omogućavaju unos prethodno navedenih parametara i izradu dinamičkog matematičkog modela EES-a.
Na razini Europskog prijenosnog EES-a (ENTSO) koristiti se programski paket Siemens PSS/E.
7/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Modeliranje sinkronog generatora i blok-transformatora (1)
Svaki model sinkronog generatora opisuje se jednadžbama u kojima se kao parametri pojavljuju reaktancije i djelatni otpori statorskih i rotorskih krugova, koji su poznati kao standardni parametri koji se identificiraju prema ekvivalentnim krugovima u d i q osi.
Tijekom poremećaja induciraju se struje u rotorskim krugovima generatora.
U slučaju kratkog spoja neke od tako induciranih struja opadaju znatno brže od ostalih.
8/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Modeliranje sinkronog generatora i blok-transformatora (2)
Parametri generatora koji imaju utjecaj na brzo opadajuće komponente nazivaju se suptranzijentnim parametrima,
parametri koji imaju utjecaj na sporo opadajuće komponente nazivaju se tranzijentnim parametrima
dok se oni koji imaju utjecaj na trajne komponente nazivaju sinkronim parametrima.
9/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Modeliranje sinkronog generatora i blok-transformatora (3)
Parametar H (vremenska konstanta tromosti) bilo kojeg agregata u elektrani ima znatan utjecaj na dinamičko vladanje agregata, posebice u uvjetima prijelazne i dinamičke stabilnosti, te otočnog pogona agregata. Vrijednost mu je određena izrazom:
pri čemu su H [Ws/VA], n [min-'], mDΣ2 [tm2] i Sn
[kVA].
10/30
VAWsS
mDnH
n
/602
1 222
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Modeliranje sinkronog generatora i blok-transformatora (4)
Na temelju prethodnog izraza uočava se da na vrijednost H utjecaj imaju brzina vrtnje agregata, zamašne mase i prividna snaga.
Ukupna zamašna masa mDΣ2 nekog agregata
sastavljena je od zamašne mase pogonskog stroja i zamašne mase sinkronog generatora.
11/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Sustav regulacije uzbude (1)
Temeljna funkcija sustava regulacije uzbude (SRU) nalazi se u dobavi istosmjerne struje rotorskom uzbudnom krugu.
SRU preuzima obveze regulacije i štićenja neophodnih za zadovoljavajući pogon EES-a putem reguliranja uzbudnog napona i uzbudne struje.
Regulacijska uloga SRU prije svega odnosi se na regulaciju napona i tokova jalove snage putem kojih se poboljšava stabilnost EES-a.
12/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Sustav regulacije uzbude (2)
SRU mora biti tako projektiran da pomoću forsirnih odziva odgovori na tranzijentne poremećaje poput kratkih spojeva.
U ranim 1960-im uloga SRU proširena je korištenjem pomoćnih stabilizirajućih signala, u svrhu prigušenja sistemskih oscilacija. Taj dio SRU nazvan je stabilizatorom EES-a (PSS - Power System Stabilizer).
Sa stajališta EES-a, SRU treba neophodno doprinijeti učinkovitoj regulaciji napona i poboljšanju stabilnosti.
13/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Matematičko modeliranje SRU (1)
Detaljnost zahtjevanih modela ovisi o svrsi analize. Regulacijski elementi i zaštitne funkcije koje imaju
utjecaj na tranzijentnu stabilnost i stabilnost pri malim poremećajima su: regulator napona, stabilizator EES-a te stabilizacijski krugovi sustava regulacije uzbude.
14/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Matematičko modeliranje SRU (2)
Limitere i zaštitne krugove uglavnom je potrebno uključiti u analizama srednje i dugotrajne, te naponske stabilnosti..
Prema IEEE normirao je 12 modela u obliku blok-dijagrama u svrhu predstavljanja širokog spektra SRU-e koje je moguće trenutačno pronaći u uporabi.
Ti modeli namijenjeni su korištenju u analizama tranzijentne stabilnosti i stabilnosti pri malim poremećajima.
15/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Sustav regulacije brzine vrtnje (1)
Sustavima regulacije pogonskih strojeva upravlja se djelatnom snagom i frekvencijom odnosno funkcijom koja se uobičajeno naziva sustavom regulacije frekvencije odnosno djelatne snage (AGC eng. Automatic Generation Control).
Zahtjevi EES-a na agregat u predmetnoj elektrani mogu biti raznoliki. S dinamičkog stajališta agregata globalno se mogu postaviti slijedeći sustavni zahtjevi mogućih modova pogona: sinkroni pogon samo u okviru EES-a, tzv. kombinirani pogon (pogon u okviru EES-a i otočni pogon) i samo otočni pogon.
16/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Sustav regulacije brzine vrtnje (2)
Teorijska analiza dinamike agregata u elektranama nužno zahtjeva matematički model sustava regulacije brzine vrtnje odnosno djelatne snage pogonskih strojeva agregata.
U slučaju istraživanja brzih prijelaznih pojava (npr. stabilnosti prvog njihaja kuta rotora sinkronog generatora) utjecaj dinamike sustava regulacije brzine vrtnje odnosno snage može se i zanemariti
u slučaju istraživanja dugotrajne dinamike te otočnog pogona utjecaj navedenog sustava ne smije izostaviti.
17/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Usklađivanje dinamičkog matematičkog modela(1)
Usklađivanje, odnosno podešavanje izrađenog dinamičkog matematičkog modela EES-a ima svrsishodnost ukoliko se razmatraju dinamičke promjene u EES-u.
Usklađivanje izrađenog dinamičkog matematičkog modela moguće je ukoliko postoje vjerodostojna mjerenja u EES-u u stvarnom vremenu.
Osim nadzora EES-a pomoću tradicionalnih sustava (SCADA), napredne elektroenergetske mreže opremljene su i WAM sustavom koji nadzire EES u stvarnom vremenu mjereći fazore napona i struja sa vremenom uzorkovanja 20 ms..
18/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Usklađivanje dinamičkog matematičkog modela(2)
Zapisi WAM sustava nakon određenog dinamičkog poremećaja omogućavaju usklađivanje izrađenog dinamičkog matematičkog modela,
inicirati će se isti poremećaj koji se dogodio u stvarnosti na izrađenom dinamičkom matematičkom modelu, te će se uspoređivati odzivi koje daje izrađeni matematički model sa zapisima WAM sustava.
Ukoliko usporedba odziva i zapisi WAM sustava nisu unutar zadanih granica točnosti potrebno je dodatno podesiti parametre izrađenog dinamičkog matematičkog modela.
19/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Usklađivanje dinamičkog matematičkog modela(3)
Uobičajeno je da se za usklađivanje koriste sljedeći zapisi WAM sustava: Sinkronizirana mjerenja fazora napona i struja na vodnim poljima u
vremenskoj rezoluciji 20 ms i 100 ms, Mjerenja frekvencije i promjene frekvencije na vodnim poljima Izračunate vrijednosti djelatne, jalove i prividne snage za pojedina
vodna polja
20/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Primjeri usklađivanja dinamičkog matematičkog modela(1)
WAM sustav u Hrvatskom Operatoru Prijenosnog Sustava (HOPS) ima ugrađene sinkronizirane mjerne jedinice u važnim 400 kV i 220kV čvorištima prijenosne mreže. WAM sustav sastoji se od:
10 sinkroniziranih mjernih jedinica ugrađenih u određena vodna polja
Programske podrške s funkcijom nadzora Telekomunikacijskih veza za povezivanje
sinkroniziranih mjernih jedinica na centralni server i prikupljanje podataka
21/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (1)
Dana 25.02.2009 u 11:13 došlo je do poremećaja u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske.
Prema navodima HOPS-a poremećaj je potekao iz postrojenja 220kV u TS Konjsko puknućem provodnog izolatora na DV 220 kV Konjsko -Brinje i njegovog pada na sabirnice 220 kV.
Nitko od potršača nije ostao bez napajanja
22/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (1)
23/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (2)
24/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (3)
25/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (4)
26/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (5)
27/30
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci 28 /30
Ispad 550 MW proizvodnje u južnom dijelu EES-a Republike Hrvatske (6)
Usporedbom rezultata dobivenih od strane dinamičkog matematičkog modela obzirom na inicirani dinamički poremećaj i WAM mjerenja djelatnih snaga po vodovima može se zaključiti da je, promatrajući vremensku domenu trajanja poremećaja, te početne i konačne vrijednosti, dinamički matematički model usklađen sa stvarnim mjerenjima.
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci 29/30
Zaključak (1) Temelj izrade dinamičkog matematičkog modela
jest statički model elektroenergetskog sustava s rješenjem tokova snaga za dani trenutak.
Dinamički matematički model prijenosnog EES-a koji se koristi u svrhu analize dinamičkih pojava u EES-u treba obuhvatiti: Prijenosni elektroenergetski sustav sa svim parametrima
elemenata sustava Okolni prijenosni elektroenergetski sustav Kompletni model sinkronih generatora s pripadajućim sustavom
regulacije uzbude i sustava regulacije brzine vrtnje i djelatne snage agregata priključenih na prijenosnu mrežu.
© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci 30/30
Zaključak (2) Tako izrađen dinamički matematički model
moguće je verificirati na osnovi sinkroniziranih mjerenjima fazora struja i napona.
Na osnovi izrađenog dinamičkog matematičkog modela moguće je provoditi dinamičke analize ponašanja dijela prijenosnog EES-a, međutim uz prethodno poznavanje statičkih stanja prije promatranog poremećaja i nakon poremećaja.