TEHNIČKO REŠENJE

(Tehničko rešenje na međunarodnom nivou)

SOFTVERSKI PAKET ZA ODREĐIVANJE SEZONSKOG OPTIMALNOG REGULACIONOG ODNOSA NA BLOK-TRANSFORMATORU (OPBT_INT-A&R-01)

REALIZOVAN ZA POTREBE AD ELEKTROMREŽA SRBIJE AUTORI: Jasna Dragosavac,

Žarko Janda, Sava Dobričić,

URAĐENO ZA: AD ELEKTROMREŽA SRBIJE Beograd KORISNIK: AD ELEKTROMREŽA SRBIJE GODINA U KOJOJ JE REŠENJE KOMPLETIRANO: 2017 GODINA OD KOJE SE REŠENJE PRIMENJUJE: 2017 KLJUČNE REČI: reaktivna mogućnost generatora, sistemska usluga, regulacija

napona, stabilnost elektroenergetskog sistema, Pravila o radu prenosnog sistema, pogonski dijagram, sinhroni generator

2

SADRŽAJ

1. Oblast na koju se tehničko rešenje primenjuje ................................................................................. 3

2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava ..................................................................................... 3

3. Stanje rešenosti problema u svetu .................................................................................................... 4

4. Opis tehničkog rešenja...................................................................................................................... 4

4.1. Ulazi u program za određivanje optimalne pozicije blok-transformatora .................................... 5

4.2. Opis toka programa OPBT_INT-A&R-01: ................................................................................ 10

5. Značaj tehničkog rešenja ................................................................................................................ 12

3

1. Oblast na koju se tehničko rešenje primenjuje

Razvoj softverskog paket za određivanje sezonskog optimalnog regulacionog odnosa na blok-transformatoru (OPBT_INT-A&R-01) vezan je za oblast elektroenergetike odnosno regulacije napona i tokova reaktivnih snaga u elektroenergetskom sistemu Srbije. Cilj softverskog paketa za određivanje optimalne pozicije preklopke za promenu prenosnog odnosa na blok-transformatoru (BT) je utvrđivanje pozicije kojom se obezbeđuje maksimalno iskorišćenje raspoloživih naponsko-reaktivnih regulacionih mogućnosti generatora.

2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava

Kada je priključen na mrežu preko blok transformatora (BT) napon na krajevima generatora zavisi od napona u mreži. U slučaju nepovoljnih naponskih prilika u tački priključenja reaktivna sposobnost generatora se smanjuje do potpunog gubitka reaktivne sposobnosti kada zaštite isključuju generator sa mreže. Reaktivna mogućnost generatora je najšire definisana samim pogonskim dijagramom dobijenim od strane proizvođača, dozvoljenim maksimalnim i minimalnim vrednostima napona na krajevima (statoru) generatora (0,95 do 1,05 r.j) i u kapacitivnoj zoni rada, sa tačkom cosφ=0.95 pri nominalnoj snazi. Proizvođač može postaviti dodatno ograničenje ukoliko postoje tehnička ograničenja na opremi. Prema pravilima o radu prenosnog sistema tačka 4.3.7.4 (Pravila) generatorska jedinica, izuzev vetrogeneratorske, mora biti osposobljena da vrši regulaciju napona unutar označene oblasti na slici 2.1 i to trajno za normalne opsege napona u prenosnoj mreži, odnosno privremeno kada su naponi van ovih opsega u skladu sa tačkom 4.3.8.2.1., a bez obzira na njeno učešće u primarnoj ili sekundarnoj regulaciji, pri čemu je: Unom – nazivni napon prenosne mreže na koju je priključen objekat, Um – napon u prenosnoj mreži na mestu priključenja i cosφ – faktor snage na mestu priključenja.

Pogonski dijagram tipičnog generatora ne zauzima celu radnu oblast (debela plava linija) definisanu pravilima. Promenom prenosnog odnosa radna oblast „kliza“ uglavnom duž naponske linije i omogućava popunjavanje zahteva po naponskoj osi.

Na kraju je bitno napomenuti da je radna oblast generatora na slici 2.1 je ilustrativnog karaktera. Njen položaj pri nominalnom prenosnom odnosu blok-transformatora zavisi od puno činioca (generatora, transformatora, tačke priključenja) i ne može se generalizovati.

4

Slika 2.1 Zahtev iz pravila 4.3.7.4 i radna oblast generatora: debela plava linija označava radnu oblast za nominalnu

vrednost prenosnog odnosa, a isprekidana i tačkasta plava linija se odnose na promenljivi prenosni odnos od3%

Međutim Pravila o radu prenosnog sistema predviđaju rad generatora pri naponima koji izlaze iz okvira 5% za 400 kV i 10% za 110 kV i 220 kV. Dozvoljeni opsezi su 10% za 400 kV i 15% za 110 kV i 220 kV. Na slici 1 je očigledno da generator gubi mogućnost da ostane vezan na mrežu i naponu u mreži 0,92 Um (%).Gubitak regulacione moći najvećih generatora, u najznačajnijim tačkama sistema je inicirao početak raspada u najvećem broju raspada sistema u svetu u poslednjih dvadesetak godina

3. Stanje rešenosti problema u svetu

Određivanje optimalnog prenosnog odnosa blok-transformatora vrši se na osnovu proračuna u široko dostupnim komercijalnim programskim paketima kao što su PowerFactory i PSS. Kriterijum za izbor optimalnog prenosnog odnosa blok-transformatora je minimizacija gubitaka u prenosnoj mreži. Izlaz iz ovih softverskih paketa su optimalne pozicije za jednu konkretnu radnu tačku elektroenergetskog sistema. Drugi je problem što namena preklopke za promenu prenosnog odnoda nije minimizacija gubitaka već održavanje dovoljno reaktivne rezerve na generatoru za date uslove u tački priključenja. Sa stanovišta praktične primen ovakvi rezultati su neupotrebljivi jer se radnja stanja u sistemu značajno menjaju na satnom nivou. Promena položaja preklopke povezana je sa rizicima jer podrazumenva deaktiviranje regulacije napona na krajevima generatora u fazi promene pozicije. Pravila o radu zahtevaju da se prenosni odnos BT može menjati. Zbog toga je bilo potrebno razviti alatku koja će na osnovu postojeće/prognozirane mape napona kao izlaz davati optimalne pozicije preklopke za promenu prenosnog odnosa BT.

4. Opis tehničkog rešenja

Proračun optimalnog regulacionog odnosa na blok-transformatoru određuje se korišćenjem programa OPBT_INT-A&R-01. Optimalni regulacioni odnos određuje se za svaki generator ponaosob. Ciljna funkcija proračuna optimalnog regulacionog odnosa blok-transformatora je da se za naponski opseg u

5

tački priključenja u toku jedne sezone obezbedi da napon na krajevima generatora ne bude ograničavajući faktor u veličini generisane/apsorbovane reaktivne snage.

Procedura određivanja optimalnog regulacionog odnosa na blok-transformatoru je sledeća:

1. Pokrene se program INT-A&R-01: - Unesu se podaci o generatoru i blok-transformatoru. - Otvori se datoteka sa planiranim/istorijskim vrednostima napona.

U slučaju da se za period za koji se određuje optimalna pozicija blok-transformatora sagledava promena u prenosnom sistemu, ulazni podaci o profilu napona se mogu izmeniti u skladu sa metodologijom za planiranje regulacije napona.

2. Program kreira tabelu i *.xlsx datoteku.

U tabeli su sadržani podaci:

- pozicije BT (označena sa k na slici 2), - naponski opsezi (pojasevi) u tački priključenja koji odgovaraju izabranoj poziciji BT

(ilustrovano na slici 2, svaki naponski opseg je određen gornjom i donjom granicom) i - ukupan broj tačaka iz istorijske baze podataka koji pripada svakom naponskom opsegu tj.

poziciji BT (određuje se prebrojavanjem svih merenja koja pripadaju svakom pojasu).

U *.xlsx datoteci su sadržani podaci za određivanje naponskih sezona, i to za svaku vrednost napona je data odgovarajuća vrednost k.

3. Odrede se naponske sezone na osnovu podataka sadržanih u generisanoj *.xlsx datoteci. Formira se dijagram učestanosti pojavljivanja optimalne pozicije blok-transformatora za narednih 60 dana u odnosu na posmatrani datum (statistički najčešći režim) usrednjavanjem vrednosti k koja odgovara svakoj ulaznoj vrednosti napona. Naponske sezone u toku godine se određuju sa dijagrama.

4. Proveri se da li se sve radne tačke generatora, koje odgovaraju planiranim/istorijskim vrednostima napona u posmatranim sezonama, nalaze u dopuštenoj radnoj oblasti.

Detalji sprovođenja navedene procedure dati su u nastavku teksta.

4.1. Ulazi u program za određivanje optimalne pozicije blok-transformatora

Pokretanjem programa OPBT_INT-A&R-01 otvara se maska za unos ulaznih podataka, slika 3. Iz menija se izabere „Izbor generatora“ (detalj 1, slika 4) i izabere se jedinica za koji se određuje optimalni regulacioni odnos, slika 4, detalj 2. Detalj 1 na slici 3 pokazuje koja generatorska jedinica je izabrana.

6

Slika 2 Naponi u tački priključenja generatora. Sa k je obeležena pozicija otcepa na blok-transformatoru. Svakoj poziciji odgovara odgovarajući naponski opseg u tački priključenja.

3 4

5

1

2

67

1/2/

2015

3/3/

2015

2/4/

2015

3/5/

2015

2/6/

2015

4/7/

2015

4/8/

2015

3/9/

2015

3/10

/201

5

2/11

/201

5

2/12

/201

5

390

395

400

405

410

415

420

425

k=2

k=-1

k=0

Datum

VV

N [kV

] i n

apon

ski o

psez

i koj

i

odg

ovar

aju

svak

om p

oloz

aju

otce

pa B

Tk=1

394.5

406.8

419.1

naponski opseg koji odgovara k=+/-2

naponski opseg koji odgovara k=+/-1

naponski opseg koji odgovara k=0

7

Slika 3 Izgled maske za unos podataka o generatoru i blok-transformatoru

Ulazi u program za određivanje optimalne pozicije blok-transformatora su:

1. Podaci o generatoru, detalj 2 na slici 3: 1. Sgn nominalna prividna snaga generatora 2. Pgn nominalna aktivna snaga generatora, 3. Vgn nominalna vrednost napona statora generatora, 4. Qgmax (Pgn) maksimalna reaktivna snaga generatora u nominalnoj radnoj tački generatora, 5. Qgmin (Pgn) minimalna reaktivna snaga generatora pri nominalnoj aktivnoj snazi generatora

za napon generatora 0,95 kada ograničenje minimalne pobude, realizovano u okviru limitera minimalne pobude, nije zavisno od napona i za napon 1,00 r.j. kada je ograničenje minimalne pobude realizovano u okviru limitera minimalne pobude zavisno od napona generatora,

6. Vgmax u r.j (Vgmax 1,05 Vgn) maksimalni dopušteni naponi na krajevima generatora u trajnom radu,

1

2

3

4

5

6

7

Slika 4 Izgled menija za izbor generatora za koji se određuje optimalni regulacioni odnos

8

7. Vgmin u r.j (Vgmin 0,95Vgn) minimalni dopušteni naponi na krajevima generatora u trajnom radu,

8. PSP aktivna snaga sopstvene potrošnje bloka, 9. QSP reaktivna snaga sopstvene potrošnje bloka,

Podaci o karakteru regulacione mogućnosti generatora u odnosu na mrežu:

10. Generator prati mrežu, 11. Generator vodi mrežu.

2. Podaci o blok-transformatoru, detalj 2 na slici 3: - Sbt nominalna prividna snaga blok-transformatora, - Vbtvn napon na VN strani blok-transformatora - reaktansa blok-transformatora u % , - korak otcepa % , i - broj otcepa u formi k_min, k_neutralno, k_max pri čemu k_neutralno odgovara

naznačenom (neutralnom) prenosnom odnosu.,

(*)Napomena: Broj otcepa k je broj otcepa (izabrana pozicija) na mehanizmu za promenu prenosnog odnosa blok-transformatora. Pošto ne postoji standardizovani način označavanja broja otcepa potrebno je broj prikazan na pločici BT tumačiti u skladu sa ovim uputstvom. Broj otcepa na pločici može biti

dat kao ukupan broj otcepa k, k, levo(k)/desno(k), itd. U okviru programa OPBT_INT-A&R-01 broj k uneti tako da otcep k_neutralno odgovara naznačenom prenosnom odnosu BT ili tzv neutralnom polažaju. Porast vrednosti koraka odgovara porastu broja navojaka visokonaponskog namota. Veličina porasta broja navojaka pri jednom koraku promene otcepa se izražava u % nominalne vrednosti napona i označava se sa . Osim k_neutralno unosi se k_min i k_max koji odgovaraju minimalnom i maksimalnom broju koraraka. Koeficijent k_pocetno koji se koristi za proveru vrednosti napona na krajevima generatora bira se iz opsega k_min do k_max.

3. Podaci o planiranim/istorijskim vrednostima napona i reaktivne snage posmatranog generatora sa blok-transformatorom u tački priključenja na prenosnu mrežu.

Ulazni podaci koji se koriste u metodologiji su istorijska merenja napona i reaktivne snage na mestu priključenja razmatrane jedinice za vremenski period u kome je potrebno definisati sezone i optimalne pozicije regulacione preklopke na blok-transformatorima. Merenja napona i reaktivnih snaga sa vremenskom značkom (desetominutna merenja) se preuzimaju iz HIS baze podataka SCADA/EMS sistema. Potrebna struktura ulazne *.xlsx datoteke koja sadrži merenja napona i reaktivne snage na mestu priključenja razmatrane jedinice prikazana je na slici 5.

Vremenski period za koji se uzimaju istorijski podaci i predikcija profila napona za vremenski period za koji je potrebno odrediti sezone i optimalnu poziciju blok-transformatora, određeni su metodologijom koja se koristi za planiranje regulacije napona.

Napomena: Za definisanje sezona, potrebno je da ulazna datoteka sadrži podatke o naponima i reaktivnim snagama za dodatnih D dana u odnosu na vremenski period u kome je potrebno definisati sezone, detalj 4, slika 3: , , ( ), č ,

9

gde su:

VVN – vrednost napona u tački priključenja u [kV], Qi,VN – vrednost injektirane reaktivne snage generatora i u tački priključenja u

[Mvar], t – diskretni desetominutni odbirci vremena, tpočetak vremenskog opsega – početak vremenskog perioda u kome je potrebno definisati sezone i

optimalne pozicije regulacione preklopke na blok-transformatorima, detalj 3, slika 3,

tkraj vremenskog opsega – kraj vremenskog perioda u kome je potrebno definisati sezone i optimalne pozicije regulacione preklopke na blok-transformatorima, detalj 3, slika 3,

tkraj vremenskog opsega+Ddana – poslednji podatak koji je neophodan da bi se definisale sezone i optimalne pozicije regulacione preklopke na blok-transformatorima u periodu tpočetak vremenskog opsega do tkraj vremenskog opsega+D dana, detalj 4, sl. 3,

D D je ulazni podatak koji se unosi u okviru maske programa INT-A&R-01 i označava dozvoljeni minimalni period između dve promene pozicije otcepa blok-transformatora tj. minimalni period na kome se vrši izračunavanje učestanosti pojavljivanja optimalne pozicije blok-transformatora, k_avg, detalj 4, slika 3. U Studiji je predviđeno da minimalni vremenski period između dve promene pozicije otcepa bude 60 dana. Svi rezultati će biti prikazani za D=60.

tkraj vremenskog opsega+60 dana

tkraj vremenskog opsega

tpočetak vremenskog opsega

Slika 5 Struktura ulazne *.xlsx datoteke koja sadrži merenja napona i reaktivne snage na mestu priključenja razmatrane jedinice za vremenski period u kome je potrebno definisati sezone i optimalne pozicije regulacione preklopke na blok-

transformatorima

Podatke o merenjima napona i reaktivne snage na mestu priključenja razmatrane jedinice na prenosnu mrežu aplikacija INT-A&R-01 analizira nakon pritiska na taster „Analiza ulaznog fajla“, detalj 5, slika3.

Nakon analize ulaznog fajla aplikacija ispisuje informacije vezane za sadržaj ulazne datoteke kao što su ukupan broj merenja i vreme i datum prvog i poslednjeg skupa podataka, slika 6, detalj 1.

10

1

2

3

Slika 6 Izgled maske aplikacije INT-A&R-01 nakon analize ulaznog fajla

Ukupan broj merenja određuje se prebrojavanjem podataka u koloni sa datumom i vremenom (vremenske značke podataka). Očekivani broj merenja odgovara ukupnom broju dana između prvog i poslednjeg datuma ulaznog fajla (detalj 2 slika7) pomnoženo sa brojem potataka koji se arhiviraju tokom jednog dana. Ako se očekivani broj merenja ne poklapa sa ukupnim brojem merenja, to znači da postoje merenja koja ne dostaju u ulaznom fajlu. Ispod podatka o ukupnom broju merenja ispisuje se podatak o broju merenja koja su neispravna, detalj 1, slika 6. Sva merenja kaja izlaze iz opsega očekivanih napona 0,7 Vbtvn < Vbtvn < 1,2 Vbtvn se smatraju neispravnim.

Ovako definisan ulazni fajl omogućava da određivanje optimalne pozicije preklopke na blok-transformatoru za bilo koji vremenski period unutar opsega [tpočetak vremenskog opsega, tkraj vremenskog opsega]. Izbor vremenskog opsega za određivanje optimalne pozicije preklopke na blok-transformatoru vrši se u poljima koja su označena brojem 3, na slici 3 i brojem 2 na slici 6.

4.2. Opis toka programa OPBT_INT-A&R-01:

Nakon završene analize ulaznog fajla program se nastavlja izborom opcije „Obrada ulaznog fajla“. Pokretanjem ovog segmenta aplikacije započinje izračunavanje optimalne pozicije otcepa BT. Program OPBT_INT-A&R-01 ima linearnu strukturu glavnih modula koji imaju sledeće funkcionalnosti:

11

1. Izračunavanje pripadajućih naponskih opsega (pojaseva) koji odgovaraju prenosnom odnosu

blok-transformatora i to za otcepe 0, 1,..., k pri čemu vrednost jednog koraka otcepa iznosi [%]. Izračunavanje se pokreće pritiskom na taster „Obrada ulaznog fajla“, sl. Granice naponskih opsega (pojaseva) u tački priključenja za sve pozicije BT aplikacija OPBT_INT-A&R-01 ispisuju u maski prikazanoj na slici 7, detalj 1.

2. Određivanje pripadnosti naponskom opsegu svake tačke iz istorijske baze podataka (upisuje se kao vrednost k_tren u izlazni *.xlxs file kolona D, slika 8). Struktura generisanog *,xlsx fajla prikazana je na slici 8 i ispod slike je data legenda izlazne datoteke.

3. Određivanje broja tačaka iz istorijske baze podataka koje pripadaju svakom otcepu/naponskom opsegu za izabrani period. Ukupan broj tačaka iz istorijske baze podataka koji pripada svakom naponskom pojasu tj. poziciji BT ispisuju se maski prikazanoj na slici 7. Merenja koja su ispravna, a ne pripadaju ni jednom otcepu prebrojavaju se i poruka se ispisuje, detalj 2, slika 7(1).

4. Izračunavanje učestanosti pojavljivanja, k_avg (izlazni *.xlxs file kolona E, slika 8), optimalne pozicije blok-transformatora za narednih D(2) dana u odnosu na posmatrani datum (statistički najčešći režim) (3).

5. Izračunavanje optimalnog podešenja otcepa blok-transformatora, k_opt - kolona F izlaznog *.xlsx file-a, koje odgovara k_avg.

1

2

3

Slika 7 Izgled maske aplikacije INT-A&R-01 nakon obradee ulaznog fajla

12

6. Izračunavanje jedinstvenog trenutka promene otcepa k_opt _flt (izlazni *.xlxs file kolona J, slika

8), uz usrednjavanje k_opt u vremenskom prozoru 7 dana od trenutka promene i uz uvažavanje remontnog perioda „Remont“, detalj 3 slika 7

7. Generisanje grafika na osnovu izlaznog *.xlsx file (izlaz programa OPBT_INT-A&R-01), slika 9. Aplikacija OPBT_INT-A&R-01 automatski generiše grafike godišnjeg izgleda napona VVN, godišnje promene k_avg i k_opt, godišnje vrednosti napona na krajevima generatora proračunatu za optimalnu vrednost Vg_kopt za k_opt i Vg_kpoc za k=k_pocetno. Na ordinati se nalazi jedna od prethodno opisanih veličina, a na apcisi je datum.

5. Značaj tehničkog rešenja

Primenom aplikativnog softvera OPBT_INT-A&r-01 definisane su sezone za promenu optimalne pozicije BT na bazi prethodno razvijene metodologije.

Definisanje sezona vrši se za svaki generatorski čvor posebno zbog snažno izražene lokalne prirode napona i pri tome nije uočena izražena cikličnost u godišnjim vrednostima napona.

Preporuka je da se sezone definišu na osnovu planiranih vrednosti napona i generisnaih reaktivnih snaga za predstojeću godinu/sezonu. Te planirane vrednosti zavise od prognoze potrošnje aktivne snage, prognozetipa i vrste potrošnje, prognoze snage tranzita preko prenosnog sistema, rasporeda remonta velikih generatora, prognoze vremena i planiranih uklopnih stanja prenosne mreže.

Definisanje sezona unutar kalendarske godine za proračun optimalne pozicije otcepa blok-transformatora vrši se analizom dijagrama dobijenih primenom programa OPBT_INT-A&R-01 koji uključuju i proveru da li se sve radne tačke generatora koje odgovaraju istorijskom vrednostima napona za optimalnu poziciju otcepa blok-transformatora u posmatranoj sezoni nalaze u dopuštenoj radnoj oblasti generatora i plan remonata termo jedinica (promenu prenosnog odnosa kod hidro jedinica nije potrebno usklađivati sa remontnim periodima zbog intermitentnog režima rada i zanemarljive cene isključenja hidrojedinica sa mreže za ove potrebe).