1
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
5. Regulacja napięcia w sieciach elektroenergetycznych.
5.1. Regulacja napięcia
Odbiorniki energii elektrycznej są budowane na napięcie znamionowe sieci i chociaż
mogą pracować przy napięciu niższym lub wyższym od znamionowego, to ich sprawność jest
największa przy napięciu znamionowym. Zapewnienie odbiornikom napięcia znamionowego
wymaga regulacji napięcia. Regulacja napięcia w SEE obejmuje:
 automatyczną regulację wzbudzenia i napięcia generatorów w elektrowniach,
 regulację przekładni transformatorów pod obciążeniem,
 załączanie i wyłączanie baterii kondensatorów oraz dławików w sieci
przesyłowej i rozdzielczej.
Działania te podejmuje się na podstawie obliczeń rozpływów mocy wykonywanych dla
codziennych lub tygodniowych planów pracy sieci przesyłowej oraz normalnych układów
pracy w szczycie zimowym i dolinie letniej w sieciach przesyłowych i rozdzielczych.
5.1.1. Regulacja napięcia generatorów
Generatory biorące udział w regulacji napięcia wyposażone są w automatyczne
regulatory napięcia utrzymujące na zaciskach generatora zadaną wartość napięcia poprzez
oddziaływanie na obwód wzbudzenia.
Człon pomiarowy
Uzad
Ufl
Uh
Człon
Regulator
porównawczy
Ufb
Uo
UPSS
Ua
Ef
Wzbudnica
U
GENERATOR
Człon
korekcyjny

Stabilizator systemowy
Rys. 5.1. Schemat ogólny układu regulacji wzbudzenia i napięcia
W równaniach generatora zmianę wzbudzenia uwzględnia się za pomocą sem Ef ,
która podlega zmianom w czasie stanu nieustalonego stosownie do dynamiki układu
wzbudzenia i regulacji napięcia.
Napięcie wzbudnicy ustala regulator na podstawie uchybu regulacyjnego, który zależy
od wartości zadanej i zmierzonej oraz od sygnału członu korekcyjnego i sygnału
wytwarzanego przez stabilizator systemowy.
2
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
5.1.2. Dopuszczalny obszar pracy generatora
Moc czynna i bierna generatora wynosi
P
EqU
Q
Eq U
Xd
Xd
sin 
cos  
U2
Xd
gdzie
Xd - reaktancja synchroniczna generatora,
U - napięcie na zaciskach generatora,
Eq - sem generatora,
 - kąt wirnika.
Siła elektromotoryczna Eq = Ef jest proporcjonalna do I f prądu wzbudzenia generatora,
którego wartość wynika z działania regulatora napięcia.
I
SEE
GS
U
Eq, Xd, Xq
os q
Eq
os d
I jXd


U
I
Rys. 5.2. Wykres wektorowy generatora w stanie ustalonym, przy założeniu Xq = Xd
Regulator napięcia generatora posiada ograniczniki, które w sposób istotny wpływają
na możliwe zmiany prądu wzbudzenia wymuszane przez regulator generatora. Ograniczenia
te wynikają z następujących warunków konstrukcyjnych i eksploatacyjnych zespołu
wytwórczego:

Prąd generatora I nie może być większy od długotrwale dopuszczalnego
maksymalnego prądu uzwojenia stojana I max .
3
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.

Prąd wzbudzenia If nie może być większy od długotrwale dopuszczalnego
maksymalnego prądu uzwojenia wirnika If max , czyli E q  E q max .

Nie może dojść do przekroczenia maksymalnej wartości kąta mocy
wynikającej ze stabilności pracy generatora, czyli    max .
Nie może dojść do przekroczenia temperatury w skrajnych elementach
obwodu magnetycznego stojana.
Moc czynna generatora musi być zawarta w granicach dopuszczalnych dla
turbiny, czyli Pmin  P  Pmax .


Obszar dopuszczalnych obciążeń generatora synchronicznego wynikający z powyższych
ograniczeń nazywany jest wykresem kołowym generatora.
Moc czynna i bierna generatora powinna spełniać ograniczenia wynikającego z
maksymalnego prądu stojana
P 2  Q 2  ( UI max ) 2
Jest to równanie okręgu o promieniu UImax . Na wykresie kołowym fragment tego okręgu
wykreślono linią kropkową. Punkty odpowiadające mocom P,Q, dla których spełniony jest
warunek I  I max leżą wewnątrz tego okręgu.
Warunek dotyczący prądu wirnika odpowiada okręgowi, którego promień i położenie
środka wynikają z następujących przekształceń. Po podniesieniu do kwadratu wyrażeń na
moc czynną i bierną i zsumowaniu otrzymujemy
2
2

 Eq U 
U2 
2
  

P   Q 
X d 

 Xd 
Dla wartości E q  E q max równanie to przyjmuje postać
2
U
E

U2 

   q max 
P  Q 
Xd 

 Xd 
2
2
Jest to równanie okręgu o promieniu E q max U / X d oraz środku przesuniętym na osi mocy
biernej o wartość  U 2 / X d . Na wykresie kołowym linią przerywaną zaznaczono odpowiedni
fragment tego okręgu.
Warunek dotyczący ograniczenia kąta mocy odpowiada linii prostej, której położenie i
nachylenie wynikają z następujących przekształceń. Po podzieleniu stronami równania na
moc czynną i bierną otrzymujemy

U2 
  tg
P   Q 
X d 

Po podstawieniu    max uzyskuje się równanie linii prostej
P  mQc
gdzie
4
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
m  tg max
c
U2
tg max
xd
Jest to prosta przecinającą oś mocy biernej Q pod kątem  max w punkcie o współrzędnych
P=0 oraz Q  c / m   U 2 / x d . Na wykresie kołowym prosta jest wykreślona linią
kropkowo-kreskową.
Q
ind
G
UImax
F
Pmin
E
Pmax
0
P
EqmaxU/Xd
max
D
C
-U2/Xd
A
B
poj
Rys. 5.3. Obszar dopuszczalnych obciążeń generatora synchronicznego obciążonego mocą
czynną i bierną przy danym napięciu U.
Dla ograniczenia dotyczącego temperatury w skrajnych elementach obwodu
magnetycznego stojana nie ma prostych rozważań matematycznych. Odpowiednia krzywa
musi być wyznaczona eksperymentalnie przez producenta generatora. Ograniczenie to
pojawia się w obszarze dużych obciążeń czynno - pojemnościowych. Na wykresie kołowym
jest to krzywa odpowiadająca odcinkowi B - C.
Ograniczenia dotyczące mocy turbiny uzależnione są od rodzaju turbiny. W przypadku
turbin parowych ograniczenie górne Pmax wynika z mocy granicznej turbiny założonej w jej
5
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
projekcie konstrukcyjnym a ograniczenie dolne Pmin z możliwości stabilnej pracy palników
kotła przy małej mocy.
Na wykresie kołowym obszar, wewnątrz którego nie ma przekroczenia żadnego z
wymienionych ograniczeń zaznaczono linią ciągłą pogrubioną. Jest to wielobok A, B, C, D,
E, F, G składający się z odcinków poszczególnych (wyżej omówionych) ograniczeń.
Należy zauważyć, że wszystkie trzy omówione ograniczenia elektryczne zależą od
wartości napięcia U na zaciskach transformatora blokowego. Wartość tego napięcia wpływa
na promienie i przesunięcie okręgów, a także na położenie prostej. Im większa wartość
napięcia U na zaciskach transformatora blokowego tym szerszy obszar A, B, C, D, E, F, G. Z
tego względu wykres kołowy powinno się wyznaczać wyznacza się zawsze dla aktualnej
wartości napięcia U = Uactual.
5.1.3. Wyznaczanie minimalnej i maksymalnej mocy biernej generatora
Moc bierna minimalna i maksymalna wynika z aktualnej wartości mocy czynnej P,
wartości napięcia na zaciskach generatora U oraz reaktancji synchronicznej generatora Xd .
Z dopuszczalnego prądu wirnika wynika, że maksymalna moc bierna generatora Q fmax
nie powinna przekroczyć wartości
Qf max
 UE q max
 
 Xd
2

U2
  P 2 
Xd

gdzie
U - aktualne napięcie na zaciskach generatora,
Eq max - maksymalna wartość sem wirnika odpowiadająca dopuszczalnemu prądowi
wirnika If max,
P - aktualna moc czynna generatora,
Xd – reaktancja synchroniczna.
Z drugiej strony moc bierna generatora nie może przekraczać wartości granicznej,
odpowiadającej dopuszczalnemu prądowi stojana Imax
Q s max  (UI max ) 2  P 2
Ostatecznie jako dopuszczalną maksymalną wartość mocy biernej generowanej należy
przyjąć mniejszą spośród dwóch określonych w ten sposób wartości maksymalnych
Q s max  min Q s max , Q f max 
Minimalna wartość mocy biernej odpowiada maksymalnej wartości kąta wirnika max
(ok. 90 ), dopuszczalnej z punktu widzenia równowagi statycznej i wynosi
P
U2
Q min 

tg max X d
o
6
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
5.1.5. Regulacja przekładni transformatorów
Wszystkie transformatory w sieci przesyłowej 400/220, 400/110, 220/110 wyposażone
są w regulację przekładni pod obciążeniem. Wyznaczenie przekładni takich transformatorów
wymaga optymalizacji rozpływu mocy ze względu na straty przesyłowe oraz dopuszczalne
wartości odchyleń napięć węzłowych. Jest to wielowymiarowe zadanie minimalizacji
nieliniowej funkcji celu z nieliniowymi ograniczeniami.
Regulację przekładni transformatorów pod obciążeniem stosuje się także w
transformatorach 110kV/SN. Ideę regulacji napięcia w GPZ przedstawia rys. 5.5.
110 kV
SEE
GPZ - SN
tr- SN
tr - nn
linia SN
linia nn
...
odbior - nn
...
Rys. 5.5. Sieć zasilająca odbiorców energii elektrycznej
Tab. 5.1. Transformatory z regulacją pod obciążeniem – dane znamionowe
TORb 10000/10
TORb 10000/115
TORb 16000/115
SN
MVA
10
10
16
UNH
kV
5.5
115
115
UNL
kV
6.3
5.75
5.75 lub 16.5 lub 21
TORb 25000/115
25
115
5.75 lub 16.5 lub 22
TORb 25000/115
25
115
5.75 lub 16.5 lub 22
TOTRb 25000/115
25/25/25
115
TORb 31500/115
31.5
115
Typ
16.5/6.6
6.6 lub 16.5 lub 22
Regulacja
%
10% ; 6st. reg.
10%; 9st. reg.
10%; 8st. reg.
10%; 8st. reg.
lub
16%; 12st. reg.
10%; 8st. reg.
lub
16%; 12st. reg.
10%; 8st. reg.
10%; 8st. reg.
lub
16%; 12st. reg.
uk
%
8
11
12
12
18
6/11/17
11
Przepływowi prądu w transformatorach i liniach towarzyszą spadki napięć. W
praktyce wyróżnia się dwa charakterystyczne okresy obciążeń sieci: szczyt zimowy
/największy pobór mocy/ i dolinę letnią /najmniejszy pobór mocy.
Transformatory 110kV/SN mają zaczepy po stronie wyższego napięcia umożliwiające
regulację przekładni co (1-2)%. Pozwala to dostosować wartość napięcia po stronie średniego
napięcia do aktualnych obciążeń tej sieci. W rezultacie niezależnie od poziomu napięcia w
sieci 110 kV na szynach średniego napięcia można utrzymać potrzebne napięcie w danym
przedziale doby.
Na rys. 5.5 i 5.6 pokazano kształtowanie się poziomów napięć w sieci z rys. 5.4 w
szczycie zimowym i dolinie letniej bez regulacją i z regulacją przekładni transformatora w
GPZ.
7
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Napięcie u końcowego odbiorcy nn w przypadku braku regulacji przekładni
transformatora w szczycie zimowym osiąga poziom 0.8Un, co stanowi naruszenie
dopuszczalnych ograniczeń napięcia zdefiniowanych w sieci nn jako +/-10% wokół napięcia
znamionowego. Po wprowadzeniu regulacji przekładni pod obciążeniem utrzymującej zadany
poziom napięcia po stronie Sn na poziomie Un, 1.05Un lub 1.1Un uzyskuje się poprawne
poziomy napięcia u najdalszego odbiorcy nn.
W Tab. 5.1. pokazano zakresy regulacji napięcia pod obciążeniem transformatorów
instalowanych w GPZ w kraju. Przełącznik zaczepów do regulacji pod obciążeniem po stronie
110 kV posiada napęd silnikowy sterowany elektrycznie zdalnie lub lokalnie /może być
również napędzany ręcznie za pomocą korby/. Napęd jest wyposażony we wskaźnik
położenia zaczepów przełącznika.
Szczyt zimowy - spadki: tr110/SN - 5%, linia - 6%, trSN/nN - 4%, linia nN - 5%
1.2
bez ARP
Usn=Un
Usn=1.05Un
Usn=1.1Un
1.15
1.1
1.05
U,
pu
1
0.95
0.9
0.85
0.8
110 kV
GPZ – SN
tr SN
tr – nN
odbiór nN
Rys. 5.5. Poziomy napięcia w sieci w szczycie zimowym z regulacją przekładni
transformatorów w GPZ
8
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Dolina letnia - spadki: tr110/SN - 2%, linia - 2%, trSN/nn - 2%, linia nN - 2%
bez ARP
Usn=Un
Usn=1.05Un
Usn=1.1Un
1.1
1.05
U,
pu
1
0.95
110 kV
GPZ – SN
tr – nN
tr SN
odbiór nN
Rys. 5.6. Poziomy napięcia w sieci w szczycie zimowym z regulacją przekładni
transformatorów w GPZ
5.1.3. Regulacja napięcia transformatora pod obciążeniem
Przekładnia znamionowa transformatora odpowiada stosunkowi znamionowej liczby
zwojów uzwojenia pierwotnego zn1 i wtórnego zn2 , który jest równy stosunkowi napięć
znamionowych nieobciążonego transformatora
tn = zn1 / zn2 = Un1/Un2
R
U1pu
Idealny
transf.
trpu : 1
X
P+jQ
U2pu0 = U1pu/trpu
Rys. 5.7. Schemat zastępczy transformatora z regulowaną przekładnią
U2pu
9
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Zwiększając liczbę zwojów w uzwojeniu pierwotnym zwiększamy przekładnię
transformatora
tr = z1 / zn2
a tym samym - przy wymuszonym napięciu U1 przez system zewnętrzny SEE - obniżamy
napięcie na szynach dolnego napięcia zgodnie z wzorem
U2 = U1/tr
Należy jednak zauważyć, że napięcia znamionowe transformatorów UN są zwykle
większe od napięć znamionowych sieci UNs, na przykład
- napięcia znamionowe sieci
UNs1 = 110 kV,
UNs2 = 20 kV
- napięcia znamionowe transformatora
UN1 = 1.05UNs1 = 115 kV, UN2 = 1.1UNs2 = 22 kV
Fakt ten musi być uwzględniony w modelowaniu regulacji przekładni transformatora w
komputerowych obliczeniach rozpływu mocy.
Jeżeli transformator jest nieobciążony P = 0, Q = 0, to
U2pu = U2pu0 = U1pu / trpu oraz
U2 = U2pu UNs2
5.2. Kompensacja mocy biernej
Zapotrzebowanie na moc bierną indukcyjną zależy od udziału w odbiorach urządzeń,
w których występuje magnesowanie oraz straty mocy biernej.
Moc bierna pobierana przez silniki indukcyjne i transformatory na magnesowanie
prądem I określa zależność
Q   3U N I 
Straty obciążeniowe mocy biernej zależą od reaktancji podłużnej odbiornika (linii,
silnika, transformatora, dławika) i kwadratu płynącego prądu
Q obc  3XI 2
Ogólnie struktura zapotrzebowanie mocy biernej w SEE przedstawia się w
przybliżeniu następująco:
odbiorniki
53 %
transformatory
30 %
linie
17 %
Zapotrzebowanie mocy biernej jest pokrywane przez generatory, linie, baterie
kondensatorów i kompensatory.
Struktura wytwarzania mocy biernej w SEE wygląda w przybliżeniu następująco:
generatory
50 %
linie
25 %
kondensatory
24 %
kompensatory
1%
10
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Aby uniknąć niepotrzebnych strat mocy czynnej i biernej unika się przesyłu mocy
biernej na duże odległości. Moc bierna powinna być wytwarzana blisko odbiorów przez
instalowane baterie kondensatorów. Moc bierna baterii wyznacza się biorąc za podstawę
tangens mocy
Q C  P( tg1  tg 2 )
gdzie
P – moc czynna pobierana przy tangensie mocy tg1
tg2 – potrzebny tangens mocy, zwykle 0.5.
Moc bierna wytwarzana przez baterie kondensatorów zależy od pojemności i kwadratu
napięcia
Q C  CU 2
Wzrost napięcia o 5% powoduje wzrost mocy o 10% (1.052=1.1), a obniżenie napięcia o 5%
(0.952 = 0.9) zmniejszenie mocy o 10%.
Moc baterii połączonych w gwiazdę wynosi
2
 U
Q C  3CU  3C
  CU 2
 3
Moc baterii połączonych w trójkąt jest 3-krotnie większa od baterii połączonej w
gwiazdę
Q C  3CU 2  3Q C
2
ph
5.3. Moc bierna wytwarzana przez pojemności linii i baterie kondensatorów
Pojemności linii i baterii kondensatorów stanowią parametry poprzeczne sieci
elektroenergetycznej i wytwarzają moc bierną zależną od kwadratu aktualnej wartości
napięcia
Qpop  BpopU 2
gdzie Bpop oznacza susceptancję odpowiadajacą poprzecznej pojemności. Należy zwrócić
uwagę, że obniżenie napięcia w sieci o 10% powoduje zmniejszenie generacji mocy biernej o
ok. 20%. Przy napięciu znamionowym UN wytwarzana jest moc bierna o wartości
QpopN  BpopU 2N
Po obniżeniu napięcia do 0.9UN moc bierna wytwarzana zmniejsza się o ok. 20%
Qpop  Bpop (0.9U N ) 2  0.81BpopU 2N  0.81QN
11
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
5.4. Moc bierna wytwarzana przez statyczne tyrystorowe kompensatory SVC
Kompensator statyczny SVC (Static Var Compensator) ma za zadanie połączyć linię z
ziemią za pośrednictwem kondensatora i cewki, Rys. 5.8.
Linia przesylowa
wezel
U
transformator obniżający napięcie
TCR
TCR
TSC
TSC
TSC
TSC
Rys. 5.8. Statyczny kompensator mocy biernej: TCR - tyrystorowo załączany i regulowany
dławik, TSC - tyrystorowo załączana bateria kondensatorów.
Przełącznik tyrystorowy włącza lub wyłącza przepływ prądu przez taki bocznik.
Dzięki szybkiej regulacji mocy biernej zapewnianej przez tyrystory, kompensatory SVC
stabilizują napięcie w węźle odbiorczym. Układy SVC powinny być modelowane jako
susceptancje włączone poprzecznie między węzeł i ziemię. Susceptancja cewek zmienia się
płynie, natomiast susceptancja kondensatorów zmienia się dyskretnie. Dla celów badania
stabilności napięciowej można przyjąc, że susceptancja układu SVC zmienia się płynnie. Moc
bierna dostarczana przez układ SVC wynosi
QSVC   BSVC U 2
gdzie:
BSVC - susceptancja układu SVC,
U - moduł napięcia w węźle, do którego dołączony jest układ SVC.
12
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
W układzie SVC wielkością sterowaną jest susceptancja BSVC , Rys. 5.9. Zmieniając
susceptancję zmieniamy prąd i w konsekwencji - wprowadzana moc bierną do sieci. Jednak
moc bierna dostarczana do sieci maleje wraz z obniżaniem się napięcia w węźle.
U
1.0
granica
produkcji
mocy biernej
IC
-1.0
granica
poboru
mocy biernej
-0.5
0
0.5
IL
Rys. 5.9. Charakterystyka prądowo-napięciowa układu SVC.
5.5. Statyczny kompensator STATCOM
Statyczny kompensator STATCOM (Static Compensator) jest nowszym rodzajem
tyrystorowego kompensatora statycznego. O ile układy SVC można uważać za płynnie
regulowaną susceptancję, to układy STATCOM dzięki zastosowaniu tyrystorów GTO są
płynnie regulowanymi źródłami prądu biernego. Zadaniem układu STATCOM jest
dostarczenie do danego punktu sieci przesyłowej prądu biernego pojemnościowego lub
indukcyjnego, zgodnie z ustalonym wcześniej algorytmem sterowania. Moc bierna układu
STATCOM jest proporcjonalna do iloczynu napięcia i prądu
QSTATCOM   3( U o  U)I
gdzie:
Uo - zadana wartość regulowanego napięcia,
U - aktualna wartość napięcia,
I - prąd bierny wytwarzany przez STATCOM.
W układzie SVC wielkością sterowaną była susceptancja B, natomiast w układzie STATCON
wielkością sterowaną jest napięcie Uo. Moc bierna wytwarzana przez STACOM może się
13
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
płynnie zmieniać od Qmin do Qmax niezależnie od wartości napięcia w sieci. Ponadto, układy
STATCOM cechują się dobrymi własnościami regulacyjnymi i potrafią silnie oddziaływać na
tłumienie oscylacji elektromechanicznych w systemie, co prowadzi do zdecydowanej
poprawy stabilności systemu elektroenergetycznego.
5.6. Ograniczenia przesyłu mocy
Przesył energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym napotyka szereg
ograniczeń technicznych. Najważniejsze z nich to:

obciążalność termiczna linii i transformatorów,

granice stabilności kątowej,

granice stabilności napięciowej.
Bezpieczna praca systemu elektroenergetycznego, a ściślej bezpieczny przesył energii
elektrycznej, może się odbywać, gdy spełnione są jednocześnie wszystkie te warunki- każdy z
odpowiednim zapasem.
Techniczną zdolność linii lub wybranego przekroju sieci (korytarza przesyłowego) do
przesyłu mocy między sąsiadującymi obszarami określa się mianem przepustowości, przy
czym odpowiada ona najmniejszej z wartości dopuszczalnych, wyznaczonych przez podane
tu ograniczenia.
Granica obciążeń termicznych wynika z dopuszczalnej temperatury przewodów linii
przesyłowych oraz dopuszczalnych zwisów w przęsłach. Odpowiadająca tym parametrom
obciążalność prądowa nie jest stała i silnie zależy od czynników pogodowych, jak
temperatura otoczenia oraz prędkość i kierunek wiatru.
Granica stabilności kątowej dotyczy ograniczeń przesyłu mocy czynnej związanych
z zagrożeniem utraty synchronizmu generatorów (przekroczeniem granicznych kątów
obciążenia). O zdolności przesyłowej decyduje tu w pierwszym rzędzie układ pracy sieci
przesyłowej i jej parametry, natomiast w określonych warunkach systemowych stabilność
kątowa uwarunkowana jest głównie charakterystykami turbin i generatorów oraz ich układów
regulacji. W niektórych punktach pracy generatorów mogą występować oscylacje mocy
czynnej o małym tłumieniu, zagrażające stabilności kątowej. Zapobiegają temu tzw.
stabilizatory systemowe, wprowadzające dodatkowe sygnały sterujące do regulatorów
generatorów.
14
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Granica
stabilności
napięciowej
wiąże
się
z
utratą
zdolności
systemu
elektroenergetycznego do utrzymania napięć węzłowych na wymaganym poziomie. Istotne
znaczenie mają tu charakterystyki napięciowe odbiorów oraz źródeł napięcia i mocy biernej.
Podczas wzrostu obciążenia, wskutek istniejących ograniczeń wytwarzania mocy biernej
przez generatory synchroniczne, w danej części systemu elektroenergetycznego może
wystąpić jej deficyt. Wywoła to obniżenie napięcia i w konsekwencji zmniejszenie generacji
mocy biernej przez linie przesyłowe oraz dalsze ograniczenie zdolności jej wytwarzania przez
generatory. Moc bierna popłynie do obszaru deficytowego ze źródeł dalej położonych,
powodując wzrost obciążenia linii przesyłowych, a tym samym strat mocy biernej. W tej
sytuacji awaryjne wyłączenie mocno obciążonej (przeciążonej) linii przesyłowej lub
większego źródła mocy biernej w obszarze deficytowym może spowodować dalsze
systematyczne obniżanie się napięć, aż do wystąpienia lawiny napięć. Na warunki napięciowe
istotny wpływ mają także układy regulacji napięcia generatorów synchronicznych oraz
transformatorów. W tych ostatnich układy regulacji przekładni pod obciążeniem starają się
utrzymać zadany poziom napięcia po stronie sieci rozdzielczej i tym samym mogą się
przyczynić się do pogłębienia deficytu mocy biernej.
Usytuowanie wzajemne wymienionych tu poziomów ograniczeń nie jest obojętne z
punktu widzenia bezpieczeństwa pracy sieci przesyłowej. Na rys. 5.10 pokazano prawidłowe
następstwo granicznych wartości przesyłu mocy wynikających ze stabilności kątowej,
stabilności napięciowej oraz obciążalności cieplnej linii i transformatorów. Najbardziej
niekorzystna jest sytuacja, gdy granica stabilności napięciowej jest położona poniżej granicy
stabilności kątowej i termicznej. Warto wspomnieć, że taka sytuacja miała miejsce w KSE w
dniu 26 czerwca 2006 roku, kiedy to doszło do awarii napięciowej w północno-wschodniej
części kraju.
15
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Moc
przesyłana,
w MW
Granica stabilności kątowej
Granica stabilności napięciowej
Granica obciążeń termicznych
Margines bezpieczeństwa
Przepustowość linii (korytarza)
czas
Rys.5.10. Prawidłowe wzajemne usytuowanie granic przesyłu mocy w wybranym przekroju sieci,
wynikających z najważniejszych ograniczeń technicznych.
Moc
przesyłana,
w MW
Granica obciążeń termicznych
Granica stabilności kątowej
Granica stabilności napięciowej
Margines bezpieczeństwa
Przepustowość linii (korytarza)
czas
Rys. 5.11. Niekorzystne usytuowanie granic przesyłu mocy w wybranym przekroju sieci,
wynikających z najważniejszych ograniczeń technicznych.
Prowadzenie ruchu sieci przesyłowej powinno odbywać się zatem w warunkach
odpowiadających sytuacji przedstawionej na rys.5.10, a więc przy prawidłowej relacji między
poziomami ograniczeń przesyłu mocy wraz z istnieniem pewnego zapasu (marginesu
bezpieczeństwa). W warunkach normalnych celowi temu służy prognozowanie i planowanie.
W ośrodkach operatorskich wykonywane są analizy i opracowywane na tej podstawie plany
koordynacyjne o różnym cyklu (rocznym, miesięcznym, tygodniowym i dobowym).
Podczas pracy systemu elektroenergetycznego mogą jednak wystąpić zdarzenia
radykalnie zmieniające warunki pracy sieci przesyłowej i wtedy konieczne są adekwatne
działania automatyki systemowej oraz Operatora..
16
Wykład 5. Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja przekładni
transformatorów. Kompensacja mocy biernej. Monitorowanie obciążalności linii. Pomiary i
estymacja rozpływów mocy. Dostępność informacji w internecie.
Zagadnienia do zapamiętania
1. Obszar dopuszczalnych obciążeń generatora synchronicznego obciążonego mocą
czynną i bierną przy danym napięciu.
2. Wykres napięć bez i z regulacją przekładni transformatora.
3. Kompensacja mocy biernej odbioru.
4. Rodzaje źródeł mocy biernej.
5. Ograniczenia przesyłu mocy w sieciach elektroenergetycznych.
Download

Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja