Regulacja napięcia. Wykres kołowy generatora. Regulacja
advertisement
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 mQc 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( tg1 tg 2 ) gdzie P – moc czynna pobierana przy tangensie mocy tg1 tg2 – 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 3CU 3C CU 2 3 Moc baterii połączonych w trójkąt jest 3-krotnie większa od baterii połączonej w gwiazdę Q C 3CU 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.
