AUTOMATIZARI - shiva.pub.ro · Durata Aplicaţii Bibliografie PARTEA I. SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ 1.Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active (RAf-P) în sistemele

AUTOMATIZARI

S.l.dr.ing. Nicoleta ARGHIRA

Prof.dr.ing. Sergiu Stelian ILIESCU

Modul 4

http://shiva.pub.ro/cursuri/automatizari/

Durata Aplicaţii Bibliografie

PARTEA I. SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ

1.Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active (RAf-P) în sistemele

electroenergetice (SEE)

2.Reglarea automată a tensiunii şi puterii reactive (RAT-Q) în SEE

PARTEA a II-a. SISTEME DE COMANDĂ AUTOMATĂ

3.Anclanşarea automată a Alimentării de Rezervă (AAR)

4.Reanclansarea Automată Rapidă (RAR) pe liniile de energie electrică

5.Descărcarea Automată de Sarcină la scăderea tensiunii (DAS-U<) şi la scăderea

frecvenţei (DAS-f<)

6.Pornirea automată a grupurilor generatoare din centralele hidro-electrice

7.Descărcarea Automată a Liniilor de Transport (DALT)

8.Insularizarea (separarea automată) a sistemelor energetice interconectate

MODUL 4 - AUTOMATIZARI - S.ST. ILIESCU/N. ARGHIRA

Automatizări– Cuprins curs

2/

1. Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active (RAf-P) în sistemele electroenergetice (SEE)

MODUL 4 - AUTOMATIZARI - S.ST. ILIESCU/N. ARGHIRA 3



SCADA DEN

Postulated

network solution

S C A D A

Scheduling

Generation

operations

planning

Network

optimization

Network

analysis

Forecasting

Automatic

generation

control

Power flow

Historical

data

processing

Automatic

voltage

control

Network

state

monitoring

Current

network solutionLoss modelBus loads

4

DEPENDENȚA FRECVENȚĂ - PUTERE ACTIVĂ (RAf-P)


Frecvenţa -parametru global cu valoare unică în SEE,constituie un indicator al echilibrului dintre puterile active produse şi cele consumate

Obiectivul RAf-P: f=ct=50 Hz (ENTSOE)

Pg Pc f ct

Pg Pc f Pg Pc f



1. Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active

(RAf-P) în sistemele electroenergetice (SEE)

1.1. Elemente introductive – Sisteme cuplate rigid la ieșire.

Statism și grad de statism

1.2. Necesitatea și avantajele reglării frecvenței – puterii active

în SEE. Terminologie RAf-P (dupa ENTSOE)

1.3. Principiul metodelor RAf-P în SEE

1.4. Tipuri de reglaj: primar, secundar, terțiar.

1.5. Tipuri de structuri RAf-P in UCTE/ENTSOE. RAf-P in

Romania.

6












Romania.

7

Durata


1. 1. Sisteme cuplate rigid la ieșire. Statism și grad

de statism

SRA supus la perturbații

RA PROCES

vk

yu

+-

yr

8

Durata


1. 1. Sisteme cuplate rigid la ieșire. Statism și grad

de statism

SRA supus la perturbații

t

t

y v

y

y0

t1

Influenţa mărimii perturbatoare asupra

mărimii de ieşire

9

RA PROCES

vk

yu

+-

yr

1. 1. Sisteme cuplate rigid la ieșire. Statism și grad de statism


sistem de reglare static

1,.......s ny f v v

0

k

k

s Sv

y

0

k

k

s Sv

ysistem de reglare astatic

Sk = grad de statism

ys = mărimea de ieșire în regim staționar

10



SRA astatice sunt sisteme fără eroare staţionară,

ele funcţionând după o lege de comandă care

conţine o componentă integrală, deci PI sau PID

SRA statice sunt sisteme cu eroare staţionară

diferită de zero (atât pentru yr cât şi pentru v ), ele

funcţionând după o lege de comandă de tipul P

sau PD.

0 s

s

y y S v

S v

15


Repartiţia mărimii perturbatoare la SRA funcţionând cuplate rigid la ieşire


c2 c3

D

p bara colectoareb1)

b2)

b)

D - Debit de abur

p - Presiunea aburilor

pe bara colectoare

f - Frecventa

U - Tensiunea pe bara

Q - Puterea reactiva

P - Putearea activaQ

(P)U Sistem energetic

(f )

c1

GS1 GS2 GS3

mSm

yr01 = y01 yr0m = y0m

( U , f , p)y

v (Q, P, D)

a)

1

16


Repartiţia mărimii perturbatoare la SRA funcţionând cuplate rigid la ieşire

A. cele m SRA statice => funcționare statică

B. un SRA astatic, restul statice => perturbația este preluată de grupul astatic


mSm

yr01 = y01 yr0m = y0m

( U , f , p)y

v (Q, P, D)

a)

1

m

k

ech

S

S

1

1

1

17







1.2. Necesitatea și avantajele reglării frecvență – putere

activă în SEE. Terminologie RAf-P (dupa ENTSOE)




Romania.

18

1.2. Necesitatea și avantajele reglării frecvență – putere activă în SEE

Dezideratul menţinerii frecvenţei într-un domeniu dat este impus de consecinţele defavorabile pe care abaterile de frecvenţă le au asupra funcţionării consumatorilor, dar şi asupra sistemului electroenergetic în ansamblul său, dintre care se menţionează:

• variaţii de viteză ale maşinilor electrice (inclusiv ale celor aferente serviciilor proprii din centrale);

• creşterea curenţilor de magnetizare ai motoarelor şi transformatoarelor electrice;



Avantajele introducerii reglării automate a frecvenţei şi puterii active

sunt următoarele:

A.eliminarea variaţiei de productivitate la consumatorii de energie

electrică;


B. reducerea fluctuaţiei pierderilor în sistem;

C. creşterea randamentului instalaţiilor şi a sistemului în ansamblu;

D. evitarea fenomenului de ’’avalanşă frecvenţă-tensiune’’ în sistem;

E. reducerea erorilor aparatelor de automatizare, în special a celor pe bază

de inducţie, cum sunt contoarele de energie;

F. asigurarea calităţii energiei electrice produsă şi livrată consumatorilor din

SEE.


Sistemul EMS/SCADAimplementat la Dispecerul Energetic National include functia Automatic Generation Control (AGC)

AGC controleaza echilibrul puterilor si distribuie surplusul sau deficitul intr-un mod economic intre grupurile generatoare reglante

RAf-P trebuie să aibă o functionare optima in noile conditii ale operarii interconectate a sistemului energetic romanesc la sistemul UCTE (ENTSOE)

PRO DUCERE

TRANSPO RT

DISTRIBUTIE

G G G G G G

CO NSUMATO RI

Puterea generata

Puterea consumata


1.2. Terminologie RAf-P, ENTSOE

Aria de reglaj este o parte strans legata de Sistemul Interconectat UPCTE / ENTSOE (de obicei coincide cu teritoriul unei companii, unei tari sau unei arii geografice, fizic demarcate de pozitia punctelor de masura ale schimbului de energie si putere ale retelei interconectate ramase), operată de un singur Operator de Transport și de Sistem.

Blocul de reglaj cuprinde una sau mai multe arii de reglaj, care lucreaza impreuna in cadrul functiei de reglaj secundar, tinand cont de celelalte blocuri de reglaj apartinand aceleasi arii sincrone.



Aria sincrona este alcatuita din multiple arii/blocuri de reglajinterconectate. Fiecare arie/bloc de reglaj se poate diviza in subariide reglaj care operează cu propriul lor reglaj subordonat atâta timpcât aceasta nu pune în pericol funcționarea interconectata.

Statismul unui generator sG este unul din parametrii fixați deregulatorul de viteza primar a grupului generator (generator șiturbina). El este un raport adimensional si este exprimat in general inprocente:


/

%/

n

G

G Gn

f fs

P P

23


Variatia in frecventa a sistemului Δf este definita în relatia următoare, în care fn este frecventa nominala, iar f este frecventa sistemului:

Caracteristica putere-frecventa a retelei este raportul dintre abaterea de putere ΔPa care a cauzat perturbatia si abaterea de frecventa Δf cauzata de perturbatie (deficitele de putere sunt considerate ca valori negative):


nf f f

[ / ]aPMW Hz

f

24

1.2. Terminologie RAf-P, ENTSOEBanda de reglaj reprezinta ecartul de putere in care un grup iși poate varia incarcarea.

De ex. hidroagregatul Vidraru 1 are o banda de reglare de 20 MW, in intervalul [Pmin,Pmax] [35,55]MW.

Viteza de incarcare se refera la rapiditatea cu care un grup se poate incarca sau descarca pana la valoarea de putere dorita.

Ex. hidroagregatul Vidraru1 are o viteza de incarcare de 30 MW/min.













Romania.

26

Reglajul frecvență- putere activă (RAf-P)

Principiul RAFP – grup generator


Reglajul frecvență- putere activă (RAf-P) Principiul RAFP


P1=P11+ P21

P2=P12+ P22=P1+ΔP

Reglajul frecventa- putere activa (RAf-P)

Principiul RAFP


nr'01

nr'02

nr01

nr02

a

b

A

B A'' B''nrx

nr'x A'

B'

P11 P21 P12 P22 P

1

1'

2

2'

z creste

1

2

Reglajul frecventa- putere activa (RAf-P)

Principiul RAfP:

- variază turaţia şi frecvenţa, ca o consecinţă a variaţiei puterii totale;

- intervin regulatoarele automate de viteză (RAV) ale turbinelor care au

caracteristici de reglare statice pozitive şi care modifică admisia de agent

motor la turbinele de antrenare;

- se schimbă repartiţia puterilor active pe agregatele în paralel;

- se stabileşte o noua turaţie echivalentă diferită de 50 Hz;

- intervine acum RAf care are caracteristica de reglare astatică şi care

deplasează simultan caracteristicile turaţie-putere ale regulatoarelor de

turaţie ale turbinelor prin translatare, restabilind frecvenţa













Romania.

31


Se realizeaza in trepte diferite si

succesive:

Reglajul primar

Distribuit uniform si se bazeaza pe

principiul solidaritatii

Actiune locala si automata prin actiunea

RAV

Reglajul secundar

Distribuit intr-un numar fix de centrale

Actiune centralizata si automata,

actionand numai in zona perturbata

Reglajul tertiar

Dispus de dispecer din capacitatile

programate

Frecventa

Sistemului

Reglaj Primar

Reglaj

Secundar

Reglaj Tertiar

Corectia

Timpului

Restabileste valoarea medie

Activarepe termen lung

Restabileste valorile nominale

Limiteazaabaterile

Activare

Activare dacaeste responsabila

Preia dacaeste responsabil

Elibereazarezervele

Preia

Elibereaza

rezervele

Corecteaza

Elibereaza rezerveledupa o deconectare




Pu

tere

Fre

cven

ta

50 Hz

Timp

Timp

Scaderea sarcinii

Secunde Minute Ore

Rezerva primara hgjh

Rezervasecundara

Rezerva tertiara

Reglaj primar Reglaj secundar

Energia cinetica Putere

33

1.3. Tipuri de reglaj - Reglajul primar

Distribuit uniform si se bazeaza pe principiul solidaritatii

Actiune locala si automata prin actiunea RAV

Timp de actiune 0 30 sec

Independent de actiunea dispecerilor

Intervine la o abaterea de ±20 mHz a frecvenței

Frecventa

Sistemului

Reglaj Primar

Reglaj

Secundar

Reglaj Tertiar

Corectia

Timpului




Limiteazaabaterile

Activare



Elibereazarezervele

Preia

Elibereaza

rezervele

Corecteaza




Legătura dintre reglarea frecvenţei şi reglarea vitezei (turaţiei) turbinei de antrenare (f - n):


60

p nf

Sarcina

Excitatie RAT

Regulatorul de

viteza

Agent

primar

Vana

Turbina

Cm

CePm

PCPe

Generator

35







60

p nf

A C

B

1

23

4

P1 P2 P3

n2

n1

n0

n’0

0

n, f

Pm, Pe

Pe1(n)

Pe2(n)

Pm1(n)z1 = ct

Pm2(n)z = z2 > z1

z creşte

37

z= admisia de

agent motor

1.3. Tipuri de reglaj – Reglajul secundar

Distribuit intr-un numar fix de centrale

Actiune centralizata si automata, actionand numai in zona perturbata

Timp de actiune 30 sec 15 min

Rezerva programata, dispusa de dispecer

Este bazat pe principiul nonintervenţiei : dezechilibrul de putere se compensează numai de zona în care a apărut;

Trebuie să aibă disponibilitate maximă ;

Acționează la abateri în intervalul

[±20, ± 200] mHz

Frecventa

Sistemului

Reglaj Primar

Reglaj

Secundar

Reglaj Tertiar

Corectia

Timpului




Limiteazaabaterile

Activare



Elibereazarezervele

Preia

Elibereaza

rezervele

Corecteaza



Regulatorul Secundar (Central)

ΔPdi = variabila de corecţie a regulatorului secundar care conduce generatoarele aflate in aria de reglaj i;

βi = factorul proporţional (amplificarea) regulatorului secundar în aria de reglaj i;

Tri = constanta de timp de integrare a regulatorului secundar în aria de reglaj i;

Gi = eroarea de reglaj (ACE) în aria de reglaj i;

1.3. Tipuri de reglaj – Reglajul secundar


1di i i i

ri

P G G dtT

39

1.3. Tipuri de reglaj – Reglajul terțiar.

Dispus de dispecer din capacitatile programate

Timp de actiune de la 1 minut la 30 min / 8 ore (lenta)

Refacerea rezervele secundare după activarea reglajului secundar

Distribuirea optimă a rezervei de reglaj secundar

Frecventa

Sistemului

Reglaj Primar

Reglaj

Secundar

Reglaj Tertiar

Corectia

Timpului




Limiteazaabaterile

Activare



Elibereazarezervele

Preia

Elibereaza

rezervele

Corecteaza



1.3. Tipuri de reglaj – Reglajul terțiar.

Distribuirea optimă a rezervei de reglaj secundar poate fi realizată prin:

➢conectarea şi deconectarea unor grupuri generatoare de putere (turbine pe gaze, centrale hidroelectrice cu lac şi acumulare prin pompaj, creşterea sau reducerea puterii generatoarelor aflate în funcţiune);

➢redistribuirea puterii generate de generatoarele participante la reglajul secundar;

➢modificarea programelor de schimb reciproc de putere;

➢reglajul sarcinii (de ex. telereglaj centralizat sau deconectarea sarcinii telecomandate).









în SEE. Terminologie RAf-P (după ENTSOE)



1.5. Tipuri de structuri RAf-P în UCTE/ENTSOE. RAf-P în

Romania.

42

1.5. Tipuri de structuri RAf-P în UCTE/ENTSOE

RAf-P centralizat

RAf-P pluralist

RAf-P ierarhizat



RAf-P centralizat


Bloc de reglaj

OTS

Grup reglant

1

Grup reglant

2

Grup reglant

n

Regulator

central

...

44


RAf-P centralizat


EMS applications

SCADA Client

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED


RAf-P pluralist


... Aria de reglaj 2

Grupreglant 1

Grupreglant 2

Grupreglant n

...

OTS 2

Regulatorcentral

Aria de reglaj n

Grupreglant 1

Grupreglant 2

Grupreglant n

...

OTS n

Regulatorcentral

Aria de reglaj 1

Grupreglant 1

Grupreglant 2

Grup

reglant n...

OTS 1

Regulatorcentral

Exemplu RAf-P pluralist

46

RTO si ISO in USA.pdf


RAf-P pluralist


Exemplu RAf-P pluralist

47

EMS applications

SCADA Client

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

RTO si ISO in USA.pdf


RAf-P ierarhizat


BLOC DE REGLAJ

...Arie de reglaj 2

Grup

reglant 1

Grupreglant 2

Grup

reglant n...

Arie de reglaj n

Grup

reglant 1

Grupreglant 2

Grup

reglant n...

Arie de reglaj 1

Grup

reglant 1

Grupreglant 2

Grup

reglant n...

OTS

Regulatorcentral

Regulator ariede reglaj 2

Regulator ariede reglaj 1

Regulator ariede reglaj n

48

Coordonator

bloc de reglaj

Regulator

secundar

Regulator

secundar

Regulator

secundar


RAf-P ierarhizat


EMS applications

SCADA Client

SCADA server

EMS applications

SCADA Client

SCADA server

EMS applications

SCADA Client

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

RTU/IED

SCADA server

EMS applications

SCADA Client

1.5. Reglajul central (secundar) frecvență-putere activă în România– schema de principiu


Turbina GeneratornElement de

executieRAV

YKy

1 - mod de operare: sincronizare, operare insularizata

2 - mod de operare: pornire grup

3 - mod de operare: reglaj de putere

1

2

3

Y0

n0

Knn

f

fn

P

P0

kf

Rfreglaj

primar

reglaj

secundar

Ps Pm

Krf

f0

Dispecer energetic Grup reglant i

50

1.5. Reglajul central (secundar) frecvență-putere activă în România

50 grupuri reglante în reglaj secundar:

- Termocentrale: CET Brăila, Turceni etc.

- Hidroagregate: Vidraru, Lotru etc

Integrat în ENTSOE/UCTE din 2004

Reglaj centralizat


Linkuri utilehttp://www.ferc.gov/industries/electric/indus-act/rto.asp

http://www.anre.ro/

www.entsoe.eu

http://www.eurel.org/home/Events/IMC/Pages/IMC.aspx


http://www.ferc.gov/industries/electric/indus-act/rto.asp

http://www.anre.ro/

http://www.entsoe.eu/

http://www.eurel.org/home/Events/IMC/Pages/IMC.aspx

BibliografieIliescu, S.St., Teoria reglării automate, ed. Printech, Bucureşti, 2006

Mihoc, D., Iliescu, S.St., Făgărăşan, Ioana, Ţăranu, Gh., Matei, G., Conducerea şi automatizarea instalatiilor energetice, Ed.Printech, Bucureşti, 2008

https://www.entsoe.eu/major-projects/network-code-development/load-frequency-control-reserves/ - publicat la 27.09.2013

https://www.entsoe.eu/fileadmin/user_upload/_library/resources/LCFR/120925__ENTSO-E_presentation_on_NC_LFC_R_update_final.pdf

Load-Frequency Control and Reserves Network Code


https://www.entsoe.eu/major-projects/network-code-development/load-frequency-control-reserves/

https://www.entsoe.eu/fileadmin/user_upload/_library/resources/LCFR/120925__ENTSO-E_presentation_on_NC_LFC_R_update_final.pdf

Documents

AUTOMATIZARI - shiva.pub.ro · Durata Aplicaţii Bibliografie PARTEA I. SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ 1.Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active (RAf-P) în sistemele