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.


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


Uvod (2)

U dinamičke poremećaje mogu se ubrojiti: prolazni kratki spojevi, povećanje opterećenja, ispad pojedinih vodova, ispad generatora i sl.

3/30


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


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



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



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


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



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



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



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


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


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


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


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


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


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


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



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



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


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


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



23/30



24/30



25/30



26/30



27/30

© Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci 28 /30


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.

Documents

Dinamičko modeliranje naprednih elektroenergetskih mreža