Elektrane 09 Pogonska Karta

Pogonska karta sinkronog generatora

Prof.dr.sc. Sejid TešnjakProf.dr.sc. Davor GrgićProf dr sc Igor KuzleProf.dr.sc. Igor Kuzle

fakultet elektrotehnike i ra~unsrstvazavod za visoki napon i energetiku

Pogonska karta generatora - općenito

Pogonska karta generatora prikazuje prilike u generatoru u stacionarnom pogonu uz pretpostavku da na priključnicama generatora p p p j gvlada konstantan napon

Zasniva se na vektorsko fazorskom dijagramu Zasniva se na vektorsko-fazorskom dijagramu generatora

Crta se u koordinatnom sustavu snaga (P, Q) te pokazuje granice opterećenja generatora p j g p j guzimajući u obzir opterećenje generatora i djelatnom i jalovom snagomdjelatnom i jalovom snagom

fakultet elektrotehnike i ra~unsrstzavod za visoki napon i energetik

Pogonska karta generatora - općenito

Pogonska karta nastaje iz vektorskog prikaza naponskih stanja unutar generatora u tri koraka, pri čemu se ucrtavaju i nedopuštena radna p j ppodručja zbog ograničenja

Počinje se pretvaranjem vektorskog sustava Počinje se pretvaranjem vektorskog sustava napona u vektorski prikaz snaga, što znači da se

kt k ik ži t jnapon u vektorskom prikazu množi sa strujom Struja se prikazuje kao

UI Struja se prikazuje kao

Impedancija se prvenstveno sastoji od IZ

induktivne reaktancije pa vrijedi

UI

jXfakultet elektrotehnike i ra~unsrst

zavod za visoki napon i energetik

j

Prijelaz iz naponskog u vektorski prikaz snaga

Množenjem vektorskog prikaza naponskih prilika ( ki f ki dij ) t t b t(naponski fazorski dijagram) unutar turbogeneratorageneratora sa strujom dobije se koordinatni sustav snaga (zakretanje za 90° nastaje zbog dijeljenja s j)(zakretanje za 90° nastaje zbog dijeljenja s j)

djI X dU

jI XjX E UUIcosdj

E

djX

U

d

E UX

UIcos

UE

d

UU

jX

d

UE

jX2U

I U

UIsin

I d

UX


Pogonska karta turbogeneratora

Jednostavnija je od pogonske karte hidrogeneratora jer su zbog simetričnosti izrade otpori u d i q osima jednakip q j

Obično su zadane sljedeće vrijednosti:nazivna prividna sna a S– nazivna prividna snaga Sn

– nazivni napon Un– nazivni faktor snage cosφn– faktor korisnosti η– reaktancija armature Xd– maksimalne i minimalne dozvoljene vrijednosti snage – maksimalne i minimalne dozvoljene vrijednosti snage

pogonskog stroja (Pmax i Pmin) i uzbude (Emax i Emin)



Sve veličine se zbog lakšeg konstruiranja prikazuju u jediničnim (per unit) vrijednostima

Formule za računanje jediničnih vrijednosti Formule za računanje jediničnih vrijednosti potrebnih za konstrukciju pogonske karte:

max minP PP P

max min n n

P PS S

22 2 sin 3

nn n d n n d n

n

SE U I X U I X I

U 3 nU


Pogonska karta turbogeneratora Konstrukcija pogonske karte počinje ucrtavanjem gornje

l i j di ič k ž i k j d t lj ič j polovice jedinične kružnice, koja predstavlja ograničenje zbog nazivne prividne snage (ograničenje zbog zagrijavanja statora) Pzagrijavanja statora)

GENERATOR

Q0nS

GENERATOR

MOTOR


MOTOR


Crta se samo gornja polovica kružnice jer su na njoj vrijednosti radne komponente snage pozitivne što predstavlja generatorski režim p p j gstroja (pozitivna vrijednost snage znači da se ona proizvodi)proizvodi)

Donja polukružnica predstavlja motorski režim t k j i l kt ič i generatora u kojem on uzima električnu snagu iz

mreže, što za generator u stacionarnom pogonu nije relevantno



Ucrtavanje vektorskog prikaza snagaP

N

E U

I U S P jQ

dX

I U S P jQ

n

Q0nS

2UX

A

n


dX


Točka N naziva se nazivna radna točka generatora

Do nje se dolazi na nekoliko načina: Do nje se dolazi na nekoliko načina: – nanošenjem vektora snage pod nazivnim kutem u

odnosu na os x (tj Q)

U I n

odnosu na os x (tj. Q)– nanošenjem nazivne uzbude pod nazivnim kutem

opterećenja (kut opterećenja je kut između vektora opterećenja (kut opterećenja je kut između vektora napona generatora i njegove uzbude: )

š j d k i l d št 0NA

– nanošenjem vodoravnog pravca maksimalno dopuštene radne snage pogonskog stroja (ovo vrijedi samo u slučaju da je nazivna radna snaga generatora jednaka slučaju da je nazivna radna snaga generatora jednaka maksimalnoj izlaznoj snazi pogonskog stroja)



Važno je ucrtati i točku A koja je od ishodišta

udaljena za vrijednost2

d

U

X Ograničenja zbog minimalne i maksimalne uzbude:

M k i l ij d t b d ći i j l č j

dX

– Maksimalna vrijednost uzbude u većini je slučajeva jednaka njenoj nazivnoj vrijednosti, dok je minimalna jedn k 10% tn j vrijedn sti n zivnejednaka 10%-tnoj vrijednosti nazivne

– Razlog ovog ograničenja je neosjetljivost naponskog l t b d i ki ij d ti regulatora uzbude na niskim vrijednostima napona

– Konstruira se nanošenjem dviju kružnica polumjeraE U E Ui sa središtem u točki A

d

E UX

0.1

d

E UX


d d


Ucrtavanje ograničenja zbog dozvoljenih razina uzbude (uzbudne struje turbogeneratora)P

N

E UX

n n nS P jQ

dX

0 1E U

Q0nS

2UX

A

0.1d

E UX


dX


Teorijski, turbogenerator može raditi stabilno ćsamo ako mu je kut opterećenja manji od

devedeset stupnjevap j U praksi se generator u stacionarnom stanju

nikada ne dovodi blizu te granicenikada ne dovodi blizu te granice Stoga se nameću još dva ograničenja:

– Teorijska granica stabilnosti– Praktična granica stabilnostiPraktična granica stabilnosti



Teorijska granica stabilnosti:– Ograničava dopušteni kut opterećenja na 90°– konstruira se povlačenjem okomice u točki An u p nj m m u

Praktična granica stabilnosti:D d t j j d št i k t t ć j – Dodatno smanjuje dopušteni kut opterećenja ostavljajući rezervu do teorijske granice stabilnosti (kut se smanjuje na primjerice 70 °)(kut se smanjuje na primjerice 70 °)

– konstruira se ucrtavanjem pravca pod određenim kutom t čki Au točki A



Ucrtavanje ograničenja zbog teorijske i praktične granice stabilnosti

P

teoretska granica praktična

Ngranica

stabilnosti

pgranica

stabilnosti

S P jQ

d

E UX

n n nS P jQ

max

Q0nS

2UX

A

n

max


dX


Preostala su još ograničenja zbog minimalne i maksimalne dozvoljene snage pogonskog stroja

U slučaju turbogeneratora pogonski stroj je U slučaju turbogeneratora pogonski stroj je plinska ili parna turbinaMi i l d lj d k t Minimalnu dozvoljenu radnu komponentu turbogeneratora određuje tehnički minimum sustava pogona turbine (prvenstveno određen tlakom, temperaturom i protokom pare kroz parni , p p p pkotao), ispod kojeg pogonski stroj ne može raditi konstantno i stabilnokonstantno i stabilno



Ucrtavanje ograničenja zbog minimalne i maksimalne snage pogonskog stroja

P

NmaxP

S P jQ

d

E UX

n n nS P jQ

Q0nS

2UX

A

minP


dX

Pogonska karta turbogeneratoraP

praktična granica

ič j b ij j t t

N

gstabilnosti

maksimalna

ograničenje zbog zagrijavanja statora

N maksimalna snaga pogonskog

stroja

minimalna snaga pogonskog stroja

Q0nSA

maksimalna dozvoljena

uzbuda

minimalna dozvoljena

uzbuda


uzbudauzbuda

Ograničenje rada u kapacitivnom režimu Postoji i ograničenje rada zbog zagrijavanja

željeznih dijelova u čeonom prostoru željeznih dijelova u čeonom prostoru




Pogonska karta hidrogeneratora Pogonska karta generatora s istaknutim polovima složenija je od

pogonske karte turbogeneratora Uzrok tome su različiti iznosi reaktancije armature u d i q osima Postoje dvije reaktancije: Xd i Xq (Xd > Xq)


Dijagram snage hidrogeneratora


Pogonska karta hidrogeneratora

Konstrukcija pogonske karte hidrogeneratora počinje ucrtavanjem jedinične kružnice

Nazivna snaga određuje struju kroz armaturu pa Nazivna snaga određuje struju kroz armaturu, pa generator ne može raditi s većom prividnom snagom od nazivne (došlo bi do topljenja snagom od nazivne (došlo bi do topljenja armaturnih namota)



Ograničenje zbog nazivne prividne snageP

Q0nS


Qn


Zatim se na os x unose:2

– točka A udaljena od ishodišta za 2

d

U

X

– točka B udaljena od ishodišta za

d2U

X Uobičajene vrijednosti uzdužne reaktancije

t ć s d j d č

qX

amature veće su od jedan, a poprečne reaktancije manje od jedan pa će točka A biti bliže ishodištu od točke B, koja se često zna nalaziti izvan jedinične kružnice prividne nazivne j psnage



Sada se ucrtava kružnica s koja sadrži te dvije j jtočke i čije se središte nalazi na x osi u točki C, udaljenoj od ishodišta koordinatnog sustava zaudaljenoj od ishodišta koordinatnog sustava za

2 2U U

2 2d qX X



Ucrtavanje referentnih veličina napona, struje, Puzbude i reaktancije

armatureP

N

I U S P jQ

d

E UX

I U S P jQ

D

kružnica s

Q0 nSAB C2U2

d

UX

2UX


qX


Udaljenost od točke D na kružnici s do točke Nj(nazivna radna točka) jednaka je vrijednosti nazivne uzbude (naravno pomnoženoj s nUnazivne uzbude (naravno, pomnoženoj s

kako bi se dobila dimenzija snage) koja se dobije

n

dXkako bi se dobila dimenzija snage) koja se dobije već spomenutom formulom:

22 2 sinn n d n n dE U I X U I X



Za razliku od turbogeneratora, gdje se g g jograničenja uzbude dobiju jednostavnim nanošenjem kružnica sa središtem u točki A, u nanošenjem kružnica sa središtem u točki A, u slučaju hidrogeneratora linije koje spajaju točke jednake vrijednosti uzbude ne leže na jednake vrijednosti uzbude ne leže na kružnicama već na krivuljama koje se nazivaju P l i k i ljPascalovim krivuljama



Pascalove krivulje se dobiju tako da iz točke Bj jpovuče nekoliko pravaca i na njima označe točke koje su jednako udaljene od kružnice skoje su jednako udaljene od kružnice s

Spajajući te točke dobiju se Pascalove krivulje k j č j j t i t i b dkoje označavaju mjesta iste razine uzbude

Budući da je nazivna uzbuda ujedno i maksimalna, j j ,a minimalna uzbuda odgovara 10%-tnoj vrijednosti nazivne poznato je sve potrebno za vrijednosti nazivne, poznato je sve potrebno za ucrtavanje ograničenja zbog uzbude generatora s istaknutim polovimas istaknutim polovima



Ucrtavanje ograničenja zbog dozvoljenih razina uzbude P

N

S P jQ

d

E UX

0 1E U n n nS P jQ

D

kružnica s0.1

dX

Q0 nSAB C2U E U2

d

UX

2

q

UX

d

E UX


qX


Teorijska granica stabilnosti u slučaju generatora s istaknutim polovima konstruira se spajanjem tjemenih vrijednosti krivulja konstantne uzbude

Stoga je za preciznije ucrtavanje teorijske granice stabilnosti generatora potrebno ucrtati još nekoliko krivulja konstantne uzbude koje se dobiju na prethodno opisan način

tjemena vrijednost krivulja konstantne uzbude za zadanu uzbudu predstavlja maksimalnu djelatnu snagu koju generator može proizvesti

Teorijska granica stabilnosti u pogonu se ne može postići j g p g pjer bi svako povećanje opterećenja dovelo do ispada stroja iz sinkronizma


j


Ucrtavanje ograničenja zbog teorijske granice stabilnosti P

N

d

E UX

n n nS P jQ

D

Q0 nSAB C2

D

2

d

UX

2UX

kružnica s


qX


Praktična granica stabilnosti (teorijska granica g ( j gstabilnosti umanjena za 10%-tnu rezervu prividne nazivne snage) konstruira se u dva prividne nazivne snage) konstruira se u dva koraka:

od tjemenih vrijednosti pojedinih razina uzbude – od tjemenih vrijednosti pojedinih razina uzbude potrebno se pomaknuti za 10% okomito prema dolje

t b d k ti d d k – potrebno se vodoravno pomaknuti udesno dok se ne presiječe ista krivulja jednake uzbude (presijecište daje točku praktične ranice stabilnosti)daje točku praktične granice stabilnosti)

Spajanjem više točaka dobivenih na opisan način dobiva se cijela krivulja praktične stabilnosti



Ucrtavanje ograničenja zbog praktične granice stabilnosti P

praktična granica

stabilnosti

N

d

E UX

n n nS P jQ

D

Q0 nSAB C

D

2

d

UX

2UX


qX


Preostaje još ucrtati granice maksimalne i j j gminimalne snage pogonskog stroja na isti način kao kod već opisanog turbogeneratorakao kod već opisanog turbogeneratora

I u slučaju hidrogeneratora postoje pojedini ti hid t bi k ji j t b d đ tipove hidroturbina kojima je potreban određen minimalan protok vode kako ne bi došlo do turbulentnih strujanja i kavitacije, no postoje i hidroagregati koji nemaju ograničenje minimalne g g j j g jradne snage



Ucrtavanje ograničenja zbog minimalne i maksimalne snage pogonskog stroja

P

NmaxP

E UX

N

n n nS P jQdX

Q0 SAB C

D

minP

Q0 nS2

d

UX

2U


qX


Ppraktična granica

stabilnostistabilnosti

maksimalna snaga pogonskog

t jN

stroja

D

Q0 SAB C

Dminimalna snaga pogonskog stroja

Q0 nSAB Cmaksimalna dozvoljena

uzbuda

minimalna dozvoljena

uzbuda


Pogonska karta generatora s izrazitim polovima

E = 0


Pogonska karta generatora s izrazitim polovimaU dijagramu snaga ucrtavaju se granice opterećenja generatora: Granica opterećenja radi ugrijavanja statora (granica je predstavljena

kružnicom i ne ovisi o odnosu djelatne i jalove snage; radna točka mora se kružnicom i ne ovisi o odnosu djelatne i jalove snage; radna točka mora se nalaziti unutar ili na rubu kruga jer bi inače vrlo brzo stradala izolacija statorskog namota zbog visoke temperature).

Granica opterećenja radi pogonskog stroja (bez obzira na karakteristike Granica opterećenja radi pogonskog stroja (bez obzira na karakteristike generatora i maksimalna i minimalna djelatna snaga generatora ograničene su pogonskim strojem).

Granica opterećenja radi uzbude (radno područje generatora u induktivnom i Gran ca pt r ć nja ra uz u (ra n p ručj g n rat ra u n u t n m kapacitivnom dijelu smanjeno je zbog ograničenog opterećenja uzbudnog kruga. Kako je namot rotora dimenzioniran na uzbudnu struju nazivnog opterećenja, nazivna uzbudu može se definirati kao uzbuda koja je potrebna za nazivno opterećenje budući da ne se želi preopterećivati uzbudni namot rotora opterećenje, budući da ne se želi preopterećivati uzbudni namot rotora, nazivna odnosno maksimalna uzbuda jedno je od dva ograničenja opterećenja zbog uzbude; s druge strane je uzbuda ograničena minimalnom dozvoljenom strujom uzbude koja ne smije biti manja od 10% nazivne uzbude da bi bilo strujom uzbude koja ne smije biti manja od 10% nazivne uzbude da bi bilo osigurano djelovanje regulatora).

Granicu opterećenja radi granice statičke stabilnosti (momentu pogonskog stroja u svakom trenutku suprotstavljen je protumoment generatora uvjetovan

ć ) d č k ć d ž ž đ d j p j j p g j

opterećenjem). Područje u kojem je moguće održavati ravnotežu između ta dva momenta naziva se stabilnim za razliku od nestabilnog gdje će generator, ako je vezan na krutu mrežu, ispasti iz sinkronizma odnosno iz pogona).


Granice opterećivanja generatora - povišeni napon

n nE Vn

d

Ev X

22 n

d

VvX

22 nVv

qX


Granice opterećivanja generatora ±10 % napona

Često se zahtjeva da generator daje nazivnu snagu generator daje nazivnu snagu i za slučaj rada s povišenim i sa sniženim naponom npr. ±10 % nazivnu snagu uz nazivni

N n' nE V

' nE V

'0,9

n

d

E VX

±10 % nazivnu snagu uz nazivni faktor snage

N ndX1,1

n

d

E VX

kap ind

nn

n2 /n dV X

20,9 /n dV X

21,1 /n dV X


Pogonska karta sinkronog generatora

Snage turboagregata

sinEV

P qtG

qds XXX

X sG

tqtG X

VcosX

EVQ

2

2

2

ss XX 2

Snage hidroagregata

2112

2sin

XXVsin

XEV

Pdq

t

d

qtG

qd

t

d

qtG X

sinX

cosVcosX

EVQ

222

2


Priključenje elektrane na EES

fakultet elektrotehnike i ra~unsrstvazavod za visoki napon i energetiku

Zakonska regulativa Mrežna pravila elektroenergetskog sustava (NN

036/2006) d k ki kt036/2006) - podzakonski akt Dodatni tehnički uvjeti za priključak i pogon

j l k ij j ži i vjetroelektrana na prijenosnoj mreži – interna norma OPS-a

Bilten Vjesnika Hrvatske elektroprivrede br. 66 od 04. veljače, 1998. - Tehnički uvjeti za

kl č k l h l k l k k priključak malih elektrana na elektroenergetski sustav Hrvatske elektroprivrede, N.073.01 –i t ODSinterna norma ODS-a


Mrežna pravila• Točka 4.3.4. Posebni uvjeti za priključenje

i d j di i OPSproizvodne jedinice - OPS• 5.3.5. Posebni uvjeti za priključenje proizvodnih

j di i ODjedinica - ODS


Priključak proizvodne jedinice na prijenosnu mrežu

• Uređaji za sinkronizacijuEl ktričn z štit pr izv dn j dinic i uskl điv nj s• Električna zaštita proizvodne jedinice i usklađivanje smrežnim zaštitama

• Prilagodba sustavu daljinskog vođenjaPrilagodba sustavu daljinskog vođenja• Isporuka djelatne snage• Održavanje frekvencijeOdržavanje frekvencije• Održavanje napona i kompenzacija jalove snage• Odvajanje proizvodne jedinice od mreže s obzirom na j j p j

sigurnost sustava• Ponašanje proizvodne jedinice pri poremećajima u mreži• Dodatni uvjeti


Isporuka djelatne snage 120

0 kV

P=Pn 30min30 min

Um=123 kV

Um=127 kV 115.45%30 min

120

20 k

V P=Pn 30min30 minUm=253 kV 115.0%Um=245 kV

30 min

100

110

že u

% o

d U

n=11

jedi

nica

mat

ski o

dvoj

itim

alno

60

min

uta

n tr

ajno1

0 m

in

20

min

60

min

n tr

ajno

111.82%%

Pn

% P

n

% P

n 100

110

že u

% o

d U

n=22

jedi

nica

mat

ski o

dvoj

itim

alno

60

min

uta

P n tr

ajno1

0 m

in

20

min

60

min

P n tr

ajno

111.36%

P n P n P n

90

Nap

on m

rež

Proi

zvod

na s

e

ne s

mije

aut

o mod

mre

že m

inim

P=P n

P=P

87.273%U =96 kV

P

90%

P

90%

P

90%

90

Nap

on m

rež

Proi

zvod

na s

e ne

sm

ije a

uto m

od m

reže

min

im

P=P

P=P

87.727%U =193 kV

P

90%

P

90%

P

90%

47 48 49 50 51 52Frekvencija mreže, Hz

Um=96 kVDodatni zahtjevi Temeljni zahtjevi


Dodatni zahtjeviTemeljni zahtjevi Um 193 kV

110 Um=440 kV

100n=40

0 kV

P=Pn 30min

a dvoj

iti0

min

uta

30 min0

min

20 m

in

60 m

in

m

110%

Um=420 kV 105%

30 min

90

100

mre

že u

% o

d U

n

izvo

dna

se j

edin

ica

smije

aut

omat

ski o

dm

reže

min

imal

no 6

0

P=P n

traj

no10

2 6

P=P n

traj

no

P

90%

Pn

P

90%

Pn

P

90%

Pn

90

Nap

on m

Pro

ne s

od m

Dodatni zahtjevi Temeljni zahtjevi

87.5%Um=350 kV



80

Zajamčena snaga50.0

49.7

49.8

49.9

49.5

49.6su

stav

a, H

z

Temeljni zahtjev: P=Pn

49.3

49.4

Frek

venc

ija

Prvi stupanj frekvencijskog rasterećenja

49.0

49.1

49.2frekvencijskog rasterećenja

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Vrijeme, s

48.9

Zajamčena snaga koju proizvodna jedinica daje u prijenosnu mrežu ukratkom vremenskom intervalu


Isporuka jalove snage120

P=Pn za 30 minuta

Naponska razina: Un=110 kVVrijedi za područje frekvencija: 49.5 - 50.5 Hz

Um=123 kV (111.82%)

Um=127 kV (115.45%) Temeljni zahtjevi

Dodatni zahtjevi

110

u %

od

Un=

110

kV

za 30 minutam ( )

Područje temeljnih zahtjeva, P=Pn trajno

zahtjevi

120 Naponska razina: Un=220 kVV ij di d čj f k ij 49 5 50 5 H

90

100

Nap

on m

reže

P=Pn trajno

110

n=22

0 kV

P=Pn za 30 minuta

Vrijedi za područje frekvencija: 49.5 - 50.5 Hz

Um=245 kV (111.36%)

Um=253 kV (115.0%) Temeljni zahtjevi

Dodatni zahtjevi

-0.8 -0.4 0 0.4 0.8sin naduzbuda, dodatni zahtjevipoduzbuda, dodatni zahtjevi

-0.222 0.222

Um=96 kV (87.273%)

0.975 0.9751.0cos

0.80.8

100po

n m

reže

u %

od

Un

P=Pn trajno


110

P=Pn

Naponska razina: Un=400 kVVrijedi za područje frekvencija: 49.5 - 50.5 Hz

Um=440 kV (110%) Temeljni zahtjevi

Dodatni zahtjevi

90

Na

0 222 0 222

Um=193 kV (87.727%) cos

0.8 0.975 0.975 0.81.0100

d U

n=40

0 kV

za 30 minutaUm=420 kV (105%)


-0.8 -0.4 0 0.4 0.8sin naduzbuda, dodatni zahtjevipoduzbuda, dodatni zahtjevi

-0.222 0.222

90

Nap

on m

reže

u %

o

P=Pn trajno

Um=350 kV (87.5%)

-0 8 -0 4 0 0 4 0 8

80

-0.222 0.222

cos0.975 0.9750.8 0.81.0


0.8 0.4 0 0.4 0.8sin naduzbuda, dodatni zahtjevipoduzbuda, dodatni zahtjevi

Posebni uvjeti za priključenje proizvodnih jedinica– Dodatni tehnički uvjeti za priključenje

elektrana snage do 5 MWelektrana snage do 5 MW– Dodatni tehnički uvjeti za priključenje

elektrana snage veće od 5 MWelektrana snage veće od 5 MW– Dodatni tehnički uvjeti za priključenje

j t l kt d 5 MWvjetroelektrana snage do 5 MW– Dodatni tehnički uvjeti za priključenje

k l kmikroelektrana


Documents

Elektrane 09 Pogonska Karta