Sadržaj

1. Uvod........................................................................................2

2. Primarna regulacija.................................................................4

2.1 Centrifugalni regulator............................................................5

2.2 Regulacija vjetroturbina........................................................12

2.3 Dvostruko regulirana turbina................................................14

2.4 Primarna regulacija pričuva...................................................17

3. Sekundarna regulaacija..........................................................18

4. Tercijarna regulacija...............................................................18

5. Vremenska regulacija.............................................................18

1

1. Uvod

U elektroenergetskom sistemu (EES) teži se da energija potrošnje i proizvodnje budu jednake. Frekvencija je mjerilo ravnoteže snaga potrošnje i proizvodnje u sistemu. Doksu snage potrošnje i proizvodnje jednake, frekvencija ima konstantan iznos. U slučajuneravnoteže snaga, frekvencija raste ili pada, sve do ponovnog uspostavljenja ravnoteže.Većina je elemenata EES-a predodređena za rad pri frekvencijama koje se nalaze uuskom području oko njezine nazivne vrijednosti. Nazivna vrijednost frekvencije u Europiiznosi 50 Hz. Snaga potrošnje u sistemu uglavnom se ne regulira, osim u posebnimslučajevima, kao što je primjerice rasterećenje sistema (engl. load shedding). Stogase održavanje frekvencije EES-a na konstantnoj vrijednosti svodi na regulaciju snageproizvodnje. Potrošnja se konstantno mijenja, tako da cilj regulacije postaje problemslijeđenja snage proizvodnje promjenom snage potrošnje. Na slici 1 prikazani su zimskii ljetni dnevni dijagrami potrošnje.

Slika 1. Dnevna potrošnja

Na slici 1 može se vidjeti kako se potrošnja mijenja iz sata u sat. Unutar svakog satapotrošnja je također varijabilna, mijenja se iz minute u minutu, iz sekunde u sekundu,itd. Na slici se takoer može uočiti kako je u određenim satima potrošnja ljeti veća odpotrošnje zimi. Razlog povećanja ljetne potrošnje je sve veća primjena klimatizacijskih uređaja za hlađenje.Na slici 2 može se vidjeti promjena frekvencije UCTE interkonekcije kroz jednuminutu, snimljena dana 1. srpnja 2008. godine u vremenu od 15:12:11 do 15:13:11.Na slici se može uočiti kako se frekvencija UCTE interkonekcije neprestano mijenja, jer zbog same dinamike EES-a nemoguće je tačno održavati ravnotežu snaga proizvodnje ipotrošnje. Umjesto toga se u praksi frekvencija održava u uskom pojasu oko 50 Hz. Odstupanje frekvencije pri normalnim pogonskim uvjetima u interkonekcijskomradu ne bi smjelo biti veće od 50 mHz. U slučaju pojave poremećaja, trenutačno

2

odstupanje frekvencije ne smije biti veće od 800 mHz dinamički, odnosno 180 mHzstacionarno. Ako je trenutačna vrijednost frekvencije manja od nazivne vrijednostiza više od 800 mHz pokreće se program zaštite, kojime se isključuju određena trošila smreže, radi povećanja frekvencije (podfrekvencijsko rasterećenje).

Slika 2: promjena frekvencije u jednoj minuti

Regulacija frekvencije obavlja se pomoću regulacijskih pričuva. Pričuva je definiranakao raspoloživi, nekorišteni kapacitet djelatne snage. Pričuve se dijele na rotirajućei nerotirajuće pričuve. Rotirajuća pričuva je razlika između maksimalne moguće snagei trenutačne radne snage, a može se odnositi na agregat, elektranu, regulacijsko područjeili interkonekciju. Rotirajuću pričuvu čine agregati u pogonu, koji u kratkom vremenu(unutar 10 minuta) mogu povećati svoju snagu na potrebnu razinu. Nerotirajuću pričuvučine agregati koji nisu trenutačno u pogonu, tj. nisu povezani na mrežu, ali mogu bitidostupni kroz neki vremenski period.Dakle glavni zadatak senzora jeste da registruje promjenu u potrošnji el. energije, te uskladu stim da reguliše proizvodnju električne energije.

Regulacija je frekvencije u UCTE interkonekciji hijerarhijski podijeljena u četiri razine:1. primarna regulacija,2. sekundarna regulacija (frekvencije i djelatne snage razmjene),3. tercijarna regulacija i4. vremenska regulacija.

Bazirat će mo se na primarnu regulaciju jer se njom djeluje na brzinu vrtnje turbine gdje je nastala promjena u EES. Te ukratko opisati ostale vrste regulacije jer se njuma djeluje na vrtnje turbina ostalih elektrana u EES, radi pogodnije stabilnosti.

Upravljanje (regulacija) treba obaviti sljedeće zadaće:• zadaća je regulacije da kompenzira utjecaje smetnji koje djeluju na proces. Pri tome regulirana veličina y (regulirane veličine) trebaju ostati na vrijednosti određenoj namještenom xR (željenom) vrijednošću regulatora.Ovdje se radi o čvrstoj regulaciji (stabilizaciji, regulaciji smetnje).• zadaća je regulacije da regulirana veličina y čim bolje slijedi promjenljivu referentnu vrijednost xR.Ovdje se radi o slijednoj regulaciji.U oba slučaja mora se trajno mjeriti regulirana veličina y iuspoređivati s referentnom vrijednosti xR s ciljem daregulacijsko odstupanje izčezne (e → 0).

3

2. Primarna regulacija

Primarna regulacija frekvencije obuhvaća djelovanje turbinskih regulatora brzine vrtnjedo kojega dolazi nakon odstupanja frekvencije od nazivne ili zadane vrijednosti. Uzrokodstupanju frekvencije je neravnoteža između proizvodnje i potrošnje u sihrono povezanojmreži. Primarna regulacije u EESBiH mora osigurati da trenutačna vrijednost frekvencijepri poremećaju ne padne ispod 49,20 Hz. Nadalje, ona mora obuhvatiti sve proizvodnejedinice u regulaciji.

Općenito, u proizvodnji snage u EES-u sudjeluju razlčite vrste elektrana: termoelektrane,hidroelektrane, plinske elektrane, nuklearne elektrane, vjetroelektrane i ostalevrste elektrana. U regulaciji frekvencije ne sudjeluju sve vrste elektrana u svim razinamaregulacije. U primarnoj regulaciji sudjeluju sve vrste elektrana u regulacijskom područjuosim vjetroelektrana, koje ne sudjeluju u regulaciji frekvencije zbog stohastičke prirodevjetra. Nuklearne elektrane uglavnom proizvode konstantnu snagu, blizu vlastitog maksimuma, dok plinske elektrane uglavnom služe za pokrivanje vršne potražnje snage .Zbog toga se pri proučavanju regulacije frekvencije u EES-u uglavnom analizira utjecajtermoelektrana i hidroelektrana.

U nastavku je objašnjeno djelovanje primarnih regulatora brzine vrtnje turbine (tj.agregata). Poremećaji unutar sistema uzrokuju pojavu neravnoteže snaga proizvodnje ipotrošnje, što dovodi do odstupanja frekvencije sistema od njezine nazivne vrijednosti.Primarna regulacija djeluje odmah nakon pojave odstupanja, s glavnom zadaćom stabilizacijesistema ponovnim uspostavljanjem ravnoteže snaga. Ulazni je signal u primarniregulator izmjerena vrijednost brzine vrtnje, tj. frekvencije sistema. Regulator primarneregulacije detektira odstupanje frekvencije od njezine nazivne vrijednosti te na temeljuiznosa toga odstupanja mijenja snagu proizvodnje elektrane sve dok se ponovno ne uspostaviravnoteža snaga proizvodnje i potrošnje u interkonekciji. Regulator mijenja izlaznusnagu generatora prema krivulji karakteristike proizvodnje, slika 3.

Slika 3: karakteristika proizvodnje

Primarna se regulacija ostvaruje promjenom količine pogonskog sredstva (para,voda, gorivo) do koje dolazi zbog djelovanja regulatora na ventile, mlaznice, lopatice ili

4

pumpe. Sveukupno, elektrane pod utjecajem primarne regulacije mijenjaju vlastitu proizvodnju za iznos snage koji je jednak iznosu uzroka neravnoteže, ali suprotnog predznaka.

U svakoj se proizvodnoj jedinici u sistemu nalazi jedan primarni regulator. I kodtermoelektrana i kod hidroelektrana regulatori brzine vrtnje imaju dvojaku funkciju:• u izoliranom radu generatora regulatori brzine vrtnje reguliraju frekvenciju sistema,• u radu generatora na mreži, regulatori brzine vrtnje kontroliraju proizvedenu snagugeneratora i sudjeluju u održavanju frekvencije sistema.

Regulacijska područja unutar interkonekcije međusobno se potpomažu. Načelo solidarnostinalaže trenutačno djelovanje na poremećaj svih primarnih regulatora u proizvodnimjedinicama koje sudjeluju u regulaciji u cijeloj interkonekciji. U EESBiH uprimarnoj regulaciji moraju sudjelovati sve termo proizvodne jedinice, snage veće od 30MW, kao i sve hidro proizvodne jedinice, snage veće od 10 MW. Svako regulacijskopodručje doprinosi primarnoj regulaciji u skladu s iznosom koeficijenta doprinosa. Koeficijentdoprinosa se za pojedino regulacijsko područje izračunava iz omjera proizvodnjeregulacijskog područja i ukupne proizvodnje interkonekcije:

2.1 Centrifugalni regulator

Tipični primjer mehaničkog regulatora je centrifugalni regulator. Princip automatske regulacije pomoću centrifugalnog regulatora i servomotora je potpuno isti i za vodne i za parne turbine. U konstruktivnom pogledu ipak postoje razlike, jer parne turbine imaju znatno veću brzinu okretanja, a osim toga voda i para imaju različite osobine.Broj okretaja srazmjeran je protoku vode ili pare Q, a obrnuto srazmjeran obrtnom momentu M i dat je izrazom:

n=kQ/M [o/min] gdje je k koeficijent proporcionalnosti.

Od brzine okretanja direktno zavise vrijednosti napona i frekvencije na stezaljkama generatora. Kako ove dvijevrijednosti moraju biti konstantne, bez obzira na promjenu opterećenja generatora, mora i brzina okretanja također biti konstantna. Da bi brzina ostala konstantna mora se mijanjati i protok radnog fluida (vode ili pare) u istoj srazmjeri u kojoj se mijenja i obrtni moment M. Odatle proizilazi da se regulacija brzine okretanja turbine vrši regulacijom protoka vode ili pare. Sasvim grubu regulaciju postižemo većim ili manjim otvaranjem ili zatvaranjem zatvarača dovodnog tlačnog cijevovoda.Automatska regulacija može biti astatička i statička.

Na slici 4 je prikazan princip astatičke regulacije.

5

Slika 4: princip astatičke regulacijeCentrifugalni regulator 1 preko pužnog prenosa je povezan sa vratilom turbine. Ako se opterećenje regulatora smanji povećat će se u prvi momenat brzina okretanja rotora turbine, te će se tegovi regulatora razmaknuti i oko oslonca 5 zakrenuti polugu 4. Njen desni kraj će preko poluge 6 pokrenuti klipove razvodnika servomotora 7 nadole, koji će pustiti ulje pod pritiskom iz cijevi 8 u cijev 9 ispod klipa servomotora. Zbog toga pomjerit će se klip 10 prema gore i pri tom pokrenuti zatvarač 11, što dovodi do smanjenja protoka vode odnosno pare.

Pritisak ulja običnon iznosi 10 do 20 kp/cm2 za vodne tirbine i 1,5 do 5 kp/cm2 za parne turbine. Ulje u cilindru 12 iznad servomotora iznad klipa otiče otiče kroz otvorene cijevi 13 i 14 u rezervoar za ulje. Smanjenjem protoka radnog fluida smanjuje se brzina okretanja turbine. Regulator se vraća u srednji položaj u kome razvodnik zatvara dotok ulja u cilindar servomotora. Isti ovaj proces samo u obrnutom redoslijedu odvija se i kod smanjenja broja okretaja do koga dolazi zbog povećanja opterećenja turbine.

Karakteristike regulacije tj. ovisnost broja okretaja ili frekvencije od snage generatora predstavlja kod astatičke regulacije pravac paralelan sa apscisom kao sto je prikazano na slici 5.

6

Slika 5: karakteristika astatičke regulacije

Pri paralelnom radu generatora a samim tim i turbine svaka turbina u svakom momentu treba da daje snagu , koja je proporcionalna njihovim nazivnim snagama . Ako na primjer dvije turbine snage po 32 MW rade paralelno onda pri opterećenju od 16MW svaka turbina treba da daje po 8MW. Međutim ako je broj okretaja ovih turbina regulisan astatičkim regulatorom onda je potpuno neodređeno koliki dio opterećenja otpada na pojdenačne turbine, tako da se može desiti da neka od turbina bude preopterećenaa, a druga podopterećena. Ovaj nedostatak se otklanja upotrebom statičke regulacije, odnosno statičkog regulatora.Na slici 7 prikazan je princip statičkog centrifugalnog regulatora koji je gotov identičan sa principom astatičkog regulatora, dok je na slici 6 data karakteristika statičke regulacije.

Slika 6: karakteristika statičke regulacije

7

Slika 7: statička regulacija

Na dijagramu se vidi da je karakteristika regulacije pravac, koji je nagnut prema apscisnoj osi, što znači da brzina odnosno frekvencija malo opadaju sa povećanjem opterećenja. Podizanjem zgloba 5 pomoću matice 15 elektromotorom sa daljine, može se nagnuta karakteristika regulacije izdići tako da brzina okretanja ostaje nepromijenjena. Svi generatori u paralelnom radu imaju istu frekvenciju, te pri bilo kom opterećenju imaju istu brzinu okretanja. Koliko će turbina primiti na sebe opterećenja, zavisi od naguba njene karakteristike regulacije.Na slici 8 su date karakteristike regulacije za dvije turbine.

8

Slika 8: karakteristike regulacije za dvije turbine

Na slici se vidi da pri broju okretaja n obje turbine primaju jednaka opterećenja (P1=P2). Povećanjem ukupnog opterećenja odnosno smanjenjem broja okretaja na n' turbina 1 prima na sebe opterećenje p'1 a turbina 2 opterećenje P'2. Nagnutu karakteristiku oguće je postići povratnom spregom klipa 10 preko poluge 15 sa polugom 4. Pri povećanju broja okretaja regulator obrće polugu 4 oko zgloba 5, ali se pri tom klip 10 ne pokreće, jer regulator 1 ne raspolaže dovoljnm snagom da ga pokrene. Lako pokretljiv klipni razvodnik 7 se ipak pokrene, te ulje pod pritiskom dođe ispod klipa 10, koji preko poluge 15 sa jedne straen pomjera zatvarač 11 smanjujući protok radnog fluida. Toima za posljedicu smanjenje brzine obrtanaj, a sa druge strane obrće polugu 4 oko zgloba 5, tako da desni kraj poluge 4 dijeluje na klipove razvodnika, te s eubrzo zatvaraju otvori za prolaz ulja 9 i 13. Kllip 10 se prije zaustavlja nego kod astatičke regukacije, tako da turbina dobije nešto veću brzinu od one koju je imala prije rasterećenja. Pri povećanju opterećenja turbine ona postiže nakon regulacije nešto manju brzinu od one koju je imala prije povećanja opterećenja. Vrijednost nagiba određuju krakovi a i b poluge 4.

Mehanički regulatori su općenito proporcionalnog (P) tipa. Upravljanje procesima sa statičkim vladanjem pomoću regulatora P tipa ima za posljedicu pojavu pogreške u ustaljenom stanju u slučaju skokovite promjene upravljačke ili poremećajne veličine. Zbog toga, nakon djelovanja primarne regulacije, i dalje postoji određeno odstupanje frekvencije sistema od njezine nazivne vrijednosti. Iako su noviji elektrohidraulički primarni regulatori PI ili PID (proporcionalno-integracijsko-derivacijskog)tipa, uz čije korištenje ne dolazi do pojave pogreške u ustaljenom stanju pri skokovitojpromjeni upravljačke ili poremećajne veličine, oni se proširuju s dodatnom povratnomvezom kako bi se ipak osiguralo postojanje pogreške karakteristične za primjenu P regulatora. Razlog tome je sljedeći: kada bi primarni regulatori bili podešeni tako

9

da u potpunosti kompenziraju odstupanje frekvencije sistema nakon pojave poremećaja,postojala bi mogućnost pojave dodatnih oscilacija (ili čak nestabilnost sistema). Te bioscilacije bile uzrokovane interakcijom istovremenog djelovanja velikog broja primarnihregulatora u kompenzaciji odstupanja frekvencije. Za djelovanje primarne regulacije uizoliranom regulacijskom području barem jedan primarni regulator mora imati čisto Pvladanje. Međutim, za djelovanje primarne regulacije regulacijskog područja unutar interkonekcije svi primarni regulatori moraju imati čisto P vladanje, jer bi u protivnomčesto bili na ograničenjima, budući da pojedinačni regulator ne može regulirati frekvencijucijele interkonekcije.Kako bi se lakše razumjelo djelovanje primarne regulacije, potrebno je objasniti štose događa sa snagama proizvodnje i potrošnje pri promjeni frekvencije. Snaga se proizvodnjemijenja s promjenom frekvencije zbog djelovanja regulatora brzine vrtnje uelektranama, dok se snaga potrošnje mijenja s promjenom frekvencije zbog same karakteristike trošila.

.Jedan od prvih mehanizama regulacije je Watov regulator

Slika 9. Watov regulator

Wattov centrifugalni mehanizam• James Watt (1736 – 1819)• Regulacija brzine vrtnje parnog stroja - 1788. godine• Wattov "Flyball governor" regulator• S povećanjem brzine vrtnje stroja, kugle se podižu i zatvaraju regulacijski ventil, dotok pare se smanjuje i brzina vrtnje opada

10

• Referentna veličina konstantnaOpis Wattova regulatora • Na remeni prijenos spojeno je centrifugalno njihalo koje preko poluge aktivira ventil kroz koji prolazi para (pod odredenim tlakom i temperaturom), dotokom pare određena je brzina vrtnje stroja• Toplinska energija pare dovedena preko ventila pretvara se u stroju u mehaničku energiju• Da bi se brzina vrtnje stroja održavala konstantnom, mora se dovoditi konstantna struja pare (ako nema smetnji)• Smetnje koje mogu djelovati na sistem:• promjena stanja pare (tlak, temperatura)• promjena opterećenja stroja

Regulator treba kompenzirati utjecaje smetnji koje djeluju na sistem, regulirana veličina (u ovome slučaju brzina vrtnje stroja) treba ostati na vrijednosti odredenoj namještenom/željenom vrijednošću (engl. setpoint)• Željena vrijednost namješta se pomoću opružno-polužnog mehanizma• Ovdje se radi očvrstoj regulaciji (stabilizaciji, regulaciji smetnje) (engl. regulator problem)• Položaj uporišta P poluge u centrifugalnom regulatoru odreduje pojačanje regulatora: Kr=l2/l1

Ako je uporište poluge P pomaknuto daleko u desno (malopojačanje regulatora), tada se za relativno veliku promjenu brzine vrtnje relativno malo promjeni položaj ventila. U ovom slučaju nije zajamčeno daće regulator kompenzirati utjecaj poremećaja.• Ako se uporište poluge pomakne prema lijevo (veliko pojačanje regulatora), onda će mala promjena brzine vrtnje jako djelovati na položaj ventila. U ovom slučaju mogu nastupiti oscilacije brzine vrtnje. Ako se oscilacije raspiruju, može nastupiti nestabilni rad sistema• Na temelju razmatranja na ovom primjeru dolazi se do suštinske postavke automatskog upravljanja u pogledu tehničke uporabe sistema: Regulator se mora tako projektirati da osigura stabilnost sistema.

Slika 10. Centrifugalni regulator

11

2.2 Regulacija vjetroturbina

Pored regulacije vodnih i parnih turbina interesantna je regulacija vjetroturbina.Vjetroelektrane sa stalnom brzinom vrtnje i konstantnom frekvencijom koriste mehaničko-hidraulički sustav regulacije brzine vrtnje pomoću kojeg upravljaju elisama propelera turbine. U njima, generator može biti asinkroni ili sinkroni. Asinkroni generator dodatno je opremljen lokalnim izvorom jalove snage u svrhu podržavanja samouzbude i održavanja napona na priključnicama. U pogonu je pri relativno konstantnoj frekvenciji (50±0.5 Hz) između stanja praznog hoda i nazivnog opterećenja. U izvedbi vjetroelektrane sa stalnom brzinom vrtnje i konstantnom frekvencijom, sinkroni generator ima veći faktor efikasnosti i pouzdanosti, ali teže zadržava sinkronizam u uvjetima poremećaja brzine vrtnje nastalih zbog brzih promjena vjetra i/ili poremećaja u mreži poput kratkog spoja. Sposobnost proizvodnje jalove snage dodatna je prednost sinkronog generatora ako se vjetroelektrana priključuje na naponski slabu mrežu. U slučaju priključenja na već izgrađenu mrežu dobre infrastrukture, asinkroni generator je u prednosti jer je znatno jeftiniji i robusniji, a ima i jednostavniji sustav upravljanja. Osim toga, uvjeti održivosti sinkronizma znatno su fleksibilniji u usporedbi sa sinkronim generatorom.Izvedba vjetroelektrane sa stalnom brzinom vrtnje i konstantnom frekvencijom ima optimalan pogon samo za jedan omjer između brzine vrha elise propelera i brzine vjetra. To znači da se samo pri jednom omjeru postiže maksimalna djelatna snaga generatora. U slučaju da omjer odstupa od optimalnog, djelatna snaga generatora manja je od maksimalne.

Aero dinamička snaga rotora vjetroturbine Pw (W) u uvjetima uravnoteženok toka zračne mase, računa se korištenjem izraza:

Gdje je: Cp(β,λ) svojstveni koeficijent, ρ gustoća zraka (1.225 kg/m3), Aprop površinu obrisa propelera (m2) Vw0 srednja brzina vjetra (m/s)

Ukoliko se radi o vjetroturbini regulisanoj pomoću kuta zakreta elisa propelera, aerodinamička snaga rotora vjetroturbine ne iskazuje se samo u ovisnosti o brzini vjetra, već i o svojstvenom koeficijentu Cp(β,λ) .Svojstveni koeficijent Cp(β,λ) ovisan je o kutu zakreta elisa propelera β(o) i omjeru λ između brzine vrha elise propelera i srednje brzine vjetra

Gdje je:Rprop radijus propelera (m)ωT brzina rotora vjetroturbine ( rad/s)

Odnosi između kuta zakreta β, smjera vjetra i ravnine vrtnje prikazani su na slici 11.

12

Slika 11. Kut zakreta elisa propelera β

Svaka vjetroturbina ima različit svojstveni koeficijent Cp(β,λ) koji se dobiva eksperimentalnim postupkom.Razvijene su analitičke aproksimacije koje uveliko olakšavaju njegovo izražavanje. Koeficijen se iskazuje numerički s većim brojem onstantnih faktora dobivenih metodom aproksimacije. Na slici 12 je prikazan tipični oblik krivulje svojstvenog koeficijenta dobiven analitičkim aproksimacijama.

Slika 12. Svojstveni koeficijent

Uvođenjem dodatne proporcionalno integracijske povratne veze po snazi (ponekad i brzini vjetra) agregata izvodi se stabilizacija odziva vjetroturbine putem kuta zakreta elise propelera β. Slično stabilizacijsko djelovanje poznato je iz pogona sinhronog generatora u čijem se uzbudnom sistemu nalazi stabilizator elektroenergetskog sistema (PSS).Sistem regulacije kuta zakreta elisa propelera potrebno je pravilno modelirati obzirom da kut zakreta izravno utječe na ulaznu mehaničku snagu te time i na električnu snagu koju isporučuje generator. Ovaj sistem se osim za stabilizaciju odziva koristi i za ograničavanje snage koja se predaje mreži u uvjetima visokih brzina vjetra. Kako se povećavaju vrijednosti kuta zakreta koriste se niže krivulje sa slike 12 čime se dobivaju smanjene vrijednosti svojstvenog koeficijenta Cp(β,λ).Stoga je u uvjetima otočnog pogona regulator brzine vrtnje/frekvencije moguće izvesti putem sistema regulacije kuta zakreta. Na slici 13 je prikazan model sistema regulacije kuta zakreta s povratnom vezom po izlaznoj snazi generatora Pe. Proporcionalno-integracijski član stvara

13

referentnu brzinu promjene kuta ω koja se ograničava u svrhu izbjegavanja preopterećenja mehanizma. Izlaz iz integratora također je ograničen, a predstavlja referentni kut zakreta β*. Regulacijskim članom drugog reda predstavljen je aktuator te dinamika elisa propelera.

Slika 13. Sistem regulacije kuta zakreta elisa

Na temelju svojstvenog koeficijenta Cp(β,λ) te nazivnih veličina vjetroturbine i generatora moguće je definirati pogonsku tačku na temelju mehaničkih karakteristika vjetroturbine. Na slici 14 prikazane su karakterisike 400 kw vjetroturbine i asinhronog generatora u okviru izvedbe sa stalnom brzinom vrtnje i konstantnom frekvencijom. Pogonska tačka vjetroturbine nalazi se u sjecištu između jeden od karakteristika vjetroturbine ( u ovisnosti o brzini vjetra) i karakteristike generatora.

Slika 14. Krakteristika 400 kw vjetroturbine i asinhronog generatora- stalna brzina vrtnje

2.3 Dvostruko regulirana turbina

Za razliku od predhodnih regulacija imamo dvostruku regulaciju turbine. Takve turbine sa pomičnim lopaticama rotora imaju visoku korisnost u različitim pogonskim uvjetima jer se lopatice rotora u pogonu zakreću tako da se što bolje prilagode uvjetima strujanja, ovisno o

14

radnoj tački. Matematski opis modela turbine sa dvostrukom regulacijom je složen zbog toga jer se karakteristike turbine mijenjaju ovisno o zakretu lopatica rotora.Sistem automatske regulacije propelernih turbina s pomičnim lopaticama osim privodnim kolom upravlja i radnim kolom zakrećući lopatice rotora pa se takve turbine nazivaju dvostruko-reguliranim turbinama. Zakretanjem lopatica radnog kola sinhronizirano sa lopaticama privodnog kola, tako da se njihov položaj što bolje prilagodi uvjetima strujanja, moguće je održavanje optimalnog strujanjau vrlo širokom rasponu protoka, odnosno snaga.Kut zakreta lopatica rotora (β) određuje se prema otvoru privodnog kola i trenutnom padu. Relacija β=f(a,H) naziva se kombinatorna veza, a definira se tako da se ostvari najveća moguća korisnost u svim pogonskim uvjetima. Odnos otvora lopatica privodnog i radnog kola kod turbina sa zakretnim lopaticama rotora regulira se preko posebnog uređaja koji se naziva kulisa. Osnovni elementi hidroagregata kao dinamičkog sistema su: vodna turbina s dovodnim sistemom, turbinski regulator i generator. Funkcionalna povezanost hidroagregata s dvostruko regulisanom vodnom turbinom prikazana je na slici 15.

Slika 15. Struktura modela hidroagregata s dvostrukom regulacijom turbine

S obzirom na različite izvedbe sistema turbinske regulacije, njihovi matematički modeli se mogu znatno razlikovati, pa je za detaljnije analize potrebno razmatrati konkretan regulator. U nastavku je dat primjer mehaničko-hidrauličnog regulatora prikazanog na slici 16.

Slika 16. Blok shema sistema turbinske regulacije

15

1) Mjerni dio regulatora predstavljaju tahometar i akceleratometar pomoću kojih se mjeri brzina vrtnje i ubrzanje vratila regulatora. Tahometar se može smatrati proporcionalnim članom prvog reda, a akceleratometar derivacijskim članom prvog reda. Ukoliko se smatra da je dinamika tahometra dovoljno brza, vremenske konstante mogu se zanematiti pa se mjerni dio regulatora opisuje kao idealni proporcionalno-diferencijalni element.

2) Pojačalo regulatora sumira i pojačava signal koji daju akcelerometar tahometar te ga pretvara u pomicanje klipa koji se pri promjeni brzine pomiče u jednu ili drugu starnu od položaja u stacionarnom stanju. Pomak klipa djeluje povratno na signal tahometra, tako da pojačalo ima integralno djelovanje s proporcionalnom povratnom vezom.

3) Razvodni ventil i servomotor funkcijski predstavljaju jedan integralni element koji se matematički može opisati modelima rzličitog stepena tačnosti. Obično se polazi od pretpostavke da je dinamika klipa razvodnog ventila dovoljno brza u odnosu na dinamiku pozicioniranja klipa servomotora pa s ekoristi pojednostavljen matematički model. Matematičkim modelom svakao se mora obuhvatiti brzina otvaranja i zatvaranja te ograničenja pozicije klipa servomotora. Iznos vremenske konstante servomotora mijenja se ovisno o tome da li servomotor otvara ili zatvara.

4) Kulisni mehanizam djeluje na upravljački klip razvodnog ventila radnog kola preko poluge na kojoj se nalaze kulise privodnog i radnog kola. Pomak klipa servomotora privodnog kola prenosi se preko povratne veze na kulisu privodnog kola koja određuje optimalni otvor radnog kola kod određenog pada. Optimalni odnos otvora privodnog i radnog kola ovisi o padu pase otvor radnog kola određuje prema funkciji fr(yw,Hb) definisanoj prema karakteristikama turbine. Za matematički opis kulise privodnog kola koristi se metoda linearizacije po dijelovima tako da se koriste ulazni podaci u tabličnom obliku, što je grafički dato na slici 17.

5) Referentna brzina vrtnje zadaje se zakretanjem varijatora pomoću elektromotora zadavanjem naloga više/niže (tipkom na komandnom pultu).

Slika 17. Optimalan odnos otvora privodnog i radnog kola

16

2.4 Primarna regulacijska pričuva

Primarna je regulacijska pričuva onaj iznos djelatne snage koji regulacijsko područjemora osigurati za djelovanje primarne regulacije. U izoliranom radu sistema pričuvaprimarne regulacije mora biti jednaka snazi najveće proizvodne jedinice u sistemu.U interkonekcijskom su načinu rada zahtjevi za pričuvom primarne regulacije znatnomanji. Tako za cijelu UCTE interkonekciju iznos pričuve primarne regulacije iznosi3000 MW, a doprinos EESBIH u tome ovisi o udjelu proizvodnje EESBIH u cjelokupnojproizvodnji UCTE interkonekcije. Smanjenje iznosa primarne regulacijske pričuve jedna je od prednosti povezivanja regulacijskih područja u interkonekciju.Nakon završetka djelovanja primarne regulacije, snage proizvodnje i potrošnje su uravnoteži, ali postoji odstupanje frekvencije sistema od nazivne vrijednosti.Zbog toga je unutar EES-a potrebno imati i neki dodatnioblik regulacije koji bi vratio frekvenciju na njezinu nazivnu vrijednost. Za to je zaduženanadređena razina regulacije, sekundarna regulacija. Na slici 2.8 prikazano je djelovanjeprimarne i sekundarne regulacije na frekvenciju sistema nakon pojave poremećaja.

17

3. Sekundarna regulacija

Sekundarna je regulacija zadužena za kompenzaciju poremećaja koji je uzrokovao odstupanjefrekvencije. Ona treba promijeniti snagu proizvodnje samo u regulacijskompodručju u kojemu je nastao poremećaj i time vratiti sistem u stanje u kojem je bioprije nastanka poremećaja, tj. treba vratiti frekvenciju sistema na nazivnu vrijednost.Snaga za koju sekundarna regulacija mijenja proizvodnju u regulacijskom području ukojemu je nastao poremećaj treba po iznosu biti jednaka neravnoteži snage koju je uzrokovaoporemećaj, ali suprotnoga smjera.Sekundarna se regulacija aktivira i preuzima djelovanje primarne regulacijesamo ako se poremećaj dogodio unutar regulacijskog područja. Sekundarna regulacijasvojim djelovanjem vraća frekvenciju sistema na njezinu postavnu vrijednost.Osim toga, ona aktivira vlastitu regulacijsku pričuvu radi oslobađanja pričuve primarneregulacije. Elektrane uključene u sekundarnu regulaciju nazivaju se regulacijskim elektranama.

4. Tercijarna regulacija

Tercijarna regulacija obuhvaća svaku automatsku ili ručnu korekciju planiranog radaproizvodnih jedinica s ciljem osiguravanja potrebne priˇcuve sekundarne regulacije.Tercijarna se regulacija obavlja:• ukljuˇcenjem brzo upuštajućih elektrana,• upravljanjem potrošnjom,• promjenom plana razmjene ili• preraspodjelom snaga regulacijskih elektrana.Tercijarnom se regulacijom osigurava optimalna raspodjela snage sekundarne regulacijena regulacijske elektrane, tako što se u sekundarnom regulatoru mijenjaju koeficijentirazdiobe pojedine proizvodne jedinice.

5. Vremenska regulacija

Vremenska se regulacija aktivira ako je došlo do odstupanja srednje vrijednostifrekvencije sistema kroz dulji vremenski period. Ona mijenja postavnu vrijednostfrekvencije u sekundarnom regulatoru, na vrijednost 10 mHz veću ili manju odnazivne vrijednosti kroz vremenski period od 24 sata. Vremenska regulacija svojimdjelovanjem utječe na vraćanje dugoročne srednje vrijednosti frekvencije na njenunazivnu vrijednost.

18

Slika 18. Primarna i sekundarna regulacija unutar regulacijskog područja

19

Slika 19. Vrste regulacije

20