Regulacija frekvencije i elekromehanike oscilacije

  • View
    218

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

regulacija

Text of Regulacija frekvencije i elekromehanike oscilacije

Dr. Mirza KuljugiMr. Read HajdareviUniverzitet u TuzliFakultet elektrotehnike

REGULACIJA FREKVENCIJE I KARAKTER ELEKTROMEHANIKIH OSCILACIJA

REGULACIJA FREKVENCIJE U EES3. Upravljanje frekvencijom u elektroenergetskom sistemu

Promjena optereenja u elektroenergetskom sistemu (EES) je neprestana pojava. Svako ukljuenje potroaa na nivou domainstva ili industrije izaziva promjenu iznosa snage potronje. Proizvodne jedinice moraju pratiti svaku promjenu potronje, kako bi se odrala ravnotea. S obzirom na vremensku dimenziju promjenjivosti tereta, taj zadatak se obavlja razliitim regulacionim sistemima. Odzivi u pojedinim regulisanim periodima se klasifikuju kao: inercioni, primarna, sekundarna i tercijalna regulacija frekvencije, ekonomski dispeing i izbor proizvodnog miksa (unit commitment). U osnovi je potrebno ostvariti jednakost potronje, ukljuujui i gubitke u mrei, sa proizvodnjom u svakom trenutku vremena (trenutno).Na slici 1 je prikazana je dnevna promjena optreenja unutar EES za za vrijeme zime i ljeta. Kao to se vidi sa slike, promjena optereenja je stalan proces, i zavisi od sata, dana u sedmici i sezone.

Slika 1: Dijagram dnevnog optereenja EES, za zimski i ljetni reim radaNa samim poecima razvoja EES, koritene su vrlo jednostavni sistemi za kontrolu ravnotee proizvodnje i optereenja. Kontrolu je vrio operater runo u elektrani, poveanjem ili smanjenjem izlazne snage generatora. Kako su EES-i rasli, a samim tim i potronja, porasla je potreba za automatskom kontrolom izlazne snage generatora, pa su razvijeni sloeniji automatski upravljaki sistemi.Principijelni izgled sistema automatskog upravljanja/regulacije je prikazan na slici 2.

Slika 2: Blok ema automatskog upravljanja mehanikom snagom generatora (pogonskog mehanizma)

Automatski sistem regulacije radi tako to mjeri frekvenciju u taki (1), zatim je u komparatoru (2) usporeuje sa referentnom vrijednou. Razlika frekvencija (greka) se zatim prosljeuje ureaju za kontrolu brzine turbine (3), koji otvara ventile (4) i utie na mehaniku snagu na osovini generatora.

3.1. Devijacije frekvencije

Iako se vri stalna korekcija frekvencije u sistemu, devijacija frekvencije u odnosu na nominalnu je stalno prisutna i kree se u normalnim granicama od 0.1 Hz. Dijagram promjene frekvencije pri normalnom radu EES-a prikazan je na slici 2.

Slika 3: Prikaz devijacije frekvencije sistema

U sluaju poremeaja u sistemu, kao to je gubitak proizvodne jedinice, dolazi do znatnih promjena frekvencije. Zavisno od ukupne snage i inercije sistema i intenziteta poremeaja promjene frekvencije mogu biti znaajne. Na slici 4 prikazana je promjena frekvencije nakon ispada generatorske jedinice, i brzog djelovanja automatskih regulacionih sistema koje su vratile frekvenciju u nominalni iznos.Ako usljed poremeaja doe do promjene frekvencije za +/- 0.5 Hz, u duem vremenskom intervalu, moe doi do trajnog oteenja generatorskih jedinica. Takvo stanje je nepoeljno i mora se korektivnim akcijama vratiti u normalne granice.

Slika 4: Dijagram promjene frekvencije sistema nakon poremeaja i korektivne akcije

3.2. Devijacija snage potroaa u ovisnosti od napona i frekvencije

Potroai u EES-u se grubo mogu podijeliti na motorne i nemotorne. Glavna razlika izmeu ova dva tipa je u ponaanju pri promjeni frekvencije i napona u sistemu. Nemotorni potroai se uglavnom sastoje od ureaja iju potronju dominantno ini aktivna snaga. Promjenom frekvencije snaga ovih potroaa se ne mijenja, ali smanjenjem napona dolazi i do smanjenja snage potroaa.Motorni potroai predstavljaju uglavnom indukcione maine ija radna karakteristika se mijenja sa promjenom frekvencije, ali i napona. Iako napon vrlo malo utie na promjenu snage indukcionih potroaa (jer se javlja porast struje kao posljedica), uticaj frekvencije je znaajan i iznosi otprilike 2% sa promjenom frekvencije od 1%.Na slici 5 prikazan je dijagram promjene snage oba tipa potroaa sa frekvencijom:

Slika 5: Dijagram promjene snage potroaa sa promjenom frekvencije

Na slici je prikazana i ukupna karakteristika optereenja koja predstavlja kombinaciju motornog i nemotornog potroaa, koji se u praksi i najee javlja. Promjena snage potroaa sa promjenom frekvencije ima bitnu ulogu u djeliminoj samoregulaciji EES-a prilikom malih promjena snage u sistemu.

3.3. Inercija sistema

Ukupna akumulirana energija sistema je pohranjena u rotacionim maima EES-a, koja osim generatora ukljuuje i rotacionu energiju velikih motora. Inercija sistema ima bitnu ulogu u odravanju frekvencije sistema zbog otpora koji vri promjeni brzine rotacije. Kada se desi poveanje optereenja u sistemu, kinetika energija rotacionih masa se oslobaa i pokriva optereenje na raun usporavanja obrtaja i pada frekvencije u sistemu. to je inercija rotacionih masa vea, to je promjena sporija i amplituda promjene je manja.

3.4. Regulator obrtaja generatora (pogonski mehanizam)

Regulator obrtaja je sastavni dio svake proizvodne jedinice i predstavlja najvaniju komponentu za regulaciju frekvencije u EES-u. Prvi automatski regulatori brzine obrtaja su bili elektromehanike izvedbe, tzv. ballhead centrifugalni regulatori. Novije izvedbe su upravljane elektronikom. Principijelna blok ema jednog regulatora je prikazana na slici 6.

Slika 6: Blok ema regulatora obrtaja generatora (pogonskog mehanizma)

Elektro-hidrauliki regulator koristi elektronske komponente za upravljanje brzinom i kontrolnim signalima koji upravljaju hidraulikim dijelom regulatora. Na osovini generatora se nalazi sinhroni generator sa stalnim magnetima. Ovaj generator je mehaniki povezan sa turbinom a njegov izlazni napon napaja elektronski dio regulatora i daje informaciju o brzini rotacije generatora. Na blok shemi je prikazan i AGC (Automatic Generation Control) signal, te signal za runo upravljanje od strane operatora. AGC signal regulira rad regulatora i upravljan je iz centra za upravljanje proizvodnim jedinicama.

3.5. Karakteristika regulatora obrtaja (Droop Control)

Rad regulatora brzine obrtaja rotora definisan je njegovom karakteristinom krivom (droop) koja predstavlja vezu izmeu frekvencije i mehanike snage na izlazu generatora. S obzirom na tip karakteristike razlikujemo regulatore sa izohronom (ravna karakteristika) i sa droop karakteristikom (karakteristika sa nagibom).

3.5.1. Izohroni regulatoriIzohroni regulatori brzine tee da odre frekvenciju generatora tano na nominalnoj vrijednosti. Izgled karakteristine krive za izohroni generator prikazan je na slici 7:

Slika 7: Karakteristika izohoronog regulatora obrtaja generatora

Sa karakteristike se vidi da izohroni regulator tei da postigne nominalnu frekvenciju po svaku cijenu, reguliui snagu generatora od 0 do maksimalne vrijednosti. U praksi se ova vrsta regulatora rijetko koristi zbog interkonektivnih veza. Zbog svojih osobina regulator sa ovakvom karakteristikom bi postao nestabilan nakon poremeaja i proizveo oscilacije nakon promjene frekvencije u sistemu teei da dostigne nominalnu frekvenciju. U interkonektovanim sistemima, vie ovakvih generatora bi se meusobno takmiilo u postizanju nominalne frekvencije, proporcionalno njihovoj snazi. Izohroni regulator se moe koristiti samo na jednoj generatorskoj jedinici u izolovanom sistemu npr. prilikom restoracije sistema. Takva jedinica bi morala imati veliku rezervu snage, poto bi dominirala u regulaciji frekvencije.

3.5.2. Regulator obrtaja sa nagibom karakteristine krive (droop)U praksi se najee koriste regulatori obrtaja sa karakteristinom krivom koja ima nagib. Na slici 8 je prikazana karakteristina kriva sa nagibom (droop):Droop karakteristika je iskazana kao procenat promjene frekvencije za koji generator promijeni snagu od 0 do maksimalnog iznosa. Npr. 5% u 50 Hz sistemu znai da za promjenu od 2,5 Hz generator promjeni izlaznu snagu od 0 do 100%. Definicija vrijednosti droop karakteristike u realnom sluaju ne znai da e generator raditi u punom opsegu. U realnoj upotrebi generatori rijetko rade izvan opsega 49,5 do 50,5 Hz.

Slika 8: Karakteristika regulatora obrtaja generatora sa nagibom (eng.: droop)

3.6. Rad regulatora u izolovanom sistemu

Objanjenje principa rada regulatora je dato na primjeru jednomainskog sistema. Na slici je prikazan izgled droop karakteristike posmatranog generatora.

Slika 9: Promjena radne take generatora nakon promjene optereenjaPoetna radna taka je smjetena na droop karakteristici generatora i u idealnom sluaju generator daje konstantnu snagu u mreu kako bi se odrala nominalna frekvencija. U sluaju poveanja optereenja, radna taka generatora se pomijera po nagibu krive regulatora dok ne doe do poravnanja sa optereenjem generatora. Kao to je vidljivo sa slike 9, dolazi do pada frekvencije generatora i privremena radna taka se zadrava do djelovanja AGC (Automatic Generation Control) kontrole. Djelovanjem AGC dolazi do pomijeranja (paralelno sa postojeom) radne karakteristike regulatora i generator postie nominalnu frekvenciju.Potrebno je naglasiti da je u predhodnim razmatranjima zanemarena promjena optereenja sa promjenom frekvencije. U veim sistemima samoregulacija potroaa usljed promjene frekvencije moe da smanji reakcije regulatora obrtaja generatora, osim u sluajevima veih debalansa u sistemu.AGC kontrola nije zastupljena na svim generatorskim jedinicama, nego samo na jedinicama sa predvienom rezervom, tako da promjenom droop karakteristike na tim generatorima, dolazi do vraanja radne take i na generatorima bez AGC kontrole.Odziv velikih sistema sa reakcijom i bez reakcije regulatora na poremeaje moe se vidjeti na primjeru sa slike 10.

Slika 10: Prikaz frekventnog odziva sistema nakon manjeg i veeg poremeaja u EESKao to je vidljivo na lijevom dijagramu na slici 10, odziv regulatora obrtaja je vidljiv na frekventnom odzivu sistema, i istie se karakteristinim i