REGULACJA I OPTYMALIZACJA NAPIĘCIA I MOCY BIERNEJ W SIECI DYSTRYBUCYJNEJ

Transkrypt

1 IEN 2012 wszelkie prawa zastrzeżone REGULACJA I OPTYMALIZACJA NAPIĘCIA I MOCY BIERNEJ W SIECI DYSTRYBUCYJNEJ

2 PLAN PREZENTACJI System Zarządzania Napięciem I Mocą Bierną VVMS. Metody regulacji transformatorowej WN/SNalgorytmy. Regulatory lokalne w głębi sieci. Regulatory SN/SN. Regulatory Baterii Kondensatorów. Oszczędnościowe Obniżenie Napięcia CVR. Przykłady realizacji. Podsumowanie. Ograniczanie poziomu napięć w sieci dystrybucyjnej. 2/33

3 SYSTEM ZARZĄDZANIA NAPIĘCIEM I MOCĄ BIERNĄ VVMS Przeznaczony dla sieci rozdzielczych z rozproszoną generacją (Smart Grid). Uwzględnia zróżnicowanie profili obciążenia linii zasilających. Regulator transformatora WN/SN w GPZ + koordynacja lokalnych regulatorów (np. baterii kondensatorów). Utrzymuje właściwą jakość energii u odbiorców. Minimalizuje zmiany napięcia w sieci i u odbiorców. Obniża straty (algorytm CVR). 3/33

4 SYSTEM VVMS- STRUKTURA SIECI ROZDZIELCZEJ 110/SN VVMS Koordynacja regulatorów w systemie VVMS, większa niezawodność. 4/33

5 METODY REGULACJI TRANSFORMATOROWEJ WN/SN Rodzaj regulacji Zasada działania Wymagane obliczenia rozpływowe Uwzględnia rozproszoną regulację? Uwagi Regulator Klasyczny np. URT (ze stałą impedancją kompensacji) Regulator ze zmienną impedancją kompensacji Regulator z kompensacja spadku na wielu liniach MLDC Impedancja kompensacji dobierana ręcznie i wprowadzana jako parametr. Impedancja kompensacji obliczana na bieżąco, w oparciu o obliczenia rozpływowe. Optymalny zaczep obliczany w funkcji celu wg. kryterium minimalizacji odchyleń napięcia u odbiorców NIE NIE Dobranie poprawnych współczynników w rozbudowanej sieci jest niemożliwe. TAK NIE Wymagany dokładny i aktualny model sieci. TAK TAK Wymagany dokładny i aktualny model sieci, oraz charakterystyki P=f(U) oraz Q=f(U) w wybranych punktach sieci. 5/33

6 t=t+1 DZIAŁANIE KLASYCZNEGO REGULATORA MLDC START AKWIZYCJA DANYCH: Prądy w liniach zasilających, napięcie na szynach SN, Zaczep Z, Pomiary z generacji rozproszonej i urządzeń regulacyjnych OBLICZENIA ROZPŁYWOWE NA MODELU SIECI: Wyliczenie mocy czynnych i biernych, oraz poziomów napięcia. Wyliczenie optymalnego napięcia na szynach SN w GPZ i zaczepu Z*: Na podstawie minimalnej wartości funkcji celu J U i,min > U min U i,max < U max dla wszystkich linii Wyliczenie wskaźnika PIR, oraz uchybu regulacji e(t) REGULATOR TRANSFORMATORA WN/SN T e(t) N e(t)=0 J N 2 2 U i, maks U zad U zad U i,min i 1 Na podstawie modelu sieci, charakterystyk obciążeń linii i pomiarów, prognozowana jest reakcja sieci występująca po przełączeniu zaczepu. Wyliczane są J[Z-2], J[Z-1], J[Z], J[Z+1], J[Z+2]. Wybierana jest minimalna wartość funkcji J i odpowiadający jej zaczep Z. WADA: Trudna implementacja i konieczność ciągłych aktualizacji modelu! 6/33

7 KONCEPCJA ZMODYFIKOWANEGO REGULATORA MLDC Modyfikacja polega na zmianie podejścia do prognozowania reakcji sieci występującej po przełączeniu zaczepu. Zaproponowano wykorzystanie danych historycznych, zebranych wcześniej w bazie danych, zamiast z bieżących obliczeń rozpływowych na modelu sieci. 7/33

8 KONCEPCJA ZMODYFIKOWANEGO REGULATORA MLDC Brak modelu sieci rozdzielczej i obliczeń rozpływowych. Pomiary w wybranych węzłach sieci. Baza danych historycznych- rejestrowane przyrosty napięcia w opomiarowanych węzłach, pod wpływem zmiany zaczepu. Algorytm przeszukiwania bazy danychwyszukiwanie sytuacji najbardziej podobnej do obecnej. Rozruch systemu na zasadzie klasycznej regulacji (do czasu zebrania wystarczającej ilości danych) 8/33

9 REGULACJA BATERIAMI KONDENSATORÓW W sieciach z dużą ilością źródeł odnawialnych, konieczne mogą być baterie przełączalne pod obciążeniem. Regulatory działają w oparciu o pomiar I, U, Q, cosφ. Przykład działania regulatora lokalnego baterii: Q>0,6Qc -załącz baterię; Q<0,4Qc -wyłącz baterię. Sterownik MLDC działa wolniej niż regulator baterii. Przykład koordynacji: Gdy w miejscu zainstalowania baterii, napięcie wyprzedza w fazie prąd (charakter indukcyjny mocy biernej), a sekcje baterii są jeszcze wyłączone, działanie regulatora MLDC jest na pewien ustalony czas blokowane. 9/33

10 REGULATORY LINIOWE Regulatory liniowe są stosowane, gdy istnieją problemy z dotrzymaniem poziomu napięcia (np. na końcach bardzo długich linii), Regulator liniowy powinien działać szybciej, od regulatora MLDC, natomiast wolniej od lokalnych regulatorów baterii kondensatorów. 10/33

11 PRZEKSZTAŁTNIKI ENERGII Przewidywana jest duża ilość prywatnych, małych źródeł odnawialnych podłączonych poprzez przekształtnik do sieci Smart Grid. Możliwość produkcji lub odbioru energii biernej poprzez przekształtnik (regulacja cosφ). Możliwość sterowania: sygnał by wszystkie przekształtniki z danego obszaru generowały maksymalną moc bierną, na zadany sygnał. Problem: brak regulacji formalno-prawnych (taryfy za taką usługę sieciową), przekształtniki muszą mieć dodatkowo odpowiednie interfejsy. 11/33

12 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR Transformator: redukcja strat biegu jałowego, poprawa współczynnika mocy Żarówki, świetlówki: mniejszy pobór prądu, wpływ na długość życia, efektywność (dla świetlówek) Silniki AC: mniejszy pobór energii biernej, poprawa współczynnika mocy, wentylatory - mniejsze obciążenie Elektroniczne zasilacze impulsowe: mniejsze straty na przełączanie zaworów półprzewodnikowych 12/33

13 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR Mniejsze straty, energia i potrzeby mocy biernej, przy małym obciążeniu. 13/33

14 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR U zad Strefa nieczułości regulatora -10% 14/33

15 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR U zad Strefa nieczułości regulatora CVR -10% 15/33

16 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR Maksymalne korzyści z CVR Obniżenie napięcia w sieci o 1% daje obniżenie: Zużycia energii o 1% Mocy czynnej o 2% Obniżenia zapotrzebowania na moc bierną o 4% 16/33

17 OSZCZĘDNOŚCIOWE OBNIŻENIE NAPIĘCIA CVR Warunki konieczne do pracy przy obniżonym napięciu w sieci Spłaszczenie profilu napięcia wzdłuż linii zasilającej Efektywny VVMS Koordynacja algorytmu VVMS z CVR 17/33

18 PRZYKŁADY REALIZACJI EUCI VOLT/VAR OPTIMIZATION CONFERENCE Nashville, czerwiec 2012 Volt/VAR Optimization at Murray State University North Western Energy Volt/VAR Optimization Pilot Deployment Utility Case Study: Volt/VAR Control at Dominion CIGRE, Paryż, sierpień 2012 Implementation of centralised voltage control experiment in presence of distributed generation in ERDF s MV network. 18/33

19 Volt/VAR Optimization at Murray State University Cel projektu: ograniczenie kosztów energii elektrycznej. Sieć objęta systemem: 2 transformatory 13,8kV/480V wyposażone w PZ i regulatory, 4 linie zasilające, opomiarowanie w punktach przyłączenia odbiorów. System AdaptiVolt oparty o cyfrowe przetwarzanie sygnałów, optymalizacja realizowana w oparciu o dane historyczne określające stan sieci system automatycznie rozbudowuje bazę wiedzy w oparciu o pomiary rzeczywiste 19/33

20 Volt/VAR Optimization at Murray State University 20/33

21 Volt/VAR Optimization at Murray State University Uzyskane efekty: Ograniczenie kosztów energii 3,3% Zmniejszenie liczby przełączeń PZ 30% Obniżenie szczytu obciążenia 3,32% Dodatkowo: Podniesienie poziomu niezawodności zasilania Wydłużenie żywotności sprzętu (elementy grzejne, PZ) 21/33

22 North Western Energy Volt/VAR Optimization Pilot Deployment Cel projektu: obniżenie szczytu obciążenia poprzez ograniczenie napięcia, określenie współczynnika CVR oraz oszczędności energii, minimalizacja spadków napięcia i przepływów mocy biernej, zwiększenie zdolności przesyłowych sieci, zapewnienie normatywnych poziomów napięć u odbiorców, zebranie doświadczeń umożliwiających dalszy rozwój systemów VVMS. Sieć objęta systemem: 3 stacje transformatorowe, 9 linii zasilających, sieć komunikacyjna WiMAX, układy pomiarowe zapewniające odczyt poziomów napięć w czasie rzeczywistym, regulatory transformatorów, kondensatorów oraz transformatorów liniowych, heurystyczny system sterowania czasu rzeczywistego IntelliTeam VV. 22/33

23 North Western Energy Volt/VAR Optimization Pilot Deployment 23/33

24 North Western Energy Volt/VAR Optimization Pilot Deployment System jest obecnie w trakcie realizacji. Spodziewane efekty pracy systemu: Obniżenie szczytu obciążenia poprzez ograniczenie poziomu napięcia (CVR). Bieżący monitoring przepływów mocy biernej potwierdzenie skuteczności ich optymalizacji. Bieżący monitoring poziomów napięć u odbiorców potwierdzenie utrzymania poziomów dopuszczalnych. Ograniczenie ilości operacji związanych ze zmianą PZ i załączaniem/wyłączaniem baterii kondensatorów. 24/33

25 Utility Case Study: Volt/VAR Control at Dominion 25/33

26 Utility Case Study: Volt/VAR Control at Dominion 26/33

27 Implementation of centralised voltage control experiment in presence of distributed generation in ERDF s MV network ERDF (Francuski Operator Systemu Dystrybucyjnego) instalacja doświadczalna centralnej funkcji regulacji napięcia (VCF Voltage Control Function) sieci dystrybucyjnej do której są przyłączone źródła rozproszone (generacja wiatrowa, fotowoltaika). System realizuje funkcje regulacyjne na podstawie estymatora stanu (wyznaczanego w oparciu o pomiary on-line) za pomocą PZ transformatorów WN/SN. Istotnym elementem systemu jest szybka i niezawodna łączność pomiędzy jego elementami. System jest obecnie na etapie badań symulacyjnych, realizacja instalacji doświadczalnej planowana jest na 2013 rok. 27/33

28 Implementation of centralised voltage control experiment in presence of distributed generation in ERDF s MV network 28/33

29 Implementation of centralised voltage control experiment in presence of distributed generation in ERDF s MV network 29/33

30 Implementation of centralised voltage control experiment in presence of distributed generation in ERDF s MV network 30/33

31 PODSUMOWANIE Duża ilość źródeł odnawialnych w inteligentnych sieciach wymusza stosowanie: większej ilości elementów regulacyjnych w sieci (sterowalne baterie, regulatory liniowe), bardziej skomplikowanych algorytmów regulacji transformatorem WN/SN (kompensacja spadku na wielu liniach zasilających)+ koordynacji z innymi urządzeniami regulacyjnymi. 31/33

32 PODSUMOWANIE Dzięki nowym algorytmom możliwe będzie praktyczne zastosowanie oszczędnościowego obniżenia napięcia zapewniającego: ograniczenie szczytu obciążenia, oszczędności energii, ograniczenie liczby przełączeń PZ transformatorów, podniesienie niezawodności pracy sieci, obecnie prowadzonych jest szereg projektów o różnym stopniu złożoności i zaawansowania związanych z funkcjami VVMS i CVR, brakuje jednak dojrzałych, przetestowanych i pewnych rozwiązań komercyjnych 32/33

33 REGULACJA I OPTYMALIZACJA NAPIĘCIA I MOCY BIERNEJ W SIECI DYSTRYBUCYJNEJ Tomasz Ogryczak tel. (58) t.ogryczak@ien.gda.pl Instytut Energetyki O/Gdańsk ul. Mikołaja Reja Gdańsk 33/33