PRZEPŁYWY MOCY NA POŁĄCZENIACH TRANSGRANICZNYCH KSE I MOŻLIWOŚCI ICH REGULACJI

Transkrypt

1 P O L I T E C H N I K A Ś L Ą S K A WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW PRZEPŁYWY MOCY NA POŁĄCZENIACH TRANSGRANICZNYCH KSE I MOŻLIWOŚCI ICH REGULACJI Henryk Kocot (Kurt Żmuda, Roman Korab, Maksymilian Przygrodzki)

2 Połączenia transgraniczne KSE Od roku polski system pracuje synchronicznie z systemem UCTE. Połączenia z zagranicą: Z systemem niemieckim 2 tory linii 400 kv ze stacji Mikułowa 2 tory linii 400 kv ze stacji Krajnik (pracujące na 220 kv) Z systemem czeskim Po 1 torze linii 400 kv ze stacji Wielopole i Dobrzeń Po 1 torze linii 220 kv ze stacji Bujaków i Kopanina Z systemem słowackim 2 tory linii 400 kv ze stacji Krosno-Iskrzynia Z systemem szweckim Podmorskim kablem prądu Sumaryczne termiczne zdolności przesyłowe synchronicznych połączeń stałego 450 kv transgranicznych KSE wynoszą około 8600 MW. (dodatkowo 600 MW na kablu DC oraz około 2500 MW na przekroju wschodnim) Całkowite zdolności przesyłowe TTC/NTC (dane aktualne, strona operatora) 2400/800 MW eksport 1300/0 MW import

3 System elektroenergetyczny w obszarze Europy Centralnej Zadanie Operatora dbać o bilans mocy w KSE i dotrzymywać salda wymiany

4 Zmierzone przepływy mocy czynnej przez połączenia transgraniczne KSE w grudniu 2011 (źródło PSE Operator) 2500 Czechy Słowacja Niemcy Saldo Wartości dodatnie - moc wpływająca do KSE, ujemne - moc wypływająca z KSE Mimo ujemnego salda wymiany (eksport) obserwuje się dodatni przepływ od sieci niemieckiej!

5 Wyliczone przepływy mocy czynnej przez połączenia transgraniczne KSE w dla charakterystycznych stanów pracy Saldo wymiany: 996 MW (import) Saldo wymiany: 999 MW (import) Krajnik - Vierraden 1547 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 2983 MW 1987 MW 4970 MW Krajnik - Vierraden 1220 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 2930 MW 1931 MW 4861 MW Kąt PF = 0 Niemcy 1436 MW Polska Wielopole - Nosovice Kąt PF = 0 Niemcy 1710 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = 0 Dobrzeń - Albrechtice 518 MW 581 MW 37 MW 151 MW Kopanina - Liskovec 694 MW Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = 0 Dobrzeń - Albrechtice 590 MW 576 MW 124 MW 11 MW Kopanina - Liskovec 630 MW Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Krosno - Lemesany Zima 2014 Zima 2020 Przepływy transgraniczne od strony systemu niemieckiego ulegają systematycznemu zwiększeniu zwiększa się tranzyt energii przez KSE

6 Możliwość regulacji przepływów mocy zastosowanie przesuwników fazowych PF DE PF PL PF PF CZ SL AT HU W połączonym systemie europejskim UCTE przesuwniki fazowe pracują m.in. na granicach Niemiec i Holandii, Włoch i Słowenii, a także w Belgii, W. Brytanii

7 Przesuwniki fazowe (1) transformator dodawczy TD S 1 L 1 S 2 L 2 S 1 L 1 S 3 L 3 L 3 S 2 S 3 L 2 transformator wzbudzający TW PODSTAWOWE PARAMETRY: 1. Napięcie znamionowe U n 2. Moc przechodnia trójfazowa S n 3. Zakres bezobciążeniowego kąta regulacji 4. Moc własna PF S TD 5. Impedancja zastępcza PF (transformatora dodawczego TD) dla kąta = 0 X PF0

8 Przesuwniki fazowe (2) S U X PF I L U S U jx I U L U S ' U L U L 2 Un P( ) P0 sin X X X DE X PL X 4 PF X DE X PL

9 Podstawowe dane przesuwników fazowych pracujących w systemie europejskim Kraj Stacja Un kv Moc przechodnia MVA Regulacja stopnie Moc własna MVA Belgia Zandvliet ) +/ Belgia Van Eyck ) (2x) +/ Holandia Meeden ) (2x) +/- 37,2 639 Włochy (2x) +/ (734 t) Niemcy Diele (2x) +/ Niemcy Gronau / Niemcy ) +/ W. Brytania Keadby (2x) +/- 11,3 550 Włochy La Praz / ) Rozwiązanie 3-fazowe 2) Rozwiązanie 1-fazowe

10 Cel i zakres analizy Cel analizy: Wykonanie analiz rozpływowych, których wyniki pozwolą na sformułowanie rekomendacji dotyczącej wymaganej mocy przechodniej oraz maksymalnego zakresu kąta przesunięcia fazowego przesuwników fazowych, przeznaczonych do zainstalowania w liniach transgranicznych między systemem polskim a systemem niemieckim, przy uwzględnieniu możliwości konstrukcyjnych, transportowych oraz posadowienia urządzeń na terenie SE Mikułowa i SE Krajnik. Zakres analiz rozływowych: Wykonanie obliczeń rozpływów mocy przy wykorzystaniu modeli systemu połączonego w regionie Europy Centralnej, opracowanych dla lat 2014 i 2020, z odwzorowanymi sieciami 400/220/110 kv KSE oraz sieciami systemów krajów sąsiadujących, dla dwóch charakterystycznych stanów obciążenia KSE obejmujących: szczyt letni, szczyt zimowy.

11 Możliwości regulacyjne na granicy polsko-niemieckiej MIK-HAG KRA-VIE Przekrój PL-DE W poszczególnych stanach pracy systemu, dla zmian kąta w zakresie od -45 do 45, uzyskano następującą zmianę przepływów mocy czynnej na przekroju Polska Niemcy: szczyt zimowy 2014: przekrój PL/DE: MW (zmiana o 2507 MW, średnio o 27,9 MW/1 ), linia MIK-HAG: MW (zmiana o 1443 MW, średnio o 16,0 MW/1 ), linia KRA-VIE: MW (zmiana o 1064 MW, średnio o 11,8 MW/1 ), szczyt zimowy 2020: przekrój PL/DE: MW (zmiana o 2865 MW, średnio o 31,8 MW/1 ), linia MIK-HAG: MW (zmiana o 1752 MW, średnio o 19,5 MW/1 ), linia KRA-VIE: MW (zmiana o 1113 MW, średnio o 12,4 MW/1 ).

12 Porównanie pracy sieci (1) Szczyt zimowy 2014 Saldo wymiany: 996 MW (import) Saldo wymiany: 888 MW (import) Krajnik - Vierraden Kąt PF = 0 Niemcy 1547 MW 1436 MW Polska Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: Wielopole - Nosovice 2983 MW 1987 MW 4970 MW Krajnik - Vierraden Kąt PF = -40 Niemcy 1005 MW 720 MW Polska Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: Wielopole - Nosovice 1725 MW 837 MW 2652 MW Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = 0 Dobrzeń - Albrechtice 518 MW 581 MW 37 MW 151 MW Kopanina - Liskovec 694 MW Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = -40 Dobrzeń - Albrechtice 219 MW 45 MW 197 MW 54 MW Kopanina - Liskovec 412 MW Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Bez przesuwników Z przesuwnikami

13 Porównanie pracy sieci (2) Szczyt zimowy 2020 Saldo wymiany: 999 MW (import) Saldo wymiany: 910 MW (import) Krajnik - Vierraden Kąt PF = 0 Niemcy 1220 MW 1710 MW Polska Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: Wielopole - Nosovice 2930 MW 1931 MW 4861 MW Krajnik - Vierraden Kąt PF = -40 Niemcy 640 MW 936 MW Polska Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: Wielopole - Nosovice 1576 MW 666 MW 2366 MW Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = 0 Dobrzeń - Albrechtice 590 MW 576 MW 124 MW 11 MW Kopanina - Liskovec 630 MW Mikułowa - Hagenverder Kąt PF = -40 Dobrzeń - Albrechtice 278 MW 62 MW 191 MW 11 MW Kopanina - Liskovec 248 MW Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Bez przesuwników Z przesuwnikami

14 Dodatkowe (korzystne) efekty zastosowania PF Liczba przekroczeń prądowych w sieci 400/220/110 kv KSE, szczyt letni 2014 Straty mocy czynnej w sieci 400/220/110 kv Liczba przekroczeń prądowych w KSE Liczba przekroczeń w sieci NN Liczba pozostałych przekroczeń Hamowanie przesyłu z Niemiec, pozwala na całkowitą likwidację lub znaczące złagodzenie zaobserwowanych przeciążeń prądowych. W szczególności, w analizowanym zakresie ujemnych wartości kąta , uzyskano sprowadzenie przepływów w przeciążających się gałęziach sieci NN do wartości dopuszczalnych. Hamowanie przesyłu z Niemiec wpływa na obniżenie strat mocy czynnej w sieci zamkniętej systemu polskiego. W analizowanych stanach pracy systemu połączonego, w zakresie ujemnych wartości kąta przesuwników fazowych, uzyskano zmniejszenie strat w sieci 400/220/110 kv KSE wynoszące średnio 2,2 2,7 MW/1. Zwiększenie całkowitych zdolności przesyłowych TTC.

15 Główne wnioski płynące z analiz rozpływowych We wszystkich analizowanych stanach pracy systemu połączonego uzyskano zbliżone możliwości regulacji przepływów mocy na przekroju Polska Niemcy, przy wykorzystaniu PF zainstalowanych w poszczególnych torach linii Mikułowa Hagenverder i Krajnik Vierraden. W zależności od stanu pracy systemu połączonego możliwości te zawierają się w przedziale MW/1, przy czym większe zmiany przepływów uzyskuje się dla linii Mikułowa Hagenverder (14 19 MW/1 ), niż dla linii Krajnik Vierraden (około 12 MW/1 ). Sytuacja taka wynika z większej gęstości sieci w pobliżu stacji Mikułowa, w stosunku do gęstości sieci w obszarze północnym. Jednoczesna i odpowiednio skoordynowana regulacja przepływów mocy czynnej za pomocą przesuwników fazowych zainstalowanych w obu połączeniach na przekroju zachodnim powinna pozwolić na ograniczenie przepływu karuzelowego między systemami elektroenergetycznymi Niemiec, Polski, Czech, Słowacji i Austrii, przyczyniając się tym samym do zmniejszenia stopnia wykorzystania połączeń transgranicznych KSE w wyniku nieplanowanych przepływów wyrównawczych. Jednakże uzyskanie znaczącej redukcji przepływu karuzelowego wymaga zastosowania przesuwników o odpowiednio szerokim zakresie regulacji kąta przesunięcia fazowego, rzędu ±30 ±40. Regulacja kąta tylko w zakresie do ±20 (zastosowanie przesuwników o małym zakresie regulacji kąta) jest nieskuteczna w istniejących warunkach sieciowych, przy dużej reaktancji zastępczej połączonych systemów.

16 Dobór podstawowych parametrów przesuwników fazowych S TD 2S n sin 2 Opracowując rekomendację dotyczącą mocy przechodniej i zakresu bezobciążeniowego kąta regulacji przesuwników fazowych przeznaczonych do zainstalowania na przekroju Polska Niemcy starano się pogodzić trzy wzajemnie powiązane, ale i po części przeciwstawne wymagania: maksymalizację zdolności regulacyjnych przesuwników (zakres zmienności kąta ), dostosowanie mocy znamionowej (mocy przechodniej S n ) przesuwników do obciążalności i warunków pracy linii wymiany międzysystemowej na przekroju Polska Niemcy, minimalizację gabarytów przesuwnika (minimalizację mocy własnej S TD ).

17 Rekomendacja Na podstawie uzyskanych wyników analiz rozpływowych rekomenduje się zainstalowanie w SE Mikułowa i SE Krajnik symetrycznych, dwurdzeniowych przesuwników fazowych o: znamionowej mocy przechodniej S n = 1000 MVA (750 MVA), zakresie bezobciążeniowego kąta regulacji = ±40. Dla tak przyjętych wartości S n i, moc własna jednostki S TD wynosi około 680 MVA. L1 W1 W2 L2 W3 W4 PF1 PF2

18 Podstawowe dane przesuwników fazowych pracujących w systemie europejskim Kraj Stacja Un kv Moc przechodnia MVA Regulacja stopnie Moc własna MVA Belgia Zandvliet ) +/ Holandia Meeden ) (2x) +/- 37,2 639 Włochy (2x) +/ (734 t) Niemcy Diele (2x) +/ Polska MIK, KRA (2x) +/ ) Rozwiązanie 3-fazowe 2) Rozwiązanie 1-fazowe

19 Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów Politechnika Śląska DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ