KSZTAŁTOWANIE TRANSGRANICZNYCH PRZEPŁYWÓW MOCY Z WYKORZYSTANIEM TRANSFORMATORÓW Z REGULACJĄ POPRZECZNĄ

KSZTAŁTOWANIE TRANSGRANICZNYCH PRZEPŁYWÓW MOCY Z WYKORZYSTANIEM TRANSFORMATORÓW Z REGULACJĄ POPRZECZNĄ Autorzy: dr inŝ. Roman Korab, Robert Owczarek ( Energetyka 5/2011) Streszczenie: Obecna struktura połączonego systemu elektroenergetycznego oraz rozkład generacji pomiędzy, jak i wewnątrz poszczególnych jego części sprawia, Ŝe w regionie Europy środkowo-wschodniej systematycznie obserwuje się występowanie tzw. przepływów karuzelowych (nieplanowanych przepływów wyrównawczych między poszczególnymi obszarami systemu). Przepływy te mogą zajmować znaczącą część zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE), ograniczając tym samym ilości mocy przesyłowych udostępnianych uczestnikom rynku zainteresowanym międzysystemowym handlem energią. Jednym z moŝliwych sposobów pozwalających na ograniczenie, a niekiedy nawet na eliminację, przepływów karuzelowych jest stosowanie urządzeń umoŝliwiających regulację przepływów mocy czynnej w systemie elektroenergetycznym przesuwników fazowych. Do tej grupy urządzeń naleŝą transformatory z tzw. regulacją poprzeczną (z regulacją kąta przesunięcia fazowego napięć). Artykuł omawia wybrane wyniki badań, których głównym celem było określenie wpływu regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów 400/220 kv z regulacją poprzeczną, instalowanych w stacjach granicznych 400 kv KSE, na przepływy mocy w liniach wymiany międzysystemowej. Słowa kluczowe: połączenia transgraniczne, regulacja przepływów mocy, przesuwniki fazowe 1. Wprowadzenie Regulacja przepływów mocy czynnej polega na zmianie rozpływu bez zmiany sumarycznej mocy wytwarzanej. Wykorzystywana jest tutaj znana zaleŝność określająca przepływ mocy czynnej przez pojedynczą gałąź o charakterze indukcyjnym. Ma ona następującą postać: UiU j P = sinδ, (1) X w której: P moc czynna wypływająca z rozpatrywanej gałęzi, U i, U j moduły napięć na początku i końcu gałęzi, δ kąt obciąŝenia (róŝnica argumentów napięć węzłowych na początku i końcu gałęzi, δ = δ i - δ j ). Z zaleŝności (1) wynika, Ŝe moc czynną wypływającą z rozpatrywanej gałęzi sieci moŝna zmieniać dokonując zmiany poziomów napięć U i i U j, wartości reaktancji X oraz kąta obcią- Ŝenia δ. MoŜliwości sterowania przepływem mocy czynnej przy wykorzystaniu zmiany wartości napięć U i i U j są stosunkowo niewielkie, głównie ze względu na ograniczenia w regulacji tych napięć w odpowiednio szerokich granicach (konieczność utrzymania poziomów napięć węzłowych w pobliŝu wartości znamionowej). Większe moŝliwości regulacji przepływu daje zmiana reaktancji ciągu przesyłowego, tzw. kompensacja szeregowa. Polega ona na

sztucznym zmniejszeniu reaktancji indukcyjnej gałęzi za pomocą włączonej szeregowo baterii kondensatorów o odpowiednio dobranej reaktancji. Jednak w najszerszym zakresie przepływ mocy czynnej w gałęzi sieci moŝna zmieniać regulując kąt obciąŝenia δ (sterowanie wartością kąta δ umoŝliwia nie tylko zmianę wartości mocy płynącej gałęzią, ale równieŝ zmianę kierunku jej przepływu). 2. Regulacja kąta obciąŝenia sposób realizacji oraz uzyskiwane efekty Idea metody pozwalającej na regulację kąta obciąŝenia w wybranej gałęzi sieci została przedstawiona na rysunku 1 [1]. ZałoŜono, Ŝe rozpatrywane gałęzie równoległe I i II (rys. 1.a) mają jednakowe parametry, a w wyniku rozpływu mocy jaki ukształtował się w całej sieci, napięcia na początku i na końcu omawianego ciągu przesyłowego przyjmują wartości U i i U j, przy czym róŝnica ich argumentów (kąt obciąŝenia) wynosi δ. Wykres fazorowy dla gałęzi I pokazano na rysunku 1.b. Przy przyjętych napięciach i kącie obciąŝenia przez gałąź I płynie prąd I I, a moc czynną określa wzór P = ( U U / X )sinδ. a) b) c) I i j P U i U k U k P I P II Gałąź I Gałąź II U j P δ U j U i jxi I δ δ U j U k U i U k jxi II I I I II Rys. 1. Ilustracja regulacji przepływu mocy czynnej za pomocą zmiany kąta obciąŝenia: a) schemat układu przesyłowego, b) wykres fazorowy dla gałęzi I, c) wykres fazorowy dla gałęzi II (zaczerpnięto z [1]) Wykres fazorowy dla gałęzi II przedstawiono na rysunku 1.c. W gałęzi tej jest zainstalowany transformator dodawczy (rys. 1.a). W omawianym przypadku napięcia U i i U j są takie same, jak dla gałęzi I, jednakŝe tutaj do napięcia początkowego U i dodawane jest prostopadłe do niego napięcie U k. W rezultacie za transformatorem dodawczym występuje napięcie U k = U i + U k, a kąt obciąŝenia dla gałęzi II jest równy (δ + δ). Przez gałąź II płynie prąd I II, a moc czynna dana jest wzorem PII = ( Uk U j / X )sin( δ + δ ). PoniewaŜ (δ + δ) > δ, moc P II jest większa od mocy P I. Łącznie do obu gałęzi wpływa moc P = P I + P II (przy zmianach wartości napięcia dodawczego zmianie ulegają jedynie proporcje miedzy mocami P I i P II w gałęziach równoległych, przy czym sumaryczna moc P w układzie jest stała). Napięcie dodawcze U k moŝna regulować w zakresie od wartości ujemnych do wartości dodatnich. Opisana metoda regulacji przepływów obowiązuje równieŝ dla bardziej skomplikowanych konfiguracji sieci. W praktyce często jest ona wykorzystywana do zarządzania transgranicznymi przepływani mocy [2 7], umoŝliwiając zmianę przepływów w liniach międzysystemowych bez zmiany sumarycznego salda wymiany. Sytuacja taka została zilustrowana na rysunku 2, na którym poszczególne systemy tworzące system połączony są reprezentowane przez pojedyncze węzły. Systemy C i D są wewnętrznie zbilansowane, natomiast system B eksportuje 200 MW mocy do systemu A. W przykładzie pominięto straty przesyłowe oraz załoŝono, Ŝe wszystkie linie transgraniczne mają jednakowe parametry. W związku z tym, przy braku regulacji kąta obciąŝenia rozpływ mocy ukształtuje się tak jak to pokazano na rysunku

2.a. Z przedstawionego rozpływu wynika, Ŝe w tym stanie pracy systemu połączonego eksport energii z systemów B do A odbywa się nie tylko z wykorzystaniem linii transgranicznej bezpośrednio łączącej te dwa systemy, ale równieŝ za pomocą pozostałych połączeń międzysystemowych, dodatkowo przy zaangaŝowaniu do tranzytu mocy sieci wewnętrznych systemów C i D. Odpowiednia regulacja kąta obciąŝenia linii AB (rys. 2.b) pozwala na zwiększenie przepływu mocy w tej linii, redukując praktycznie do zera wykorzystanie pozostałych elementów systemu połączonego. Oczywiście moŝliwa jest równieŝ sytuacja odwrotna (rys. 2.c). a) 800 MW A 125 MW δ = 0 B 800 MW 1000 MW 50 MW 600 MW 75 MW 25 MW D 25 MW C b) 800 MW A 198 MW δ = 7 B 800 MW 1000 MW 1 MW 600 MW 2 MW 1 MW D 1 MW C c) 800 MW A 0 MW δ = -12 B 800 MW 1000 MW 133 MW 600 MW 200 MW 67 MW D 67 MW C Rys. 2. Regulacja przepływów mocy między czterema systemami elektroenergetycznymi: a) rozpływ mocy bez regulacji kąta obciąŝenia, b) rozpływ mocy z regulacją kąta obciąŝenia w gałęzi AB dociąŝanie gałęzi, c) rozpływ mocy z regulacją kąta obciąŝenia w gałęzi AB odciąŝanie gałęzi W dalszej części artykułu, po krótkim scharakteryzowaniu istniejących połączeń transgranicznych KSE, przedstawiono rozpływ mocy w regionie Europy środkowo-wschodniej oraz przeanalizowano moŝliwości jego kształtowania za pomocą regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów 400/220 kv z regulacją poprzeczną, instalowanych w stacjach granicznych 400 kv systemu polskiego. 3. Połączenia transgraniczne KSE stan obecny

Obecnie, na napięciu powyŝej 110 kv, polski system elektroenergetyczny posiada jedenaście połączeń transgranicznych z systemami ościennymi. Są to zarówno połączenia synchroniczne z pozostałą częścią UCTE 1 (do Czech, Niemiec i Słowacji), jak i połączenia niesynchroniczne z systemem szwedzkim, ukraińskim i białoruskim. NajwaŜniejsze dane charakteryzujące połączenia transgraniczne KSE przedstawiono w tabeli 1 (podana w tabeli obciąŝalność termiczna toru linii dotyczy sezonu zimowego). Tabela 1 Charakterystyka synchronicznych i niesynchronicznych połączeń transgranicznych KSE o napięciu znamionowym powyŝej 110 kv Linia wymiany Napięcie Liczba ObciąŜalność [kv] torów linii termiczna toru [MW] Kopanina Liskovec (Czechy) 220 1 412 Bujaków Liskovec (Czechy) 220 1 412 Wielopole Nosovice (Czechy) 400 1 1206 Dobrzeń Albrechtice (Czechy) 400 1 1206 Mikułowa Hagenverder (Niemcy) 400 2 1386 Krajnik Vierraden (Niemcy) 220 2 457 Krosno Lemesany (Słowacja) 400 2 831 Słupsk Starno (Szwecja) 450 1 600 Rzeszów Chmielnicka (Ukraina) 750 1 2000 Zamość Dobrotwór (Ukraina) 220 1 251 Białystok Roś (Białoruś) 220 1 231 Połączenie transgraniczne KSE na przekroju północnym (niesynchroniczne) zostało zrealizowane przy wykorzystaniu technologii HVDC (High Voltage Direct Current). Podmorski kabel prądu stałego łączący system polski z systemem szwedzkim został oddany do uŝytku w 2000 roku i stanowi on jedną z sześciu przesyłowych linii kablowych HVDC łączących sieci elektroenergetyczne Europy kontynentalnej z sieciami krajów skandynawskich. Zdolności przesyłowe tego połączenia są równe 600 MW, przy czym istnieje tutaj pełna moŝliwość kontroli przepływu mocy w obu kierunkach (import i eksport z KSE). Kolejne niesynchroniczne połączenia transgraniczne KSE są zainstalowane na przekroju wschodnim. Spośród trzech linii napowietrznych łączących system polski z Białorusią i Ukrainą w eksploatacji pozostaje jedynie połączenie relacji Zamość Dobrotwór, przy czym ze względu na charakter jego pracy (wydzielony blok po stronie Ukraińskiej) jest ono wykorzystywane wyłącznie w kierunku importu do KSE (około 200 MW). Pozostałe dwa połączenia są wyłączone z eksploatacji (linia Rzeszów Chmielnicka od 1993 roku, a linia Białystok Roś od 2004 roku). W perspektywie kilku lat moŝliwe byłoby uruchomienie wyłączonych linii, przy czym warunkiem koniecznym jest instalacja w stacjach granicznych KSE sprzęgieł prądu stałego (tzw. wstawek back-to-back), pozwalających na współpracę systemu polskiego z systemami wschodnimi, pracującymi według innych standardów niŝ obowiązujące w systemie UCTE. Zrealizowanie tych działań pozwoliłoby na uzyskanie technicznych moŝliwości wymiany mocy między KSE a systemami wschodnimi na poziomie około 1400 MW (Ukraina 1 Od lipca 2009 roku zadania realizowane przez UCTE (Union for the Coordination of Transmission of Electricity) oraz pięć pozostałych stowarzyszeń europejskich operatorów systemów przesyłowych przejęła organizacja ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity).

1200 MW, Białoruś 200 MW). Dalsze zwiększenie moŝliwości wymiany na przekroju wschodnim umoŝliwiłaby głęboka modernizacja linii Białystok Roś lub jej przebudowa na napięcie 400 kv. Z uwagi na wykorzystanie wstawek back-to-back, podobnie jak w przypadku stałoprądowego połączenia kablowego ze Szwecją, istniałaby pełna moŝliwość kontroli przepływającej przez granice mocy. Na przekroju południowym i zachodnim systemu polskiego funkcjonują połączenia synchroniczne, umoŝliwiające równoległą współpracę KSE z pozostałą częścią systemu UCTE. Jak wynika z przedstawionych w tabeli 1 danych, sumaryczne termiczne zdolności przesyłowe synchronicznych połączeń transgranicznych KSE wynoszą około 8600 MW, co stanowi ponad 30% krajowego zapotrzebowania szczytowego. Jednak obecnie do realizacji handlowej wymiany międzysystemowej moŝe zostać wykorzystana jedynie część termicznych zdolności przesyłowych linii wymiany. Powodem tego jest sposób kształtowania się rozpływu mocy w połączonym systemie elektroenergetycznym oraz ograniczenia sieciowe w sieci wewnętrznej krajowego systemu elektroenergetycznego [8, 9]. 4. Rozpływ mocy w regionie Europy środkowo-wschodniej Struktura systemu połączonego w regionie Europy środkowo-wschodniej powoduje, Ŝe w tej części systemu UCTE zwykle występuje przepływ mocy od systemu niemieckiego, przez system polski, głównie do Czech i w niewielkim stopniu do Słowacji. Stan taki tłumaczy przede wszystkim rozmieszczenie elektrowni w tym obszarze. Na północnym i południowym zachodzie Polska posiada jedynie dwie elektrownie systemowe Dolną Odrę i Turów, których wytwarzana moc jest praktycznie konsumowana przez odbiorców lokalnie. Z kolei w Niemczech kilka duŝych elektrowni skupionych jest w niewielkiej odległości od polskiej granicy, co w połączeniu ze znaczącą mocą farm wiatrowych zlokalizowanych w północnej części Niemiec sprawia, Ŝe wytwarzana przez te źródła moc jest wypychana do Polski przez oba połączenia transgraniczne. Odwrotna sytuacja ma miejsce na przekroju polsko-czeskim i polsko-słowackim, gdzie elektrownie Rybnik i Opole, a takŝe Bełchatów, Łagisza i Połaniec, znacznie silniej oddziałują na południowe linie transgraniczne KSE niŝ elektrownie czeskie i słowackie (w Czechach i Słowacji elektrownie systemowe są skupione w południowej i zachodniej części obu krajów). Opisaną sytuację na granicach KSE ilustruje rysunek 3. Saldo wymiany: 1359 MW Krajnik - Vierraden 400 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 483 MW 1842 MW 2325 MW Niemcy 83 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Dobrzeń - Albrechtice 424 MW 749 MW 195 MW 307 MW Kopanina - Liskovec 167 MW Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany Rys. 3. Przepływy mocy w liniach transgranicznych KSE w stanie bazowym Przedstawiony na rysunku 3 stan pracy systemu połączonego w regionie Europy środkowo-wschodniej otrzymano dla modelu systemu odwzorowującego zimowy szczyt wieczorny. Zapotrzebowanie KSE było równe 25120 MW, natomiast zdolności wytwórcze pracujących

jednostek 30200 MW. Szczegółowo odwzorowano sieci 400/220/110 kv KSE. Zagraniczna część systemu połączonego obejmowała systemy czeski, słowacki oraz wschodnią część systemu niemieckiego. Opisany model systemu jest bazowym stanem pracy systemu połączonego, wykorzystanym w dalszych analizach, wykonanych z wykorzystaniem metody optymalizacji rozpływu mocy (Optimal Power Flow OPF) [10, 11]. Analizy te miały na celu zobrazowanie wpływu regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów 400/220 kv z regulacją poprzeczną, instalowanych w stacjach granicznych 400 kv KSE, na przepływy mocy w liniach wymiany międzysystemowej. 5. Regulacja przepływów mocy za pomocą transformatorów z regulacją poprzeczną wybrane wyniki analiz W sieci najwyŝszych napięć KSE pracują dwa typy przesuwników fazowych [12, 13]: transformatory z zaleŝną (skośną) regulacją przekładni zespolonej (starsze rozwiązanie), transformatory z niezaleŝną regulacją przekładni wzdłuŝnej i poprzecznej (nowsze rozwiązanie). Dwa urządzenia naleŝące do drugiej wymienionej grupy pracują od 2001 roku w stacji 400/220/110 kv Mikułowa [14], posiadającej silne połączenie z systemem niemieckim (patrz tabela 1). Moc znamionowa zainstalowanych w tej stacji zespołów transformatorowych 400/220 kv jest równa 500 MVA, a zakres regulacji kąta przesunięcia fazowego wynosi ±10,1 (po 12 zaczepów regulacyjnych w kaŝdym kierunku, co 0,84 ). Na rysunku 4 zilustrowano wpływ regulacji kąta przesunięcia fazowego (numer zaczepu) jednego z opisanych transformatorów zainstalowanych w stacji Mikułowa na przepływ mocy czynnej w tym transformatorze oraz w linii wymiany relacji Mikułowa Hagenverder. a) b) 600 MW Przepływ z sieci 220 kv do sieci 400 kv 250 400 200 MW Przepływ z Niemiec do Polski 200 0-200 -400 Przepływ z sieci 400 kv do sieci 220 kv -600-12 -9-6 -3 0 3 6 9 12 150 100 50 0 Przepływ z Polski do Niemiec -50-12 -9-6 -3 0 3 6 9 12 Rys. 4. Przepływ mocy czynnej: a) w transformatorze 400/220 kv nr 1 w stacji Mikułowa, b) w linii wymiany relacji Mikułowa Hagenverder w rozpatrywanym stanie pracy systemu połączonego w zaleŝności od kąta przesunięcia fazowego (nr zaczepu) tego transformatora W bazowym stanie pracy systemu połączonego (zaczep zerowy rozpatrywanego przesuwnika fazowego) w linii relacji Mikułowa Hagenverder występuje przepływ mocy czynnej w wysokości 83 MW z systemu niemieckiego do Polski (rys. 3 i rys. 4.b). W tym stanie pracy przez rozpatrywany transformator płynie moc równa 56 MW, przy czym moc ta przepływa z sieci 400 kv do sieci 220 kv (rys. 4.a). Regulacja kąta przesunięcia fazowego transformatora w kierunku zaczepów dodatnich powoduje zmianę kierunku przepływu mocy w tym transformatorze. W efekcie następuje zmniejszanie przepływu mocy z Niemiec do Polski, a dla ostatnich dodatnich zaczepów regulacyjnych obserwuje się nawet zmianę kierunku przepływu mocy w linii Mikułowa Hagenverder. Odwrotna sytuacja zachodzi w przypadku regulacji

kąta przesunięcia fazowego w kierunku zaczepów ujemnych, przy czym na skrajnym zaczepie ujemnym przepływ mocy w rozpatrywanym transformatorze osiąga wartość dopuszczalną (w analizach OPF przyjęto, Ŝe jest nią moc znamionowa). Dotrzymanie tego ograniczenia sieciowego wymaga odpowiedniej zmiany rozkładu generacji, efektem czego jest m.in. większy niŝ dla poprzednich zaczepów wzrost przepływu mocy z systemu niemieckiego. Przedstawione na rysunku 4 wyniki obliczeń wskazują, Ŝe w analizowanym stanie pracy systemu połączonego regulacja kąta przesunięcia fazowego prowadzona w całym dopuszczalnym zakresie (±10,1 ) na jednym transformatorze 400/220 kv zainstalowanym w stacji Mikułowa pozwala na zmianę przepływu mocy w linii relacji Mikułowa Hagenverder z poziomu ponad 200 MW (przepływ z Niemiec do Polski) do około -15 MW (przepływ z Polski do Niemiec). Zwiększenie zakresu regulacji przepływu jest moŝliwe przy zastosowaniu skoordynowanej regulacji kąta w obu transformatorach 400/220 kv pracujących obecnie w tej stacji. Wybrane efekty tych działań zilustrowano na rysunku 5. a) Saldo wymiany: 1349 MW Krajnik - Vierraden 341 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 615 MW 1964 MW 2579 MW Niemcy 274 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Zaczep nr -12 Dobrzeń - Albrechtice Czechy Bujaków - Liskovec 447 MW 792 MW 205 MW 320 MW Kopanina - Liskovec 200 MW Słowacja Krosno - Lemesany b) Saldo wymiany: 1373 MW Krajnik - Vierraden 462 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 462 MW 1835 MW 2297 MW Niemcy 120 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Zaczep nr 12 Dobrzeń - Albrechtice Czechy Bujaków - Liskovec 402 MW 705 MW 184 MW 294 MW Kopanina - Liskovec 130 MW Słowacja Krosno - Lemesany Rys. 5. Przepływy mocy czynnej przez połączenia transgraniczne KSE przy skoordynowanej regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów nr 1 i 2 w stacji Mikułowa: a) zaczep nr -12, b) zaczep nr 12 Z przedstawionych rezultatów analiz rozpływowych wynika, Ŝe przy nastawieniu kąta przesunięcia fazowego na poziomie -10,1 (rys. 5.a) przepływ mocy czynnej w linii relacji Mikułowa Hagenverder wynosi 274 MW (kierunek Niemcy Polska). Zmiana nastawy na skrajny zaczep dodatni (rys. 5.b) powoduje zmianę kierunku przepływu mocy w tej linii, przy czym w tym stanie pracy systemu osiąga on wartość 120 MW. Oznacza to, Ŝe przy skoordy-

nowanej regulacji kąta w obu transformatorach 400/220 kv w stacji Mikułowa zdolności regulacyjne wzrastają w przybliŝeniu dwukrotnie w stosunku do sytuacji, gdy regulacja prowadzona jest na jednym transformatorze. Charakterystycznym jest takŝe to, Ŝe większy przyrost zdolności regulacyjnych nastąpił dla przepływu mocy w kierunku Polska Niemcy. Regulacja przepływu mocy w transformatorach 400/220 kv pracujących w stacji Mikułowa, oprócz zmiany przepływu w linii transgranicznej wychodzącej z tej stacji, powoduje równieŝ zmiany przepływów mocy w pozostałych synchronicznych połączeniach międzysystemowych KSE, przy czym saldo wymiany pozostaje praktycznie stałe (niewielkie jego zmiany wynikają ze zmiany strat przesyłowych). Rozpatrując przekrój zachodni moŝna stwierdzić, Ŝe zmiana nastawienia przełączników zaczepów przesuwników fazowych w stacji Mikułowa przyczynia się do zmniejszenia mocy wpływającej do KSE z systemu niemieckiego z poziomu 615 MW dla zaczepu -12 do 462 MW dla zaczepu 12 (zmniejszenie o 153 MW). Jednocześnie o podobną wartość zmniejsza się moc wypływająca z KSE przez południowe linie wymiany (redukcja z poziomu 1964 MW do 1835 MW). W efekcie wykorzystanie linii transgranicznych KSE obniŝa się o ponad 280 MW. Dalsza redukcja przepływu karuzelowego jest moŝliwa przy załoŝeniu dodatkowej regulacji przepływu mocy czynnej w transformatorze 400/220 kv w stacji 400/220/110 kv Krajnik (załoŝono wymianę obecnie zainstalowanej jednostki na zespół transformatorowy z regulacją poprzeczną, identyczny jak obecnie pracujące w stacji Mikułowa). Sytuację tę ilustruje rysunek 6.a, na którym przedstawiono przepływy mocy w liniach wymiany KSE przy kącie przesunięcia fazowego transformatorów w stacji Mikułowa równym 10,1 oraz -10,1 w stacji Krajnik. Dla takich nastaw uzyskano dodatkowe zmniejszenie przepływu karuzelowego o blisko 180 MW (w stosunku do stanu pracy systemu przedstawionego na rysunku 5.b). Zastosowanie regulacji poprzecznej na transformatorze 400/220 kv w stacji 400/220/110 kv Wielopole nie wpływa znacząco na zwiększenie moŝliwości redukcji przepływu karuzelowego (w analizach załoŝono wykorzystanie takiego samego transformatora jak w stacji Mikułowa). NaleŜy jeszcze zaznaczyć, Ŝe niewłaściwie prowadzona regulacja kąta przesunięcia fazowego moŝe powodować efekt odwrotny, tzn. silny wzrost przepływu karuzelowego. Stan taki ilustruje rysunek 6.b. a) Saldo wymiany: 1361 MW Krajnik - Vierraden 379 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 379 MW 1740 MW 2119 MW Zaczep nr -12 Niemcy 75 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Zaczep nr 12 Dobrzeń - Albrechtice 396 MW 686 MW 179 MW 289 MW Kopanina - Liskovec 115 MW Czechy Bujaków - Liskovec Słowacja Krosno - Lemesany

b) Saldo wymiany: 1361 MW Krajnik - Vierraden 432 MW Wpłynęło do KSE: Wypłynęło z KSE: Suma przepływów: 652 MW 2013 MW 2638 MW Zaczep nr 12 Niemcy 220 MW Polska Wielopole - Nosovice Mikułowa - Hagenverder Zaczep nr -12 Dobrzeń - Albrechtice Czechy Bujaków - Liskovec 454 MW 810 MW 209 MW 325 MW Kopanina - Liskovec 215 MW Słowacja Krosno - Lemesany Rys. 6. Przepływy mocy czynnej przez połączenia transgraniczne KSE przy regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów nr 1 i 2 w stacji Mikułowa oraz transformatora w stacji Krajnik: a) Krajnik zaczep nr 12, Mikułowa zaczep nr -12, b) Krajnik zaczep nr -12, Mikułowa zaczep nr 12 6. NajwaŜniejsze wnioski W artykule przedstawiono wybrane wyniki analiz rozpływowych, których celem było zobrazowanie wpływu regulacji kąta przesunięcia fazowego transformatorów 400/220 kv z regulacją poprzeczną zainstalowanych w stacjach granicznych 400 kv na przepływy mocy czynnej w liniach transgranicznych KSE. Obliczenia wykonano przy wykorzystaniu zmiennoprądowej metody optymalizacji rozpływu mocy OPF dla modelu systemu połączonego w regionie Europy środkowo-wschodniej odwzorowującego zimowy szczyt wieczorny. Przeprowadzone analizy pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: 1. Regulacja kąta przesunięcia fazowego transformatorów 400/220 kv zainstalowanych w stacjach granicznych 400 kv KSE wpływa na zmiany przepływów mocy we wszystkich synchronicznych połączeniach międzysystemowych systemu polskiego, przy czym największe zmiany przepływów mocy zaobserwowano w liniach transgranicznych wychodzących ze stacji, w której zainstalowany jest przesuwnik fazowy. Szczegółowe dane przedstawia tabela 2 (znak dodatni przy mocy oznacza przepływ z zagranicy do systemu polskiego). Tabela 2 Przepływy mocy czynnej w liniach transgranicznych wychodzących ze stacji, w których został zainstalowany transformator 400/220 kv z regulacją poprzeczną dla skrajnych nastaw kąta przesunięcia fazowego Przepływ mocy (w MW) w linii Regulacja kąta w transgranicznej transformatorze zainstalowanym w stacji: Kąt przesunięcia -10,1 10,1 fazowego: Mikułowa (transf. nr 1) Mikułowa Hagenverder 203-14 Mikułowa (transf. nr 2) Mikułowa Hagenverder 200-13 Mikułowa (transf. nr 1 i 2) Mikułowa Hagenverder 274-120 Krajnik Krajnik Vierraden 316 491 Wielopole Wielopole Nosovice -659-801

2. Wyniki przeprowadzonych analizy wskazują, Ŝe jednoczesna i odpowiednio skoordynowana regulacja przepływów mocy za pomocą przesuwników fazowych zainstalowanych w stacjach Mikułowa (dwa transformatory) i Krajnik (jeden transformator) pozwala na istotne ograniczenie przepływu karuzelowego, przyczyniając się tym samym do zmniejszenia stopnia wykorzystania połączeń transgranicznych KSE w wyniku nieplanowanych przepływów wyrównawczych. Odbywa się to jednak kosztem niewielkiego wzrostu strat przesyłowych w krajowej sieci 400/220/110 kv. 3. Zmiana przepływów mocy realizowana za pomocą transformatorów instalowanych w stacjach granicznych KSE praktycznie nie miała wpływu na liczbę oraz stopień oddziaływania ograniczeń sieciowych w sieci wewnętrznej 400/220/100 kv systemu polskiego, a w efekcie równieŝ na wartość kosztów związanych z tymi ograniczeniami ponoszonych przez Operatora Systemu Przesyłowego. 4. Regulacja przepływów mocy za pomocą przesuwników fazowych instalowanych w stacjach granicznych wpływa na pracę systemów sąsiednich. W związku z tym ich wykorzystanie powinno być poprzedzone odpowiednimi uzgodnieniami międzyoperatorskimi, poniewaŝ działania nieuzgodnione mogą wywołać u operatorów sąsiednich reakcję prowadzącą do ich zniwelowania.

Literatura [1] Machowski J.: Regulacja i stabilność systemu elektroenergetycznego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007. [2] Rimez J., Van Der Planken R., Wiot D., Claessens G., Jottrand E., Declercq J.: Grid implementation of a 400 MVA 220/150 kv 15 /+3 phase shifting transformer for power flow control in the Belgian network: specification and operational considerations. Paper no A2-202, Proceedings of the 2006 CIGRE Session, Paris, France, August 2006. [3] Ptacek J., Motlidba P., Vnoucek S., Cermak J.: Possibilities of applying phase shifting transformers in the electric power system of the Czech Republic. Paper no C2-203, Proceedings of the 2006 CIGRE Session, Paris, France, August 2006. [4] Carlini E.M., Manduzio G., Bonmann D.: Power Flow Control on the Italian network by means of phase-shifting transformers. Paper no A2-206, Proceedings of the 2006 CI- GRE Session, Paris, France, August 2006. [5] Verboomen J., Spaan F.J., Schavemaker P.H., Kling W.L.: Method for calculating total transfer capacity by optimising phase shifting transformer settings. Paper no C1-111, Proceedings of the 2008 CIGRE Session, Paris, France, August 2008. [6] Warichet J., Leonard J.L., Rimez J.: Grid implementation and operational use of large phase shifting transformers in the Belgian HV grid to cope with international network challenges. Paper no C2-207, Proceedings of the 2010 CIGRE Session, Paris, France, August 2010. [7] Sweeney B.: Application of phase-shifting transformers for the enhanced interconnection between Northern Ireland and the Republic of Ireland. Power Engineering Journal, June 2002. [8] Korab R.: Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE. Rynek Energii, Zeszyt tematyczny nr II, marzec 2009. [9] Korab R.: MoŜliwości zwiększenia zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych KSE. Przegląd Elektrotechniczny, nr 2/2011. [10] Wood A.J., Wollenberg B.F.: Power Generation, Operation and Control. John Wiley and Sons INC, New York 1996. [11] Wang X.F., Song Y., Irving M.: Modern Power Systems Analysis. Springer, New York 2008. [12] Ziemianek S.: Zespoły transformatorowe z regulacją przekładni poprzecznej w optymalizacji stanów pracy SEE. Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej Optymalizacja w elektroenergetyce OPE 05, Jachranka, wrzesień 2005. [13] Ziemianek S.: Zespoły transformatorowe z regulacją przekładni poprzecznej jako sieciowe środki kształtowania przepływów mocy (energii) w SEE. Wiadomości Elektrotechniczne, nr 12/2006. [14] Zakrzewski K.: Transformatory największych mocy i napięć problematyka technologiczna i badawcza. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne, nr 83/2009. CROSS-BORDER POWER FLOW CONTROL BY USING PHASE SHIFTING TRANSFORMERS Summary: The current structure of the European interconnected power system as well as the schedule of generation between and within each of its parts are the main reasons of the loop flows that are systematically observed in the region of Central and Eastern Europe. These unscheduled compensatory power flows can occupy a significant part of the cross-border transmission capacity of the Polish Power System, thereby limiting the amount of transmission capacity which is available to the market participants interested in cross-border energy trading.

One possible way that allow to reduce and sometimes even to eliminate loop flows is to use some devices that enables the Transmission System Operator to control the active power flows in the power system. These devices include the so-called phase shifting transformers. The paper discusses selected results of research whose main objective was to determine the effect of phase angle control of 400/220 kv transformers installed in Polish 400 kv border stations on the cross-border power flows. Keywords: cross-border transmission lines, power flow control, phase shifting transformers