Hierarchiczny Wielopoziomowy Układ Sterowania Poziomami Napięć i Rozpływem Mocy Biernej w KSE Wykład 2 ŚRODKI REALIZACJI STEROWANIA U I Q W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM
Zakres Sterowanie węzłami elektrownianymi w systemie przesyłowym Sterowanie węzłami sieciowymi w systemie przesyłowym Sterowanie węzłami elektrownianymi w systemie rozdzielczym Sterowanie węzłami sieciowymi w systemie rozdzielczym Sterowanie na poziomie operatora systemu RGWW RGGW RGWS RGWS GPZ
Regulator generatora synchronicznego Zadania regulacja napięcia RN, tłumienie kołysań (elektromechanicznych) SS, ochrona obiektu (generatora) OGR (+ SS + RN), ochrona systemu elektroenergetycznego OGR (+ SS + RN).
Pg G ss (p) Algorytm Jgp G (p) kp UKP + SS Jgq G (p) kq - TGRN Struktura wieloparametrowego regulatora generatora. TGRN- tor główny regulacji napięcia, UKPukład kompensacji prądowej, SS- stabilizator systemowy typu P, OPSogranicznik prądu stojana, OPW- ogranicznik prądu wirnika, OPPWogranicznik pułapu prądu wirnika, OKMogranicznik kąta mocy. Ugz Unad Ug Jg + Jgpr Jf + Jfpr + Jfppr Pg Qg Ug - - - + + + F (Pg,Qg,Ug) 3 P F 1 F 1 F 1 Q - - G ig (p) G (p) if G ifp (p) F 2 G ug(p) + OPS To (J) + U Igog OPW To (J) U Ifog OPPW U Ifp OKM G okm(p) + + + + U okm G (p) r Ur
Algorytm stabilizator systemowy TGRN + WG1 + k w V max f g k pf (1+sT ) pf st w1 (1+sT ) 8 M + 9 - (1+sT w1 ) [(1+sT )] + N + s1 k (1+sT ) (1+sT ) 2 1 (1+sT ) 3 (1+sT ) 4 k s3 P g k p (1+sT ) p st w3 (1+sT ) w3 k s2 V min Stabilizator systemowy (wejścia: prędkość kątowa i moc czynna)
Obszar dopuszczalnych stanów pracy generatora 1,2 P Qind a (1,1-1-0,9)Ugn b c 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-1,2-1 -0,8-0,6-0,4-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2-0,2 2 Ug Xd d f (0,9-1-1,1)Ugn e 0,9Ugn Pgmin=0,35Sn Pgmax=0,9Sn 1,1Ugn Ugn Qpoj
Regulator transformatora blokowego Efekt (cel)- znaczne rozszerzenie zakresu regulacji napięcia bloku Algorytm sterowania NaleŜy uwzględnić fakt wzajemnej współpracy regulatora transformatora blokowego z regulatorem generatora. Regulator transformatora blokowego powinien pełnić funkcję regulacji napięcia polegającą na utrzymaniu znamionowego napięcia - na zaciskach generatora. Regulator generatora utrzymuje zaleŝną wartość napięcia po stronie górnej transformatora blokowego. Wartość zadana napięcia uzaleŝniona jest od mocy czynnej i biernej dopływającej do szyn WN. ZaleŜność tą naleŝy zrealizować poprzez odpowiedni dobór nastaw kompensacji prądowej regulatora generatora (proponuje się 3% statyzm charakterystyki zewnętrznej bloku wytwórczego).
Regulator grupowy wytwórczego w systemie przesyłowym OSP RGWW ~ RG RG ~ RG ~ RT RT RT 400kV 220kV Cel - Zapewnienie odpowiedniej jakości wytwarzanego napięcia i mocy biernej zarówno w stanach ustalonych jak i nieustalonych pracy systemu. Związane to jest z zapewnieniem odpowiedniego zakresu regulacji napięcia, odpowiednich czasów regulacji napięcia, zapewnienia pracy generatora w obszarze dopuszczalnych stanów pracy oraz zapewnienia odpowiedniego (w miarę moŝliwości jak największego) zapasu stabilności. 110kV
Zadania stawiane RGWW Realizować automatyczną wymianę informacji o stanie węzła pomiędzy operatorem OW, a operatorem OSP i OSR. Realizować pełne sterowanie nadrzędne w postaci utrzymywania zadanych wartości napięć otrzymanych z poziomu OSP lub OSR. Sterować wartościami zadanymi regulatorów napięcia generatorów, a po wyczerpaniu zakresu regulacji sterować regulatorami transformatorów sprzęgłowych pracujących w węźle wytwórczym. Określać poziomy wartości zadanych napięć dla poszczególnych indywidualnych układów regulacji. Poziomy napięć określone powinny być na podstawie wykonanych obliczeń w trybie online dla danego węzła po przyjęciu do obliczeń: aktualnej topologii węzła wytwórczego, aktualnej mocy czynnej i biernej oddawanej do systemu przez węzeł wytwórczy, wartości zadanej napięcia dla określonych szyn WN, charakterystyk technicznych elementów podlegających sterowaniu, informacji o działaniu ograniczników w regulatorach generatora i transformatora. Wykonane obliczenia rozpływowe stanowią podstawę do określenia (w sposób automatyczny) nastaw regulatorów indywidualnych.
U WN C E ε g A U gz G U z ε u U sz F U dz ε Q α B H D ε g Q min 0 Q z Q max Q Charakterystyka statyczna generatorowej regulacji napięcia układu RGWW na szynach WN. U sz - dopuszczalna odchyłka napięcia, U z - napięcie zadane przy Q z ε u - strefa nieczułości, ε g ograniczenie obszaru regulacji, ε Q - strefa nieczułości mocy biernej, Q max, Q min - maksymalne i minimalne dopuszczalne moce bierne generatorów, α=( U sz /(Q max -Q min )- ε u ) - nachylenie charakterystyki (statyzm)
U WN ε T U z Charakterystyka statyczna regulacji napięcia transformatora według kryterium stałej mocy biernej przepływającej przez transformator U WN ε Q ε T Q min (I ) min 0 Q max (I ma ) x Q (I) ε T U z Charakterystyka statyczna regulacji napięcia transformatora według kryterium stałego napięcia dolnego transformatora Q min (I ) min 0 Q z Q max (I ) max Q (I)
Regulator grupowy węzła sieciowego w systemie przesyłowym Algorytmy regulatorów grupowych RGWS regulacja wg wartości zadanej napięcia dolnego (110kV) z zadaną strefą nieczułości i opóźnieniem zaleŝnym lub niezaleŝnym od uchybu regulacji (poza granicami strefy nieczułości), regulacja wg wartości zadanej napięcia górnego (220kV lub 400kV) ze strefą nieczułości i opóźnieniem jak wyŝej, regulacja wg wartości zadanej mocy biernej oddawanej przez transformator do szyn 110kV, z zadaną strefą nieczułości i opóźnieniem zaleŝnym, regulację wg numeru zaczepu sterowanego transformatora. Uzupełnieniem standardowych kryteriów regulacji są blokady: maksymalnego i minimalnego zaczepu transformatora, blokady pod i nadnapięciowe regulacji napięcia dolnego (110kV) o odmiennym algorytmie, blokady pod i nadnapięciowe regulacji napięcia górnego (220kV lub 400kV), blokada mocowa unieruchamiająca przełącznik zaczepów przy pełnym obciąŝeniu transformatora.
Podział obszaru regulacyjnego napięć transformatora zasilającego sieć 110kV napięcie górne w kv 440 420 400 380 Obszar stanów dopuszczalnych z punktu widzenia poziomów napięć Obszar koniunkcji napięć niskich i zbyt niskich Obszar regulacji optymal nej Obszar koniunkcji napięć wysokich nadmiernie wysokich i 360 100 110 120 napię cie dolne w kv
PP POMIARY CZY POMIARY SĄ WIARYGODNE? Algorytm NIE BLOKADA REGULATORA, KOMUNIKAT CZY BLOKADA PODNAPIĘCIOWA AKTYWNA? NIE BLOKADA REGULATORA, KOMUNIKAT CZY TRANSFORMATOR JEST W DOPUSZCZALNYM OBSZARZE STANÓW NAPIĘCIOWYCH? ALGORYTM STEROWANIA POZA DOPUSZCZALNYM OBSZAREM STANÓW NAPIĘCIOWYCH NIE Q min<q D<Q max? ALGORYTM OGRANICZANIA OBCIĄśEŃ MOCĄ BIERNĄ NIE KONIUNKCJA NISKICH STANÓW NAPIĘCIOWYCH: GN i DN? ALGORYTMY WG TABLICY 5.3 NIE KONIUNKCJA WYSOKICH STANÓW NAPIĘCIOWYCH: GW i DW? NIE ALGORYTM REGULACJI NAPIĘCIA DOLNEGO W DOPUSZCZALNYM OBSZARZE STANÓW NAPIĘCIOWYCH
Algorytmy koordynacyjne Cel - wyeliminowanie, bądź ograniczenie przepływów wyrównawczych mocy biernej pomiędzy węzłami zasilającymi sieć 110kV, a więc ograniczenie wynikających stąd strat. Prowadzenie regulacji wielu transformatorów silnie powiązanych poprzez zasilaną przez nie wspólnie sieć 110kV wg kryterium regulacji napięcia dolnego, dopuszcza do zróŝnicowania napięć w węzłach zasilających tę sieć zwłaszcza wtedy, gdy strefa nieczułości ε ud nastawiona jest szeroko. Dlatego postuluje się w grupie regulowanych i silnie powiązanych przez sieć transformatorów, wybrać jeden (lub dwa pracujące równolegle) jako wiodący w procesie regulacji napięć. Zadaniem pozostałych jest dostrajać się adaptacyjnie do wymuszeń dyktowanych przez ten transformator. Algorytmy koordynacyjne adresowane są do nich.
ALGORYTMY KOORDYNACYJNE Algorytm koordynacyjny CZY POMIARY NAPIĘCIA DOLNEGO, ZASILAJĄCEGO SIEĆ 110kV W SĄSIEDNICH WĘZŁACH SĄ DOSTĘPNE? CZY BADANIE ROZPŁYWU MOCY BIERNEJ W WYBRANEJ LINII 110kV JEST ODPOWIEDNIM KRYTERIUM KOORDYNACYJNYM? NIE NIE CZY ö Z ANALIZY WARTOŚCI tg WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W GÓRĘ? z CZY Z POMIARU NAPIĘĆ W SĄSIEDNICH WĘZŁACH WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W GÓRĘ? CZY Z ANALIZY ROZPŁYWU MOCY I MOCY BIERNEJ WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W GÓRĘ? NIE NIE NIE CZY ö Z ANALIZY WARTOŚCI tg WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W DÓŁ? CZY Z POMIARU NAPIĘC W SĄSIEDNICH WĘZŁACH WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W DÓŁ? CZY Z ANALIZY ROZPŁYWU MOCY I MOCY BIERNEJ WYNIKA POTRZEBA STEROWANIA W DÓŁ? NIE NIE NIE CZY PRZEŁĄCZENIE O 1 ZACZEP W DÓŁ WYPROWADZI POZA STREFĘ NIECZUŁOŚCI REGULACJI NAPIĘCIA DOLNEGO? NIE CZY PRZEŁĄCZENIE O 1 ZACZEP W GÓRĘ WYPROWADZI POZA STREFĘ NIECZUŁOŚCI REGULACJI NAPIĘCIA DOLNEGO? NIE PRZEŁĄCZYĆ W DÓŁ, ZAPAMIĘTAĆ U D, U G PRZEŁĄCZYĆ W GÓRĘ, ZAPAMIĘTAĆ U D, U G PP
Realizacja Algorytmy koordynacyjne identyfikacja stanu, wymagającego sterowania koordynacyjnego, z zachowaniem hierarchii wyboru. Zadaniem regulatora jest wybrać jedno ze sterowań koordynacyjnych, przy zachowaniu niŝej opisanej hierarchii - rozpływ mocy biernej w wybranej, krótkiej linii 110kV, albo: - zróŝnicowanie poziomów napięcia w stosunku do węzła wiodącego, albo: - stosunek mocy biernej do mocy czynnej, przepływających przez regulowany transformator w zadanych granicach. badanie dopuszczalności koordynacyjnego przełączenia - poprzez np. porównanie zarejestrowanej wcześniej zmiany napięcia w związku z przełączeniem o 1 zaczep, z odległością od granicy strefy nieczułości i innych ograniczeń. sterowanie przełącznikami zaczepów tak, aby nie wyprowadzić poziomu regulowanego napięcia dolnego ze strefy nieczułości, ani nie przekroczyć zadanych ograniczeń, odnoszących się do napięcia górnego.
Regulator węzła wytwórczego w systemie rozdzielczym Cele usługi regulacyjnej U i Q, świadczonej przez elektrownię lokalną na rzecz operatora podsystemu rozdzielczego: Ograniczanie strat przesyłu w podsystemie rozdzielczym. Stabilizacja (regulacja albo podtrzymanie) napięć w otoczeniu elektrowni, w normalnych warunkach sieciowych. Stabilizacja (podtrzymanie) napięć w otoczeniu elektrowni w nienormalnych warunkach sieciowych, np. po awaryjnym osłabieniu powiązań sieciowych. Dochowanie zobowiązań sterowniczych operatora podsystemu rozdzielczego w stosunku do operatorów sąsiednich podsystemów rozdzielczych lub w stosunku do operatora systemu przesyłowego, dotyczących wymiany mocy biernej, albo poprawy relacji finansowych związanych z taką wymianą po wprowadzeniu rozliczeń za wymienianą moc bierną. Interwencyjne ograniczanie lokalnej generacji mocy biernej w sytuacji zagroŝeń nadmiernie wysokimi napięciami w sieci nadrzędnej.
Algorytmy sterowania Warianty algorytmów sterowania U i Q w lokalnych elektrowniach, odpowiednio do celu, któremu sterowanie ma słuŝyć (oraz w zaleŝności od konfiguracji pracy elektrowni): Algorytm regulacji napięć w węźle wymiany mocy z podsystemem rozdzielczym 110kV wg wartości zadanych, określonych przez operatora podsystemu rozdzielczego. Algorytm regulacji wymiany mocy biernej pomiędzy elektrownią lokalną a podsystemem rozdzielczym, wg wartości zadanych, określonych przez operatora podsystemu rozdzielczego. Wartość zadana moŝe być określona wprost albo jako pewna funkcja innych wielkości regulowanych. Specyficzny algorytm stabilizacji napięć w węźle wymiany mocy, przy zmiennej generacji mocy elektrowni. Dwa pierwsze noszą charakter usługi systemowej regulacji U i Q. Algorytm trzeci ma na celu kompensowanie wpływu zakłóceń w pracy sieci rozdzielczej, jeśli ich źródłem jest sama elektrownia.
Regulator węzła sieciowego w systemie rozdzielczym (GPZ) Sieć 110 kv W1 W2 W3 U Z RT WS RT U Z U T Q T Q T U T Q Z RBK RBK Q Z Schemat typowej stacji GPZ z elementami umoŝliwiającymi regulację poziomu napięcia i przepływu mocy biernej
Wariant (konfiguracja) - 1 GPZ usytuowany w znacznej odległości od stacji zasilającej. Załączenie lub wyłączenie baterii kondensatorów zainstalowanej w takiej stacji ma niewielki wpływ na pobór mocy biernej w stacjach zasilających WN/110 kv. Algorytm W stanie normalnej pracy regulator transformatora utrzymuje na wartość zadaną napięcia dolnego w układzie z kompensacją prądową lub bez zaleŝnie od lokalnych potrzeb. Ugz określana jest na podstawie wcześniejszych obliczeń sieci. Regulator baterii kondensatów utrzymuje wartość zadaną mocy biernej, Q z = 0 Mvar tzn. pełna kompensacja mocy biernej przepływającej przez transformator. W przypadku maksymalnego wysterowania przekładni transformatora (ostatni zaczep) regulator transformatora podaje sygnał do regulatora baterii kondensatorów odpowiednio: - Na załączenie (o ile to moŝliwe) kolejnej sekcji baterii kondensatorów w przypadku gdy U<U zad ; - Na wyłączenie (gdy bateria kondensatorów jest załączona) kolejnej sekcji baterii kondensatorów w przypadku gdy U>U zad.
Wariant (konfiguracja) - 2 Odległości stacji GPZ od stacji zasilającej WN/110kV jest niewielka. Efekt regulacyjny wywołany załączeniem lub wyłączeniem baterii kondensatorów zainstalowanej w stacji GPZ moŝe być widoczny w stacji zasilającej WN/110kV Algorytm Algorytm regulacji transformatora dla stacji w wariancie 2 identyczny z algorytmem w wariancie 1. Sygnały sterujące baterii kondensatorów są identyczne jak w wariancie 1 przy czym istnieje moŝliwość przesłania dodatkowego sygnału (o ile zostanie taka regulacja uzgodniona pomiędzy operatorem sieci przesyłowej a spółką dystrybucyjną). MoŜliwe są dwa przypadki: - zbyt wysokie napięcie w sieci przesyłowej (duŝa generacja mocy biernej w liniach 220 kv i 400kV) sygnał sterujący na wyłączenie baterii kondensatorów dla zwiększenia poboru mocy biernej z sieci przesyłowej; - zbyt niskie napięcie w sieci przesyłowej (przypadek rzadko spotykany) sygnał sterujący na załączenie baterii kondensatorów dla zmniejszenia poboru mocy biernej z sieci przesyłowej.
Wielcy odbiorcy Stan obecny Nadmierna ostroŝność przy wykorzystaniu (lub raczej nie korzystaniu) źródeł mocy biernej zainstalowanych u odbiorców przemysłowych. Brak zasad odpłatności za te usługi powoduje, Ŝe źródła znajdują się wyłącznie w dyspozycji właścicieli, bez dostępu do niech ze strony SD. Zdarza się, Ŝe wielcy odbiorcy podporządkowują sięŝyczeniom ZDR, RDR dotyczącym generacji określonej mocy biernej, jednakŝe regulacja ta odbywa się głównie, na zasadach koleŝeńskiej uprzejmości. Postulat - NaleŜałoby opracować skuteczne i interesujące dla WO systemy rozliczeń za oferowaną usługę na rzecz operatora sieci przesyłowej lub operatora sieci dystrybucyjnej. Uwarunkowania - Zakładając, Ŝe wielki odbiorca wyrazi chęćświadczenia usług na rzecz ww. operatora algorytm pracy takiego odbiorcy powinien być podobny do algorytmów opisanych dla stacji GPZ. Istnieje jednak ograniczenie związane z prawami własnościowymi i priorytetem jaki dla wielkiego odbiorcy ma utrzymanie własnej produkcji. Dlatego teŝ, nadrzędną sprawą dla wielkiego odbiorcy nie będzie utrzymywanie stałego napięcia w jego otoczeniu. Poziom górnego napięcia w stacji do której są przyłączeni, będzie regulowany wg własnych algorytmów, zapewniających w pierwszej kolejności utrzymanie bez zakłóceń procesu produkcyjnego danego zakładu.