System Obszarowej Regulacji Napięcia (SORN)

INSTYTUT ENERGETYKI Oddział Gdańsk
JEDNOSTKA BADAWCZO-ROZWOJOWA
ul. Mikołaja Reja 27, 80-870 Gdańsk
tel. (48 58) 349 82 00, fax: (48 58) 349 76 85
e-mail: [email protected]
http://www.ien.gda.pl
ZAKŁAD TECHNIKI MIKROPROCESOROWEJ
tel. (48 58) 349 81 60; 347 33 74 fax: (48 58) 349 81 64, e-mail: [email protected]
System Obszarowej Regulacji Napięcia
(SORN)
KARTA INFORMACYJNA
Gdańsk, 2007
I N ST Y T U T E N ERG ET Y K I
Jednostka Badawczo-Rozwojowa
ODD Z IAŁ GD AŃ SK
SORN – Karta informacyjna
Strona
2
Regulacja obszarowa
Regulacja napięcia w sieci elektroenergetycznej w gruncie rzeczy sprowadza się do działania w
dwóch, zależnych od siebie, kierunkach:
−
równoważenia lokalnych bilansów mocy biernej w sieci poprzez sterowanie pracą źródeł i odbiorów tej mocy (generatory, dławiki, baterie kondensatorów, linie NN)
−
regulacji przepływów (wyrównawczych) mocy biernej w sieci poprzez sterowanie przekładniami
transformatorów.
W przypadku istnienia odpowiednich rezerw po stronie bilansu (wytwarzania, dławienia) mocy biernej
oraz po stronie środków regulacji jej przepływów, regulacja napięcia może przynosić efekty zarówno
techniczne (dotrzymanie wymaganych poziomów napięcia) jak i ekonomiczne (ograniczenie strat
przesyłowych). Wytwarzaniem mocy biernej w generatorach steruje się za pośrednictwem układów
ARNE. Układy te, zainstalowane na rozdzielniach WN lub NN stacji przyelektrownianych regulują moc
bierną bloków dużych elektrowni.
Wytwarzanie i przesyły energii elektrycznej w sieci podlegają ciągłym zmianom odpowiednio do zmian
zapotrzebowania na tę energię. Równocześnie zmieniają się straty przesyłowe. Szybkość zachodzących zmian - w normalnych warunkach pracy systemu - jest na tyle mała, a przebieg krzywej strat w
pobliżu ich ekstremum na tyle płaski, że automatyki regulacji napięcia, budowane dla realizacji celów
ekonomicznych (minimalizacji strat) nie muszą działać szybko.
Postępujący w KSE proces modernizacji stacji elektroenergetycznych i wyposażanie ich w systemy
SSiN, fakt realizacji 42 nowych układów ARST powoduje, że stopień nasycenia układami ARST w
KSE staje się odpowiedni dla tworzenia systemu nadrzędnej (trójnej) regulacji napięcia. Systemy takie
wdrażane są lub częściowo pracują w energetykach europejskich (Włochy, Belgia, Francja).
Instytut Energetyki proponuje wprowadzenie obszarowej regulacji w ramach poszczególnych ODM.
Realizację tego zadania miałyby prowadzić Systemy Obszarowej Regulacji Napięcia (SORN).
System Obszarowej Regulacji Napięcia (SORN)
Zadaniem systemu SORN jest utrzymanie poziomów napięcia w sieciach 400 i 220 kV (NN) oraz 110
kV (WN) w przedziałach dopuszczalnych, odpowiadających kryteriom jakości dostarczanej energii, a
ponadto gwarantujących minimum start przesyłowych, możliwych do osiągnięcia w danych warunkach. Ograniczone przedziały zmienności poziomów napięcia w węzłach sieci wyznaczają granice
dopuszczalnego przedziału rozwiązań (funkcje ograniczeń).
Na system SORN składał się będzie obszarowy układ EMS Plus oraz obiektowe układy ARST i
ARNE. Docelowo zakłada się współpracę systemu SORN z systemem EMS oraz z systemem
DYSTER w ODM poprzez łącza komunikacyjne pomiędzy tymi elementami. Istniejące układy ARNE i
ARST zostaną wykorzystane jako elementy wykonawcze systemu SORN . Układy te, dostosowane do
pracy w systemie SORN, zachowają swoją pełną funkcjonalność jako lokalne układy wtórnej regulacji
napięcia i mocy biernej.
Układy ARNE i ARST działają dotąd autonomicznie w oparciu o zadawane wielkości i lokalne pomiary
napięć (lub przesyłów mocy). W systemie SORN będą one nadal wykorzystane jako obiektowe urządzenia regulacyjne lecz sterowane zdalnie przez program optymalizujący poziomy napięć i straty
przesyłowe w sieci.
I N ST Y T U T E N ERG ET Y K I
Jednostka Badawczo-Rozwojowa
ODD Z IAŁ GD AŃ SK
SORN – Karta informacyjna
Strona
3
Układ EMS Plus
Układ EMS składał się będzie z dwu podstawowych modułów sprzętowych: Modułu Komunikacyjnego
(MK SORN) oraz Serwera EMS Plus. MK SORN będzie odpowiedzialny za sferę komunikacji z układami ARNE i ARST za pośrednictwem systemu DYSTER. Natomiast Serwer EMS Plus będzie spełniał rolę jednostki obliczeniowej, sterującej pracą układów ARST i ARNE.
Zmiennymi niezależnymi w procesie obliczeniowym są moce czynne i bierne (wielkości: rzeczywiste i
urojone zespolonych mocy pozornych) węzłów oraz przekładnie: podłużne i poprzeczne (wielkości:
rzeczywiste i urojone zespolonych przekładni) transformatorów sprzęgłowych. Są to wielkości w systemie elektroenergetycznym, które można regulować bezpośrednio (niezależnie od innych). Wektory
napięć w węzłach sieci, zapisane również jako wielkości zespolone, są zmiennymi zależnymi, opisanymi jako funkcje zmiennych niezależnych. Napięcia w węzłach sieci mogą być regulowane tylko pośrednio poprzez zmianę mocy węzłowych lub/i zmianę przekładni transformatorów.
W ogólnym przypadku wynikiem procesu obliczeniowego są wartości zmiennych niezależnych (moce
bierne węzłów i przekładnie transformatorów) i zmiennych zależnych (napięcia węzłowe), przy których spełnione są wymagane warunki pracy sieci; to znaczy - spełnione są kryteria pracy sieci z minimalnymi startami przesyłu przy zachowaniu dopuszczalnych poziomów napięcia. W takim przypadku
automatycznie mogą być generowane sygnały sterujące pracą sieci.
W szczególnych przypadkach pracy sieci rozwiązanie optymalne, jak wyżej, może nie występować. W
sieci wystąpią np. przekroczenia dopuszczalnych poziomów napięcia. W takich przypadkach generowana będzie odpowiednia informacja.
Układ EMS Plus pobierać będzie on-line dane pomiarowe (analogowe i dwustanowe) pochodzące z
systemu DYSTER. Docelowo dane te zostaną uzupełnione o dane dotyczące sieci 110 kV pozyskane
(transmitowane) z Koncernów Energetycznych. W wyniku działania EMS Plus zostaną wygenerowane sygnały sterujące, które po akceptacji przez operatora sieci zostaną przesłane za pośrednictwem
systemu DYSTER do układów ARNE i ARST. W przypadku zaniku łączności systemu SORN z układami wykonawczymi lub przerwach w pracy systemu zakłada się przejście układów ARNE i ARST do
pracy jako lokalnych regulatorów, bądź o ile zostaną spełnione warunki sieciowe do pracy skoordynowanej.
Współpraca systemu SORN z systemem DYSTER\EMS
Poprawna praca układu EMS Plus zależeć będzie od jakości danych wejściowych. Innymi słowy, dokładność modelu systemu będącego przedmiotem optymalizacji decydować będzie o wiarygodności
uzyskanych wyników. Dlatego też korzystanie bezpośrednio z danych pomiarowych (dwustanowych i
analogowych) pochodzących z obiektów, bez ich wcześniejszej „obróbki”, jest nieodpowiednie. Dane
te mogą być obarczone zbyt dużym błędem. Problem wiarygodności danych mógłby zostać rozwiązany przy pomocy systemu EMS, a dokładniej dwóch jego aplikacji – Model Update (MU) oraz State
Estimator (SE).
Dlatego też generalną ideą współpracy systemu SORN z systemem EMS jest traktowanie systemu
EMS jako źródła wiarygodnych (estymowanych) danych opisujących stan pracy systemu elektroenergetycznego on-line. Dane pochodzące z systemu EMS zostałyby zaimportowane poprzez moduł MK
SORN stanowiący element składowy układu EMS Plus. Po zaimportowanych danych Serwer EMS
Plus wykonywał będzie obliczenia dla obszaru ODM Bydgoszcz. Aktualnie głównym problemem dla
realizacji współpracy jest komunikacja pomiędzy układem EMS Plus, a systemem EMS oraz jakość
uzyskiwanych wyników pochodzących z SE. Biorąc pod uwagę zmiany, jakie mają nastąpić wraz z
modernizacją systemu EMS (implementacja protokołu ICCP), problem realizacji komunikacji będzie
mógł być rozwiązany bez konieczności zlecania firmie SIEMENS dodatkowych zmian w systemie
EMS.
I N ST Y T U T E N ERG ET Y K I
Jednostka Badawczo-Rozwojowa
ODD Z IAŁ GD AŃ SK
Strona
4
SORN – Karta informacyjna
Również problem jakości wyników otrzymywanych z SE powinien zostać rozwiązany w stosunkowo
niedługim czasie. Problemem w tym temacie jest zasilenie systemu EMS danymi pomiarowymi z sieci
110 kV, których aktualnie brak. Obecne zaawansowanie rozmów pomiędzy PSE S.A., a Koncernem
ENERGA oraz pozytywne deklaracje obydwu stron pozwalają zakładać realizację transmisji sygnałów
pomiarowych z sieci 110 kV do systemu DYSTER w ODM Bydgoszcz.
Biorąc pod uwagę implementację protokołu ICCP zarówno w modernizowanym obecnie systemie
DYSTER jak i przyszłej modernizacji systemu EMS założono realizację komunikacji układu EMS Plus
z systemami DYSTER i EMS poprzez wykorzystanie możliwości tego właśnie protokołu.
Układ EMS Plus
Terminal
EMS Plus
Serwer EMS Plus
ICCP
ODM
MK SORN
M
S
ODM
S
M
SERWERY
SSiN
SERWERY
SSiN
M
S
M
S
S
M
S
M
ARST
ARST
- monitorowanie
- sterowanie
M
S
DYSTER\EMS
ODM
SERWERY
SSiN
M
S
S
M
ARNE
- port Master
- port Slave
System Obszarowej Regulacji Napięcia SORN - stan docelowy