pobierz plik

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
Gs s (p)
J gp
Algorytm
+
UKP
-
J gq
G kq (p)
TGRN
+
Ugz
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.
SS
G kp (p)
-
+
-
Ur
G ug (p)
+
∆ Unad
G r (p)
+
+
+
Ug
F
OPS
1
Jg
+
G ig (p)
To (J )
+
-
U
J gpr
F1
+
Igog
OPW
+
Jf
G if (p)
To (J )
U
-
Ifog
J fpr
F1
OPPW
+
U
G ifp (p)
Ifp
J fppr
Pg
F3 (P g,Qg,Ug)
F2
OKM
U
P
Qg
Ug
Q
Gokm(p)
okm
+
Algorytm – stabilizator systemowy
WG1
TGRN
+
+
kw
V
max
fg
k pf
(1+sTpf)
sTw1
(1+sT w1 )
+
k
P
g
kp
(1+sT p)
sTw3
(1+sT w3 )
N
(1+sT8 )
+
[(1+sT )]
9
+
M
-
k s1 (1+sT 1 )
(1+sT 3 )
(1+sT 2 )
(1+sT 4 )
s3
Vmin
k
s2
Stabilizator systemowy (wejścia: prędkość kątowa i moc czynna)
Obszar dopuszczalnych stanów pracy generatora
1,2
P
(0,9-1-1,1)Ugn
1
b
Pgmax=0,9Sn
c
d
0,8
e
1,1Ugn
0,6
Ugn
0,9Ugn
0,4
f
a
0,2
-1,2
2
Ug
Xd
(1,1-1-0,9)Ugn
Qind
0
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
-0,2
Pgmin=0,35Sn
0,2
Qpoj
0,4
0,6
0,8
1
1,2
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).
OSP
Regulator grupowy wytwórczego w systemie przesyłowym
RGWW
~
RG
RG
RT
~
RG
~
RT
RT
400kV
220kV
110kV
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.
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
εg
U gz
A
G
εu
∆ U sz
Uz
F
εQ
α
U dz
B
H
Q min
0
Qz
D
Q max
εg
Q
Charakterystyka statyczna generatorowej regulacji napięcia układu RGWW na szynach WN. ∆Usz dopuszczalna odchyłka napięcia, Uz - napięcie zadane przy Qz εu - strefa nieczułości, εg – ograniczenie
obszaru regulacji, εQ - strefa nieczułości mocy biernej, Qmax, Qmin - maksymalne i minimalne dopuszczalne
moce bierne generatorów, α=(∆Usz/(Qmax-Qmin)- εu) - nachylenie charakterystyki (statyzm)
U WN
εT
Uz
Charakterystyka statyczna regulacji napięcia
transformatora według kryterium stałej mocy
biernej przepływającej przez transformator
U WN
εQ
Qmin (I min )
0
Qmax (I ma )
Q (I)
x
εT
εT
Uz
Charakterystyka statyczna regulacji
napięcia transformatora według kryterium
stałego napięcia dolnego transformatora
Qmin (I min )
0
Qz
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
440
na pię cie górne w kV
420
Obszar stanów dopuszczalnych
z punktu widzenia poziomów
napięć
Obszar
koniunkcji
napięć
wysokich
i
nadmiernie
wysokich
Obszar
regulacji
optymal
nej
400
Obszar koniunkcji napięć niskich i
zbyt niskich
380
360
100
110
na pię cie dolne w kV
120
PP
POMIARY
Algorytm
CZY POMIARY SĄ
WIARYGODNE ?
TAK
NIE
BLOKADA REGULATORA,
KOMUNIKAT
CZY BLOKADA
PODNAPIĘCIOWA AKTYWNA ?
NIE
TAK
BLOKADA REGULATORA,
KOMUNIKAT
CZY TRANSFORMATOR JEST
W DOPUSZCZALNYM
OBSZARZE STANÓW
NAPIĘCIOWYCH ?
ALGORYTM
STEROWANIA POZA
DOPUSZCZALNYM
OBSZAREM STANÓW
NAPIĘCIOWYCH
NIE
Qmin<QD <Qmax ?
NIE
ALGORYTM
OGRANICZANIA
OBCIĄśEŃ MOCĄ
BIERNĄ
TAK
TAK
KONIUNKCJA NISKICH
STANÓW NAPIĘCIOWYCH:
GN i DN ?
TAK
NIE
ALGORYTMY WG
TABLICY 5.3
KONIUNKCJA WYSOKICH
STANÓW NAPIĘCIOWYCH:
GW i DW ?
TAK
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 εud 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
CZY BADANIE ROZPŁYWU
MOCY BIERNEJ W WYBRANEJ
LINII 110kV JEST ODPOWIEDNIM
KRYTERIUM
KOORDYNACYJNYM ?
NIE
TAK
Algorytm
koordynacyjny
CZY POMIARY NAPIĘCIA
DOLNEGO, ZASILAJĄCEGO SIEĆ
110kV W SĄSIEDNICH WĘZŁACH
SĄ DOSTĘPNE?
NIE
TAK
CZY Z ANALIZY WARTOŚCI tg
ö
WYNIKA POTRZEBA
STEROWANIA „W GÓRĘ” ?
NIE
TAK
CZY Z ANALIZY WARTOŚCI tg
ö
WYNIKA POTRZEBA
STEROWANIA „W DÓŁ” ?
NIE
TAK
z
CZY Z POMIARU NAPIĘĆ W
SĄSIEDNICH WĘZŁACH WYNIKA
POTRZEBA STEROWANIA „W
GÓRĘ” ?
NIE
TAK
CZY Z POMIARU NAPIĘC W
SĄSIEDNICH WĘZŁACH WYNIKA
POTRZEBA STEROWANIA „W
DÓŁ” ?
NIE
TAK
CZY PRZEŁĄCZENIE O 1 ZACZEP
„W DÓŁ” WYPROWADZI POZA
STREFĘ NIECZUŁOŚCI
REGULACJI NAPIĘCIA DOLNEGO
?
TAK
NIE
PRZEŁĄCZYĆ „W DÓŁ”,
ZAPAMIĘTAĆ ∆U D , ∆UG
PP
CZY Z ANALIZY ROZPŁYWU
MOCY I MOCY BIERNEJ WYNIKA
POTRZEBA STEROWANIA „W
GÓRĘ” ?
NIE
TAK
CZY Z ANALIZY ROZPŁYWU
MOCY I MOCY BIERNEJ WYNIKA
POTRZEBA STEROWANIA „W
DÓŁ” ?
NIE
TAK
CZY PRZEŁĄCZENIE O 1 ZACZEP
„W GÓRĘ” WYPROWADZI POZA
STREFĘ NIECZUŁOŚCI
REGULACJI NAPIĘCIA DOLNEGO
?
TAK
NIE
PRZEŁĄCZYĆ „W GÓRĘ”,
ZAPAMIĘTAĆ ∆UD , ∆UG
Algorytmy koordynacyjne
Realizacja
• 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
W3
W2
UZ
RT
QT
UT
QZ
RT
WS
RBK
QT
UZ
UT
RBK
QZ
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, Qz= 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<Uzad;
- Na wyłączenie (gdy bateria kondensatorów jest załączona) kolejnej sekcji baterii
kondensatorów w przypadku gdy U>Uzad.
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 się Ŝyczeniom 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 chęć świadczenia 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.