Frekvenčna stabilnost

1. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Frekvenčna stabilnost PREDMET Dinamični pojavi v EES Urban Rudež Študijsko leto 2013/2014

2. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Obratovanje EES (vir SONPO) • Normalno obratovanje • Spremenljivke stanja znotraj dovoljenih meja • Odjemalci napajani po sklenjenih pogodbah • Dovolj rotacijske rezerve • Avtomatska regulacija U in f opravljata osnovno nalogo • Moteno obratovanje • stanje pripravljenosti, • krizno stanje, • stanje razpadanja in • stanje vzpostavljanja. Ravnotežje proizvodnje in porabe VEČJE MOTNJE Presoja - SOPO Daljinski prenos podatkov Postopki za ukrepanje

3. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Frekvenčna stabilnost Frekvenčna stabilnost se nanaša na sposobnost sistema obdržati frekvenco blizu nazivni vrednosti po večji motnji v sistemu ne glede na morebiten razpad sistema na otoke. • Definicija • Problem se pravzaprav dotika samega bistva delovanja EES • Frekvenca v sistemu je tesno povezana z ravnotežjem med proizvodnjo in porabo delovne moči • Odstopanja delovne moči pri frekvenčni stabilnosti Večja motnja Dlje časa trajajoča motnja (izpad proizvodne enote, vklop večjega bremena) P P

4. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Vzpostavljanje omrežja (vir SONPO) • Delni razpad sistema - elektroenergetski otoki • SONPO – poudarek na ukrepih v procesu razpadanja • Obratovanje proizvodnih enot (47,5 Hz in 51,5 Hz ) • Izjema: jedrske elektrarne Ob nastanku deficita avtomatsko ukrepanje Po stabilizaciji ročno ukrepanje

5. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Sodelujoči vsi agregati Statika (1) • Primarna regulacija frekvence generatorjev • V EES razdelimo potrebno spremembo delovne moči med več proizvodnih enot s pomočjo nastavitev njihovih statik • termoelektrarne na premog 5-8 %, • plinske elektrarne 4-6 % • hidroelektrarne 4-5 %, • jedrska elektrarna 5-8 %;

6. Nižja statika Višja statika

7. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo „Speeddroop“ karakteristika Statika (2) • Nadomestna statika za celoten sistem • Omejitve sodelovanja • Razdelitev izrabe rotirajoče rezerve med generatorje (spinningreserveallocation)

9. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Frekvenca v EES • Nazivna vrednost frekvence v ENTSO-E: 50 Hz • Kaj določa frekvenco? HITROST VRTENJA SINHRONSKIH GENERATORJEV • Kaj vpliva na hitrost sinhronskih generatorjev? ODGOVOR DOBIMO Z ANALIZO NIHAJNE ENAČBE Časovni odvod električne frekvence na sponkah generatorja Vir: D. Matvozetal.: Analiza razpadov severnoprimorske zanke v letih 2007 in 2008 Vztrajnostna konstanta Pospeševalni navor

10. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Nihajna enačba (SwingEquation) Frekvenca • Povezava med mehansko in električno frekvenco • Pospeševalni navor • Vztrajnostna konstanta KONSTRUKCIJSKA LASTNOST GENERATORJA • Elektromehanski pojav MEDSEBOJNI VPLIV ELEKTRIČNE (Tel) IN MEHANSKE VELIČINE (ωmeh) Navor električnih bremen Mehanski navor turbine Tel Tmeh TA = 2H

11. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Vpliv na frekvenco (1) ENTSO-E Nenadni izpad 3000 MW • Vpliv na frekvenco SPREMEMBA MEHANSKEGA NAVORA – turbinska regulacija SPREMEMBA ELEKTRIČNEGA NAVORA – prisilni odklopi električnih bremen • Podfrekvenčno razbremenjevanje Tradicionalnesheme Pol-adaptivne sheme Adaptivne sheme • Meritev frekvence Lokalna meritev električne frekvence Ali frekvenca pove dovolj? Ugibanje o resnosti motnje in o potrebnih ukrepih Ali obstaja boljša rešitev? Ustaviti padanje frekvence Vir: SONPO

12. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Vpliv na frekvenco (2)

13. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Odziv generatorjev na spremembo moči • Razdelitev spremembe moči bremena med generatorje: • ob t = 0+ glede na sinhronizacijske koeficiente • ob t = tk glede na vztrajnostne konstante • Prehod med enim in drugim stanjem MEDSEBOJNA IZMENJAVA ENERGIJE: med-generatorsko nihanje

14. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Odziv generatorjev na spremembo moči • Razdelitev spremembe moči bremena med generatorje: • ob t = 0+ glede na sinhronizacijske koeficiente • ob t = tk glede na vztrajnostne konstante • Prehod med enim in drugim stanjem MEDSEBOJNA IZMENJAVA ENERGIJE: med-generatorsko nihanje

15. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Primer prehoda v otočno obratovanje • Lastne vrednosti sistema FREKVENCA, DUŠENJE λ = σ + j ω Spreminjanje impedance Spreminjanje vztrajnostnih konstant generatorjev t = 0+ t = tk Medgeneratorsko nihanje

16. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Individualni sinhronskigenerator (1)

17. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Individualni sinhronskigenerator (2)

18. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Več-generatorski sistem Vztrajnostni center (COI) Informacija o globalnem stanju sistema 1. Različne vztrajnostne konstante 2. Različna lokacija v omrežju Razdelitev moči med generatorje

19. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Sistemski pristop k problematiki (1) • Vztrajnostni center Nadomestni generator Center OfInertia - COI Povprečno obnašanje frekvence Vhodni podatek: frekvence generatorjev • Kako v realnem času izračunavati COI?

21. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Sistemski pristop k problematiki (2) • WAMS, PMU WideAreaMeasurementSystem PhasorMeasurementUnit Meritev dolžine in kota kazalcev I in U • WAMPAC WideAreaMeasurement ProtectionAndControl • Je izvedljivo v realnem času? Čas delovanja odklopnikov – do 60 ms. Prenos podatkov – 1000 km do 5 ms. Ostali računalniški izračuni – do 1 ms. Sistemski pristop k zaščiti in vodenju EES Vir: ABB

22. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Sistemski pristop k problematiki (3) 20 ms SystemProtectionScheme (SPS)

23. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Problematika pol-adaptivnih shem - Zaznati resnost stanja - Ukrepati glede na zaznano resnost stanja • Korak proti adaptivnim shemam • Neustrezno delovanje • Uporaba df/dt • Mikroprocesorsko podprti releji • Uspešnost takšne sheme? ZGOLJ OB USTREZNI PORAZDELITVI BREMEN PO SISTEMU PAMETNE SHEME df/dt lokalni parameter

24. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Problematika adaptivnih shem • Trenutno zgolj nekaj eksperimentalnih aplikacij • Osnovni pristop IZRAČUN PRIMANJKLJAJA DELOVNE MOČI • Smer razvoja PRILAGAJANJE ODZIVA Z NAPOVEDOVANJEM RAZMER Pomemben vpliv bremen

25. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Primer računanja primanjkljaja P Const.

26. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Prilagajanje odziva z napovedovanjem razmer Frekvenca Napoved

27. Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za preskrbo z električno energijo Modeliranje bremen • Pomembnost samoregulacije bremen • Vrste modelov • Model bremena s konstantno močjo, tokom ali impedanco • konstanten odjem delovne moči P, • konstanten odjem toka I, • konstantno impedanco Z. • ZIP model • Eksponentni model bremena • Deljeni model bremena • Frekvenčno odvisni model bremena