TEHNIČKO REŠENJE

(Tehničko rešenje na međunarodnom nivou)

SOFTVERSKI PAKET ZA ODREĐIVANJE REAKTIVNE MOGUĆNOSTI GENERATORA

VEZANOG NA PRENOSNI SISTEM U REALNOM VREMENU (SimPogonskeKarte) REALIZOVAN NA BLOKOVIMA A1 DO A6 U TE „NIKOLA TESLA A“

AUTORI: Jasna Dragosavac,

Žarko Janda, Sava Dobričić, Jelena Pavlović, Sloodan Josifović, ing.

URAĐENO ZA: Javno preduzeće „Elektroprivreda Srbije”

PD „Termoelektrane Nikola Tesla” d.o.o. Obrenovac KORISNIK: Javno preduzeće „Elektroprivreda Srbije”

PD „Termoelektrane Nikola Tesla” d.o.o. Obrenovac GODINA U KOJOJ JE REŠENJE KOMPLETIRANO: 2017 GODINA OD KOJE SE REŠENJE PRIMENJUJE: 2017 KLJUČNE REČI: reaktivna mogućnost generatora, sistemska usluga, regulacija

napona, stabilnost elektroenergetskog sistema, Pravila o radu prenosnog sistema, pogonski dijagram, sinhroni generator

2

SADRŽAJ

1. Oblast na koju se tehničko rešenje primenjuje ................................................................................. 3

2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava ..................................................................................... 3

3. Stanje rešenosti problema u svetu .................................................................................................... 3

4. Opis tehničkog rešenja...................................................................................................................... 3

4.1. Metodologija za proračun praktiče pogonske karte u realnom vremenu ...................................... 4

4.2. Raspoloživi reaktivni opseg sinhronog generatora nakon uzimanja u obzir uticaja sopstvene potrošnje, blok transformatora i napona na VN sabirnicama .................................................................. 9

4.3. Softverskog paket za određivanje reaktivne mogućnosti generatora vezanog na prenosni sistem u realnom vremenu (SimPogonskeKarte) .............................................................................................. 10

5. Značaj tehničkog rešenja ................................................................................................................ 12

3

1. Oblast na koju se tehničko rešenje primenjuje

Razvoj softverskog paket za određivanje reaktivne mogućnosti generatora vezanog na prenosni sistem u realnom vremenu (SimPogonskeKarte) vezan je za oblast elektroenergetike odnosno regulacije napona i tokova reaktivnih snaga u elektroenergetskom sistemu Srbije. Softverski paket predstavlja početak razvoja tehničke podloge za određivanje mere učešća generatora u pružanju sistemske usluge regulacije napona.

Na deregulisanom tržištu električne energije je od izuzetnog značaja održavanje prenosne moći vodova na predefinisanom nivou u svakom trenutku. Da bi se taj cilj postigao, odgovarajuća sekundarna regulacija napona treba da bude implementirana u čvoru mreže gde je elektrana priključena, ili u najbližem pilot-čvoru. Da bi se postigla optimalna (minimalni troškovi, povećana pouzdanost) regulacija napona u bitnim čvorovim prenosne mreže neophodno je iskoristiti punu reaktivnu mogućnost generatora, zadržavajući pri tome maksimalnu moguću rezervu reaktivne snage u datim pogonskim uslovima.

2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava

Pokazano je da stvarna reaktivna podrška, koju generator može da obezbedi prenosnoj mreži, može biti jako redukovana u odnosu na reaktivnu sposobnost koju definiše standardna pogonska karta koja je isporučena uz generator od strane proizvođača. Predložen metod omogućuje potpuno iskorišćenje stvarno raspoložive reaktivne snage jednog generatora, i posledično tome cele elektrane, radi podrške napona prenosne mreže.

Softverski paket računa minimalnu i maksimalnu vrednost dinamičkog reaktivnog opsega koji je raspoloživ na sabirnicama elektrane. Dinamički opseg i trenutno predatu reaktivnu snagu u tački priključenja aplikacija SimPogonskeKarte šalje u realnom vremenu operatoru prenosnog sistema. Na taj način operator prenosnog u svakom trenutku ima uvid u veličine raspoložive dinamičke reaktivne rezerve za potrebe regulacije napona u EES, a proizvođač električne energije ima uvid o meri učešća elektrane u pružanju sitemske usluge regulacije napona. To je osnova za određivanje učešća svakog generatora u pružanju sistemske usluge regulacije napona.

3. Stanje rešenosti problema u svetu

Radna grupa CIGRE Technical Brochure, Guide: generator on-line over and under, excitation issues, Working Group A1.38 preporučuje određivanje realne mogućnosti generatora na njegovim krajevima. Zahtevi iz Pravila o radu prenosnog sistema definišu obaveznu radnu oblast generatora u tački priključenja. Alatka SimPogonskeKarte objedinjuje ova dva zahteva u jedinstvenu radnu oblast za aktuelne uslove rada u mreži u skladu sa najnovijim preporukama ENTSO-E, Requirements for Generators, Commission regulation (EU) 2016/631, of 14 April 2016.

4. Opis tehničkog rešenja

Softverski paket SimPogonskeKarte vrši sledeće funkcije:

1. Računa minimalnu i maksimalnu reaktivnu snagu koja je raspoloživa na krajevima generatora u posmatranoj radnoj tački generatora i u tački priključenja.

4

2. Vrši monitoring generisanih reaktivnih snga. 3. Računa dinamičku rezervu reaktivne snage svakog generatora ponaosob i elektrane kao

celine. 4. Određuje u kojoj se cenovnoj zoni PQ dijagrama generatora nalazi radna tačka generatora.

4.1. Metodologija za proračun praktiče pogonske karte u realnom vremenu

Sledeća tri faktora dominantno određuje sposobnost generatora da isporuči reaktivnu snagu (Q) u elektroenergetski sistem (EES): potrošnja reaktivne snage na nabirnicama sopstvene potrošnje agragta, gubici reaktivne snage u blok-transformatoru, napon na krajevima generatora.

Modifikacija pogonske karte zbog uticaja zasićenja rotora

Da bi se uzele u obzir ove promene mora se uzeti u oblik zasićenje magnetnih kola. Nezasićena elektromotorna sila (EMS) Ef računa se prema:

22 ))cos(())sin(( IXIXUE ddf , (1)

ge je U napon statora, I struja statora i cos ugao snage I nezasićena reaktansa u d osi Xd. Ako prema (2) izračunamo Potier-ovu EMS Ep:

22 ))cos(())sin(( IXIXUE ppp , (2)

gde je Xp Potierova reaktansa.

Sada je potrebno odrediti uticaj zasićenja na struju rotora sa slike 1. Kriva sa slike 1 je konstruisana kao razlika zasićene i nezasićenestruje rotora za istu vrednost napona statora. Kriva je aproksimirana izrazom (3) korišćenjem metoda najmanjih kvadrata:

11 ff DEBEf eCeAI

. (3)

Napon na krajevima generatora, takođe, značajno modifikuje pogonske karte generatora (sl. 2). Napon mreže na koju je generator vezan direkno utiče i na napon na krajevima generatora pa je potrebno konstruisati karte koje bi prikazale limite Q u zavisnosti od napona na sabirnicama u skladu sa zadatim ograničenjima minimalnih/maksimalnih napona statora. Zato je potrebno u proračunima uzeti i pad napona na bloktransformatoru:

t

hv

hv X

VU

V

Q

, (4)

gde su tX reaktansa blok-transformatora a hvV napon na sabirnicama.

Napon na krajevima generatora je prikazan u funkciji napona sabirnica i generisane reaktivne snage na slici 3. Na slici se vidi rezultat da je za datu vrednost ograničenja napona statora od 1,05r.j , moguće konstruisti pogonsku kartu sa naponom sabirnica kao parametrom. Ovo omogućava da se

procena rza aktuelnapo nappredati v

Analozanemarl

Q

gde jerazličite kada je m

Sl. 1. Ko

reaktivne raslne vrednostponu statora iše Q.

ognu analizuljiv uticaj i m

cap

PQ

limtan(

e ugao snavrednosti n

minimalni do

rekcije pobu

spoloživosti ti napona u postavljenim

u je potrebmože se zane

dX

U 2

) ,

age (za 70)apona sabirn

ozvoljeni nap

udne struje u

generatora mreži. Tak

m na 1.1r.j.

bno sprovesemariti. Prak

). Na slici 4nica gde hopon statora 0

u A od Potier

uzimanjem ukođe je mog

za potrebe

sti u kacitivktična granic

(5)

4 je prikazanorizontalne l0.95 r.j.

r-ove EMS u

u obzir i dopguće odrediti

prelaznih pr

vnoj oblastica stabilosti u

n ograničenjlinije prikazu

u kV za gene

puštene opsei pogonske rocesa u sist

i. Zasićenjeu ovoj oblas

je po minimuju ograniče

erator

ege napona skarte sa ogrtemu kada j

e u ovoj oti određuje

malnoj struji enja u gener

statora vrši raničenjem e potrebno

oblasti ima se iz:

pobude za risanogj Q

Sl. 2. G

Sl. 3.

Granična reak

Raspoloživanapon

ktivna snaganaponima

a reaktivna sn VN sabirni

a generatora statora. Cen

snaga u MVAica. Maksima

u MVAr kaontralni trag od

Ar kao funkcalni dozvolje

o funkcija akdgovara nap

cija aktivne eni napon ge

ktivne snageponu od 1 r.j

snage u MWeneratora je

e u MW pri r.

W, uzimajući1,05 r.j.

različitim

i u obzir

Sl. 4 uzimajuć

Sumarniske napodnosu nkretanja rgeneratorznačajno

Raspoloživći u obzir nap

rni uticaj nappoe u mreži

na orginalu pradne tačke r će nastojat.

va kapacitivnpon VN sabi

pona na sabii 225kV) i pogonsku kageneratora ui da apsorbu

na reaktivnirnica. Minim

irnicama na 6 (za visoke

artu značajnau posmatraanuje što više Q

a snaga u malni dozvo

modifikacije napone u a.Međutim bnim uslovim

Q a lika 16 p

MVAr kaooljeni napon

u pogonske mreži). Dij

bitno je naglma. TO značipokazuje da s

funkcija a

karte je prikagrami pok

lasiti da je sui da pri visosuženje dijag

aktivne snag

kazan na slikazuju da suuženje manjkim naponimgrama u toj o

ge u MW,

kama 5 i(za u suženja u je u pravcu ma u mreži oblasti nije

Sl. 5 Re

Sl. 6 Re

ealno raspolo

ealno raspolo

oživ opseg re

oživ opseg re

eaktivnih sna

eaktivnih sna

aga generato

aga generato

ora iz primer

ora iz primer

ra pri naponu

ra pri naponu

u sabirnica o

u sabirnica o

od 225 kV

od 235 kV

9

Na ovaj način OPS može vrlo efikasno, u realnom vremenu, raspolagati informacijama o graničnim Q pri konkretnim uslovima u mreži te može optimalnije i sigurnije upravljati naponima i tokovima reaktivnih snaga u EES.

4.2. Raspoloživi reaktivni opseg sinhronog generatora nakon uzimanja u obzir uticaja sopstvene potrošnje, blok transformatora i napona na VN sabirnicama

Pogonska karta sinhronog generatora daje mnogo šire granice opsega dozvoljenih reaktivnih snaga nego što generator koji radi povezan na mrežu stvarno može da isporuči u mrežu. Pogonska karta se modifikuje sa promenom napona na krajevima generatora, slika 7. Osim toga, na krajeve generatora priključena je sopstvena potrošnja koja nameće dodatna ograničenja. Dozvoljena odstupanja napona na krajevima generatora u normalnoj eksploataciji iznose +-5% . Pogonska karta se zbog toga i definiše za ova odstupanja napona. Reaktivna snaga koja može da se preda u sistem određena je razlikom napona na krajevima generatora i napona sabirnica. Tako je reaktivna snaga koju generator može da preda u sistem određena naponom na visokonaponskim (VN) sabirnicama blok transformatora, tj. na sabirnicama elektrane. Napon na krajevima generatora može dostići svoje granične vrednosti 0,95 r.j. ili 1,05 r.j., a da pri tome sinhroni generator termički nije ugrožen. Tako se preko VN napona reflektuje uticaj naponskih prilika u EES, i dodatno se sužava raspoloživi opseg reaktivnih snaga zbog ograničenog opsega promene napona na sabirnicama generatora tj. sabirnicama sopstvene potrošnje. Dodatna ograničenja daje limiter minimalne struje pobude koji obezbeđuje dovoljnu marginu stabilnosti.

Na slikama 8, 9 i 10 vidi se snažan uticaj napona na VN sabirnicama elektrane tj. aktuelne radne tačke generatora na raspoloživ reaktivni opseg. Ovo ograničenje opsega je bitno i da bi operator prenosnog sistema imao uvid u stvarno raspoložive reaktivne rezerve koje ima na raspolaganju. Pri pojavi pada napona najbrže se i najviše odazivaju najbliži generatori, tj. generatori u odgovarajućoj zoni. Zato je potrebno u svakoj zoni ponaosob i u sistemu ukupno održavati jednake reaktivne rezerve u odnosu na čvor maksimalne potrošnje. Takođe kod određivanja doprinosa generatora održavanju napona i reaktivnih rezervi u sistemu treba uzeti stvarni raspoloživi opseg u posmatranoj radnoj tački

Slika 7 Pogonski dijagram sinhronog generatora za nominalni napon na krajevima generatora sa obeleženim osnovnim ograničenjima i poželjnoj radnoj oblasti

10

Qraspoloživo_min, Qraspoloživo_max i koeficijente opterećenja/rezerve reaktivne snage računati prema ovom opsegu (9.14). Ako generatori nisu na istim VN sabirnicama, jedan od dobrih načina određivanja uticaja pojedinih generatora je upotreba formule (9.5) za ponderisanje, pri čemu se tačka kolapsa određuje upotrebom nekog standardnog programa za proračun tokova snage.

min_max_

min_.

oraspoloživoraspoloživ

oraspoloživioptere QQ

QQK

(6)

Koeficijent opterećenosti generatora unutar zone treba da bude jednak na svim generatorima zbog održavanja jednake udaljenosti od tačke prelaska generatora iz P-V u P-Q čvor. Takođe je potrebno uravnotežiti koeficijente opterećenosti između zona u meri u kojoj je to tehnički i ekonomski moguće.

Pored rezerve reaktivne snage, podjednako je bitno održavanje odgovarajuće naponske rezerve na krajevima generatora. U suprotnom reaktivna snaga može ostati zarobljena u generatoru i sistem je ne može iskoristiti jer je napon na generatoru dostigao minimalnu (0,95 r.j.) ili maksimalnu (1,05 r.j.) vrednost. Zato je potrebno operisati sa višeparametarskom funkcijom koja će kod određivanja radne tačke generatora uzeti u obzir naponske, termičke i uslove stabilnosti.

4.3. Softverskog paket za određivanje reaktivne mogućnosti generatora vezanog na prenosni sistem u realnom vremenu (SimPogonskeKarte)

Softverskog paket za određivanje reaktivne mogućnosti generatora vezanog na prenosni sistem u realnom vremenu (SimPogonskeKarte):

i) u realnom vremenu računa stvarno raspoložive reaktivne snage koje generator u datoj radnoj tački može da isporuči sistemu, slike 9.5 i 9.6;

ii) ima informacije o stvarnom doprinosu generatora održavanju napona sabirnica, slike 8 i 9. Na slikama su definisane zone doprinosa generatora regulaciji napona u sistemu kombinovano sa dodatnim troškovima koji se imaju pri proizvodnji reaktivne snage. Zona 1 predstavlja zonu u kojoj generator pruža punu podršku naponu u sistemu. U zoni 2 reaktivna snaga generatora troši se na sopstvenu potrošnju i gubitke u blok-transformatoru. Linija koja odgovara cos=0,985 predstavlja dosta dobru aproksimaciju stvarne krive gubitaka koje se imaju za različite aktivne snage. Zona 3 predstavlja zonu snažne podrške regulaciji napona u sistemu kada je zbog generisanja reaktivne snage neophodno smanjivati aktivnu snagu. Zona 4 predstavlja zonu snažne kapacitivne podrške regulaciji napona u sistemu. Kapacitivna zona se posebno tretira zbog nesigurnosti vezanih za pitanja stabilnosti kada se priđe limiteru minimalne pobude i zbog rizika od nastanka oštećenja zbog dodatnih zagrevanja krajnjih paketa statora koja se ne mogu uvek detektovati.;

iii) šalje u Nacionalni dispečerski centar stvarne trenutne vrednosti minimalne i maksimalne reaktivne snage raspoložive na sabirnicama elektrane, slika 10;

Slika 8 granipobu

Slika 9 granipobu

Određivanjice definisanude, limitera

Određivanjice definisanude, limitera

e stvarno rasne pogonskoa pobude i do

e stvarno rasne pogonskoa pobude i do

spoložive reaom kartom. Nodatna tehnič

sa

spoložive reaom kartom. Nodatna tehnič

sa

aktivne rezeNa slici se vička ograničeabirnica 220

aktivne rezeNa slici se vička ograničeabirnica 235

erve agregataidi da su uzeenja koja unokV

erve agregataidi da su uzeenja koja unokV

a, (široka rozeta u obzir poosi operater

a, (široka rozeta u obzir poosi operater

ze linija) u oodešenja zašagregata za

ze linija) u oodešenja zašagregata za

odnosu na štita od napon

odnosu na štita od napon

12

1

2

3

Slika 10 Izgled ekrana operatorske stanice GRRS realizovan u TENT A (ukupne snage 1640MW): Detalj 1-Koeficijent opterećenja pojedinačnih generatora; Detalj 2 - Ukupna raspoloživa minimalna i maksimalna reaktivna snaga na sabirnicama za aktuelnu radnu tačku predstavlja zbir minimalnih i maksimalnih reaktivnih snaga raspoloživih na generatorima; Detalj 3 - Procentualna zauzetost raspoloživog reaktivnog opsega svakog pojedinačnog generatora

5. Značaj tehničkog rešenja

Softverskog paket za određivanje reaktivne mogućnosti generatora vezanog na prenosni sistem u realnom vremenu (SimPogonskeKarte). Dinamički opseg i trenutno predatu reaktivnu snagu u tački priključenja aplikacija SimPogonskeKarte šalje u realnom vremenu operatoru prenosnog sistema. Na taj način operator prenosnog u svakom trenutku ima uvid u veličine raspoložive dinamičke reaktivne rezerve za potrebe regulacije napona u EES, a proizvođač električne energije ima uvid o meri učešća elektrane u pružanju sitemske usluge regulacije napona. To je osnova za određivanje učešća svakog generatora u pružanju sistemske usluge regulacije napona.