MR pr 3 Vliv zmny parametr v ES

MR – pr. 3 Vliv změny parametrů v ES na jednotlivé podsystémy 3/2/2021 MRpr 03_2012 1

Cíl • Ohodnotit vliv změny parametrů (f, U) na jednotlivé podsystémy ES – výroba, spotřeba • Stanovit provozní charakteristiky SS =f(U, f), SV=f(U, f) • Stanovit základní principy regulace a řízení kvalitativních parametrů v ES 3/2/2021 MRpr 03_2012 2

Jmenovitý provozní stav ES V každém časovém okamžiku při ustáleném chodu elektrizační soustavy předpokládáme rovnováhu mezi výrobou a spotřebou elektřiny, t. j. bilanci činných a jalových výkonů. Každé narušeni této bilance způsobí změnu frekvence a napětí v ES. Tato změna bude probíhat do doby než dojde k opětovnému vyrovnaní výkonové rovnováhy. Vyrovnaní se uskuteční v regulované i v neregulované soustavě, samozřejmě různým způsobem. 3/2/2021 MRpr 03_2012 3

Blokové schéma bilanční rovnice ES f, U Dopravní ztráty Výroba Doprava ES Spotřeba Akumulace 3/2/2021 MRpr 03_2012 4

Vliv parametrů na zatížení § § § § Odběratel elektrické energie požaduje dodávku elektrické energie v přípojném odběrovém místě (POM - CCP common coupling point) v potřebném množství a kvalitě. Množství je charakterizováno dodávkou elektrické práce, což představuje proudové zatížení elektrizační soustavy v závislosti na místě připojení odběratele. Kvalita elektrické energie znamená dodržení parametrů dodávky (f, U) odběrového množství v příslušné hodnotě ze systému který provádí dodávku. Jmenovitý kmitočet fn (50 Hz) je hodnota, která za normálních provozních podmínek musí být v povolené toleranci ± 1% po 99, 5 % roku. Absolutní hodnotu změny napětí (úbytek napětí), lze definovat povolenou odchylkou napětí od jmenovité hodnoty Kromě absolutní hodnoty napětí se může změnit i sinusový průběh U – harmonické zkreslení napětí THDU a amplituda může procházet rychlými změnami v povolených hodnotách – flikr. 3/2/2021 MRpr 03_2012 5

Statické kmitočtové a napěťové charakteristiky zátěže V ustáleném stavu jsou dány parametry zátěže napětím U a kmitočtem f. Závislosti P = P (U, f ) a Q = Q (U, f ) se nazývají statické charakteristiky zátěže. Závislosti P = P (U ) a Q = Q (U ) při konstantním kmitočtu se nazývají napěťové charakteristiky. Závislosti P = P(f ) a Q = Q (f ) při konstantním napětí se nazývají kmitočtové charakteristiky. Sklon těchto charakteristik se nazývá napěťová nebo kmitočtová citlivost zátěže. Tyto citlivosti (statiky) se zpravidla vyjadřují v poměrných hodnotách P, Q arctg kp (U ) P 0 Q (U ) P (U ) arctg k. Q (U ) Q 0 0 – pracovní bod U 0 3/2/2021 Obdobně lze stanovit koeficienty pro jalové výkony U MRpr 03_2012 6

Charakteristiky jednotlivých typů zátěží § Světelné spotřebiče § Osvětlování a vytápění spotřebovává asi 1/3 vyrobené elektřiny. Žárovky přestavují odporovou zátěž a vyžadují dodávku pouze činného výkonu. Odpor není frekvenčně závislý. Odpor je ale silně závislý na teplotě a ta je závislá na přiloženém hodnotě napětí. § Výkon fluorescentních světelných zdrojů a výbojek silně závisí na napětí. Při 60– 85 % jmenovitého napětí výboj uhasne a obnoví se asi po jedné až dvou vteřinách, kdy napětí opět překročí potřebnou zhášecí hodnotu. Nad touto hodnotou závisí činný a jalový výkon silně na napětí § Topné spotřebiče § Rezistenci těchto typů spotřebičů lze považovat za konstantní – jsou vybaveny termostaty, ty zajistí stálou teplotu a výkon i při změně napětí. 3/2/2021 MRpr 03_2012 7

Charakteristiky jednotlivých typů zátěží § Indukční motory § 2/3 spotřeby elektřiny se využívá pro pohon motorů, z nichž 90 % je asynchronních. § Výkon motorů je závislý na mechanickém momentu zatížení motoru a frekvenci. § Moment je úměrný hodnotě napětí. Motory v průmyslových závodech jsou zpravidla dobře dimenzovány a pracují s plným výkonem a často s těžkým rozběhem. Motory pracující v domácnostech a v neprůmyslové sféře bývají předimenzovány a pracují s 60 až 70 % jmenovitého výkonu. 3/2/2021 MRpr 03_2012 8

Celková statická charakteristika zátěže § celková statická charakteristika skupiny zátěží v POM se dá určit superpozicí charakteristik jednotlivých zátěží těžký rozběh + výbojka průmyslový závod domácnosti s žárovkama V levé části jsou oba pracovní body na plošší části charakteristiky. Se snižujícím se napětím se činný výkon začíná zmenšovat, kdežto jalový výkon se nejprve příliš nemění, ale pak může růst v oblasti menších napětí, při nichž však ještě mohou motory pracovat. Poté, co napětí klesne pod asi 70 % Un činný i jalový výkon výrazně poklesne v důsledku vypínání motorů. Podobně je tomu v pravé části, kde však vypínací napětí Ud leží nad minimálním povoleným napětím Umin, takže zde nedochází k nárůstu jalového výkonu 3/2/2021 MRpr 03_2012 9

Modelování zátěže § § § konstantní výkon – závislost na U je nulová konstantní proud – lineární závislost výkonu na napětí (odporová + indukční zátěž) konstantní impedance – výkon se mění s kvadrátem napětí (osvětlení) činný výkon se obvykle modeluje podle koncepce konstantního proudu a jalový podle koncepce konstantní impedance. exponenciální modelování zátěže: 3/2/2021 MRpr 03_2012 10

Statické napěťové ch-ky 3/2/2021 MRpr 03_2012 11

Frekvenční závislost modelů zátěže kde. k. Pf a k. Qf jsou příslušné citlivostní součinitele na kmitočet. 3/2/2021 zátěž cos j k. PU k. QU k. Pf k. Qf obytná zástavba 0. 87– 0. 99 0. 9– 1. 7 2. 4– 3. 1 0. 7– 1. 0 -1. 3–-2. 3 komerční sféra 0. 85– 0. 9 0. 5– 0. 8 2. 4– 2. 5 1. 2– 1. 7 -0. 9–-1. 6 průmyslová sféra 0. 8– 0. 9 0. 1– 1. 8 0. 6– 2. 2 -0. 3– 2. 9 0. 6– 1. 8 MRpr 03_2012 12

Kmitočtové charakteristika generátorů – Wattův regulátor Záporná zpětná regulační vazba – Wattův regulátor je způsob přizpůsobování výkonu generátorů narušením bilanční rovnice v ES. PV MP, ia MP (ia – ie)=PV MP, ie 3/2/2021 MRpr 03_2012 13

Změna výkonu JE 3/2/2021 MRpr 03_2012 14

Wattův regulátor 3/2/2021 MRpr 03_2012 15

Typy Wattova regulátoru Indirektní Direktní 3/2/2021 MRpr 03_2012 16

Změna polohy regulátoru otáčky n frekvence otáčky n f frekvence f 100 Výkon P [%] 3/2/2021 MRpr 03_2012 17

Blokové schéma regulačního procecu 3/2/2021 MRpr 03_2012 18

Statická charakteristika frekvenční charakteristika generátorů 3/2/2021 MRpr 03_2012 19

Průběh regulované veličiny – dynamická charakteristika 3/2/2021 MRpr 03_2012 20

Působení jednotlivých bilancí Bilance činných výkonů musí být zachována v celé ES: f – systémový parametr Bilanci jalových výkonů stačí udržovat v jednotlivých částech ES: U – lokální parametr 3/2/2021 MRpr 03_2012 21