zen tok vkon v ES 230 MVar SVC

Řízení toků výkonů v ES 230 MVar SVC (Static Var Compensator ) systém v ES (řízení napětí a činných výkonů)

Hlavní důvody potřeby řízení toků výkonů • • Výskyt nových úzkých míst v sítích v souvislosti s rostoucími výměnami el. energie a to hlavně mezistátními. Přetěžování vedení v údržbových a neúplných stavech sítě. Omezení rizika přetěžování vedení vnitřní sítě vlivem nevhodného provozu zdrojů (například velkých větrných parků – Německo). Rizika výpadků a přerušení zásobování v jednotlivých oblastech. Omezení nevyžádaných obchodních případů (tranzitů). Optimalizace provozu přenosových sítí (např. ztráty činného výkonu). Nedostatečná účinnost klasických řešení rozvoje sítí. Zamezení možnosti šíření velkých systémových poruch.

Rozložení toků v soustavě – based flow Tok elektřiny směřuje vždy od zdroje ke spotřebě. V synchronně propojené soustavě je tedy tok ovlivněn všemi zdroji, veškerou spotřebou a topologií sítě v daném okamžiku. Celou propojenou soustavu si tedy můžeme představit jako model tvořený z uzlů (kontrolní oblast, TSO, stát), které jsou definovány bilancí spotřeby a výroby, a větví (souhrn všech propojení mezi dvěma uzly tvoří jednu větev). Větve jsou popsány limitní hodnotou přenosu.

Vymezení problematiky

Vznik sald mezi ES • Plánované = obchodní výměna – nový nulový bod pro chod propojených soustav – je nutné spočítat rozložení = paralelní toky • Neplánované = vliv vyrovnání bilanční rovnice v jednotlivých ES změnou skladby bilanční rovnice = kruhové toky Lokalizace větrných elektráren na severu Německa v regulačních zónách E. ON a 50 Hz. T , dochází k transportu vyrobené větrné energie do zbývajících dvou zón RWE a En. BW na základě určených kvót podílu na spotřebě větrné energie. Tato výměna způsobuje vysoké tranzitní toky napříč německou soustavou včetně paralelních kruhových toků přes okolní soustavy. Vlivem těchto silných tranzitních toků dochází k nárůstu: • zatížení přenosových prvků • nedodržení kritéria N -1 • přetížení přenosových prvků a nárůstu ztrát.

Změna based load vlivem změny toků v propojených ES Při based load jsou toky mezi propojenými soustavami = salda = 0 ΔPg ΔPg 2 ES 1 Δ Pg 2 = ΔP = 100 ES 2 ΔPg 2

Reálná situace v UCTE - Union for the Coordination of the Transmission of Electricity

Kritérium N-1

Kritérium N-1 – výpadek V 430

Udržení systémové funkce ES • • Zvyšovaní přenosové kapacity existujících, resp. výstavba nových vedení Změna výkonových toků v ES – Kompetence provozovatele soustavy k řízení toků výkonů vyplývá z § 24 Energetického zákona • Standardní prostředky – rekonfigurace - změna impedanční matice soustavy zapojením ES – redispečing, protiobchod - změna injektovaných výkonů do ES • Aktivní prostředky – změna impedanční matice – bez změny topologie sítě = TPR a PST (transformátory s příčnou regulací a s regulací fáze) – FACTS - Flexible Alternating Current Transmission System - pružný střídavý přenosový systém (moderní prostředky založené na výkonové elektronice) • Stejnosměrné propojky

Použití redispečinku a rekonfigurace 19. 11. 2008 - ČEPS

Vysokonapěťový jednosměrný přenos (HVDC) Pomocí straníc HVDC je možné rychle a plynule řídit tok činného výkonu jak co do hodnoty, tak i směru (s příslušnými účinky na připojenou AC ES). Vzhledem na vysokou cenu měničových straníc není použití tohoto prostředku na regulaci toku činného výkonu v nejbližší době v ES vhodné. Provozované JS stanice v Evropě • Velká Británie – Francie 270 k. V (pod. kabel) • Norsko – Dánsko 2 x 250, 350 k. V (kabel) • Švédsko – Dánsko 250, 285 k. V (kabel) • Švédsko – Německo 450 k. V (kabel) • Švédsko – Polsko 450 k. V (kabel) • Řecko – Itálie 550 k. V (kabel) • Itálie – Korsika 200 k. V (kabel) • Korsika – Sardinie 200 k. V (kabel) • Rusko – Finsko (vložená JS spojka)

Teorie řízení střídavých výkonových toků v ES • Výkonové toky na linkách ES mohou být ovlivněny změnou základních elektrických parametrů, zejména impedancí vedení a uzlových napětí.

Okamžitý výkon střídavého (sinusového) proudu, který je zpožděn za napětím o úhel φ p(t ) = u(t). i(t) u(t) = Umax cos(wt + φu), i(t) = Imax cos(wt + φi). hodnoty fázorů: T 1 Umax 2 u(t) dt = ò T 0 2 Euler: ejφ= cos(φ +jsin φ) u(t) = (2)/U/ cos(wt + φu), i(t) = 2)/U/ Re[ej(wt + φu)].

Stanovení výkonu ( S je komplexní číslo ale ne fázor)

Zákon zachování energie l V každém uzlu (node, přípojnice = bus) ES: – Suma činných výkonů přitékajících do uzlu = 0, – Suma jalových výkonů přitékajících do uzlu = 0. l Toto je důsledkem Kirchhoffova zákona - součet proudů přetékající do uzlu = 0. – Součet činných a jalových výkonů a je tedy: S = UI*

Výkonové toky na vedení

Fázorový diagram

Možnosti řízení výkonů

Princip přenosu činného výkonu P vedením Řízení toků výkonů Podélná kompenzace Příčná kompenzace UPFC

Změna úhlu natočení

Transformátory bez úhlové regulace • Pro stav naprázdno a to jak pro střední odbočku, tak i pro všechny odbočky jsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi ( bez úhlového posunu) Transformátory s úhlovou regulací • Již ve stavu naprázdno a to jak pro regulaci odbočkami, tak v některých případech i pro střední odbočku nejsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi – jsou úhlově natočena • Transformátory s úhlovou regulací jsou v podstatě všechny transformátory, které mají přídavné napětí (vlivem regulace odboček) fázově natočeno vůči napětí ke kterému je regulace přidávána • Dělení transformátorů s příčnou regulací – různé, z praktických hledisek • TPR – transformátory s příčnou regulací • PST – transformátory pro regulaci fáze Zdroj: EGÚ Brno, Ing. J. Ptaček, Ph. D.

Transformátory s uhlovou regulaci PST (Phase Shifting Transformers) regulační (budící) transformátor zařízení s výrazným regulačním vlivem, ekonomicky přístupnější oproti FACTS

Závislost přenášeného výkonu na regulačním uhlu PST • maximální regulační rozsah PST je cca 30° až 40° linearizace pracovní oblast

PST

PST na úzkych profilech v Europě

Využití transformátorů s příčnou regulací v Evropě - Navýšení přenosové kapacity ve směru na Německo o cca 1100 MW - Udržování konstantních toků výkonů po profilech Zdroj: EGÚ Brno, Ing. J. Ptaček, Ph. D.

Příklad modelového výpočtu využití transformátoru PST pro regulaci tranzitu přes ES

Negativní vlivy PST na poměry v sítích (PS, 110 k. V): • V některých ES (částech sítě) dochází vlivem užití PST ke zvýšení ztrát činného výkonu, v jiných ES (zahraničních) může docházet i ke snížení ztrát. Toto může být předmětem poměrně vážných diskusí výhodnosti instalace PST. • V celém propojeném systému (soustavě) jsou však ztráty výkonu vlivem PST vždy větší (jak vlivem ztrát na vlastním PST, tak vlivem ztrát od přídavných toků vynucených PST). • Vytlačení toků z některých částí sítě (vedení) může způsobit přetěžování v jiných částech sítě. To se může projevit i v jiných soustavách (sousedních, nebo i vzdálenějších) což může vést k problémům. • Užití PST může vyvolávat také problémy související s provozem sítě s velkými rozdíly zátěžných úhlů (například provoz (spínání) souvisejících uzlových oblastí 110 k. V). • V případě spolupráce PS se 110 k. V s umístěnými PST – riziko přetěžování 110 k. V • Chránění PST je na rozdíl od standardních transformátorů poměrně komplikované

Specializované prostředky na regulaci toků činného výkonu v ES • Základní rozdělení FACTS: – sériové – paralelní – kombinované (sério-paralelní) • Rozdělení podle řízení příslušného parametru: – 1. FACTS regulující podélnou impedanci (TCSC, TSSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) – 2. FACTS injektující napětí v sérii s kompenzovaným vedením (SSSC) – 3. FACTS regulující příčnou admitanci (SVC) – 4. FACTS injektující proud paralelně s kompenzovaným napětím (STATCOM) – 5. Kombinované (např. UPFC – kombinace SSSC a STATCOM)

TCSC – Tyristorově řízená sériová kompenzace - Mění impedanci přenosové cesty a tím ovlivňuje toky výkonů v sítích - Použití : Rz. Stoede (Švédsko), Rz. Kayenta (USA) - Zvýšení přenosových schopností vedení, zabránění subsynchronním oscilacím Zdroj: EGÚ Brno, Ing. J. Ptaček, Ph. D.

SSSC - Static Synchronous Series Compensator • princip regulace toku P spočívá v injektovaní řízeného střádavého napěli Uq do série s vedením, které je fázově posunuté oproti proudu tekoucím vedením o +, - 90° • SSSC se chová jako regulovatelná L nebo C v sérii s vedením, které mění tok P změnou podélné impedance vedení (podobně jako TCSC), • základem SSSC je VSC (Voltage Source Converter) – napěťový 3 -fáz. měnič, který umožňuje regulovat velikost a fáze výstupního napětí UC.

UPFC – Univerzální regulátor výkonu - Účinná kombinace sériové a paralelní kompenzace - Nezávislé ovlivňování toků činného a jalového výkonu - Aplikace : Rz. Inez (USA) – napětí 138 k. V, zvýšení přenosové schopnosti dlouhých vedení napájející konzumní oblast, regulace napětí Zdroj: EGÚ Brno, Ing. J. Ptaček, Ph. D.

Srovnání základních vlastností a regulačních účinků specializovaných prostředků pro regulaci toků výkonů v sítích Zdroj: EGÚ Brno, Ing. J. Ptaček, Ph. D.

Vznik mezisystémových kyvů problém provozu propojených soustav FACTS jsou schopny tyto kyvy tlumit a zvyšují tím stabilitu soustavy Výpadek bloku 300 MW ve Španělsku

FACTS -Typické investiční náklady Operating range [MVAr] Náklady na výstavbu vedení Příjmy ze zvýšení přenosu

Výhody FACTS • Lepší využití existujících vedení • Zvýšení spolehlivosti a dostupnosti • Zvýšení dynamické stability • Zvýšení kvality dodávky elektřiny • Ochrana životního prostředí (neznečišťují , není nutné stavět nová vedení)

Aktuální (plánované) rozvojové akce Posílení schématu PS • Příčná spojka 400 k. V Čechy Střed – Bezděčín • Nové vedení 400 k. V Krasíkov – H. Životice • Zdvojení vedení 400 k. V Nošovice – Prosenice Vyvedení výkonu nových Vt. E do PS • Rozvodna 400 k. V Vernéřov připojená z R Hradec Vyvedení výkonu nového bloku ELE 660 MW • R 400 k. V Chotějovice • Nové vedení 400 k. V Chotějovice – Výškov • Nové vedení 400 k. V Chotějovice – Babylon Rozšíření transformačních vazeb 400/110 k. V ve stanicích • Čebín • Týnec • Neznášov Zvyšování přeshraniční přenosové kapacity Zdvojení vedení 400 k. V Slavětice – Dürnrohr

Plánovaný rozvoj PS v letech 2005 - 2015 8 6 1 5 7 2 3 4

Závěr • Prostředky pro řízení toku výkonu jsou v PS stále více používány. • Instalací FACTS je ve světě málo, důvodem je jejich vysoká cena. • Technické schopnosti řízení výkonu pomocí FACTS jsou vynikající. • Nejrozšířenější v PS je použití PST. • Nasazení prostředků pro řízení výkonu v propojených sítí (typů soustavy ČR) je omezeno. • ČEPS se na základě studií a rozborů rozhodl řešit situaci vzniku congestions „klasickým způsobem“ – posilováním a stavbou nových vedení.