Transcript Preuzmi fajl

Termička ograničenja
G
G
Problem održavanja amplitude napona
Problem ugaone stabilnosti mašina
Problem naponsko reaktivne
stabilnosti
G
G
HVDC prenos el. energije
Raspodeljena proizvodnja
G
Tržište električne energije
G
G
G
Upravljanje tokovima snaga
G
G
FACTS
P12  V12 G12  V1V2 G12 cos  B12 sin   
sin V1V2
sin cos  cos sin   

Z
Z
sin V1V2
 V12

sin    
Z
Z
 V12
B 

Q12  V12  B12  C   V1V2 G12 sin   B12 cos  
2 

 cos BC  V1V2
sin sin   cos cos  
 V12 


Z
2
Z


 cos BC  V1V2
 V12 

cos   

Z
2
Z



P12 
V1V2
sin 
X
V12 V1V2
Q12 

cos
X
X
V1V2
P12 
sin 
X
V1V2
P12 
sin 
X
Proračun tokova snaga (Newton-Raphson)
Pi  GiiVi  ViV j Gij cos i   j   Bij sin  i   j 
n
2
j 1
j i
Qi   BiiVi  ViV j Gij sin  i   j   Bij cos i   j ; i  1,2,, n
n
2
j 1
j i
Pi  Pi zadato  Pi izracunato
Qi  Qizadato  Qiizracunato
 
V 
 
k 1
  P 
 P     
Q     Q 
  
   

  P 
k  
  
 
  
 Q 
V 
  
1
 P  
 V     
 

Q
   V 
 V  

 P  
k 
 V  
 P 
    ; k  1,2,, n
 Q  
Q
 V  
 
Static Var Compensator (SVC)
Sabirnice
prenosne mreže
Napon prigušnice
Niski napon
T2 OFF
T1 ON
T1 OFF
T2 ON
T2 OFF
T1 ON
Struja prigušnice
Pasivni filter
C
L
BSVC  BC  BTCR
1

XC X L
XC






X

2




sin
2

 L 



Kontinualna promena admitanse
Mrežno (naponski)
zavisan uređaj
VBUS
1
Otočna admitansa
0.8
Q  f V
2
BUS
0.6
0.4
VBUS  VSVC  X T I
0.2
I
max
C
0
I
max
L
I SVC

STATic COMpensator (STATCOM)
Fazni regulator
GTO invertor
V BUS
DC +
Sprežni
transformator
I
V STAT
A
C DC
B
C
Invertor
I DC
VDC
C DC
Kondenzator za održavanje
jednosmernog napona
Tok aktivne snage kroz
DC kolo je 0
DC -
Trofazni mosni invertor
(GTO ili IGBT) za male
instalisane snage
Višeslojni invertori (multilevel inverter)
za velike instalisane snage
3V
3
2V
2
V

C DC

V AC

C DC

Naizmenični napon
invertora
0

C DC
1


VA
3 jedinice
VB
VC
3 jedinice
0
3 jedinice
Princip kompenzacije STATCOM-a
VBUS
VBUS
XT
V
VSTAT
I
VSTAT
VBUS
VSTAT
I
CDC
V
INDUKTIVNI REŽIM RADA
EES
Q
STATCOM
Proizvodnja i potrošnja
reaktivne snage
I
V
KAPACITIVNI REŽIM RADA
EES
Q
V
STATCOM
Pražnjenje i dopuna jednosmernog
kondenzatora (regulisanje
jednosmernog napona)
V BUS
I STAT

V STAT
V STAT

V BUS


I STAT
Karakteristika STATCOM-a
Naponski nezavisan
uređaj
VBUS
Realni strujni generator
1
Q  f VBUS 
0.8
0.6
0.4
VBUS  VSTAT  X T I
0.2
I
max
C
0
I Lmax
I SVC
Thyristor Controlled Series Capacitor
Dalekovod
TCSC
X TCSC

Kompenzacioni napon TCSC-a
zavisi od struje dalekovoda

Mrežno zavisan
uređaj
Kapacitivnost
Režim blokiranja
Induktivnost
Obilazni ili
“bajpas” režim
Rezonantno
kolo
Režim kapacitivnog
pojačanja
X L  10 X C
Radna karakteristika TCSC-a
X TCSC
X
max
TCSC
Vs
V
 max
I Lmin
Vs'
Režim kapacitivnog
pojačanja
 jX c I
j( X  X c )I
XC
I
Vr
Režim blokiranja
0
 XL
I Lmin
I Lmax
IL
Struja dalekovoda
Bajpas režim
Promena ugla između fazora
predajnog i prijemnog napona

Upravljanje tokom
aktivne snage
Static Series Synchronous Compensator (SSSC)
I LINE
Redni (sprežni)
transformator
V SSSC
Redno vezana induktivnost !!!
I
GTO invertor (multilevel ili PWM)

Invertor
I DC
VDC
C DC
Kondenzator za održavanje
jednosmernog napona
Tok aktivne snage
kroz DC kolo je 0

Mrežno nezavisan uređaj
V SSSC , I LINE  

2
VSSSC
X SSSC
Vmax
Vmax
Radne
karakteristike
SSSC-a
Vmax
Vmin
 I max
 I min
I min
Vmin
I max I
 I max
LINE
 I min
I min
I max I
LINE
 Vmax
 Vmax
 Vmax
f .o.
VV q
V2

P
sin  
cos
X
X
2
VS
V q V
q
VS' I
 Vq
VV q
V2

1  cos  
Q
sin
X
X
2
VR
X
jX I
ind
VS
cap
VS
VS'
 ind
I
VR
 cap
Interline Power Flow Controller (IPFC)
Dalekovod 1
Spoj dva SSSC-a
(Master i Slave)
SSSC 1
Master SSSC – Kontrola toka
aktivne i reaktivne snage
Konvertor 1
Slave SSSC – Kontrola toka
aktivne snage
DC kolo
Konvertor 2
SSSC 2
Dalekovod 2

Preraspodela tokova snaga
između dalekovoda
Phase Shift Transformer (PAR)
A
Mrežno zavisan uređaj
B
C
Redni transformator
Uticaj na ugaoni raskorak
Između predajnog i
prijemnog napona

Pobudni transformator
Uticaj na tokove
aktivnih snaga
(Pline ≤ Pmax)
mreže
VA
boost
V BC
BT
YY
novi
VA
Dalekovod
boost
ET
boost
VBC
 VBC
V BC
ET
Y
mreže
mreže
ET
VBC
 VBC
V CA
VA
V AB
VA
novi
VA
VC
VB
V BC
P
 max
Ugaona karakteristika
dalekovoda sa PST-om
 max
V2
X
  max
0
 max

2


Redni transformator
new
VE
Pobudni
transformator
VB
VE
V1
V2
V1
new
VE
VB
V2
VE
Phase-shift transformator sa razdvojenim tercijarom
(bolja kontrola ugaonog raskoraka između napona)
Unified Power Flow Controller (UPFC)
mreže
VA
boost
V BC
BT
YY
novi
VA
Dalekovod
ET
boost
VBC
 VBC
ET
Y
mreže
ET
VBC
 VBC
Dalekovod
Otočni konvertor
STATCOM
Redni konvertor
SSSC
V  V
V
VC
V  V 
V C
V
VC
V
V
V  V
V V C
V V V C
V V 
V  V pq
V V V

I
Regulisanje efektivne
vrednosti napona
Redna kompenzacija
(SSSC)
Pomeranje faze
(Phase-shift transformator)
Objedinjena kontrola
napona, impedanse i ugla
(UPFC)
VV pq
V2
P
sin  
sin    
X
X

VS
V pq
'
VS
Q
 Ppq
I
P
X
VR
VV
V2
1  cos   pq cos   
Q
X
X
VX
V pq
QR
VS
'
VS
I
VR

Vk  k
Vm m
VS  S
YS
YV
Pkm , Qkm
Vt  t
Y TL
PV  GVV VV2  VV Vk GkV cos V   k   BkV sin  k   V 
PDC
VV V
QV   BVV VV2  VV Vk GkV sin  V   k   BkV cos k   V 
PS  GkmVS2  VS Vk Gkm cos S   k   Bkm sin  S   k  
 VS Vm Gkm cos S   m   Bkm sin  S   m 
S km  V m V m  V k  V S Y km 
m 

Pkm  GkmVm2  VmVk Gkm cos m   k   Bkm sin  m   k  
 VmVS Gkm cos m   S   Bkm sin  m   S 
Qkm   BkmVm2  VmVk Gkm sin  m   k   Bkm cos m   k  
 VmVS Gkm sin  m   S   Bkm cos m   S 
PDC  PV  PS  0
Iterativna jednačina UPFC-a
 k 
 
 m
 V 
 
 S 
Vk 
 
Vm 
V 
 V
VS 
 n 1
 Pk
 
 k
 Pm
 n    k
 k 
 P
 
 km
 m
  k
 V 
 PDC
 



S
   k
Vk 
 Qk
 
 
Vm 
 k
V 
 Qm
V
 
  k
 Q
VS 
 km
  k
 QV

  k
Pk
 m
Pm
 m
Pkm
 m
PDC
 m
Qk
 m
Qm
 m
Qkm
 m
0
Pk
 V
0
0
PDC
 V
Qk
 V
0
0
QV
 V
Pk
 S
Pm
 S
Pkm
 S
PDC
 S
Qk
 S
Qm
 S
Qkm
 S
0
Pk
Vk
Pm
Vk
Pkm
Vk
PDC
Vk
Qk
Vk
Qm
Vk
Qkm
Vk
QV
Vk
Pk
Vm
Pm
Vm
Pkm
Vm
PDC
Vm
Qk
Vm
Qm
Vm
Qkm
Vm
0
Pk
VV
0
0
PDC
VV
Qk
VV
0
0
QV
VV
1
Pk 
VS 

Pm 
n 
VS 
 Pk 

Pkm
 P 

 m 
VS 
 Pkm 
PDC 




P
VS 
DC


 Qk 
Qk 


VS 

Q
 m

Qm 
Q 
 km 
VS 
 QV 
Qkm 

VS 

0 

Proširenje Jakobijeve matrice uvođenjem UPFC-a
Veličine stanja
za otočni i redni
transformator
Veličine stanja
za novi čvor m
Injektiranja u novi čvor m na
koji je priključen UPFC
Zahtevani tok aktivne i
reaktivne snage od čvora k
do čvora m
Balans snaga
jednosmernog kola UPFC-a
Dodatna jednačina za slučaj
maksimalnog opterećenja
STATCOM-a




Injektiranja u postojeći čvor
k na koji je priključen UPFC


Injektiranja u
postojeće čvorove
AC mreže
Pi

i  V j  k  m Vm  S VS V VV Vk
 Pi 


  i 
Q j  Q j 
   
 i
 Pi 

 
 V j 
 Q j 

 
 V j 
Pk


Qk


Pm


Qm


Pkm


Qkm
PDC
QV




















Jakobijeva matrica
iz jednačine (6.16)
Dodatna veličina
stanja u slučaju
maksimalnog
opterećenja
STATCOM-a
Optimizacioni procesi u proračunima tokova snaga
f  f x1 ,, xn 
g x1 ,, xn   C

Lx1 ,, xn ,    f x1 ,, xn    g x1 ,, xn   C 
L f
g


0
x1 x1
x1
L
f
g


0
x 2 x 2
x 2

L
f
g


0
x n x n
x n

L
 g x1 ,, x n   C  0

 x1 
x 
 2 
  


x
 n 1 
 x n 
Funkcija ograničenja
Funkcija cilja
 n
 m
L   ai  bi PGi  c P   i Vi V j Gij cosi   j   Bij sin i   j   PGi  PLi   i g Vi ,i   K i 
i 1
i 1
 j 1
 i 1
n
n
2
i Gi
OPF proračun u PSS/E
Zavisnosti tokova snaga po karakteristicnim
vodovima od rada UPFC-a
900
400 kV Bor - Nis
700
600
Pflow [MW]
Funkcija cilja su minimalni
gubici aktivne snage EES-a
400 kV Djerdap - Bor
800
220 kV BBasta - Pozega
500
400
Gubici aktivne snage EES-a - Load Flow vs OPF
300
200
100
210
0
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
205
Ploss [MW]
UPFC Pflow [MW]
200
LF
OPF
195
190
Napon u Nisu na 400kV naponskom nivou - Base Case vs OPF
185
Napon [KV]
398
396
394
392
390
388
386
384
382
380
378
-400
-300
-200
-100
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
UPFC Pflow [MW]
LF
OPF
0
100
UPFC Pflow [MW]
200
300
400
-300 MW
300 MW
-150 Mvar
150 Mvar
Funkcija marginalnih
troškova FACTS-a
(NJ/kVA)
Dijagram marginalnih troškova izgradnje FACTS uređaja
E L
2 1

a
r  1000   8760   L  max

2 
 ATC



Jedinična cena FACTS-a
[Eur/kVA]
250
η=0,5
η=1
200
η=1,5
150
100
50
0
0
0,2
0,4
0,6
L - Faktor iskorištenja ATC
0,8
1
NTC NTC   ATC
 Eur 
NTC
C zakupa
 MWh 
NTC
 Eur 
NTC
C zakupa
 MWh 
NTC   ATC
FACTS
FACTS
Marginalna cena
(bez upotrebe FACTS-a)
Marginalna cena
(bez upotrebe FACTS-a)
Nova marginalna cena je
jednaka 0
Nova marginalna cena
(upotrebljen FACTS)
P1 P2

Pn
P(n+2)
Pojedinačna transakcija
kojoj odgovara ponuđena
cena zakupa prenosnog
kapaciteta
TTC  NTC  TRM
NTC  AAC  ATC
Prazmene MW 
P1 P2

Pn
Dodatno ostvarene
transakcije
Pojedinačna transakcija
kojoj odgovara ponuđena
cena zakupa prenosnog
kapaciteta
Prazmene MW 
Ostvarene sve
transakcije
Povećanje ATC

Veći broj prekograničnih
transakcija po nižoj ceni
Naponski nivo
dalekovoda
[kV]
115
138
230
345
500
Cena izgradnje
(EPRI, 1989)
[1000$/km]
80-235
80-235
95-235
220-440
250-500
Energetski kabl (CESI 2005)
XLPE kablovi
Gasno izolovani kablovi
FACTS uređaj (CESI 2005)
/
Phase-shift transformator
SVC
TCSC
STATCOM
SSSC
UPFC
HVDC (tiristorski)
HVDC (konvertorski)
Cena izgradnje
(Siemens, 2006)
[1000$/km]
90
90
100
150
240
Odnos cena (dalekovod/kabl)
1:7 – 1:14
1:26
Specifična cena
[€/kVA]
16-70
35-90
50-130
60-130
60-130
90-170
150-250
190-350
Isplativost
/
Visoka
Visoka
Srednja
Srednja
Srednja/Niska
Niska
Visoka
Srednja
TCSC postrojenja u svetu
Godina
izgradnje
Država
Instalisana
snaga
Naponski
nivo
Postrojenje
/
1992
1993
1998
1999
1999
2004
2004
/
SAD
SAD
Švedska
Brazil
Brazil
Indija
Kina
[MVA]
2x165
208
493
107
107
118
86.6
[kV]
230
500
400
500
500
400
220
/
Kayenta
C.J.Slatt
Stöde
Imperatriz
Serra de Mesa
Raipur
Gansu,Chengxian
STATCOM postrojenja u svetu
Godina
Država
izgradnje
/
/
1991
Japan
1992
Japan
1995
SAD
2001
Velika Britanija
2001
SAD
2003
SAD
Instalisana
snaga
[MVA]
88
50
100
225
133
100
Naponski
nivo
[kV]
154
500
161
400
115
138
Postrojenje
/
Inuyama
Shin Shinano
Sullivan
East Claydon
VELCO Essex
Talega
UPFC postrojenja u svetu
Godina
izgradnje
/
1998
2003
Država
/
SAD
Južna Koreja
Instalisana
snaga
[MVA]
320
80
Naponski
nivo
[kV]
138
154
Postrojenje
/
Inez
Gangjin