Projekt SMIB_SPD. S n =500 kva u k =16%, u R =0.15% U n1/2 =419/21 kv

Transkript

1 Projekt SMIB_SPD Pracovní kupina ENTSOE Sytem protection and dynamic připravila jednoduchý model SMIB ( Single Machine Infinity Bu ) pro tetování tandardních modelů generátoru, budícího a pohonného ytému v různých výpočetních programech []. Základní jednopólové chéma je uvedeno na náledujícím obrázku (viz také popi ve kriptu [2] ): S n =500 MVA P n =475 MW U n =2 kv EN NEN SEN P L jq L NTLV TEN NTHV NRID c Q =. S n =500 kva u k =6, u R = U n/2 =49/2 kv SRID U nq =380 kv S kq =2500 MVA RID r Q =R Q /X Q =0. P RIDL jq RIDL Obr. Schéma tetovacího modelu generátor tvrdá íť (přejato a upraveno podle [] ) V programu MODES byly vytvořeny tři tetovací případy, oučáti projektu SMIB_SPD:. TESTSPD: Tetovací případ koková změna v regulátoru napětí o 5 u generátoru naprázdno 2. TESTSPD2: Tetovací případ 2 koková změna zatížení o 5 u generátoru v otrovním provozu 3. TESTSPD3: Tetovací případ 3 třífázový kovový dočaný zkrat 00 m v uzlu NTHV Dynamické modely Model obahuje dva zdroje. Jedním je tzv. tvrdá íť RID a druhým ynchronní generátor EN. Tvrdá íť RID je definována vým rázovým zkratovým výkonem S kq =3I k3 U nq (I k3 je rázový zkratový proud). V programu MODES je tento zdroj modelován generátorem, který při dodává při zkratu v uzlu do ítě tejný zkratový proud při poměrném elektromotorickém napětí c Q za náhradní reaktancí x (oučet rázové reaktance x d a reaktance blokového tranformátoru x T ). Pro model zdroje RID byly z globálního katalogu typových parametrů TYP_BLOK.CAT (je umítěn ve ložce LOBAL.DAT dotupný všem projektům) defaultní parametry defaul a z knihovny modelů generátoru model CONS (kontantní napětí za rázovou reaktancí kontantními otáčkami a zátěžným úhlem). Pro x=0.4 pak vychází hodnota jmenovitého zdánlivého výkonu Sn=909. MVA. Pokud e zadá model CONS, není už nutné blíže pecifikovat modely budičů, turbíny a pohonného média (ponechají e defaultní parametry a tandardní modely). U ynchronního generátoru EN bude zadání ložitější, protože bude kromě jeho parametrů definovat i modely budiče a turbíny. Převod parametrů generátoru ze zdrojových dat do typových parametrů MODESu je vcelku přímý a jednoduchý. Náledující tabulka ukazuje značení výchozích parametrů z [] a jejich převedení do lokálním katalogu typových parametrů TYP_BLOK.CAT (je umítěn ve ložce VST a dotupný jen pro daný projekt). Tab. Typové parametry modelu generátoru Výchozí U r, Co r, S r, X d X q X d X d T d0 T d0 T d0 T A X q T q0 MODES Un (kv) Con Sng (MVA) Xd Xq Xd Xd2 Xt Td0 Td02 Tq02 Tm Xq Tq0 E MODES umožnuje zadat i reaktanci blokového tranformátoru Xt (v daném případě je nulová, protože blokový tranformátor je oučátí modelu ítě). Naopak MODES nezadává rozptylovou reaktanci a odpor tatoru (model rozptylovou reaktancí nepočítá a odpor e zanedbává). Rovněž e nezadává rázová reaktance v příčné oe (předpokládá e rovnot X d = X q). Obr. 2 ukazuje v horní čáti jednoduchý model buzení SEXS (v nomenklatuře CMES značený ExcSEXS) definovaný ve zprávě []. Jedná e o proporcionální regulátor jednoduchým členem leadlag budičem e zpožděním T E jehož výtup je omezen v rozahu E MIN E MAX. V programu MODES tomu odpovídá tejnoměrný budič DC_ v kombinaci univerzálním modelem regulátoru buzení, jak ukazuje blokové chéma v dolní čáti obrázku. V programu MODES tvoří regulátor buzení amotatnou čát, kterou lze kombinovat šeti typy budičů. Model budiče DC_ má ve zpětné vazbě funkci ycení, která není použita (přílušné parametry jou nulové). Model regulátoru je mnohem komplexnější než u modelu SEXS. Tvoří ho PI regulátor (integrační čát e zadáním T I =0 vyřadí), omezovač rychloti zatěžování, derivační zpětná vazba (volbou K SE =0 e vyřadí) a tatiku jalovým proudem (volbou K STAT =0 e vyřadí). Aby bylo možno zkoumat odezvy budícího ytému na kokové a harmonické změny, lze přivét do oučtového bodu regulátoru kokový nebo inuový CMES (Common rid Model Exchange Specification) je tandard přijatý ENTSOE pro výměnu dat mezi provozovateli přenoových outav viz [3].

2 ignál. V Tab. 2 Tab. 3 jou výpiy parametrů modelů budiče a regulátoru, z kterých je patrná ekvivalence mezi výchozími parametry ze zprávy [] a parametry modelů programu MODES. Vc Vref V SEXS/ExcSEXS Tc Tb E MAX K T E E MIN Efd U Q U S Statika jalovým proudem Přídavný ignál Sytémový U k STAT*Q /U tabilizátor člen lead lag U ST (pt )(pt 2 ) Omezovač rychloti STAB kp (pt 3 )(pt 4 ) U Zmax U Imax v Unec U Rmax U Zmin U Z U Imin Necitlivot pti K SE pt S U B pt U S DZV Rmin PI regulátor Derivační zpětná vazba Regulátor buzení U Rmax U Rmin RB K A pt A U Bmin U Bmax E (U B ) Budič DC_ Obr. 2 Blokové chéma modelu budiče SEXS (nahoře) a ekvivalentní model regulátoru a budiče DC_ (dole) Tab. 2 Typové parametry modelu budiče Výchozí T E E MIN E MAX K MODES Ta Ubmin Ubmax Ka Kc Kd A B SEXS Tab. 3 Typové parametry modelu regulátoru buzení Výchozí Tc Tb MODES Uzmin Uzmax Unec Ktat Kp Ke TI T T T3 v (/) URmax URmin UImin UImax T2 T4 SEXS Obr. 3 ukazuje v horní čáti model tabilizátoru PSS2A použitý ve zprávě []. Jedná e o dvoukanálový tabilizátor, který využívá odchylku rychloti a činný výkon generátoru jak vtupní ignály. Ve podní čáti obrázku je model ytémového tabilizátoru, který e v programu MODES zadává jako oučát přídavných automatik regulátoru buzení (která dále tvoří ekundární regulátor jalového výkonu, omezovač tatorového a rotorového proudu a hlídač meze podbuzení). Model je zjednodušený vynecháním druhých členů wahout (T W2 =T W4 =0), rovnoti čaových kontant (T W =T W3 =T 7 ), nulové čaové kontantě v čitateli dolní proputi (T 8 =0) a rovnoti V STmax = V STmin. Parametry tabilizátoru jou v Tab. 4. VSI T w T w T w 2 T w T 6 2 T 8 M ( T 9 ) N P2A K S T T 2 T 3 T 4 VSTmax V S U B K S 3 V STmin VSI2 T w 3 T w 3 P T w 4 T w 4 K S 2 T 7 Kanál otáček pt S pt S Kanál výkonu pt S pt S K SP pt S Přídavná automatika regulátoru buzení Sytémový tabilizátor [pt 9 ] 5 Dolní proput K SS U Smax pt S pt S2 U Smax U Smax pt S3 pt S4 U Smax Dvojitý Lead lag Obr. 3 Schéma tetovacího modelu generátor tvrdá íť (přejato a upraveno podle [] ) Tab. 4 Typové parametry modelu přídavné automatiky regulátoru buzení STAB PSS2A KS KS2 TW T T2 VSTmax T3 T4 T9 MODES KS KSP TS TS TS2 USmax T3 T4 T9 PSS2A

3 Obr. 4 ukazuje v horní čáti jednoduchý model turbíny TOV. Jedná e o proporcionální regulátor otáček e tatikou R (proměnnou Ref lze měnit základní otevření a tedy i výkon turbíny) turbíno modelovanou členem leadlag. Parametrem Dt lze emulovat ztráty třením (obyčejně e zanedbávají Dt=0). V programu MODES tomu odpovídá tandardní model parní turbíny STAN v kombinaci univerzálním modelem regulátoru turbíny v otevřené regulační myčce, jak ukazuje blokové chéma v dolní čáti obrázku. V programu MODES tvoří regulátor pohonu amotatnou čát, kterou lze kombinovat pěti typy turbín. Model turbíny STAN modeluje podrobně regulační ventily, vyokotlakou čát (VT) turbíny a přehřívák nízkotlakou čátí (ta je modelována bez zpoždění). Model regulátoru je komplexnější než u modelu TOV. Jelikož je zvoleno řízení výkonu v otevřené regulační myčce (volba VYP) je výtup regulátoru R B dán požadovanou hodnotou výkonu turbíny N S.(lze ji měnit mítně nebo je zadávána dálkově ze ekundárního regulátoru f a P). Tuto hodnotu lze korigovat výtupem korektoru frekvence (pokud blok pracuje v primární regulaci frekvence). Elektrohydraulický převodník mění elektrický výtup regulátoru na tlak oleje ovládající regulační ventily. Pokud byl tak oleje závilý na otáčkách (u tarších mechanickohydraulických a hydrodynamickým ytémů) lze tuto vazbu modelovat hydraulickým regulátorem otáček, který má zeílení k SP. Nepřímo úměrné tatice regulace otáček. V Tab. 5 a Tab. 6 jou výpiy parametrů modelů turbíny (šedé parametry e v modelu STAN nevyužívají) a regulátoru, z kterých je patrná ekvivalence mezi výchozími parametry ze zprávy [] a parametry modelů programu MODES. Ref Omezovač rychloti zatěžování N S v N tep N TOV/ovSteam0 vmax T2 P M R T T3 N Tmax N Tmin Korektor frekvence f Z N Fmax Čidlo frekvence f k cor p5 d Fr N Fmin Elektrohydraulický převodník Hydraulický regulátor otáček p T EH d SP k SP Regulátor v režimu VYP 3 R T vmax Regulační ventily v min v max T V min p max Dt VT čát p T HP k HP k LP pt R Turbína model STAN Přehřívák a NT čát Výkon turbíny N T Obr. 4 Blokové chéma modelu turbíny TOV (nahoře) a ekvivalentní model regulátoru a turbíny STAN (dole) Tab. 5 Typové parametry modelu turbíny TOV T T3 vmin vmax T2/T3 MODES kn TV TIV THP TR TLP Vmin (/) Vmax (/) VImin (/) VImax (/) VCtop (/) VItop (/) min max KLP= KHP KHP kiv TOV Parametr kn louží k převodu poměrných hodnot generátoru na hodnoty turbíny a je roven hodnotě /Co r. Tab. 6 Typové parametry modelu regulátoru turbíny TOV /R MODES TIT T IB T N TEHP k T k B ksp k Fr kcor k Pre k For EN vn /min tepn dfr dsp d Pre d P NFmax TOV Šedě značené parametry e týkají regulátoru kotle (pokud je kotel modelován jako zdroj pohonného média). V našem případě je modelován kontantní tlak páry. Výše uvedené informace o modelech zdrojů a jejich parametrech jou outředěny do vtupního ouboru BLOK.DTB, jehož obah je v náledujícím výpiu: n# Jmeno Jmeno TypPar Model TypPar Model TypPar TypPar TypPar Model TypPar TypPar Stav TypPar Model Bloku Uzlu eneratoru Budice Regul. Prid.aut. Turbiny Regul. Prid.aut. Zdroje 'EN' 'NEN' 'E500' 'PARK' 'SEXS' 'DC_' 'SEXS' 'PSS2A' 'TOV' 'STAN' 'TOV' 'defaul' 'VYP' 'defaul' 'CONS' 2 'RID' 'RID' 'defaul' 'CONS' 'defaul' 'STAN' 'defaul' 'defaul' 'defaul' 'STAN' 'defaul' 'defaul' 'ZAP' 'defaul' 'CONS' NFmin

4 2 TESTSPD: Tetovací případ koková změna napětí generátoru naprázdno Chod ítě byl upraven pro generátor naprázdno podle náledujícího chématu: 500 MVA EN NEN SEN 2 kv 380 kv NTLV TEN NTHV NRID SRID 4 0j j 2 kv 0j kv : MVA RID Obr. 5 Jednopólové chéma tavu ítě pro Tet generátor ve tavu naprázdno Při vypnutím vypínači S_EN a nezatíženém uzlu NEN je generátor ve tavu naprázdno. Na vorkách je jmenovité napětí 2 kv. Skoková změna v regulátoru napětí o 5 byla provedena na bloku EN zadáním záahu EXTS ( parametrem 5) v čae t=0. pomocí cénáře. Tento záah připojí přídavný ignál o velikoti 5 do oučtového bodu regulátoru (viz Obr. 2). Výtupní proměnné napětí generátoru UEN a budícího napětí UB e zadají do prvního a druhého grafu v grafice. Doba výpočtu je zadána na 2 a vzorkování je po 0 m. Výledné průběhy v poměrných jednotkách jou zobrazeny na náledujícím obrázku. UEN_EN[p.j.] UB_EN[p.j.] Obr. 6 Čaové průběhy vorkového a budícího napětí generátoru Z průběhu je patrný tabilní průběh pouze dvěma kyvy. Svorkové napětí e utálí do.4 po zadání změny. 4

5 3 TESTSPD2: Tetovací případ 2 koková změna zatížení generátoru Chod ítě byl upraven pro zatížený generátor podle náledujícího chématu: 500 MVA EN NEN SEN 2 kv 380 kv NTLV TEN NTHV NRID SRID 4 0j j 0j j0 MVA :.03 2 kv 49 kv 909. MVA RID Obr. 7 Jednopólové chéma tavu ítě pro Tet 2 generátor v otrově zatížený na 80 jámovitého činného výkonu U tetu 2 je vypínač SEN také vypnut, ale generátor je zatížen výkonem P L = 0.8P n a Q L = 0 při jmenovitém napětí U n. V dynamickém modelu je zátěž v uzlu nahrazena admitancí připojenou do uzlu. Odebíraný výkon (zatížení) je k závilé na kvadrátu napětí uzlu. Pro tetování modelu turbíny a regulátoru e provede koková změna této admitance. Změna zatížení má odpovídat 5 jmenovitého činného výkonu generátoru P n, tedy o MW. Při tomto provozu bloku (odpojeném od ítě) e nepoužívá ytémový tabilizátor, takže typové parametry 'PSS2A' e nahradí defaultními 'defaul', které mají nulová zeílení obou kanálů tabilizátoru. Změna zatížení v uzlu NEN e provede zadáním záahu LOAD ( parametrem 6.25, což je procentní změna zátěže z výchozí hodnoty) v čae t=0. pomocí cénáře. Tento záah změní kokem admitanci zátěže připojené do uzlu. Výtupní proměnné otáčky generátoru N (odpovídá v poměrných hodnotách úhlové rychloti ), výkon turbíny NT a činný výkon generátoru PE jou zadány do třetího a čtvrtého grafu v grafice. Doba výpočtu je prodloužena na 20. Výledné průběhy v poměrných jednotkách jou zobrazeny na náledujícím obrázku. N_EN[p.j.] NT_EN[p.j.] PE_EN[p.j.] Obr. 8 Čaové průběhy otáček a výkonů bloku při změně zátěže Z průběhu je patrný tabilní průběh pouze jedním překmitem. Otáčky e utálí na hodnotě , což odpovídá proporcionální regulaci otáček e zeílením 20 (tatikou 2 5). Zelený průběh činného výkonu generátoru PE je roven odběru zátěže v uzlu. Během několika ekund regulátor vyreguluje napětí na jmenovitou hodnotu a změna zatížení e rovná požadovaným 5. 2 Při odlehčení bloku ze jmenovitého výkonu na chod naprázdno by byl nárůt otáček rovný hodnotě tatiky. 5

6 4 TESTSPD3: Tetovací případ 3 třífázový dočaný zkrat Chod ítě byl upraven pro přifázovaný a plně zatížený generátor podle náledujícího chématu: 500 MVA EN NEN SEN 2 kv 380 kv NTLV TEN NTHV NRID SRID 4 0j j 0j j56 MVA : j76 MVA 399 kv 909. MVA RID Obr. 9 Jednopólové chéma tavu ítě pro Tet 3 přifázovaný generátor e jmenovitým činným i jalovým výkonem U tetu 3 jou oba vypínače zapnuty, generátor je zatížen na jmenovitý činný a jalový výkon, napětí v uzlu NRID je udržováno na 399 kv odběrem rovným 475j76 MVA. Pro tetování úhlové tability e provede třífázový dočaný zkrat v uzlu NTHV trváním 00 m. Zkrat e zadá u počátečního uzlu tranformátoru TEN záahem ( parametry 0 a 0 3 ) v čae t=0.. Zkrat e vypne záahem CLER ( parametrem 3) v čae t=0.2. Výtupní proměnné napětí generátoru UEN, budící napětí UB činný výkon a proud generátoru PE a IEN, kluz S (procentní odchylka otáček od jmenovité hodnoty) a výtup ytémového tabilizátoru STAB (viz Obr. 2) e zadají v grafice. Doba výpočtu je zkrácena na 0. Výledné průběhy v poměrných jednotkách ( výjimkou kluzu, který je v procentech) jou zobrazeny na náledujícím obrázku.. UEN_EN[p.j.] 3.0 PE_EN[p.j.] IEN_EN[p.j.] UB_EN[p.j.].5 S_EN[ ] STAB_EN[p.j.] Obr. 0 Čaové průběhy veličin bloku při trojfázovém zkratu Svorkové napětí nekleá při zkratu až k nule, protože zkrat je až za blokovým tranformátorem. Činný výkon ale kleá k nule, což způobí nárůt kluzu generátoru. Během zkratu dodává generátor rázový zkratový proud a budící napětí doáhne tropní hodnoty (nárazové přibuzení). Díky ytémovému tabilizátoru je přechodný děj kývání rychle 3 První parametr udává vzdálenot zkratu od počátečního uzlu (ve chématu značeného tečkou). Zadáním nuly e vlatně jedná o zkrat v uzlu. Druhý nulový parametr definuje kovový zkrat (bez přídavné impedance mezi mítem zkratu a zemí). 6

7 utlumen, o čemž e lze nadno převědčit záměnou typových parametrů 'PSS2A' za defaultní 'defaul'. Bez tabilizátoru je průběh netabilní. Ve zprávě [] jou zobrazeny i průběhy veličin pro jednotlivé programy použité pro tetování. Program MODES je uveden pod pímenem a. Celý projekt lze nadno naimportovat pomocí balíčku SMIB_SPD.ZIP (který obahuje vtupní data včetně exportního archivu PROJECTS.ADD identitou projektu) náledujícím potupem.. Obah balíčku překopírujeme do pracovního adreáře programu MODES (kde je program intalován), 2. z uživatelkého protředí MODMAN tikneme v menu Projekt/Nový, 3. v Editoru projektů rozklikneme v eznamu vpravo položku SMIB_SPD (objeví e ložky projektu), 4. zaškrtneme Přidej projekt (v rámečku Specifikace projektu je vidět jeho identita), 5. tiknutím tlačítka Uložit e projekt vloží do Stromu projektů a je připraven pro další využití. Ver Ing. Karel Málo CSc. Reference [] Documentation on controller tet in tet grid configuration, ENTSOE S SPD Report 203, [Online] [2] K. Málo: Tetovací modely pro analýzu tability elektrizační outavy, kriptum FEKT VUT v Brně, 208 [3] ENTSOE, Detail decription of the CMES profile Verion 2.4.4, [On line] 7