Stabilita ES Síťový simulátor MODES

Transkript

1 Stabilita ES Síťový simulátor MODES Ing. Karel Máslo, CSc. odd. Analýz PS Přednáška ZČU Plzeň

2 Obsah přednášky: Dynamická stabilita 1. Definice spolehlivosti provozu ES 1. Adekvátnost 2. Bezpečnost provozu 2. Dynamická stabilita 1. Úhlová stabilita 2. Frekvenční stabilita 3. Napěťová stabilita 3. Příklady systémových poruch 4. Obranný plán proti šíření poruch 5. Popis síťového simulátoru MODES

3 Spolehlivost provozu ES Adekvátnost výkonová přiměřenost Bezpečnost provozu o kritérium N-1 (přetížení, napětí) o stabilita (napěťová, úhlová..), zkratová odolnost V Kodexu PS je definována stabilita provozu jako schopnost soustavy udržet rovnovážný stav během normálního provozu i po přechodných dějích způsobených vnějšími vlivy, dispečerským řízením i poruchovými výpadky zařízení Kodex PS část I. Základní podmínky pro užívání přenosové soustavy, dostupný na Společná pracovní skupina IEEE a CIGRE definovala stabilitu ES zhruba takto: jestliže dojde v soustavě k rozruchu, musí se soustava vrátit do rovnovážného stavu s veličinami v dovolených mezích a soustava jako celek zůstane nedotčena Definition and classification of power system stability, technická brožura CIGRE, Paříž 2002

4 Adekvátnost provozu Zdroj: ENTSO-E Scenario Outlook & Adequacy Forecast

5 Rozruchy provozního charakteru - změny odebíraného nebo dodávaného výkonu, plánované změny topologie sítě (např. vypínáním nebo zapínání vedení), poruchy zařízení působených skrytými vadami nebo zrychleným stárnutím (výpadky el. bloků a vedení) poruchy způsobených klimatickými vlivy jako údery blesku, silným větrem, vysokou teplotou (zkraty) vlivy fungování trhu s elektřinou poruchy způsobené lidskou neúmyslnou chybou sociální vlivy např. stávky v elektrárnách geomagnetické bouře teroristická a kybernetické útoky.

6 Časový rozsah přechodných dějů v ES Dlouhodobá stabilita Střednědobá stabilita Plánování provozu Krátkodobá stabilita Frekvenční odlehčování Zásahy obsluhy a dispečerů Asynchronní motory Sekundární regulace P a f Terciální regulace P a Q Buzení a generátor Primární regulace frekvence Setrvačnost soustrojí Najíždění rezervy Omezovač stat. a rotor.proudu Změna odboček trafa Dynamika kotle 1min Spolehlivost 1hod čas [sec]

7 Stabilita ES Stabilita ES Úhlová stabilita Frekvenční stabilita Napěťová stabilita Stabilita malých kyvů Přechodná stabilita

8 Úhlová stabilita P M G P E U G a) jednopólové schéma X X [pj] 1 U S E (Xd+X/2)I 0.8 P E P M 0.6 X Xd E X I U S 0.4 d U S I b) náhradní schéma c) vektorový diagram d [rad] 3 d) výkonová charakteristika P E E * U X S sin( d )

9 Úhlová stabilita oslabení sítě P M G P E U G a) jednopólové schéma X X U S [pj] 1 [pj] 1 P E P E P M 0.6 P M d 0 1 d d 3[rad] d [rad] 3 b) stabilní přechod c) nestabilní přechod d 0 d

10 Úhlová stabilita - zkrat P M G U P G E a) zkrat X X U S P M G P E b) vypnutí zkratu X X [pj] P E0 P E1 - P EZ P M [pj] P E0 P E1 P EZ - P M d d [rad] 3 0 d d [rad] 3 c) stabilní přechod d) stabilní přechod s rychlým řízením ventilů

11 Distanční ochrana

12 Střed kývání 10 8 x a=0.9 E X E E S m=0.5 m 2 a= r m=1-10 a=1.1 m=0 Z U I X E 1 j a e jd jm ; a E E S

13 Frekvenční stabilita P M P E G T dn J dt M df dt Mmech Mel ( P M P E )

14 t [s] 10 Turbína 1 -K 1+pT T K=1/d P E P M - + Soustrojí f 1 pt M T T =0.1 s f=- P E /K f -1.6 Synchronní propojení Primární regulace f f t [s] -260 T T =2 s T T =0.1 s T T =1 s f=- P E /K T T =10 s k=2.5 T M =10 s T T =1 s T T =2 s k=20 T M =10 s Ostrovní provoz Regulace otáček Průběh frekvence f při deficitu P E

15 Výpadek 1500 MW s připojeným Tureckem Zdroj: ENTSO-E SPD, Warsaw, Nov. 4th 2010, TEIAS System Connection, W. Sattinger, Swissgrid

16 Rozšiřování kontinentálního propojení

17 Napěťová stabilita - zjednodušený pohled

18 C E E

19 Napěťová stabilita reálné faktory zatížení asynchronní motory lavina napětí, činnost hladinových regulátorů napětí (HRT) činnost podpěťových ochran (na vlastní spotřebě) činnost omezovačů rotorového proudu v regulátorech buzení

20 Stabilita ES příklady reálných poruch Zdroj: ENTSO-E Technical background and recommendations for defence plans in the Continetal Europe,

21 Blackout již. Švédsko a vých. Dánsko Zdroj: The black-out in southern Sweden and eastern Denmark, 23 September, 2003

22 Iniciační porucha důsledky Nearest phase in adjacent busbar B Busbar A, 3 phases (R,S,T) Napěťový kolaps R R T R S T přepínání odboček traf Overheating Disrupture U /kv f/mhz t/s Výpadky bloků t/s

23 Blackout Itálie From Swiss SWITZERLAND statement to UCTE Mettlen 1 2 Sils FRANCE Albertville Riddes Moerel 3.1 Avise Valpelline Airolo Pallanzeno Lavorgo Soazza Robbia Ponte Gorduno Mese Sondrio Musignano *Bulciago 3 AUSTRIA Lienz 4 Soverzene Redipuglia Planais 8 Padriciano Divaca SLOVENIA Villarodin 7 Rondissone Venaus Camporosso Le Broc-Carros Separation from European grid

24 Blackout Itálie

25 Blackout Itálie frekvenční kolaps

26 Blackout jižního Řecka (poloostrov Pelopones+Attika vč. Atén) Aliveri Peloponés Lavrio

27 1. Výpadek Lavrio II 300 MW 2. Odlehčení Atén 80 MW 3. Výpadek Aliveri III 150 MW 4. Výpadek Aliveri IV 150 MW. Iniciační porucha důsledky Napěťový kolaps + Ztráta uhlové stability U 1 U C d U 2 U 1 X 1 P X 2 U 2 U C

28 Rozpad propojení UCTE Area1 Western : under-frequenc frequency Area North Eastern 2 : over -frequency Area 3 under -frequency South Eastern : under frequency Total load shed :~ MW Total tripped generation in Western area :~ MW (6%) Hz MW High frequency High flows Risks of further outages 50,60 Hz North South West 49 22:10:20 22:10:30 22:10:40 22:10:50 22:11:00 49,7 Hz

29 :10:06 :10:07 :10:08 :10:09 :10:10 :10:11 :10:12 :10:13 :10:14 :10:15 :10:16 :10:17 :10:18 :10:19 :10:20 :10:21 :10:22 :10:23 :10:24 :10:25 :10:26 :10:27 :10:28 :10:29 :10: Rozpad kv 400 Switzerland kv 250 Greece propojení 350 Austria UCTE Croatia Croatia :10:10 22:10:12 22:10:14 22:10:16 22:10:18 22:10:20 22:10:22 22:10:24 22:10:26 22:10:28 22:10: voltage Bassecourt voltage Ag. Stefanos voltage Tumbri voltage Zerjavinec voltage Ternitz -sec. axis splitting : 22:10:28,700 West and North East 22:10:28,900 West and South East 50.1 Landesbergen-Wehrendorf tripping 22:10:13 50 Landesbergen closing busbar 22:10: Zone WEST Zone South East Zone North East 49.8

30 WAMS

31 50,9 Sat, ; 22:09:44 f [Hz] 50,7 50,5 Röhrsdorf (D) Hagenwerder (D) Heviz (H) 50,3 50,1 49,9 49,7 49,5 49,3 49,1 Ag. Stefanos (GR) Urberach (D) Rommerskirchen (D) Bimolten (D) Měření WAMS 48,9 22:10:10 22:10:15 22:10:20 22:10:25 22:10:30 22:10:35 22:10:40 22:10:45 22:10:50

32 Zdroj: Arizona-Southern California Outages on September 8, 2011, FERC/NAERC report, April 201 Blackout USA (Ar, Ca)+Mexiko

33 Iniciační porucha důsledky Zdroj: Arizona-Southern California Outages on September 8, 2011, FERC/NAERC report, April 201

34 Blackout Dánsko Švédsko Itálie Řecko Rozpad UCTE USA a Mexiko Holandsko Turecko Iniciační porucha Výpadek rozvodny Blackouty shrnutí Příčina Následek Pozn. Technická závada Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Ztráta frekvenční stability Výpadek vedení Vysoké přetoky Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Ztráta frekvenční stability Výpadek bloku Technická závada Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Ztráta frekvenční stability Rozpojení spínače přípojnic Vypínání odpojovačem Výpadek vedení Vypínání odpojovačem Neproveden kontrolní výpočet důsledků Chyba obsluhy Technická závada + chyba obsluhy Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Rozdělení synchron. propojení Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Ztráta frekvenční stability Výpadek rozvodny Ztráta frekvenční stability Výpadek vedení Vysoké přetoky Ztráta uhlové stability Kaskáda výpadků vedení Ztráta frekvenční stability Částečný BO Úplný BO Částečný BO Působení frekvenčního odlehčování Částečný BO Částečný BO Úplný BO

35 Závěry Přes plánování a dodržování standardů bezpečnosti provozu (kritérium N-1) může dojít k systémové poruše spojené se ztrátou stability, napěťovým a frekvenčním kolapsem Je nutné mít vypracované Plány obrany proti šíření poruch: nastavení distančních ochran rychlé budící soupravy blokování HRT při podpětí frekvenční odlehčování zátěže přepínání regulací turbíny. Zdroj: Defence plans and restoration, Final itesla Workshop Network Security Assessment , ( Vyšetřování poruch zjednodušují systémy WAMS Analýzu rovněž usnadňují síťové simulátory