Regulace frekvence - bilance činných výkonů v ostrovním provozu (OP) Přednáška k předmětu Řízení ES 1. Úvod

Transkript

1 Regulace frekvence - bilance činných výkonů v ostrovním provozu (OP) Přednáška k předmětu Řízení ES. Úvod Tento text je podkladem k přednášce Regulace frekvence - bilance činných výkonů v ES z předmětu Řízení elektrizačních soustav. Text je členěn do následujících kapitol.. Rozdíl mezi řízení frekvence v propojené soustavě a ostrovním provozem 2. Frekvenční plán jako součást Obranného plánu proti šíření poruch 3. Regulační režimy parních a vodních turbín 4. Vyhodnocení chování zdrojů ve velkých a malých ostrovech 5. Start ze tmy 2. Řízení frekvence v propojené soustavě a ostrovním provozem Principy řízení frekvence a činného výkonu v rozsáhlé propojené soustavě (při paralelním provozu velkého množství synchronně pracujících zdrojů) byly popsány v předchozí přednášce []. V této přednášce se budeme zabývat ostrovním provozem, který je podle Kodexu PS [2] definován jako stabilní, mimořádný provoz části elektrizační soustavy (po jejím oddělení od ostatní soustavy jako důsledek poruchy), do které může pracovat několik zdrojů (bloků, elektráren). Ostrovní provoz tedy podle definice vzniká po poruše vypnutí vedení a/nebo transformátorů chybnou manipulací nebo ochranami. Postižená část sítě ztrácí synchronní spojení se zbytkem soustavy a pracuje asynchronně (s frekvencí obvykle odlišnou od jmenovité). Existuje i druhý způsob vzniku ostrova a to záměrnou činností při obnově soustavy po poruše typu blackout, kdy dojde nejprve k tzv. startu ze tmy ( blackstart najetí zdroje bez podpory vnější sítě), rozběhu vlastní spotřeby dalších bloků, jejich najetí a postupnému zatěžování. Ostrovní provoz je ukončen synchronizací a přifázováním k zbytku soustavy. Přifázování se provádí pomocí automatických synchronizačních zařízení, která kontrolují plnění fázovacích podmínek (dovolený rozdíl napětí, fází a kmitočtů). Vyregulování frekvence v ostrově do pásma vhodného pro fázování řídí dispečer přenosové soustavy podle příslušné provozní instrukce. ásledující tabulka ukazuje rozdíly mezi oběma režimy provozu ES. Tab. Porovnání synchronního a ostrovního provozu a pokrývání nerovnováhy P Synchronní provoz Ostrovního provoz Udržování výkonové komplexní systémová služba regulace otáček turbín, součinnost provozovatelů sítí rovnováhy zajištěná provozovatelem PS a elektráren, frekvenční odlehčování Primární pokrytí P primární regulace f proporcionální regulace otáček, frekvenční odlehčování Sekundární pokrytí sekundární regulace f a P změna základního otevření, změna zatížení, centrální P regulace frekvence Zásadní rozdíl mezi oběma provozy je v tom, že zatímco v synchronním propojení se mohla regulační oblast spoléhat na výpomoc ostatních regulačních oblastí, v ostrovního provozu se musí část sítě zvaná ostrov spoléhat sám na sebe. Matematicky vyjádřeno platí pro ostrov již známá bilanční rovnice: P G = P S P Z P G sumární činný výkon dodávaný generátory ( ) P S sumární činné zatížení ostrova včetně vlastní spotřeby elektráren P Z celkové ztráty v sítích Sumární členy v rovnici se mění především vlivem náhodných fluktuací zatížení, poruchových výpadků bloků a neregulovatelné dodávky. Při vzniku ostrova převezmou bilanční nerovnováhou P (rozdíl výroby, spotřeby a ztrát v ostrově před jeho vznikem) všechny generátory ostrova. Po tomto elektrickém rozdělení nastává elektromechanický vyrovnávací děj popsaný pohybovou rovnicí: dω ( 2) IΩ = T P G Ω mechanická úhlová rychlost, I je moment setrvačnosti soustrojí dt T a P G jsou mechanický výkon turbíny a elektrický výkon svorkový generátoru Pro první okamžik po vzniku ostrova je na pravé straně pohybové rovnice hodnota P (záporná pro deficitní ostrov), která způsobí změnu otáček soustrojí a také změnu frekvence ostrova. Rozuměj asynchronně z hlediska propojených energetických soustav

2 3. Frekvenční plán jako součást Obranného plánu proti šíření poruch Při běžném synchronním provozu je odchylka frekvence od jmenovité hodnoty 50 Hz udržovaná (především činností primární regulace frekvence) v pásmu ± 200 mhz. Při vybočení frekvence z těchto mezí jsou prováděny opatření určené provozní instrukcí dispečinku provozovatele přenosové soustavy - Frekvenčním plánem, který rozpracovává zásady určené v příloze vyhlášky č. 29/200 Sb. O stavech nouze v elektroenergetice. Opatření se týkají jak výrobců elektráren (bez ohledu, jestli jsou vyvedeny do přenosové nebo distribuční soustavy, tak odběratelů (frekvenční odlehčování). Frekvenční plán určuje tři pásma provozu vzhledem k změnám frekvence pro jednotlivé typy elektráren: Tab. 2 Vymezení frekvencí v Hz pro pásma provozu (převzato z [3] ) Typ elektrárny Uhelné Jaderné Vodní (VE) Přečerpávací (PVE) Paro- Provoz EDU ETE turbína čerpání plynové normální bez omezení časové omezení, omezení P a cosϕ nepřípustný 53<f<46 52<f< <f< <f<46 53<f<46 52<f<49 52<f<48 Při vybočení odchylky frekvence z mezí ± 200 mhz je signalizován signál snížený nebo zvýšený kmitočet a bloky se mají automaticky přepínat do otáčkové proporcionální regulace a odpínat od centrálního regulátoru f a P. Dojde rovněž k automatickému odpojení automatické regulace napětí (SRU) ze systému terciární regulace napětí. Při poklesu frekvence pod hodnotu Hz se automaticky odpojují od ES na vlastní spotřebu bloky PVE v režimu čerpání a při dalším poklesu frekvence přechází do turbínového režimu. Při poklesu frekvence pod 49 Hz se v pásmu Hz automaticky odpínají lokální distribuční soustavy (závodní elektrárny) do separátního provozu. Při poklesu frekvence do pásma nepřípustného provozu se nejprve automaticky odpojují jaderné a paroplynové elektrárny na vlastní spotřebu a pak (při poklesu frekvence pod 46 Hz) i uhelné, vodní a přečerpací vodní elektrárny. Při nárůstu frekvence nad 50.2 Hz se automaticky odpojují od sítě na vlastní spotřebu vybrané bloky VE a PVE v turbínovém režimu. Při 5.5 Hz se automaticky vypínají zbývající bloky PVE v turbínovém režimu a bloky VE pokud nezregulovaly na nulový výkon. Při dosažení pásma nepřípustného provozu pro nadfrekvenci se bloky vypínají od sítě do provozu na vlastní spotřebu se zpožděním zohledňujícím přechodné zvýšení frekvence. V ES ČR (obdobně jako u ostatních států bývalého sdružení CETREL) byly přijaty čtyři stupně systémového frekvenčního odlehčování zátěže pomocí frekvenčních relé instalovaných v rozvodnách 0 kv a 22 kv provozovatelů distribučních soustav. Tab. 3 Systémové frekvenční odlehčování (převzato z [3] ) Stupeň / frekvence [Hz] Objem odlehčované zátěže [%] Z tabulky je patrné, že v systému frekvenčního odlehčování je připojeno 50 % celkové zátěže ČR. Relé dávají signál k vypnutí příslušnému vypínači bez umělého časového zpoždění. Zátěž je tedy odepnuta v čase sestávajícího z času potřebného pro změření odchylky frekvence a vypínacího času příslušného vypínače. Je nutno podotknout, že ostrovní provoz je událostí s řídkým výskytem, který se ale nedá úplně vyloučit (viz např. [4] -[8] ), takže je nutno se na ni připravovat. Kvalitně připravený Frekvenční plán je základním předpokladem úspěšného zvládnutí těchto situací. Rovněž úplné výpadky soustavy (Blackout) mají velmi malou pravděpodobnost, přesto jsou připraveny příslušné postupy jejich řešení (viz např. [9] -[23] ). Tento požadavek je formulován obecněji v příloze č. 3 (Frekvenční plán) vyhlášky č. 29/200 Sb.(O stavu nouze v elektroenergetice) jako zajištění stabilní regulace otáček turbín 2

3 4. Regulační režimy jednotlivých typů turbín V začátcích využívání turbín pro výrobu elektřiny, které souhlasí ze začátkem elektrizace, pracovaly turbíny vždy v otáčkové regulaci a zásobovaly omezený počet odběratelů. Čidlem otáček byl známý roztěžník (angl. Flyballs ), který přímo ovládal (jako Wattův regulátor viz Obr. ) přívod pracovní látky (páry nebo vody) do turbíny. Zvýšením otáček se zvedla objímka a přes pákoví se přivřely regulační ventily u parní turbíny a naopak regulace tedy byla proporcionální. Turbína fakticky pracovala přirozeně v ostrovním provozu. V případě paralelní spolupráce více turbín, rozděloval se na ně výkon ručním posunováním objímky roztěžníku. Obr. Wattův regulátor otáček (převzato z [24] ) Jak rostly jednotkové výkony turbín přibyl v regulátoru hydraulický zesilovač (pomocný a hlavní servomotor), který umožnil vyvinout dostatečnou sílu pro ovládání regulačního orgánu. U parních turbín se jednalo se o mechanicko-hydraulický systém, který se používal na turbínách do výkonu 50 MW. Obr. 2 Schéma mechanicko-hydraulického systému (převzato z [25] ) Zadaná hodnota otáček se prováděla přenastavováním pákoví a mohla být prováděna automaticky regulátorem výkonu. Vzniklo tak tzv. sériové uspořádání (nebo kaskádovité), kdy regulátor výkonu měnil zadané otáčky. S nárůstem výkonu byl mechanický roztěžník nahrazen odstředivým čerpadlem (impelerem) a výstup regulátoru výkonu se přenášel buď přes páku transformátoru oleje (viz Obr. 3) nebo přes elektro-hydraulický převodník. Jednalo se o hydrodynamický systém (viz Obr. 4) používaný pro jednotkové výkony do 0 MW na našich klasických parních elektrárnách a 220 MW u jaderné elektrárny Dukovany. Sériové uspořádání zůstalo zachováno. V takovém uspořádání turbína reaguje na odchylku frekvence sítě. Pokud však je v činnosti regulátor výkonu, je reakce jen dočasná, protože regulátor výkonu (obvykle proporcionálně integrační) eliminuje vliv sériového regulátoru otáček, který má proporcionální charakter. Obr. 3 Schéma transformátoru oleje (převzato z [25] ) 3

4 Obr. 4 Schéma hydrodynamického systému (převzato z [25] ) Zatím poslední vývojovým stupněm je elektro-hydraulický systém, kde hydraulická část slouží jen jako zesilovač a regulační obvody jsou realizovány v elektronické části (dříve analogové dnes již digitální programovatelné). Přenos je zprostředkován rychlými elektro-hydraulickými převodníky (EHP). Vzniká tak tzv. paralelní systém elektronicko hydraulický. Regulační režim se volí v elektronické části přepnutím mezi: regulací otáček (čistě proporcionální i PI), regulací výkonu s volitelnou korekcí od odchylky frekvence (primární regulace f ), předtlakovou regulací, ručním řízení. nebo jako výběr minimální hodnoty (omezovací regulace tlaku, vakua, teploty atd.). Jelikož původní hydraulický regulátor otáček má jen záložní funkci, tak pokud není turbína v režimu regulace otáček nereaguje na odchylku frekvence sítě 2. Výjimkou je primární regulace f, která bývá většinou omezena (obvykle ± 5% jmenovitého výkonu). Obr. 5 Schéma elektro-hydraulického systému (převzato z [25] ) s výjimkou některých ochranných funkcí např. elektrického urychlovače, který je aktivovaný od vypínače bloku nebo čidla zrychlení a způsobí rychlý pokles tlaku oleje s rychlým dočasným zavření regulačních ventilů 2 Pokud zanedbáme samoregulační efekt, který bývá u parních turbín zanedbatelný 4

5 Tak se vývojem dospělo do stavu, kdy v běžném provozu v propojené elektrizační soustavě turbíny regulují výkon a na odchylku frekvence sítě reagují buď omezeně nebo vůbec. Případ, že dojde k oddělení části sítě od propojené soustavy tedy vznik tzv.ostrova, musel být ošetřen speciálně. Moderní elektro-hydraulické regulátory parních turbín typu EHS byly vybaveny tzv. regulátorem přeběhu aktivovaným při překročení nastaveného zrychlení. Při zapůsobení se regulace přepnula do regulace otáček. K přepnutí tedy došlo k jen při přechodu do přebytkového ostrova. Dnes je toto řešení nahrazeno speciálními regulátory uvedenými dále. U vodních turbín vybavených regulátory typu -ROT bylo přepnutí do režimu regulace otáček implementováno automaticky při vybočení frekvence z nastavitelného pásma (obvykle Hz). Regulátor otáček měl proporcionální charakter (přesněji PIDP s trvalou statikou ve zpětné vazbě). Před připojením k soustavě UCPTE byl začátkem 90 let zpracován tzv. Plán obrany proti šíření poruch. Jeho součástí byl i frekvenční plán vytvořený pod dohledem společností BG (Bayernwerk ktiengesellschaft) a EdF (Electricité de France). Tento plán určoval i základní požadavky, jak se mají při odchylkách frekvence chovat parní, vodní a jaderné elektrárny. Obrázek ukazuje statickou charakteristiku (závislost vyráběného výkonu na frekvenci sítě) pro bloky klasických elektráren. Běžný provoz je dán pásmem Hz. Bloky pracují buď v koordinované regulace (jedná se zřejmě o regulaci výkonu nebo předtlakovou regulaci nebo jejich kombinaci) nebo v primární regulaci. Při vybočení frekvence z tohoto pásma se jedná o tzv. narušený provoz (angl. Disturbed operation ). Blok je nasazený na maximální výkon Pmax bez primární regulace. Blok pracuje v primární regulaci nasazený na Pmax snížený o primární regulační rezervu 5%Pn. Blok pracuje odlehčený (např. z důvodu zařazení do dálkové regulace) buď v primární regulaci (čárkovaná šikmá čára se statikou 8%) nebo bez ní (čárkovaná kolmá čára). akonec blok pracuje odlehčený v primární regulaci pracovní bod je Pmin. Při vybočení frekvence z mezí Hz se regulace přepne do režimu regulace, kdy je výkon turbíny určen podle charakteristiky: P tur =P zad -k*df ( 3) kde P zad je výchozí pracovní bod, k je zesílení (nepřímo úměrné hodnotě statiky δ, která bývá 5%), df=f-f ZD Jedná se tedy o proporcionální regulaci podle principu Wattova regulátoru (jen místo otáček je v regulační rovnici frekvence). Kde je to technologicky možné (s ohledem na existenci dostatečně dimenzovaných přepouštěcích stanic) se provede natopení kotle na maximální výkon P max (kotel je tak připraven na rychlé změny odběru páry). Obr. 6 Statické charakteristiky regulace konvenčních bloků Při nárůstu frekvence o 0.2 Hz (při přechodu do přebytkového ostrova) blok nejprve skokem sníží výkon o 8% při statice 5% a pak plynule snižuje výkon až na hodnotu vlastní spotřeby P aux. Blok plynule přechází na čárkovanou charakteristiku až na výkon vlastní spotřeby P aux. Obdobně se chovají částečně zatížené bloky a s tím rozdílem, že mohou zvyšovat výkon při poklesu frekvence v deficitním ostrovu. 5

6 Výše uvedené požadavky byly uplatněny při praktické realizaci úprav regulačních systémů turbín v rámci příprav na připojení ES ČR k evropské soustavě UCPTE v polovině 90. let. Jejich implementaci si ukážeme na dvou příkladech parních turbínách včetně hodnocení jejich chování v ostrovním režimu. Prvním příkladem je starší regulátor TVER použitý u elektrárny Dukovany (EDU), jehož struktura přibližně odpovídá již popsanému hydrodynamickému systému jak je zobrazeno na následujícím obrázku. - p HPKz - p HPK Elektronická část regulace TG Hydraulická část regulace TG Impeler n TG Turbína TG S f S S - f S Z TPO ručně Regulátor výkonu Ruční řízení KTO Korektor tlaku Turbínový polohový ovladač TPO EHP MSO Elektrohydraulický převodník - Primární transformátor Omezovač M I p HPK Regulační ventily Přepouštěcí ventily K Obr. 7 Principiální schéma regulátoru TVER (viz také [8] ) Regulační systém má dvě části. Hydraulická část obsahuje prvky pro konvenční regulaci otáček turbogenerátoru (čidlo otáček tzv. impeler, primární transformátor s měničem nerovnoměrnosti, měnič středních otáček MSO, regulační ventily). Elektronická část obsahuje turbínový polohový ovladač TPO a obvody pro zajištění nadřazených regulačních funkcí turbíny. Spojení obou části zajišťuje elektrohydraulický převodník EHP, který je připojen na vstup hydraulické regulace otáček a působí jako zadavač otáček TG. Regulační odchylka otáček je zpracována v primárním transformátoru, který má charakter proporcionálního členu. Jeho zesílení je dáno nastavením měniče nerovnoměrnosti. Rozsah nastavení nerovnoměrnosti δ = 3 8 %, obvyklé nastavení je δ = 5 %. Výstup primárního transformátoru je tlak sekundárního oleje. Výstup primárního transformátoru je porovnáván se signálem omezovače. Menší ze signálů pak ve formě tlaku sekundárního oleje působí na hydraulické servomotory regulačních ventilů. V režimu TPO-ručně ovládá operátor přímo tlačítky / - převodník EHP přes turbínový polohový ovladače TPO a tím zasahuje přímo do hydraulické regulace turbíny. Korektor tlaku KTO působí omezuje nárůsty výkonu turbogenerátoru (TG) vyvolané poruchami na frekvenci. Je řízen regulační odchylkou tlaku páry v hlavním parním kolektoru HPK. Při poklesu frekvence dojde k zatížení TG podle statické charakteristiky hydraulické regulace TG, což vyvolá i pokles tlaku v HPK. KTO provede korekci polohy EHP tak, že částečně eliminuje vliv poruchy frekvence na výkon TG. KTO tedy zajišťuje řízené zatěžování bloku při neřízeném poklesu frekvence ES. árůst frekvence a následné odlehčení TG není řízeno KTO, tento poruchový stav je řešen automatickým otevřením přepouštěcích stanic do kondensátoru PSK. Pro plnění požadavků ostrovního provozu byly nezbytné úpravy, jejichž popis je převzat z [26]. V původním projektu EDU se předpokládal normální provoz v propojené ES (s malými odchylkami frekvence) nebo provoz na vlastní spotřebu (resp. běh naprázdno) při odpojení vývodového vypínače 400 kv. však při ostrovním provozu zůstává vývodový vypínač zapnut, ale výkon se může měnit mezi nominální hodnotou a vlastní spotřebou, přičemž odchylky kmitočtu mohou mít velikost až ±2 Hz. Pro ocenění vlivu ostrovního provozu na EDU bylo nutné provést analýzy chování elektrárny při velkých změnách frekvence sítě. Rozhodující jsou vlastnosti regulátoru turbíny. Při změnách frekvence se prakticky bez omezení uplatňuje hydraulický regulátor otáček s nastavenou statikou 5 %). Předřazený elektronický regulátor výkonu turbíny však jeho vliv eliminuje a reguluje výkon turbíny na zadanou hodnotu (případně pro blok v primární regulací korigovanou odchylkou frekvence, ovšem jen v úzkém pásmu). Při poklesu frekvence nabírají turbogenerátory výkon bez ohledu na možnosti reaktoru a klesá tlak v hlavním parním korektoru (HPK). Korektor tlaku se snaží výkon TG omezit, aby se tlak páry zvýšil. le regulátor otáček naopak výkon TG zvyšuje a tak se pokles tlaku prohlubuje. Pokud nedojde k jeho stabilizaci, mohou zapůsobit ochrany a TG odstavit. Proto bylo rozhodnuto o provedení nutných úprav řídících a technologických systémů EDU. 6

7 Změny musely respektovat omezené realizační možnosti analogových řídících systémů a splňovat následující požadavky:. Hlavní regulovanou veličinou je frekvence elektrizační soustavy. 2. Regulátor otáček (frekvence) musí být proporcionální (z důvodů stability více zdrojů v ostrovní soustavě). 3. Přechod mezi regulačními režimy musí být automatický. 4. esmí být zrušeny potřebné korekční vazby na regulaci výkonu reaktoru zajišťující bezpečnost provozu. 5. Musí být doplněn informační systém bloku tak, aby měl operátor dostatek informací k ocenění stavu bloku a mohl bezpečně řídít blok i při velkých změnách frekvence. První dva požadavky byly splněny konstrukcí hydraulického regulátoru otáček turbíny. Pro splnění zbylých bylo rozhodnuto modifikovat SKŘ pouze minimálně, s tím část řídících zásahů bude realizovat obsluha bloku. Změny v řídících systémech spočívaly v instalace frekvenční automatiky (FRE), úpravách regulátorů turbíny, reaktoru, přepouštěcích stanic do kondenzátoru a průtoku napájecí vody. Schématicky jsou základní úpravy na následujícím obrázku: MEZE TG Zadaný výkon MI omezovač PI regulátor výkonu P *2 MI TPO EHP 08 poloha EHP EHP *5 VS korektor frekvence korektor vakua P HK korektor tlaku *4 korektor tlaku - d PHPK PI regulátor tlaku P HPKnom ruční ovládání ventil *3 KTO IVS RM FMM OP * FRE 6 f ES PHPK MSO ručně f ES tlak p2 RV VS EHP primární transformátor MI sekundární transformátor omezovač ruční VT T T GTX n TG G PHK kondezátor Obr. 8 Úprava regulátoru TVER (převzato z [26] ) Frekvenční relé FRE 6 vyhodnocuje odchylku frekvence napětí sítě od 50 Hz. Pokud ta překročí hodnotu 0.2 Hz a je zapnutý vývodový vypínač 400 kv, je to příznak vzniku ostrova a elektrárna přechází do režimu ostrovní provoz. Výstupem FRE 6 jsou tři signály : Frekvence mimo meze (FMM). Při změně kmitočtu o ±0.5 Hz je obsluha upozorněna na nebezpečí velkých změn frekvence Ostrovní provoz (OP). Při změně kmitočtu o ±0.2 Hz se aktivuje bez zpoždění automatické převedení regulace TG na otáčkovou regulaci (*2). Regulátor výkonu reaktoru se přepíná do režimu regulace tlaku (*), aby sledoval případné změny TG. Zregulování na vlastní spotřebu (VS) Při poklesu kmitočtu pod 47.9 Hz okamžitě, nebo při zvýšení kmitočtu nad 52.5 Hz se zpožděním 25 s (zohledňující odeznění přechodového jevu) jsou TG odepnuty od soustavy vývodovým vypínačem 400 kv (*5). 7

8 Regulaci v ostrovním režimu zajišťuje hydraulická část regulátoru TVER. Od signálu OP dochází k odpojení regulátoru výkonu (*2) a připojení korektoru tlaku ostrova (*3). Funkčnost ochran TG je zajištěna připojením mezí a nízkých parametrů přímo na hydraulický omezovač (*4). V ostrovním provozu je potřeba omezit velké a rychlé změny výkonu primárního zdroje a tak je část parní produkce odregulována pomocí přepouštěcích stanic do kondensátoru (PSK). Tato část výkonu je pak k dispozici pro kompenzaci rychlých změn zátěže ostrova a zabránění nepovolených změn výkonu reaktoru. a klasických elektrárnách je tato funkce součástí speciálního regulátoru tzv. regulátoru ostrovního provozu (ROP). a EDU se automaticky pouze sníží hodnota otevíracího tlaku PSK při vzniku ostrova. Úplný přechod na regulaci tlaku páry pomocí PSK provádí obsluha ručně do 80 s od přechodu do ostrovního provozu podle provozního předpisu. Zvýšení podpory operátora elektrárny v ostrovním provozu je zajištěno signalizací na panelech blokové dozorny a v informačním systému. Důležitý pro obsluhu je podpůrný programu PpSP, který hlídá chování TG vůči žádané statické charakteristice 5 % a který vypočítává velikost výkonové rezervy v PSK (viz také [] ). Druhý příklad je novější digitální regulátor s programovatelnou elektronickou částí. Jedná se elektrohydraulický systém skládající se z elektronického regulátoru a hydraulické části podle následujícího obrázku. S - f S Z p HPK - p HPKZ Regulátor výkonu Regulátor tlaku Regulace tlaku - Ruční řízení Omezovací funkce Regulátor ostrovního provozu M I OSTROV Rychlé řízení ventilů RŘV Regulátor otáček epřifázováno Maximální otevření RV Elektronická část regulace TG M I EHP Hydraulická část regulace TG p HPK TG u RVuPSK K S f S Obr. 9 Principiální schéma digitálního regulátoru (viz také [8] ) V tomto uspořádání neobsahuje hydraulická část čidlo otáček a vlastní regulátor otáček je implementován elektronicky. Provoz bloku v ostrovním provozu zajišťuje samostatná část regulátoru turbiny nazvaná regulátor ostrovního provozu - ROP. Do režimu ROP se blok přepíná opět frekvenčním relé při odchylce frekvence větší jak 200 mhz. Vlastní ROP je tvořen vlastním proporcionálním regulátorem otáček, větví základního otevření a omezovací regulací tlaku. Regulátor otáček má nastavitelné zesílení (statiku) a možnost omezení rychlosti změny výstupu v závislosti na tom, jestli je tlak Obvod proporcionální regulace otáček - 20 p HPK p HPKž - RUČ Omezovací regulace tlaku n TG n p HPK X T r e n d KTO Obr. 0 Ideové schématu regulátoru ostrovního provozu 8 MI Obvod základního otevření RV BO RUČ - Základní otevření - I 30% n TG y x Otevření RV - OSTROV regulován primárním zdrojem nebo přepouštěcími stanicemi PSK. Základní otevření zajišťuje tzv. beznárazové přepínání regulátoru z režimu regulace výkonu/tlaku do ROP. Omezovací regulace tlaku působí při poklesech tlaku. V režimu ROP regulace primárního zdroje (reaktoru nebo kotle) přechází do regulace tlaku. Zjednodušené schéma regulátoru ostrovního je na Obr. 0 (převzato z [24] ). Výstupní signál regulátoru ostrovního provozu je vytvářen superpozicí základního otevření a výstupu proporcionální větve regulace otáček, přičemž jeho maximální hodnota může být omezena výstupem větve omezovací regulace od nízkého tlaku v HPK.

9 ásledující obrázek ukazuje příklad implementace ROP na JE Temelín (podle [6] ). Základní otevření ventilů XXX % XXX % UT RUČ - x x x Otáčky TG XXX /min (2)SB02S90 x y y Frekvence sítě >50,2 Hz Otáčky TG > 302 ot/s Frekvence sítě < 49,8 Hz Otáčky TG < 2988 ot/s Rušení Ostrovního Režimu KOEC Vysmeknuto (2)SE83SL epřifázováno O (2)SE83BROPE R RŘV (2)SE83FVI Porucha měř.otáček (2)SE83WSRBD O R ZDEJ Malá zátěž (2)SE83BOLOLMSG Velká zátěž O (2)SE83BOHILMSG R Otáčky v pásmu (2)SE83FREQOK OSTROVÍ REŽIM S (2)SE83ISILPS R Citlivost otevírání ventilů na změny otáček TG UT XXX %/ot RUČ Ruč XXX ZDEJ Otáčky TG (2)SB02S O R XXX /min - x x - - y Základní otevření S ventilů v RUČ R 0,07%/s PSK : Zavřeno x Klesající zátěž y 3009 Základní otevření ventilů TG XXX % (2)SE83BO 6%/s x 20%/s 00%/s 0,4 X T R E D x x >0, <0,5 S R P v HPK XXX MPa (2)R05P90TC Žádaný P v HPK (2)CC09-0 _ XXX MPa ,2 M MPa X [ % ] Obr. Zjednodušené schéma uspořádání ROP bloku ETE M I X MI Viz. obr.3.2- Výstupní signál Otáčkové regulační smyčky Ostrovního režimu [%] (2)SE83ISIOUT Žádané otevření ventilů TG se tvoří jako součet základního otevření a proporcionální regulace otáček. Tento součet je omezen shora signálem z omezovače tlaku v HPK. Z důvodů zajištění bezpečného provozu ETE v deficitních ostrovních soustavách je omezována také rychlost změny signálu z proporcionální regulace otáček. 9

10 U vodních turbín větších výkonů se používaly od 70.let 20.století rovněž elektrohydraulické regulátory (EHR), jejichž dodavatelem byl tehdejší VÚP Praha. Blokové schéma staršího provedení takového regulátoru typu -ROT je zobrazeno na následujícím obrázku: Obr. 2 Zjednodušené schéma elektro-hydraulického regulátoru vodní turbíny -ROT (podle [30] ) V horní části obrázku je regulátor výkonu, který má čistě integrační charakter (s integrační časovou konstantou T Z ). Jeho výstup je v obrázku označen jako rychlý vstup vstupuje do zpětné vazby regulátoru otáček, který má strukturu, obvyklou pro vodní turbíny, jak lze zjistit porovnáním s modelem typického regulátoru na Obr. 2. Pro závislost žádané hodnotu otevření turbíny W Y na regulační odchylce otáček lze při zanedbání derivační vazby (Tder=0) a za zjednodušujícího předpokladu K odvodit přenosovou funkci: ptd ( 4) k P b P ( ptd ) b P Regulátor má tedy proporcionální charakter se zesílením rovným obrácené hodnotě trvalé statiky b P. k P Zároveň se vzhledem k členu ve jmenovateli chová jako setrvačný člen. řádu s časovou konstantou T, která dosahuje až stovek sekund. Rychlý vstup z regulátoru výkonu se však dostává na výstup žádané hodnotu otevření turbíny W Y prakticky bez zpoždění, takže oba regulátory mají rozdílnou dynamiku v souladu s požadavky, které jsou na ně kladeny. Přepnutí z jednoho režimu regulace do druhého docházelo při vybočení frekvence z pásma Hz. Frekvenční relé vypnulo vypínač v horní části obrázku a regulátor plynule (beznárazově) přešel do režimu proporcionální regulace otáček.. d b P Obr. 3 Model typického regulátoru vodní turbíny (podle IEEE[3] ) 0

11 Porovnání parametrů obou regulátorů je v následující tabulce. Tab. 4 Systémové frekvenční odlehčování regulátor -ROT b P trvalá statika k P přechodná statika T d časová konstanta tlumení K zesílení Model IEEE R P - permanent droop R t transient droop T R dashpot time constants Q servo gain regulátor PIDp b P trvalá statika k proporcionální zesílení - k / k P T I integrační časová konstanta T I T d * k P V dnešní době je již většina původních regulátorů -ROT na našich vodních elektrárnách nahrazeny novými regulátory ZT/ST, které mají v režimu regulace otáček strukturu ukázanou na následujícím obrázku: P Generátor f - b P - k pt I Žádané otevření turbíny Wy f ZD b P P 0 Obr. 4 Zjednodušené schéma PIDp regulátoru Regulátor měří svorkový výkon generátoru a frekvenci svorkového napětí a na výstupu má žádanou hodnotu otevření. Stacionární přenosová funkce (v ustáleném stavu) mezi výkonem generátoru a odchylkou frekvence je: P=P 0 - (f-f ZD )/b P ( 5) a odpovídá statické charakteristice výkonu podle rovnice ( 3). Hodnota P 0 odpovídá velikosti svorkového výkonu generátoru po přechodu do ostrovního provozu. Dynamické vlastnosti regulátoru PIDp jsou obdobné jako u předchozích regulátorů, přičemž v posledním řádku Tab. 4 je ukázána přibližná ekvivalence mezi parametry. pt d Ve schématu je regulátor označen jako PIDp, přičemž poslední písmeno p ukazuje proporcionální charakter přenosu mezi výkonem a odchylkou frekvence nebo otáček

12 5. Vyhodnocení chování zdrojů ve velkých ostrovech ásledující obrázky ukazují časový průběh regulačního děje po výpadku Itálie ( viz [8] - stručně také Příloha ). p, [pj].02 f [mhz] f S odchylka frekvence sítě p HPK tlak páry S výkon generátoru R výkon reaktoru :25 03:30 03:35 t Obr. 5 Časový průběh odezvy bloku s hydrodynamickou regulací po výpadku Itálie Z obrázku je vidět správná odezva výkonu generátoru S na odchylku frekvence f podle proporcionálního zákona v souladu s rovnicí ( 3). nalýzou závislosti výkonu turbíny s uvážením vlivu změny tlaku vychází trvalá statika δ vychází % (po přepočtu na jmenovitý tlak páry). Vysoká hodnota (v srovnání s doporučnými 5%) je způsobena nelinearitou statické charakteristiky (závislosti mezi tlakem sekundárního oleje jako výstupem primárního transformátoru z Obr. 7 a výkonem TG), která je pro plný výkon plochá. V lineární části (pro menší výkony pod 95% jmenovité hodnoty) dosahuje statika požadovaných hodnot. árůst tlaku páry byl odregulován snížením výkonu reaktoru. ásledující obrázek ukazuje časový průběh regulačního děje pro druhý příklad digitálního regulátoru. p, [pj] n odchylka otáček p HPK tlak páry R výkon reaktoru n [mhz] S výkon generátoru 0.96 t /9/03 3:25 28/9/03 3:30 28/9/03 3:35 2 otevření PS-K Obr. 6 Časový průběh odezvy bloku s elektrohydraulickou regulací po výpadku Itálie Z obrázku je opět vidět počáteční odezva výkonu na odchylku otáček. Rovnice má v poměrných hodnotách tentokrát tvar: S = S0-00*( n n BSE )/ δ ( 6) Trvalá statika δ vychází nyní 5%. Zadaná hodnota otáček je vlivem větve základního otevření posunuta o hodnotu n BSE = p.j- (8.4 ot/min nebo 40 mhz) nad jmenovitou hodnotu. V čase 3:32 byl reaktor přepnut v souladu s provozními předpisy do ruční regulace a regulaci tlaku převzaly přepouštěcí stanice PSK. Tlak páry byl tak rychle odregulování na jmenovitou hodnotu. -375

13 6. Vyhodnocení chování zdrojů v malém ostrově V této kapitole ukážeme tři příklady malých ostrovů. První je příklad přebytkového ostrova vytvořeného z r. Čebín -Slavětice po poruše dne ( viz [27] [28] -stručně také Příloha 2). Vznik přebytkového ostrova byl doprovázen zvýšením frekvence 53 Hz. Jednotlivé turbíny EDU přešly do regulace otáček a adekvátně měnily výkon přivřením regulačních ventilů. adfrekvenční ochrana vypnula PVE Dalešice v souladu s frekvenčním plánem (při dosažení hodnoty 5.5 Hz) krátce po vzniku ostrova. Vlivem činnosti proporcionální regulace otáček se stabilizovala na 52.2 Hz - elektrárna Dukovany snížila svůj výkon z 776 MW na 430 MW. Obr. 7 Časový průběh frekvence při přechodu do ostrova V dalším průběhu došlo v 5. minutě ostrovního provozu k výpadku 3. reaktorového bloku zapůsobením technologické ochrany. Tento výpadek je vidět na následujícím obrázku sumárního výkonu EDU kresleného černou čarou (převzato z [26] ) výpadek výroby 90 MW 600 frekvence [Hz] výpadek zátěže 90 MW Příprava na fázování výkon [MW] :50 4:55 5:00 5:05 5:0 5:5 5:20 5:25 Obr. 8 Průběh frekvence a výkonu elektrárny Dukovany během ostrova (dle [26] ) Průběh výkonů ukazuje správnou činnost řídících systémů jako odezvu na odchylku frekvence ostrova. a pokyn dispečera přenosové soustavy začala v 5:4 obsluha elektrárny snižovat výkon změnou základního otevření pomocí tlačítek /- přes TPO (nejprve na jednom vybraný tzv. pilotním bloku a později pro urychlení procesu regulace frekvence ostrova na více blocích). Tyto regulační zásahy jsou vidět na průbězích otevření EHP i výkonu generátorů na Obr. 9. V čase 5:24:25 byla odchylka frekvence jen 0.2 Hz a dispečer přenosové soustavy mohl ostrov pomocí automatického fázovacího zařízení (synchrotaktu) přifázovat. Běžná hodnota nastavení přípustného skluzu f v automatickém synchronizačním zařízení je f = 250 mhz. 3

14 otevření EHP TG 4B otevření EHP TG 4 70 výkon [MW] výkon TG 4 výkon TG 4B otevření [%] :50 4:55 5:00 5:05 5:0 5:5 5:20 5:25 5:30 Obr. 9 Změna výkonů a otevření EHP obou TG 4. bloku EDU v ostrovním provozu (dle [26] ) Za povšimnutí stojí činnost korektoru tlaku, která je patrná jako dočasné snížení otevření EHP po výpadku 3. reaktorového bloku v 4:52, kdy zbylé bloky přebraly výpadek a poklesl tlak páry v HPK. Druhý příklad ukazuje poruchu z , kdy část přenosové soustavy tvořená r. 400 kv Výškov, Babylón, Bezděčín a eznášov přešla do deficitního ostrova po zkratu na vedení V450 při současné revizi druhého vedení V453, jak ukazuje následující obrázek: CLER t=0.5s V /54 MW TBB FO 280/260 MW TBEZ 0 C3OPB 254/54 MW G 88 MW C3POR G 50 MW FSLG 2x CVYS vypnutí zkratu CBB přepnutí do reg.otáček přechod do ostrova 6 4 IGE [p.j. ] PG [p.j. ] V45 4 kv V470 TEME3 CBEZ V452 CEZ TEZ V FO G 23 MW0 EME /407 MW SU _C3EOPB [ % ] t[sec].zkrat 2.zkrat -5 Obr. 20 Schéma ostrova s výsledky simulačního výpočtu Ostrovní provoz byl iniciován dvěma jednofázovými zkraty na vedení V450. Po druhém zkratu bylo vedení definitivně vypnuto, přičemž zobrazená část sítě přešla do ostrovního provozu. Jelikož ostrov byl deficitní (výroba na blocích EME3, Opatovice, Poříčí a v závodních elektrárnách byla menší než spotřeba), došlo k poklesu frekvence zobrazené ve střední části obrázku (výsledek simulačního výpočtu programem MODES). Frekvence je kreslena jako procentní odchylka od jmenovité hodnoty (%=0.5 Hz). Blok EME3 přešel do regulace otáček. Vlivem frekvenčního odlehčení (FO) se frekvence zotavila na hodnotě kolem 5 Hz (údaje u odběrů jsou kresleny před poruchou/po působení FO). Opatření podle frekvenčního plánu (frekvenční odlehčování zatížení a přepnutí do regulace otáček) tedy zajistilo stabilní přechod do ostrova a připravilo podmínky pro zpětné přifázování ostrova k soustavě. t[sec] FO 4

15 ásledující obrázek ukazuje měření frekvence a její derivace z pohledu závodní elektrárny Škoda uto v Mladé Boleslavi, vyvedené do uzlové oblasti 0 kv Bezděčín. Obr. 2 Průběh měření frekvence v Škoda uto (podle [29] ) Po dosažení frekvence Hz se elektrárna odpojila od sítě a vytvořila vlastní ostrov. Po zapůsobení dvou stupňů lokálního odlehčování se frekvence ostrova stabilizovala na přibližně 50.4 Hz. a příkladu. ostrova, který předcházel vyhlášení stavu nouze dne ( viz [5] -stručně také Příloha 3) si ukážeme chování 4. bloku vodní elektrárny Orlík. P [MW] TG4 df [Hz] Pid df :00:00 2:0:00 2:02:00 2:03:00 2:04:00 2:05:00 2:06:00 2:07:00 2:08:00 2:09:00 2:0:00 2::00 2:2:00 2:3:00 2:4:00 Obr. 22 Porovnání idealizovaného a měřeného průběhu výkonu blok VE Orlík Tečkovaně je kreslena idealizovaná statická odezva výkonu na odchylku frekvence df, která je kreslena tenkou modrou čarou. Skutečný průběh výkonu je kreslen tučnou čarami. Je vidět, že po vzniku ostrova reaguje blok na odchylku frekvence oproti statickému průběhu se zpožděním. Teprve asi 90 s po vzniku ostrova začíná sledovat idealizovanou odezvu. Tento průběh však je v souladu s fyzikálně technickými schopnostmi vodní turbíny v režimu proporcionální regulace otáček, kdy se blok zjednodušeně chová jako člen se zpožděním.řádu s časovou konstantou danou T d *k P /b P (viz ( 4)) nebo pro PIDp T I /b P. Pro běžné hodnoty nastavené T I pak vychází pro statiku 4% hodnota kolem 200s. Po pěti minutách po vzniku ostrova byla zřejmě změněna zadaná hodnota f ZD, což vedlo k snížení výkonu a urychlilo pokles frekvence k jmenovité hodnotě 50 Hz a proces zpětného přifázování ostrova. 5

16 M M M 7. Start ze tmy Jak již bylo řečeno v kap. 2 je ostrovní provoz využíván během tzv. startu ze tmy. V této kapitole si krátce popíšeme přípravné výpočty najetí vlastní spotřeby bloku 200 MW elektrárny Chvaletice z vodní elektrárny Orlík (podrobnosti jsou v [23] ). ásledující obrázek ukazuje jednopólové schéma trasy z VE Orlík k rozvodně vlastní spotřeby. 6.3 kv 5.75 kv ECHV_VS 5 kv EORL 208 T kv ČECHY STŘED TÝEC 00 MILÍ Obr. 23 Jednopólové schéma najížděcí trasy pro simulační výpočet rozběhu vlastní spotřeby Výpočty spočívají v kontrole toho, jestli při rozběhu jednotlivých pohonů vlastní spotřeby (VS) nedojde k vybočení napětí a frekvence z dovolených mezí. Tyto meze byly zvoleny podle následujících kritérií:. nesmí působit podpěťová ochrana na 6 kv vlastní spotřeby spouštěné elektrárny (. st. U < 0.8 Un, t = 6 s, 2. st. U < 0.65 Un, t = 2 s) 2. odchylky frekvence nesmí překročit meze normálního provozu pro vodní turbíny, t.j. -.5 až 0.5 Hz podle Frekvenčního plánu (Tab. 2). Regulace turbíny pracovala v režimu proporcionální regulace otáček. ásledující obrázek ukazuje průběh skluzu generátoru (odchylku otáček od jmenovité hodnoty přepočítanou na mhz). SG_EORL2[ mhz] t[s] Obr. 24 Průběh skluzu generátoru při rozběhu VS Z průběhů je vidět, že frekvenční kritérium je splněn. ejvětší odchylka frekvence nedosahuje dovoleného poklesu -.5 Hz. ejvětší pokles frekvence je během rozběhu kouřového ventilátoru o výkonu 4.2 MW. Rovněž napětí se při simulovaném rozběhu udržovalo v dovolených mezích, takže blok VE Orlík by měl být schopný najet VS tepelné elektrárny přes vydělenou část přenosové sosutavy. 6

17 8. Závěr. Udržování výkonové rovnováhy je v ostrovním režimu lokální funkcí především turbín v ostrově. 2. Proto se podle Frekvenčního plánu (platného pro všechny zdroje bez ohledu kam jsou vyvedeny) přepínají regulátory turbín do režimu proporcionální regulace otáček. 3. Správně fungující proporcionální regulace otáček zajistí stabilní přechod do přebytkového ostrova 4. V případě, že existuje dostatečná výkonová rezerva může proporcionální regulace otáček zajistit i přechod do deficitního ostrova 5. V případě, že je deficit výkonu (rozdíl mezi výkonem turbín a zatížením ostrovní části sítě před vznikem ostrova) větší než výkonová rezerva zdrojů v ostrově (sumární rozdíl maximálního výkonu turbín a jejich výkonu před vznikem ostrova) frekvence v ostrově klesá a po dosažení 49 Hz dojde k působení automatického odlehčování zatížení. 6. Vlastní ostrovní provoz je obvykle při nejmenovité frekvenci, což je dáno proporcionálním charakterem otáčkové regulace (podle statických charakteristik). 7. Odchylku frekvence ostrova je nutno odregulovat do pásma vhodného pro zpětné přifázování ostrova ke zbytku soustavy (obvykle f = ±250 mhz). Odregulování provádí obsluhy elektráren na pokyn dispečera přenosové soustavy změnou základního otevření, čímž posouvají polohu statické charakteristiky turbína nahoru nebo dolů (viz Obr. 6). 8. Zpětné fázování ostrova se uskutečňuje pomocí automatického fázovacího zařízení (synchrotaktu), který provede kontrolu fázovacích podmínek ( f, U a φ ) a zajistí beznárazové fázování (při φ 0). 9. Schopnost ostrovního provozu elektrárenských bloků není samozřejmou vlastností regulačních systémů a musí být pečlivě zajištěna technickými a organizačními opatřeními na straně elektráren. 0. K tomu je provozovatel přenosové soustavy motivuje tím, že vykupuje placenou podpůrnou službou Schopnost ostrovního provozu, která musí být prokázána certifikačními zkouškami.. Každý případ přechodu do ostrovního provozu je analyzován. Podle návrhu aktualizovaného Kodexu PS (pro r. 2008) by měly elektrárny doložit správné fungování krátkou zprávou. 2. Správná funkce regulačních systémů i technologie bloků v ostrovním provozu je základním předpokladem pro zvládnutí poruch a zabránění jejich šíření do výpadků napájení (blackout) 7

18 Reference [] K.Máslo: Řízení frekvence - bilance činných výkonů v ES, přednáška k předmětu Řízení ES na VŠB TU Ostrava, dostupná na Studijní materiály/řízení ES [2] Kodex PS část I. Základní podmínky pro užívání přenosové soustavy, dostupný na [3] Kodex PS část V. Bezpečnost provozu a kvalita na úrovni PS, dostupný na [4] K.Máslo: Příčiny a následky velkých výpadků v dodávkách elektřiny, Energetika č.7/2005 [5] K. Máslo: Popis poruch v přenosové soustavě ČR, vzniklých , Energetika č.8-9/2006 [6] K. Máslo: Zpráva o systémové poruše v propojení UCTE, k níž došlo , Energetika č.2/2006 [7] K. Máslo: Rozpad synchronního propojené sítí UCTE z pohledu dynamické stability elektrizační soustavy, Energetika č.6/2007 [8] K. Máslo, K.Kósa, I.Petružela: Dynamické chování ES při změnách frekvence - ostrovní provoz, the 6 th International Conference COTROL OF POWER SYSTEMS, June 2004, Štrbské Pleso [9] K.Máslo, S.Vnoucek, J.Fantík: Unit black start and power system restoration, the International Symposium MEPS'96, Wroclaw, Poland, 996 [0] P.Švejnar, K.Máslo, S.Vnouček: Spuštění elektrárenského bloku ze stavu bez napětí a obnova napětí v ES, Energetika č. 2/97 [] I.Petružela, Z.Piroutek, K. Máslo: Sowtfarová podpora provozu jaderné elektrárny v ostrovním provozu, sborník mezinárodního kolokvia Vybrané problémy řízení ES pořádaného EGÚ Praha, Praha 997 [2] K.Máslo, I.Petruzela, J.Piroutek: uclear power plant in island operation, presented at the UPEC 997, Manchester, England [3] K.Máslo, J.Fantík, Electromechanical and electromagnetic phenomena during power system restoration, the IXth Int. Scientific Conf. EE '98, St.Lesná [4] K.Máslo: Provoz a fázování ostrovů, odborný seminář ktuální otázky a vybrané problémy řízení ES, Poděbrady 999 [5] K.Máslo, J.nděl: Ostrovní provozy, 5. seminář E200 Systémové a podpůrné služby, Praha 200 [6] I. Petružela, J. Kurka, J. Hledík, M. Bíca, K. Máslo: Provoz JE Temelín v reálné ostrovní soustavě, 5. mezinárodní konference utomatizace energetických procesů, Zlín květen 2002 [7]. Borghetti, M. Paolone, K. Maslo, I.Petružela, S. Spelta: Steam unit and gas turbine power station reliable control for network black-start-up, konferenci IEEE PowerTech 2003 Bologna Italy [8] K. Máslo, C..ucci,. Borghetti, I.Petružela: Power System Dynamics During Large Power Imbalance Phenomena, the 2th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference - MELECO, Dubrovník May 2004 [9] K. Máslo : Model a testování ostrovního provozu paroplynového cyklu, sborník III. Mezinárodního vědeckého symposia Elektroenergetika, St.Lesná, září 2005 [20] K.Máslo, K. Witner, L. Kočiš, M.Švancar: Výpočet přechodných dějů při zkoušce rozběhu vlastní spotřeby JE, 6. mezinárodní vědecká konference Electric Power Engineering 2005, Dlouhé Stráně červen 2005 [2] K. Máslo, K.Witner: Rozběh vlastní spotřeby elektrárny ze tmy, Sborník konference ELE 2006 pořádané ČVUT, Praha září 2006 [22] J.Šulc, K.Witner, K.Máslo,.Kasembe, J.Hradecký: Možnost provozu ostrovní soustavy v oblasti Prahy, Energetika č.7/2006 [23] K. Máslo, K. Witner,. Kasembe, L. Kočiš, M. Švancar: Výpočet přechodných dějů při startu ze tmy z elektrárny Orlík, 7.mezinárodní konference Electric Power Engineering, Dlouhé Stráně červen 2007 [24] I. Petružela.: Poznatky z velkých poruch elektrizačních soustav, Časopis Energetika 6/2006 [25] J.Kozák: Elektromechanické přechodné děje v ES, diplomová práce ČVUT FEL Praha, Katedra výroby a rozvodu el.energie 985 [26] I. Petružela.: Rozbor provozu JE Dukovany v ostrovní soustavě Čebín Slavětice , Časopis Energetika 6/2006 [27] K. Máslo: Dynamický model ES - použití v dispečerském tréninkovém simulátoru, seminář ktuální otázky a vybrané problémy řízení ES, Poděbrady listopad 2006 [28] K. Máslo : Systémové poruchy v elektrizační soustavě - technicko fyzikální pohled, 7.mezinárodní konference Electric Power Engineering, Dlouhé Stráně červen 2007 [29] M.Švec, M.Minařík: Poruchové stavy v distribuční soustavě a jejich analýza, konference ČK CIRED, Tábor 2007 [30] Inventarizace technických vlastností vodních a přečerpávacích elektráren, Technická zpráva ORGREZ Brno, 99 [3] IEEE Working Group Report: Hydraulic Turbine and Turbine Control Models for System Dynamic Studies; IEEE PS o;992 Pozn. Tučně vytištěné články jsou dostupné také na webových stránkách /Tutorial 8

19 Příloha Výpadek Itálie Popis V noci na dovážela Itálie 665 MW. Vlivem vysokého zatížení vedení 380 kv Lavorgo Mettlen ve Švýcarsku došlo k zvětšení průhybu lan a kontaktu na stromy v koridoru Vedení se nepodařilo znovu zapnout Švýcarský provozovatel žádá a snížení importu o 300 MW, což italský provozovatel do 0 minut provedl Výpadek dalšího vedení opět zkratem pak následuje lavinovitý výpadek hraničních vedení Itálie a oddělení od zbytku soustavy UCTE, jak ukazuje obrázek FRCIE lbertville Riddes Moerel Mettlen irolo Ponte vise Pallanzeno Valpelline ŠVÝCRSKO Lavorgo Gorduno Soazza Mese Musignano Sils Robbia Sondrio RKOUSKO Soverzene Lienz Redipuglia Planais Malta Divaca Rondissone Padriciano SLOVISKO Villarodin Venaus Le Broc - Carros Camporosso Oddělení od zbytku UCTE 2 Příčiny eúspěšné opětné zapnutí vedení po trvajícím jednofázovém zkratu (kontakt lana na vegetaci) erozpoznání urgentní situace při přetížení vedení a nedostatečné opatření pro jeho odlehčení (snížení importu jen o 300 MW byla nedostatečná PVE s výkonem kolem 3000 MW byly ponechány v režimu čerpání). apěťový kolaps a ztráta statické stability po přechodu Itálie do ostrovního provozu což vedlo k blackoutu. edostatečné provádění údržby koridorů ořezávání stromů pro udržování bezpečné vzdálenosti od vodičů. Řada bloků nezvládla přechod do ostrovního provozu a byla předčasně vypnuta jak ukazuje následující tabulka (přejato z [24] ): Výpadek Před poklesem f na 47.5 Hz při přechodu na VS celkem Hlavní příčina výpadku počet bloků výkon [MW] počet bloků výkon [MW] počet bloků výkon Výpadek kotle Vysoká teplota kouřových plynů Ztráta buzení Ztráta synchronního chodu Výpadek turbíny Zapůsobení podfrekvenční ochrany Zapůsobení impedanční ochrany Zapůsobení podpěťové ochrany Jiné příčiny Celkem ásledky Obnova soustavy trvala v průměru od 8-6 hodin některé části jižní Itálie byly bez elektřiny až 3 dny. postiženo 57 mil. lidí 9

20 Příloha 2 Vznik ostrova Čebín -Slavětice Popis Rozvodna Sokolnice se nacházela v rekonstrukci a některé prvky byly zapojeny náhradním způsobem Vývod linky V47 byl v náhradním provozu a vlastní pole bylo uzemněno odpojovači kvůli revizi vypínače Současně byla vyřazená rozdílová ochrana přípojnic a automatika selhání vypínače. V této provozně nestandardní situaci byla provedena chybná manipulace - zapnutí přípojnicového odpojovače vývodu V47, přičemž ve stejném poli byly zapnuté zemnící nože Vzhledem k vyřazené rozdílové ochraně přípojnic došlo k vypnutí zkratu až později působením ochran na druhých stranách odchozích vedení Dlouhotrvajícím zkratem byla narušena stabilita blízkých zdrojů (EDU a ED), na to reagovaly ochrany vedení V433 a V433 Tímto vypnutím se rozvodny Čebín a Slavětice dostaly do ostrovního provozu viz fialová část na následujícím obrázku Přechod do ostrova byl úspěšný a nedošlo k napěťovému ani frekvenčnímu kolapsu. Po půlhodině byl ostrov přifázován zpět k ES. DE PL 400 kv 220 kv V226 V209 - vypnuto V475 ETE V433 Čebín V422 V423 ED EDU Slavětice V435 P V437 2 Příčiny Souběh chybné manipulace při nestandardním zapojení sítě 3 ásledky ásledné výpadky napájecích transformátorů po vzniku ostrova v rozvodnách společnosti E.O způsobily omezení spotřeby elektřiny na Jihlavsku a Žďársku (přibližně kolem 400 MW) Vzhledem k tomu, že ostrov byl přebytkový došlo činností otáčkové regulace k snížení výkonu elektráren podle následující tabulky (VE odstaveny v souladu s Frekvenčním plánem) 20 V436 Sokolnice V47 Elektrárna Výkon před poruchou [MW] Výkon těsně po poruše [MW] Dukovany VE Dalešice 00 0 Hodonín 36 6 VE Vranov 0 0 VE Vír 6 0 Během ostrova vypadl 3 reaktorový blok EDU zapůsobením technologické ochrany V424 V497 SK

21 Příloha 3 Vznik. ostrova Popis na začátku dne byla z důvodů oprav a revizí vypnuta v přenosové soustavě ČR vedení V44, V404, V209, V207 a V244 viz Obr. již v 9 hodin ráno dosáhly (podle měření v rozvodně Chodov) 33,5 o C a denní průměr byl 27 o C změny sald jednotlivých regulačních oblastí spolu s výpadky vedení mimo přenosovou soustavu ČR způsobily, že obvyklý tranzitní tok činných výkonů přes ČR ze severu na jih se zmenšil přibližně o 300 MW, tok ve směru východ západ se naopak zvětšil přibližně o 400 MW tato situace způsobila přetěžování vedení V45 Čechy střed Chodov, které bylo v :0:49 vypnuto v 2:0 bylo vedení V420 Hradec-západ - Mírovka vypnuto ochranou po jednofázovém zkratu způsobeném pádem lana na zem v 2:07 bylo vedení V402 Krasíkov Prosenice vypnuto dispečerem z důvodu požáru vazební tlumivky v 2:07 bylo vedení V203 Opočinek Sokolnice vypnuto distančními ochranami z důvodů kyvů způsobených asynchronním chodem Tímto vypnutím přešla část přenosové soustavy, označená na obrázku modře, do ostrovního provozu. EPRU, ETU Chotějovice Babylón ET I2, PVR Vítkov Hradec Výškov EPO Čechy Střed EME3 Bezděčín eznášov V45 ECHV Týnec EDS G,2 Přeštice V420 Opočínek Krasíkov V402 EORK V203 2 Příčiny Extrémní klimatické podmínky v celé Evropě způsobené dlouhotrvajícím vedrem. Změna tranzitních toků přes přenosovou soustavu ČR způsobená fungováním vnitřní evropského trhu s elektřinou i výpadky vedení v zahraničí. Výpadek vedení V420 Hradec-Mírovka rozpojení fázového lana. Destrukce vysokofrekvenční tlumivky v rozvodnách Čechy Střed a Krasíkov překročení jmenovité zatížitelnosti při vysoké teplotě okolí. 3 ásledky.ostrov se podařilo v krátké době přifázovat, ale situace v PS se nelepšila a po hodině došlo k dalšímu ostrovnímu provozu v 4:00 byl vyhlášen stav nouze a zároveň regulační stupně 2, 3, 4 a 5 s cílem snížit tuzemskou spotřebu. Tímto opatřením byl řízeně snížen výkon odběratelů o cca 600 MW. edošlo tedy ke ztrátě napájení odběratelů, ale ke kontrolovanému snížení zatížení 2