Systémy FACTS a HVDC v elektroenergetice

Transkript

1 Systémy FACTS a HVDC v eektroenergetice

2 Přenos výkonu Omezení tepené (proud) dieektrické (napětí) stabiita (statická, dynamická) Řízení toků výkonů impedance inky úhe přenosu napětí, injekce P,Q P Ŝ Q * Û Î P jq Re Im Û Û Û Û Û j Û j * *

3 Výkonové toky činný výkon P I cos I cos I P cos sin sin sin P Pro zvýšení přenášeného činného výkonu zvýšit ampitudy uzových napětí na koncích vedení (reguace napětí) snížit reaktanci vedení (sériová kompenzace) zvýšit úhe přenosu (fázový posun) 3

4 4 Výkonové toky jaový výkon sin I Q cos sin I cos sin I cos Q I Q Q cos cos Q cos Q

5 5 sin P Q P r, 0, S kružnice P-Q diagram přenosu cos Q

6 Viv odporu inky - charakteristiky 6

7 Principy řízení - pasivní Předpokady bezeztrátové vedení konstantní na koncích vedení prvek uprostřed vedení Paraení Sériové 7

8 Principy řízení - aktivní Paraení Sériové 8

9 Co jsou FACTS? FACTS = Fexibe AC Transmission Systems IEEE: FACTS: Střídavé přenosové systémy integrující reguátory statické a zaožené na výkonové eektronice za účeem zepšit řiditenost a zvýšit přenosové schopnosti soustav. FACTS kontroér: Zařízení výkonové eektroniky nebo statické, které umožňuje řízení jednoho nebo více parametrů AC přenosového systému. Výhody rychá odezva na požadavek častá změna výstupu pynue nastavitený výstup Využití Řízení výkonových toků (P,Q) congestion management (propustnost sítě) Zvýšení přenosových kapacit inek (k tepeným imitům) Zvýšení bezpečnosti (vyšší imity stabiity, omezení zkratových proudů a přetížení, tumení osciací) Reguace napětí Řízené veičiny (, I,, P, Q ) provázané, některé dominantní 9

10 Měniče Tyristorová jednotka Trojfázové měniče (VSC) 0

11 VSC (Votage Source Converter) Vypinatené součástky (GTO, IGBT, IGCT) Výstupní napětí závisé na dc měnit dc tokem P přes měnič PWM Vyšší harmonické fitry ss obvod veká kapacita C nebo DC zdroj (ss napětí poarity) C I komo na jen Q (řízeno ampitudou výstupního napětí) zdroj ib. fáze P,Q (nezávisé řízení ampitudou a fází výstupního ) ss proud oběma směry, tj. jako usměrňovač i střídač diody usměrňují, vyp. součástky střídají při cos = proud pouze jedním typem součástek AC proud není přerušen při vypnutí vyp. souč., ae je veden jinou součástkou Do soustavy přes trafo (převod, reaktance) paraeně ind., kap. proud reguace sériově injekce napětí reguace P,Q Pro vyšší výkony sériové a paraení řazení součástek

12 Puzně šířková moduace PWM (Puse width moduation) voitené max,, f = 50 Hz Porovnání referenčního (50 Hz) a nosného signáu (00x Hz až x khz) generován moduovaný obdéníkový signá, který řídí spínače v jednotivých větvích Vyšší spínací ztráty Snížení harmonických napětí nižších řádů obvyke jen iché okoo fc/f0

13 Typy FACTS ) sériový 3) kombinovaný (univerzání) Line Line I ) paraení (shunt) DC Line I 3

14 Rozděení FACTS Paraení TSR TSC Thyristor Switched Capacitor TCR Thyristor Controed Reactor TCR Řídicí úhe / 4

15 Rozděení FACTS Paraení Pracovní obasti TSC Thyristor Switched Capacitor TCR Thyristor Controed Reactor V-A charakteristika TCR 5

16 Rozděení FACTS Paraení V-A charakteristika SVC SVC Static Var Compensator STATCOM Static Synchronous Compensator VSC DC 6

17 Rozděení FACTS Sériové SSSC Static Synchronous Series Compensator TCSC Thyristor Controed Series Capacitor VSC DC 7

18 Rozděení FACTS Kombinované PFC nified Power Fow Controer DC 8

19 TCSC Pynuá reguace kapacitní reaktance řídicím úhem tyristorů Vzduchová tumivka Kondenzátor přemostěn varistorem (při přetížení přepětí) Využití řízení výkonových toků tumení eektromechanických osciací 9

20 0 Výkonové charakteristiky - TCSC L C L ef k sin k Icos P L cos k Isin Q L

21 SVC Kombinace BSC, TSC, TSR, TCR Q pomocí pasivních reaktančních prvků (prostor) Max I ~ sítě, Q ~ sítě Využití dynamická stabiizace napětí (zvýšení přenosové schopnosti, omezení koísání napětí) zepšení stabiity systému (zvýšení dynamické stabiity, zepšené tumení při kývání) vyrovnávání dynamického zatížení podpora napětí v ustáeném stavu

22 Výkonové charakteristiky - SVC SVC

23 Vhodné pro tyristorově řízené měniče Admitanční modey 3

24 Mode TCR B TCR I max sin max B L sin 4

25 Mode SVC, TCSC sin L B L B C BSVC BL BC C 5

26 Mode SVC, TCSC Rezonance (TCSC) res res 6

27 SSSC Vstřikuje sériové napětí T bez DC zdroje jen generuje nebo absorbuje Q Jako L, C sériově s inkou ae T řiditené nezávise na proudu vedením efektivní provoz při nízkém i vysokém zatížení Využití dynamické řízení výkonových toků tumení osciací zvýšení stabiity přenosu zvýšení napěťové stabiity 7

28 SSSC Reguace toku P pomocí injekce Q měniče (tok Q svázán s tokem P) s DC zdrojem kompenzace odporu vedení (nezávisé řízení toku P a Q) 0 T T max P Icos L sin L T cos Q Isin L cos L T sin 8

29 SSSC Induktivní mód zvětšování úhu přenosu (při I = konst.) T < I jinak zpětný tok výkonu (při = konst.) Kapacitní mód T ve fázi s úbytkem L Index A odpovídá L módu, index B odpovídá C módu 9

30 STATCOM Jako SVC, ae menší nároky na prostor, Q dodává nezávise na přípojném napětí Využití řízení napětí, napěťového profiu zvýšení imitů stabiity a přenos. schopnosti tumení osciací symetrizace stabiizace a kvaita napětí přenos, distribuce, průmys 30

31 Kapacita C P do měniče pro krytí ztrát P maé I AC ±90 od AC STATCOM Reguace Q ampitudou out C > T dodávka Q do systému (C mód) C < T odběr Q ze systému (L mód) Reguace P úhem mezi out a AC C mód 3

32 STATCOM + SVC Rozšíření pracovní obasti 3

33 PFC = STATCOM + SSSC 33

34 PFC Kompexní zařízení, nezávisé řízení činného a jaového výkonu Reguace, P, Q Q SH, Q SER řízeny nezávise P teče z VSC do VSC (nebo naopak) nezávisé řízení,,, VSC 0 T Tmax, 0 T pracovní obast kruh P, Q oba směry VSC odběr P pro VSC + ztráty, Q oba směry 0 SH SHmax 34

35 PFC provozní režimy Režimy sériového vstřikování A) Reguace napětí T ve fázi s B) Sériová kompenzace T komo na I ine C) Řízení fáze napětí natočení o úhe a D) Řízení výkonových toků kombinace de požadavků na tok P a Q 35

36 36 PFC řízení výkonů Řízení P, Q je nezávisé na úhu přenosu T max 0 T T 0 T T Q, Q P, P * T * j Û Û Û Û Î Û Ŝ T T 0 T T T T 0 T T, Q Q cos cos Q, P P sin sin P

37 PST Phase-shifting transformer, kompexní převod Řízení P toků na přenosových vedeních Paraení reguační a sériový přídavný transformátor Vstřikování napětí sériovým transformátorem ve fázi s uzovým napětím reg. Q komo na uzové napětí reg. P Princip přidání vhodné části uzového napětí (uzových napětí) právě k tomuto napětí směrem do přenosové inky fázového (reg. Q), sdruženého (reg. P) Odbočky nebo tyristory 37

38 PST QBT (Quadrature booster transformer) PAR (Phase ange reguator) 38

39 Shrnutí FACTS = výkonová eektronická zařízení pro řízení napětí a výkonů mnoho druhů s různými vastnostmi a charakteristikami zvyšují fexibiitu a spoehivost přenosového systému postupný rozmach x vysoká cena 39