WIDE AREA MONITORING SYSTÉMY V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE WAMS ORIENTED TO DISTRIBUTION NETWORKS Antonín Popelka, Petr Marvan AIS spol. s r.o. Brno 9th International Conference CONTROL OF POWER SYSTEMS 2010 May 18-20, 2010 Tatranské Matliare, High Tatras
Firma založena roku 1990 AIS spol. s r.o., Brno První nasazení PMU (Phasor Measurement Units) v srpnu 2000 v distribuční síti 110kV a 22kV V současnosti nasazeno 140 PMU, měřeno 600 synchrofázorů napětí v distribuční síti 110kV a 22kV Výstava našich produktů WAM na mezinárodních konferencích CIRED ve Vídni 2007 a v Praze 2009 Základy a princip měření synchrofázorů a systémů Wide Area Monitoring byly vysvětleny v přednášce: WAM moderní systémy monitorování, řízení a chránění elektrických sítí na konferenci Control of Power Systems 08 ve Štrbském Plese 2
Co jsou WAMS? Wide Area Monitoring Systémy pracují s podporou technologií měření synchronních fázorů. PMU Phasor Aplikační Server Estimace Konfigurace Vybraná sada dat Measurement Unit PDC Phasor Data Concentrator Estimovaná data Fázory DŘS SCADA GPS PDC u/i PMU u/i PMU GPS GPS u/i PMU PMU ŘS Měření PMU ŘS Měření Rozvodna 1 Rozvodna X 3
Aplikace On-line měřené synchrofázory jsou základem k realizaci nových a kvalitnějších funkcí. Aplikacemi WAMS jsou např. Plošný monitoring úhlu Dynamický monitoring frekvence Estimace stavu sítě On-line výpočet parametrů vedení On-line vyhodnocení rezervy v přenosové kapacitě vedení (ampacita) Napěťová stabilita sítě Frekvenční stabilita sítě Další využití nachází synchronní fázory v automatickém řízení chodu sítě a při realizaci systémů lokálního chránění. 4
Monitoring úhlů a frekvence Aplikace využívají datové soubory fázorů pro monitorování: Monitorování úhlů mezi uzly sítě Vliv OZE na podmínky provozu sítí Kontrola podmínek pro spínání Výpočet frekvence, monitorování, analýza změn Analýza frekvence na propojených profilech Monitorování úhlů a amplitudy fázorů napětí a jejich dynamických změn 5
P, Q [MW, MVA] CPS 2010 úhel [deg] 20 Vliv výroby FVE na spínací podmínky Trafo 110/22kV - s FVE - slunečno 5 15 4 10 3 5 2 0 Hod 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 1-5 -10 P Q fi 22-110 0-1 -15-2 -20-3 6
P, Q [MW, MVA] CPS 2010 úhel [deg] 20 Vliv výroby FVE na spínací podmínky 5 15 Trafo 110/22kV - s FVE - proměnlivá oblačnost 4 10 3 5 2 0 Hod 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22-5 1 0-10 -15 P Q fi 22-110 -1-2 -20-3 7
Vyrovnávací proud při spínání 110kV TR1 40MW P=36 MW Fázový posuv 6 TR2 40MW se zdroji P=-30MW Fázový posuv -5 22kV? I když jsou obě trafa napájena z přípojnic vvn s nulovým rozdílem úhlu, je v daném případě rozdíl fázového úhlu mezi napětími na sekundárních stranách obou traf 11. Napětí mezi oblastmi 22kV je při tomto úhlu více než 2500V, vyrovnávací proud by překročil povolené meze. Monitoring úhlu je nástrojem ke zjištění podmínek bezpečného spínání. 8
Ampacita vedení Přenosová schopnost vedení ampacita je stanovena z konstrukčních parametrů vedení za určitých podmínek. Je považována za nepřekročitelnou hranici. Podmínky, na jejichž základě byla ampacita stanovena se vyskytují zřídka. Za jiných podmínek je možné přetěžovat vedení o několik desítek procent více bez ztráty bezpečnosti. Přenosová schopnost vedení není omezena jen velikostí proudu. Ampacita závisí kromě proudu i na meteorologických podmínkách, ve výsledku je limitována teplotou vedení obvykle max. 80 C. Této teplotě odpovídá ještě bezpečný průvěs vodičů vedení. Změny teploty vedení jsou ovlivňovány zatížením vodičů a okolní teplotou, větrem a slunečním zářením. 9
Vliv okolní teploty na ampacitu vedení převzato z knihy Anjan Deb PowerLine Ampacity System 10
Vliv rychlosti větru na ampacitu vedení převzato z knihy Anjan Deb PowerLine Ampacity System 11
Průběžné vyhodnocení ampacity vedení V modelu vedení (π-článek) podélný činný odpor reprezentuje průměrnou teplotu vedení. Limitní teplotě tedy odpovídá maximální dovolený odpor vodiče. Na základě měření synchrofázorů napětí a proudu na obou koncích vedení je možné průběžně počítat parametry vedení a na základě velikosti podélného činného odporu a jeho změn vyhodnocovat rezervu v ampacitě. Místo měření faktorů, které ovlivňují teplotu (odpor) se takto měří přímo odpor (teplota). Následující příklad je z vedení 110kV, délka 47km, doba měření 6 hodin. 12
Průběh R a I + meteo podmínky 13
Statická ampacita Pro stanovení aktuální ampacity je nutné znát dynamický model závislosti teploty vedení. Jeho parametry se stanoví z měření synchrofázorů U a I na obou koncích koncích vedení v celém rozsahu zatížení a v různých provozních podmínkách. 14
Odpor [Ω] CPS 2010 Proud [A] Statická ampacita 9,10 Dynamický model teploty vedení R=f(I) 140 9,00 130 8,90 120 8,80 110 8,70 100 8,60 90 8,50 80 8,40 8,30 Parametry modelu: T = 3200 s K = 0,0102 Ω/A R0 = 7.905 Ω R Rmodel I1 70 60 8,20 50 8,10 1 970 1939 2908 3877 4846 5815 6784 7753 8722 9691 10660 11629 12598 13567 14536 15505 16474 17443 18412 19381 20350 21319 Čas [s] 40 15
chyba úhlu [min] CPS 2010 chyba amplitudy [%] Chyba MTP v závislosti na zatížení 40 0,5 35 0,25 30 0 25 20 15 úhel/15 úhel/3,75 ampl/15 ampll/3,75-0,25-0,5-0,75 10-1 5-1,25 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2-1,5 16
Zatížení [%stat. amp.] CPS 2010 Teplota vodiče [ C] Statická ampacita 200% 100 175% 150% 75 125% 100% 50 75% 50% 25% 0% Proud(step) Proud(step) Teplota (step) Teplota (step) Max.teplota 7 17 27 37 47 57 67 77 87 97 107 117 127 137 čas [min] 25 0 17
Dynamická ampacita vedení převzato z knihy Anjan Deb PowerLine Ampacity System Dynamický průběh teploty vedení při změně zatížení časové konstanty řádově v desítkách minut. Tepelné kapacity vedení lze využít ke krátkodobému přetížení dynamická ampacita. 18
Zatížení [%stat. amp.] CPS 2010 Teplota vodiče [ C] Dynamická a statická ampacita 200% 100 175% 150% 75 125% 100% 50 75% 50% 25% 0% Proud(step) Proud(imp) Teplota (step) Teplota (Impuls) Max.teplota 7 17 27 37 47 57 67 77 87 97 107 117 127 137 čas [min] 25 0 19
Průběžné vyhodnocování ampacity vedení Systémy WAM umožňují průběžné vyhodnocování statické i dynamické ampacity. Nastavení modelu pro ampacitu vyžaduje provést měření v rozsahu 0-100% zatížení vedení za současného mapování meteo podmínek. Přínos: Průběžné hodnocení skutečné rezervy pro zatížení vedení Možnost využití krátkodobého přetížení vedení při řešení kritických situací. Další rozvoj: Implementace změn a předpovědi meteo podmínek do algoritmu hodnocení ampacity. Eliminace chyb měřicích transformátorů. 20
Přednáška informuje o některých možnostech systémů WAM. Jsme připraveni účastnit se diskusí o potenciálu k využití této nové technologie. Děkuji za pozornost Antonín Popelka, Petr Marvan AIS spol. s r.o., Brno www.ais-brno.cz 21