Katedra elektroenergetyki



Pobieranie 40.22 Kb.
Data02.05.2016
Rozmiar40.22 Kb.
POLITECHNIKA GDAŃSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI

KATEDRA ELEKTROENERGETYKI

LABORATORIUM SYSTEMÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH



REGULACJA NAPIĘĆ

W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM

Michał Rutkowski

St. dzienne, Elektrotechnika, mgr

Semestr VII

Rok akademicki 2007/2008

Grupa: EE1

Układ regulacji grupowej węzła wytwórczego – (RGWW)
1. Założenia ogólne
W węzłach wytwórczych współpracujących z siecią przesyłową stosowane są układy regulacji grupowej napięcia i mocy biernej. Układ regulacji grupowej węzła wytwórczego – (RGWW) – swoim sterowaniem (nadrzędnym) obejmuje wszystkie układy regulacji biorące udział w procesie regulacji U i Q w węźle tzn.:

  • regulatory generatora,

  • regulatory transformatorów blokowych (ewentualnie),

  • regulatory transformatorów sprzęgłowych.

Zadaniem układu grupowego jest określanie wartości zadanych dla powyższych regulatorów z uwzględnieniem obszaru dopuszczalnych stanów pracy generatorów i transformatorów. Układy automatycznej regulacji węzłów wytwórczych (RGWW) służą do zapewnienia prawidłowego rozpływu mocy biernej w obrębie węzła wytwórczego oraz do regulacji napięcia na wybranych szynach rozdzielni WN i NN.


Podstawowymi funkcjami regulatorów RGWW są:

  • utrzymywanie zadanego napięcia na szynach rozdzielni WN i NN,

  • utrzymanie zadanej generacji mocy biernej.

Funkcje te są realizowane przez sterowanie w pierwszej kolejności generacją mocy biernej wytwarzanej przez wszystkie pracujące na dany system szyn generatory, a po osiągnięciu stanu granicznego dalsze sterowanie poprzez zmianę przekładni transformatorów sprzęgających przyłączonych do regulowanego systemu szyn. Sposób regulacji jest wybierany. Regulacja napięcia następuje z taką sama prędkością, niezależnie od wielkości odchyłki napięcia chwilowego od wartości zadanej. Ta sama zasada dotyczy przypadku regulacji bilansu mocy biernej. Jednorazowa zmiana generowanej mocy biernej nie może przekroczyć 1% mocy znamionowej pojedynczego generatora. Czas przerwy pomiędzy kolejnymi zmianami wartości wynosi kilkanaście sekund. Włączone w ramach regulacji RGWW transformatory sprzęgające z reguły utrzymują stały zaczep lub stały przepływ mocy biernej. Taka sytuacja występuje, gdy napięcie jest regulowane za pomocą generatorów.


Układy RGWW zapewniają równomierne obciążenie równolegle pracujących generatorów mocą bierną. W przypadku elektrowni szczytowo pompowych układy RGWW utrzymują zadane napięcie na szynach poprzez regulację generacji mocy biernej we wszystkich trybach pracy (tzn. w pracy generatorowej, pompowej oraz kompensacyjnej).
Automatyka RGWW w węzłach wytwórczych powinna:

  • Sterować wartościami zadanymi regulatorów napięcia generatorów, a po wyczerpaniu zakresu regulacji sterować regulatorami transformatorów sprzęgłowych pracujących w węźle wytwórczym.

  • Określać poziomy wartości zadanych napięć dla poszczególnych indywidualnych układów regulacji.

Poziomy napięć określone powinny być na podstawie wykonanych obliczeń w trybie „offline” (docelowo „on-line”) dla danego węzła po przyjęciu do obliczeń:




  • aktualnej topologii węzła wytwórczego,

  • aktualnej mocy czynnej i biernej oddawanej do systemu przez węzeł wytwórczy,

  • wartości zadanej napięcia dla określonych szyn WN,

  • charakterystyk technicznych elementów podlegających sterowaniu,

  • informacji o działaniu ograniczników w regulatorach generatora i transformatora.

Wykonane obliczenia rozpływowe stanowią podstawę do określenia (w sposób automatyczny) nastaw regulatorów indywidualnych.



Rys. 1. Schemat strukturalny automatycznej regulacji nadrzędnej napięcia w węzłach wytwórczych

2. Regulacja napięcia przez układy automatyki RGWW
Regulacja napięcia realizowana przez regulator grupowy węzła wytwórczego, realizowana jest przy spełnieniu poniższych zasad.


  • Układ utrzymuje zadane napięcie na poszczególnych systemach szyn zbiorczych górnego napięcia (GN) węzła wytwórczego poprzez sterowanie, w pierwszej kolejności, obciążeniem biernym wszystkich generatorów przyłączonych do danego systemu, a po wyczerpaniu ich możliwości regulacyjnych - poprzez zmianę przekładni transformatorów sprzęgłowych między odpowiednimi systemami szyn.

  • W pewnych ustalonych przedziałach napięciowych układ może utrzymywać moc bierną oddawaną do systemu elektroenergetycznego.

  • W sytuacji normalnej - gdy napięcie na szynach regulowanego systemu jest utrzymywane przez zmianę mocy biernej generatorów - transformatory sprzęgłowe między systemami szyn, utrzymują zadany przepływ mocy biernej lub zadaną przekładnię. W momencie czerpania możliwości regulacyjnych generatorów układ regulacji grupowej przechodzi do regulacji przekładni transformatorów sprzęgłowych.

  • Zakres regulacji mocy biernej generatorów jest automatycznie obliczany przez układ regulacji grupowej na podstawie wykresu dopuszczalnych stanów pracy generatora. Określony zakres regulacji dla regulatora grupowego jest nieco węższy niż nastawy ograniczników kąta mocy i maksymalnego prądu stojana i wirnika. Zabezpiecza to przed pobudzeniem ograniczników w wyniku działania regulatora grupowego.



2.1 Regulacja napięcia na szynach stacji.
Regulacja napięć na szynach stacji odbywa się za pomocą transformatorów pracujących według kryteriów „napięcia strony dolnej” lub „napięcie strony górnej”. Wartości zadane napięć, jakie mają być utrzymywane przez układ RGWP oraz parametry regulacji określane są osobno dla każdych szyn stacji. Są to następujące wielkości:

  • wartość zadana napięcia

  • strefa nieczułości

  • opóźnienie regulacji

  • typ regulacji

Układ będzie dążył poprzez zmianę zaczepu transformatora do tego, aby wartość zmierzonego napięcia na szynach była zbliżona do wartości zadanej z dokładnością określoną przez strefę nieczułości. Szerokość strefy nieczułości jest dobrana odpowiednio do zmiany napięcia wywołanego jednostkową zmianą zaczepu. Powinna być kompromisem między dokładnością regulacji a częstością zmiany zaczepu. Opóźnienie regulacji jest to zwłoka, z jaką układ RGWP zareaguje na odchyłkę napięcia poza strefą nieczułości na szynie od wartości zadanej i wygeneruje sygnał zmiany zaczepu. Opóźnienie regulacji może być zależne lub niezależne. Dla „niezależnej” reakcja układu na odchyłkę od wartości zadanej nastąpi dokładnie po czasie określonym jako opóźnienie regulacji, dla „zależnej” reakcja jest tym szybsza im większa jest odchyłka. Celem regulacji napięcia jest zmiana zaczepu tylko wtedy, gdy odchyłka napięcia od wartości zadanej jest duŻa lub ma charakter trwały, natomiast chwilowe, niewielkie zmiany napięcia w pobliŻu granicy strefy nieczułości nie powinny powodować przełączeń.



Układy ARNE w węzłach wytwórczych KSE
Do układów automatycznej regulacji wtórnej napięcia i mocy biernej można zaliczyć układy dla elektrowni typu ARNE oraz wcześniejsze KRNQ a także układy ARST prowadzące regulację kompleksową (grupową) w stacjach transformatorowo-przesyłowych NN.
Układy KRNQ i ARNE, ostatnio w wykonaniu mikroprocesorowym typu ARNE-2, prowadzą automatycznie ruch elektrowni w zakresie utrzymania zadanych poziomów napięcia i mocy. biernej na szynach zbiorczych przyelektrownianej rozdzielni NN. Pierwszymi układami regulacji grupowej (kompleksowej) napięcia i mocy biernej elektrowni były układy analogowe typu KRNQ-l. Zostały one zastosowane w latach siedemdziesiątych w elektrowniach: Kozienice, Rybnik i Ostrołęka. Wadą tych układów, oprócz rozbudowanej wieloszafowej konstrukcji, była konieczność ich projektowania i konstruowania oddzielnie dla każdej elektrowni. Powodowało to znaczne wydłużenie cyklu realizacyjnego tych układów oraz znaczne koszty. Dla elektrowni: Połaniec, Dolna Odra i Bełchatów opracowano układy o bardziej elastycznej konstrukcji - typu ARNE-l. Były to również układy analogowe z dużą ilością układów i podzespołów elektronicznych różniące się od układów KRNQ-l konstrukcją modułową. W zależności od wielkości elektrowni (ilości generatorów), konfiguracji przyelektrownianej rozdzielni NN, ilości transformatorów sprzęgłowych układ ARNE-1 składał się z odpowiedniej ilości typowych modułów, tj.:


  • regulatorów grupowych

  • regulatorów transformatorowych

  • bloków wejściowych

  • bloków wyjściowych

  • bloków decyzyjnych

  • sieci logicznej

Układy ARNE-1 okazały się w ten sposób łatwiejsze w projektowaniu, ale nadal pozostały one urządzeniami kosztownymi o dużych gabarytach i rozbudowanej elektronice. W końcu lat osiemdziesiątych opracowano w IEn o/ Gdańsk i wdrożono do eksploatacji w Elektrowni Jaworzno III pierwszy układ nowego typu, oznaczony symbolem ARNE-2. Układy ARNE-2. zastosowano następnie w szeregu kolejnych elektrowniach a także (poprzez wymianę) w elektrowniach, w których zastosowano wcześniej układy KRNQ i ARNE-1. Obecnie układy ARNE-2 pracują w następujących elektrowniach: Ostrołęka, Kozienice, Łagisza, żarnowiec, Łaziska, Turów, Dolna Odra, Rybnik, Połaniec i Bełchatów.




Układy ARNE-2
Dotychczasowe rozwiązania układów automatycznej regulacji napięcia i mocy biernej (KRNQ i ARNE-1) opierały się na urządzeniach analogowych [2,24]. W połowie lat osiemdziesiątych zaczęto opracowywać układ cyfrowy typu ARNE-2 wykonany w oparciu o wykorzystanie mikroprocesorów. Układ ARNE-2 zachował podstawowe zalety układu ARNE-1, tj. elastyczność zasady działania oraz modułowość konstrukcji, przy jednoczesnym usunięciu wielu jego wad. Wyeliminowane zostały urządzenia wchodzące w skład dotychczasowych

układów, takie jak: sieć logiczna, regulatory grupowe i regulatory transformatorów. Korzystając z procesora można zmieniać automatycznie charakterystykę pracy układu dostosowując ją do aktualnej sytuacji w systemie elektroenergetycznym. Gabaryty, konfiguracja i lokalizacja urządzeń układu ARNE-2 zależą od specyfiki obiektu, w którym jest on zainstalowany. Najczęstszym jest rozwiązanie, w którym układ podzielony jest na dwie części: stacyjną i elektrownianą.


Podział ten uzasadniony jest zarówno podziałem kompetencyjnym służb dyspozytorskich w obu tych obiektach jak również względami ekonomicznymi, gdyż ogranicza się w ten sposób ilość połączeń kablowych pomiędzy stacją a elektrownią. Warto zwrócić uwagę, Że zarówno w stacji jak i elektrowni część zasadnicza układu mieści się w jednej kasecie, co jest znacznym zmniejszeniem gabarytów w porównaniu z układami KRNQ i ARNE- 1. Układy ARNE-2 mogą być wyposażone w nowoczesne urządzenia wizualizacji i rejestracji (monitory ekranowe oraz drukarki). Pierwszy układ automatycznej regulacji napięcia typu ARNE-2 został zainstalowany w 1990 r. w Elektrowni Jaworzno III. Układy te zastosowano następnie w szeregu kolejnych elektrowni a także (poprzez wymianę) w elektrowniach, w których zastosowano wcześniej układy KRNQ i ARNE-1. Obecnie w żadnej elektrowni nie działają inne układy jak wyłącznie mikroprocesorowe ARNE-2.

Układ ARNE-2 w Elektrowni Wodnej Żarnowiec

1. Charakterystyka węzła żarnowiec z punktu widzenia automatycznej regulacji napięcia i mocy biernej.
Węzeł elektroenergetyczny Żarnowiec obejmuje rozdzielnię 400/110 kV i elektrownię z blokami 4 x 180 MW. Rozdzielnia jest oddalona od elektrowni o około 2 km. Rozdzielnia 400 kV posiada dwa systemy szyn zbiorczych I i II (system I jest sekcjonowany - sekcje IA i IB), oraz sekcjonowaną szynę obejściową. Rozdzielnia 110 kV posiada dwa sekcjonowane systemy szyn zbiorczych I i II (sekcje IA, IB, IIA, IIB) oraz dzieloną szynę obejściową. Do realizacji różnych konfiguracji rozdzielni 400 kV służy pięć sprzęgieł, a rozdzielni 110 kV – trzy sprzęgła. Obie rozdzielnie powiązane są ze sobą przez dwa transformatory 400/110 kV z regulowanymi pod obciążeniem przekładniami. Do rozdzielni 400 kV przyłączone są – poprzez niezależne pola - cztery generatory elektrowni szczytowo-pompowej żarnowiec. Na terenie elektrowni każdy generator posiada wyłącznik blokowy HEK-3 oraz odłącznik, służący do zmiany rodzaju pracy hydrozespołu. Zmiana rodzaju pracy hydrozespołu (praca generatorowa, kompensacyjna, pompowa) odbywa się automatycznie na telepolecenie z KDM. Generatory w elektrowni wyposażone są w statyczne układy wzbudzenia i regulacji napięcia typu WKGY-34. Regulatory te posiadają elektroniczne nastawniki napięcia.

2. Zasady regulacji napięcia i mocy biernej elektrowni
Na podstawie otrzymanych informacji dwustanowych o położeniu łączników rozdzielni 400 i 110 kV, wyłączników blokowych oraz informacji o załączeniu (lub wyłączeniu) hydrozespołów i transformatorów do regulacji ARNE układ określa:

  • z jakim systemem szyn połączone są hydrozespoły i transformatory,

  • jakie systemy szyn są ze sobą połączone,

  • czy ma miejsce praca równoległa transformatorów.

Gdy systemy szyn zbiorczych są ze sobą połączone wówczas układ - zgodnie z założonym programem - przyjmuje nadrzędność jednego systemu nad drugim. Ma to znaczenie dla wyboru właściwego przetwornika pomiarowego napięcia, stanowiącego podstawę do regulacji. Gdy w rozdzielni 400 i 110 kV połączone są wszystkie systemy szyn układ korzysta z pomiaru systemu A zarówno po stronie 110 jak i 400 kV. Specyfika węzła polegająca na tym, Że wszystkie generatory pracują jedynie na jeden poziom napięcia przyelektrownianej stacji (400 kV), pozwoliła rozdzielić problem regulacji napięcia w węźle żarnowiec na dwa zagadnienia:



  • regulacja napięcia 110 kV (transformatorowa),

  • regulacja napięcia 400 kV (generatorowa).



2.1 Regulacja generatorowa
Ciężar utrzymania napięcia 400 kV spoczywa całkowicie na generatorach. Z tego względu regulację napięcia 400 kV określa się jako generatorową. Regulacja napięcia przy pomocy układu ARNE w rozdzielni 400 kV ma miejsce w trzech przypadkach:

  • pracy generacyjnej,

  • pracy pompowej,

  • pracy kompensacyjnej.

Z punktu widzenia układu ARNE między tymi rodzajami pracy nie ma Żadnej różnicy. Zadanie utrzymania Żądanego poziomu napięcia na szynach realizowane jest przez sterowanie mocą bierną generatorów (aktualnie załączonych do ARNE). Odbywa się to za pośrednictwem statycznych układów regulacji napięcia generatorów WKGY 34. Po wprowadzeniu przez ośrodek dyspozytorski przy pomocy łączy teletransmisji lub dyżurnego stacji zadanych napięć odpowiednich systemów szyn zbiorczych rozdzielni 400 kV lub jednego (np. IA) w przypadku szyn połączonych, układ porównuje te wartości z aktualnymi napięciami pomiarowymi i oblicza uchyb napięciowy, jaki ma być zregulowany oraz określa przy pomocy jakich hydrozespołów ma to wykonać.



2.2 Regulacja transformatorowa
W przypadku połączenia ze sobą wszystkich systemów i sekcji szyn zadaniem układu jest automatyczne utrzymywanie jednego napięcia 110 kV. Konfiguracja rozdzielni umożliwia podział systemów na dwa, a teoretycznie nawet więcej niezależnych systemów i sekcji szyn. W takiej sytuacji regulacja musi obejmować więcej niż jedno napięcie 110 kV. Zadanie regulacji napięcia 110 kV polega na zmianie przekładni transformatorów sprzęgłowych 400/110 kV. Dwa transformatory umożliwiają więc niezależną regulację dwóch napięć w rozdzielni 110 kV (w przypadku rozpiętych systemów szyn). Gdy systemy są spięte mamy do czynieni z pracą równoległą transformatorów (o ile systemy szyn w rozdzielni 400 kV są także połączone). Regulacja napięcia przy pomocy transformatorów odbywa się w ten sposób, Że sygnał z przetwornika napięcia systemu szyn porównywany jest z sygnałem zadanym z klawiatury terminala przez obsługę, a po przetworzeniu w układzie następuje wysłanie sygnału "wyżej" lub "niżej" do przełącznika zaczepów transformatora.


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna