 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Afaceri | Agricultura | Economie | Management | Marketing | Protectia muncii |
| Transporturi |
FACTS
INTRODUCERE
Industria de furnizare a energiei electrice, care se dezvolta tot mai rapid, aduce utilizatorilor de sisteme de transport la inalta tensiune atat noi oportunitati cat si provocari. Acestea isi au originea in principal in puternica crestere a transferurilor de energie electrica a utilitatilor interne (a serviciilor publice), in efectele libertatii in afaceri, si considerentele politice, economice si ecologice asupra construirii de noi facilitati de transport.
De asemenea, calitatea energiei electrice este un subiect constant de tot mai mare interes in transportul si distributia energiei electrice. Din moment ce serviciile de transport sunt acum furnizate pe baza de contracte, restrictiile de parametrii de nivel tensiune si de deformare a curentului, de scaderi si fluctuatii vin cu o forta impresionanta, pana acum nemaivazuta in multe tari.
Traditionala abordare a capacitatii atat de colpesitoare si a limitarilor de calitate in transportul si distributia de energie electrica, in multe cazuri consta in adaugarea de noi modalitati de transport si/sau generare. Oricum, aceasta poate fi impracticabila sau indezirabila in cazul real, dintr-o varietate de motive. Adaugarea de noi linii sau/si statii, respectiv extinderea substatiilor existente poate fi prea costisitoare si poate dura prea mult timp, concesiunile pentru autoritatea legala de a trece pamantul altor proprietari pot fi imposibil de obtinut, si, in ultimul rand, dar nu mai putin important, pot fi intalnite serioase obstacole din punct de vedere ecologic.
Aceasta lucrare va dezvalui cum alte solutii, cunoscute colectiv ca Sisteme A.C. de transport flexibile (FACTS) bazate pe exprimarea artei, electronicelor de inalta putere si tensiune, pot constitui o optiune superioara, din punct de vedere tehnic, economic si ecologic.
Probleme intr-un sistem de transport
Teoretic, un sistem de transport poate transporta energie pana la limita lui de incacare termica. Dar, practic, pentru a atinge limita termica, sistemul intampina urmatoarele probleme:
Limite de stabilitate a transportului
Limite de tensiune
Scurgeri de inele
Devizele (planurile) FACTS
Termenul "FACTS" acopera cateva sisteme bazate pe electronica de putere folosite pentru transmisia energiei AC. Data fiind natura echipamentului de electronica de putere, solutiile FACTS vor fi special justificabile in aplicatii ce necesita una sau mai multe dintre urmatoarele calitati:
Raspuns dinamic rapid
Abilitate pentru variatii frecvente in productie
Productie usor adaptabila
Sisteme de Transmisie AC flexibile (FACTS)
Termenul "FACTS" acopera toate sistemele bazate pe electronica de putere folosite pentru transportul energiei AC.
Principalele sisteme sunt:
Compensator static de putere reactiva (SVC)
De-a lungul anilor, s-au construit compensatoare statice de putere reactiva de diferite tipuri. Totusi, majoritatea lor au elemente controlabile similare. Cele mai comune (frecvente/raspandite) sunt:
Pricipii de operare
In cazul reactanta fixa TCR, un tip caracteristic de nucleu pe baza de aer, este conectat in serie cu o --- tiriristor valve ------bidirectionala Curentul de frecventa fundamentala este variat prin controlorul fazic al --- tiriristor valve ---. Un TSC este alcatuit dintr-o capacitate in serie cu un tiriristor valve bidirectional si o reactanta saturata. Functia de comutatie de tiristaore este de a conecta sau de a deconecta condensatorul pentru un numar integral de jumatati de constante de timp de tensiune aplicate (corespunzatoare). Condensatorul nu este controlat fazic, fiind in stare inchis sau deschis. Reactanta din circuitul TSC serveste la limitarea curentului in conditii anormale si de asemenea la armonizarea circuitului la frecventa dorita.
Rezistenta electrica a reactantelor si a capacitatilor respectiv a transformatoarelor de energie electrica definesc domeniul operativ al SVC. Diagrama corespunzatoare tensiune - curent (V-I) are doua regiuni operative diferite. In interiorul domeniului de control, tensiunea este controlabila cu o exactitate (precizie) stabilta de panta. In exteriorul domeniului de control, caracteristica este aceea a reactantei capacitative pentru tensiune scazuta, si aceea a curentului constant pentru tensiuni ridicate. Performanta de tensiune scazuta poate fi usor imbunatatita prin adaugarea unui depozit extra TSC (doar pentru utilizarea in conditii de tensiune scazuta).
Aplicatiile SVC
SVC-urile sunt instalate pentru a indeplini urmatoarele functii:
In mod specific, SVC-urile sunt evaluate astfel incat sa aiba abilitatea de a varia sistemul de tensiune cu cel putin ±5%. Aceasta inseamna ca domeniul operativ dinamic este in mod normal de aproximativ 10% pana la 20% din puterea de scurt circuit (circuitul de energie electrica scurt) la punctul de conectare comuna ((PCC). Trei locatii diferite sunt potrivite pentru SVC. Unul este aproape de centrele principale de consum, ca ariile urbane largi, altul este in statiile critice, in mod normal in locatii indepartate in retea si a treia este la alimentarea sarcinilor mari industriale sau de transport.
SVC configurations used to control reactive power compensation in electric power systems
a TSR-TSC configuration
b TCR-TSC configuration
c TCR-MSC configuration
Condenstaor serie (SC)
Pentru o functionare corecta, compensarea serie necesita facilitati de control, protectie si supraveghere pentru a-i permite sa functioneze ca o parte integranta a unui sistem energetic. De asemenea, daca condensatorul serie functioneaza la acelasi nivel de tensiune ca restul sistemului, trebuie sa fie izolat fata pamant in intregime.
Diagrama circuitului principal a unei capacitati serie de ultima generatie este prezentata in Fig.2. Principalul dispozitiv de protectie este un varistor de obicei unul de tipul ZnO, limitand tensiunea de-a lungul condensatorului la valori neprimejdioase, in legatura cu defectele sistemului, dand nastere unor mari circulatii de curent scurtcircuit care se curg prin linie.
In multe cazuri este folosite eclatoarele (spatiu liber pentru scantei), pentru a face posibila ocolirea capacitatii serie in situatiile in care varistorul nu este suficient pentru a absorbi curentul in exces in timpul unei perioade de defect.
In final, se introduce in circuit un intrerupator pentru a conecta si deconecta capacitatea serie in functie de nevoi. De asemenea este necesar introducerea eclatorului G, pentru protejarea varistorului in cazul defectelor apropiate. Este de asemenea necesar pentru stingerea spatiului de scanteie (aprindere/flacarii), sau, in absenta acestui spatiu de aprindere, pentru ocolirea varistorului in legatura cu defectele apropiate de condensatorului se serii (asa-numitele defectiuni interne).
C-Condensator
Z-Metal oxide
D-discharge damping
G-Forced triggered spark
B-By pass
Compensator serie controlabil
Desi intr-adevar foarte folositoare, condensatoarele conventionale serie sunt inca limitate in flexibilitatea lor din cauza valorii lor fixe. Prin introducerea controlului gradului de compensatie, se castiga beneficii aditionale. .
In primele tipuri de capacitati serie controlabile, sunt folosite intrerupatoare mecanice in circuit pentru introduce sau a scoate diferite trepte de valori ale condensatorilor in functie de nevoi. Acesta se potriveste in toate situatiile pentru controlul fluxului de energie electrica, dar pentru aplicatii care necesita mai mult raspuns dinamic, inutilitatea lui este redusa din cauza limitarilor asociate cu folosirea intrerupatoarelor de circuit.
Folosirea moderna a tehnicilor avanasate pentru compensarea controlabila de serie este expusa in Fig.3. Aici, introducerea tehnologiei electronicii de putere a permis dezvoltarea puternica a conceptului de compensare de serie. Beneficii suplimentare sunt controlul fluxului dinamic de energie electrica, posibilitatea de amortizare a oscilatiei energiei electrice, la fel ca micsorarea rezonantei sub-sincrone (SSR), ar trebui sa fie o solutie.
Fig.3 Compensare controlabila de serie
Compensator static (Statcom)
Un compensator static este compus dintr-un convertor de sursa de tensiune; un controlor si transformator de cuplare (Fig.4). In Fig.4, Iq este vectorul curentului de generator si este perpendicular vectorului de tensiune Vi. Amplitudinea vectorului de tensiune si energia reactiva produsa (Q) este controlabila. Daca Vi >VT, compensatorul static furnizeaza sistemului ac energie reactiva. Daca Vi<VT, compensatorul static absoarbe energia reactiva.
Folosirea moderna a tehnicilor avansate pentru compensator static se face prin utilizarea IGBT. Prin folosirea Moduatiei de Puls de inalta frecventa a Latimii (PWM), a devenit posibila utilizarea unui singur convertor conectat la un transformator de putere standard prin reactante comutabile cu intrerupatoare cu vid(nucleu de aer . Echipamentele sunt pozitionate in interiorul unei cladiri prefabricate. Echipamentul exterior este limitat la schimbatoare de caldura, reactante comutabile si transformatorul de energie. Pentru extinderea operatiunii, pot fi folosite capacitati fixe suplimentare, capacitati cu comutatie cu tiristooare sau un ansamblu de mai mult de un convertor.
Fig. 4: Static Compensator.
Semiconductoarele comandate dintr-un compensator static reactioneaza aproape instantaneu la o comanda de intrerupere. De aceea, factorul de limitare pentru intervalul complet de raspuns a centralei electrice este determinat de timpul necesar masuratorilor de tensiune si controlului sistemului de procesare a datelor. Poate fi folosit un controlor de o sensibiletate inalta, obtinandu-se un timp de raspuns mai scurt decat un sfert de ciclu.
Sistemul poate fi proiectat in cele mai multe cazuri complet fara filtre armonice. In cazurile in care cerintele armonicilor de ordin inalt sunt foarte stringente, poate fi utilizata o filtrare trece sus. De aceea, riscul de conditii rezonante este foarte mic. Aceasta trasatura face ca compesatorul static sa fie potrivit pentru repozitionare in alte locuri in conditiile schimbarii de retea.
Frecventa inalta de schimbare folosita in conceptul compesatorul static bazat pe IGBT are drept consecinta o capacitate esentiala de a produce tensiune la frecvente mai ridicate fata de cea fundamentala. Aceasta proprietate poate fi folosita pentru filtrarea activa a armonicilor deja prezente in retea. Compesatorul static atunci propulseaza curentii armonici in retea cu o faza si o amplitudine potrivite pentru a contracara tensiunile armonice.
Aplicatii:
Functiile indeplinite de compesatorul static sunt:
Schimbator fazic (PST)
Schimbatoarele fazice sunt folosite pentru a controla fluxul energiei electrice prin liniile de transport. Atat amplitutdinea, cat si directia fluxului de energie electrica pot fi controlate prin variatia schimbatorului fazic de-a lungul PST.
Schimbatorul fazic este obtinut prin extragerea tensiunii de faza a unei faze si injectarea unei portiuni din acesta in serie cu alta faza. Aceasta se realizeaza prin utilizarea a doua transformatoare: transformatorul regularizator (sau magnetizator), care este conectat in schimbator, si transformatorul de serie (Fig.6). Tensiunea de serie injectata este in sfert de faza fata de tensiunea de faza.
Unghiul PST este in mod normal ajustat de un schimbator de ploturi sub sarcina. Tensiunea serie poate fi schimbata prin schimbatorul de ploturi in etape determinate de ploturile de pe infasurarile de reglare. Progresul in domeniul electronicii de inalta putere face posibil acum ca tiristorii sa fie folositi in reteaua de schimbare, in felul acesta facand-o mai rapida si mai putin supusa uzurii mecanice.
6: Schimbator fazic
Interfazic de Energie (IPC)
Conceptul PST, dus putin mai departe, conduce direct in interiorul Controlorului Interfazic de Energie (IPC). Topologia unui IPC, sau cum este de asemenea numit in aceasta forma specifica, APST (Transformator de Schimbare Fazica Asistata), este afisata in Fig.7. Natura elementului reactiv in paralel cu PSt depinde de cadranul in care PSt este destinat sa functioneze. Cele doua ramificatii functioneaza in sens unic( unison), permitand ca APST sa forteze transferul mai mare de energie electrica printr-un circuit obtinut doar de PST. Susceptibilitatea elementului reactiv este aleasa de multe ori mai mica decat cea a PST. De aici, comportamentul APST este dirijat in principal de PST, insemnand ca controlabilitatea APST este detinuta de PST.
Fig. 7: APST topology.
Controlorul unificat de flux energetic (UPFC)
Controlorul Unificat de Flux Energetic este alcatuit din doua convertoare de schimbare puse in functiune de o legatura DC (in legatura) normal, asa cum se arata in Fig.8. In figura, Convertorul 2 indeplineste functia principala a UPFC prin injectarea unei tensiuni AC cu amplitudine controlabila si unghiul in faza cu linia de transport. Functia de baza a Convertorului 1 este sa furnizeze sau sa absoarba energia electrica activa necesara Convertorului 2 la legatura comuna in current continuu. De asemenea, poate genera sau absorbi energia reactiva controlabila si sa asigure compensare reactiva pentru impedanta inseriata in linie.(de schimbare independenta pentru linie.)
Fig. 8: Unified Power Flow Controller (UPFC).
Un UPFC poate regla energia activa si reactiva in mod simultan. In principiu, un UPFC poate indeplini functia de stabilizare a tensiunii, de control a fluxului de energie electrica si de imbunatatire dinamica a stabilitatii in unul si acelasi dispozitiv.
Stabilizator dinamic de tensiune (DVR)
Functia Stabilizator dinamic de tensiune (DVR) este ilustrata in Fig.9. In eventualitatea unei coborari de tensiune, convertorul electronic de energie injecteaza tensiunea corespunzatoare necesara in magistrala de alimentare pentru a compensa scaderea. Ciclurile de control rapide si viteza de schimbare (millisecunde) ale convertorului permit controlul exact de tensiune, care trece prin sarcina. Acesta poate fi periculos in procesele sensibile de fabricare, unde o singura scadere de tensiune poate cauza pierderi de productie si, odata cu acestea, foarte mari costuri.
Un DVR specific va avea suficienta capacitate de stocare a energiei pentru a compensa o scadere de de tensiune trifazica de 50% pentru pana la 10 cicluri, perioada normal ceruta pentru repararea defectiunilor. Chiar daca un DVR poate fi evaluat sa compenseze pana la 90% din scaderile de tensiune, nu sustine penele complete de curent electric. Capacitatoarele servesc ca dispozitive de stocare a energiei.
Fig. 9: Dynamic Voltage Restorer.
Un domeniu tipic de energie pentru a fi acoperit de DVR este de la 3 MVA pana la 50 MVA.
In ceea ce priveste implementarea FACTS, trebuie indeplinite doua sarcini diferite: in primul rand trebuie gasite modele matematice potrivite, in al doilea rand dsipozitivele trebuie sa fie implementate in estimarea fluxului de energie si de asemenea si in suprafata grafica de utilizare (GUI).
Sisteme flexibile de transport in current alternativ
Sistemele de Transport de Curent Alternativ Flexibil (FACTS) sunt dispozitive bazate pe electronica de putere controlabila in sistemele de transport, care permit influentarea dinamica a fluxului de energie si/sau a de tensiunilor in noduri.
Asa cum s-a mentionat, primul FACTS, bazat pe reactante si condensatoare cu comutare mecanica, a fost lansat in anul 1960. Mai tarziu, in 1970, au fost aplicate comutatoarele semiconductoare, ceea ce a oferit noi oportunitati si a initiat o dezvoltare rapida. Astazi, FACT-urile sunt echipate cu tehnologii bazate pe convertizoare care folosesc tiristoare de mare capacitate (de asemenea si tiristoare GTO) sau comutatoare cu tranzistori.
In general, FACTS functioneaza ca
compensare paralela
compensare serie
atat compensare paralela, cat si compensare de serie.
Campurile reprezentative de aplicare sunt compensarea dinamica de putere reactiva, controlul dinamic al fluxului de energie si coordonarea fluxului de energie, cresterea capacitatii de transport, imbunatatirea stabilitatii statice (reglarea tensiunii) si intensificarea stabilitatii dinamice (amortizarea oscilatiei).
Modelarea FACTS
2.1 Modele ale FACTS
Sunt mai multe posibilitati de modelare ale FACTS, avand in vedere ca potrivirea modelului depinde de problema specifica.
Cateva circuite de baza FACTS vor fi prezentate succint in acest capitol, iar descrierile matematice ale dispozitivelor sunt date in ceea ce urmeaza.
2.1.1 Modelul cu injectie de putere
Modelul cu injectie descrie FACTS ca pe un dispozitiv care injecteaza o anumita cantitate de energie activa si reactiva intr-un nod, deci dispozitivul FACTS este reprezentat ca un element PQ [5], [8], [11]. Figura 2.2 expune ideea de modelare a dsipozitivului FACTS ca elemente PQ. Daca modelul FACTS nu contine pierderi, modelul cu injectie poate fi reprezentat ca in
2.1 Modele FACTS
Figura 2.1: Modelul cu injectie
tinand cont de faptul ca numai FACTS (nu alte elemente) este conectat intre portul i si potul j. Pij si Pji reprezinta fluxul de putere activa, Qij si Qji reprezinta fluxul de putere reactiva. Unghiurile de trasport sunt
Din moment ce acest model utilizeaza elemente PQ pentru a descrie FACTS, poate fi implementat intr-o metoda de calcul a circulatiilor de puteri tip Newton-Raphson ca sarcini PQ. Modelul cu injectie nu contine informatii interne (detaliate) despre dispozitiv, adica este independent de proiectarea interna a FACTS.
2.1.2 Modelul cu Susceptanta Totala
Acest model interpreteaza FACTS ca o derivatie (pentru compensarea derivatie) sau ca un element serie (pentru compensarea serie) cu susceptanta variabila B [9]. Datorita (2.1)-(2.6) fluxul energiei prin FACTS depinde de B, Pij and Qij f(B).
Figura 2.3 Modelul cu Susceptanta Totala
Se prezinta ca o
"cutie neagra" cu Canal 1 si Canal 2. In analizele de retea
Figura 2.3: elementul de canal 1 (a) si 2 (b)
Modelul de Canal 2 pentru elementul de serie poate fi exprimat astfel:
Fiind bine cunoscuta modalitatea de implementare a modelelor cu Canal 1 si 2 in evaluarea fluxului de energie, acest model este potrivit pentru estimarea circulatiei de curent cu metoda Newton-Raphson. Ca si Modelul cu injectie, Modelul cu susceptanta totala nu prezinta detalii despre proiectarea interioara a FACTS. Nu contine dependenta fata de nici un indice interior, ca de exemplu unghiul de saturatie.
2.1.3 Modelul cu unghi de saturatie
Modelul cu unghi de saturatie include dependenta impedantei FACTS sau a indicilor de putere, de unghiurile variabile de saturatie ale comutatoarelor semiconductoare. Unghiul de saturatie este acum considerat ca o stare variabila, astfel incat
Bij-1=Xij=f(α,XL,XC) si Pi,j,Qi,j= f(α,XL,XC)
O astfel de functie f(α,XL,XC) poate fi introdusa atat in Modelul cu Injectie, cat si in Modelul cu susceptibilitate totala. Cu acest model extins, utilizatorul poate influenta energiile prin schimbarea unghiurilor de saturatie a supapelor.
Consideram ca la Modelul cu unghi de saturatie atat circuitul intern, cat si valorile care influenteaza fluxul de energie prin dispozitiv, cum ar fi capacitatea, reactanta si in mod special unghiul de saturatie. O diferenta majora intre acest model si modelele mentionate anterior este ca Modelul cu Unghi de Saturatie descrie proiectarea interna a FACTS.
2.2 Modele implementate
Reglarea circulatiei de putere Se dau energiile injectate stabilite de utilizator, adica sarcinile injectate. Dupa estimarea fluxului de energie cu metoda Newton-Raphson, susceptanta aparenta a FACTS poate fi determinata de la tensiunea nodului si de la valoarea energiei. In ultima faza, unghiul de intarziere la aprindere este estimat cu ajutorul susceptantei aparente prin adoptarea Modelului Unghiului de Saturatie (a se vedea Sectiunea 2.1.3).
Reglarea tensiunii: Se da nodul de tensiune dorit, puterile injectate sunt rezultate ale estimarii circualtiei de puteri. Dupa determinarea susceptantei totale a dispozitivului cu ajutorul valorii tensiunii si puterii, se calculeaza unghiul de intarziere la aprindere.
Reglarea Unghiului: Susceptanta totala poate fi determinata cu ajutorul unghiului de intarziere la aprindere definit de utilizator si cu ajutorul reactantei condensatorului si a bobinei de inductie. Dupa aceea, dispozitivul este implementat in estimarea fluxului de energie ca o derivatie sau ca un element de serie (SVC sau TCSC). Sarcinile injectate sunt rezultate din estimare.
Pierderile de energie activa ale unui SVC sau TCSC sunt neglijate in modele, deoarece de obicei ele sunt sub un procent din evaluarea energiei reactive a dispozitivului.
2.2.1 Modelul TCR
Curentul unui TCR simplu monofazat cu control de unghi de intarziere la aprindere
este exprimat ca:
'Unghiul de intarziere la aprindere' numit si 'unghi de declansare', este echivalent cu 'unghiul de conductie predominant', , in consecinta un TCR poate fi caracterizat atat prin amandoua. si
Cu o tensiune sinusoidala u(t) U cos ωt obtinem pentru curent:
Presupunand nu numai tensiunea sinusoidala, ci si curentul, indicele RMS are ca rezultat
Folosind ITCR=UBTCR si 
susceptanta aparenta (Aceasta este frecventa fundamentala echivalenta fara a considera armonicele curentului) a circuitului poate fi exprimata ca
2.12
Asadar, susceptanta unui TCR poate fi variata continuu
de
la maxim 
la minim 
2.2.2 Circuit pentru SVC si TCSC
Un TCR in paralel cu o capacitate este un circuit de baza pentru SVC sau TCSC. Schema prezentata in Figura 2.4 permite diversificarea continua a suceptantei echivalente. Daca
the control range
covers capacitive and reactive operation mode.
Figura 2.4: Circuit de baza pentru SVC sau TCSC
Ecuatiile pentru acest circuit pot fi exprimate dupa cum urmeaza. Cu o capacitate
BC=XC-1= -ωC
conectata in paralel cu un TCR, susceptanta aparenta a intregului circuit are drept rezultat B= BTCR+Bc
si cu (2.12) poate fi exprimata ca
(2.15)
Figura 2.5 and Figura 2.6 prezinta traiectoriile B si X B-1 pentru un circuit de baza cu BL = 1.0 p.u. si BC = -0.2 p.u. In ceea ce priveste unghiul de aprindere pot fi definite trei moduri de operare diferite pentru acest circuit :
Modul tiristor cu conductie integrala ): In acest mod, tiristoarele sunt declansate (comandate) la conductanta integrala, modulul se comporta aproximativ ca o schema paralela a condensatorului sau a bobinei de inductie. Daca susceptanta bobinei de inductie este mai mare decat suceptanta condensatorului, curentul prin dispozitiv este inductiv.
Modul tiristor cu conductie blocata ( Tiristoarele sunt blocate, curentul prin reactor este la nivelul zero si schema actioneaza exact ca un condensator fix.
Modul tiristor cu conductie partiala < α < ): In aceasta arie de operatie este posibila controlarea continua a suscepantei aparente a circuitului de la caracterul inductiv la cel condensator.
Dupa cum se stie, o capacitate in paralel cu o inductanta are intotdeauna un punct de rezonanta unde BL -BC. Datorita (2.14), conditia antirezonanta pentru circuitul de baza este
Aceasta conditie poate fi indeplinita prin variatia lui adica exista un unghi de aprindere αres unde circuitul oscileaza in rezonanta. Pentru a preveni circuitul de starea de rezonanta, acest unghi de intarziere la aprindere αres trebuie sa fie 'interzis', asadar utilizatorului n-ar trebui sa i se permita sa stabileasca αres= α Determinarea unghiului de intarziere la aprindere αres unde B αres = 0 este explicat in 3.3.1.
Pentru a pastra o " limita de siguranta" a rezonantei este definite o zona de protectie pentru unghiul de aprindere.definita ca
αres-Δ α>α> αres+ Δ α
Antirezonanta nu este o problema pentru circuitele conectate in paralel pentru ca tensiunea barelor colectoare este fixa, deci in cazul rezonantei curentului se apropie de zero, ceea ce nu pune in pericol elementele interne ale dispozitivului. Pentru circuitele conectate in serie putem considera curentul sau transmisia energiei ca fiind fixe, ceea ce duce la o cadere de tensiune serie inalta daca circuitul este intr-o stare de rezonanta. Acest fapt ar putea cauza o presiune serioasa pentru coponentele FACTS.
2.2.3 SVC Model
Dupa cum s-a mentionat in Sectiunea 1.3.2, un SVC este un circuit conectat in paralel. Ecuatiile unui circuit de baza sunt folosite aici.
Datorita ecuatiilor Modelului cu Injectie de putere (2.1) si (2.3) si faptului ca nu este nici un bus j pentru un element conectat in paralel, ceea ce inseamna
Uj=0 (2.1.8)
valorile energiei active si reactive ale unui element SVC au drept rezultat
Pi=0 (2.20)
Qi=Ui2B (2.20)
Fig. 2.5: Suceptanta variabila(BL = 1.0 p.u., BC = -0.2 p.u.)
Fig. 2.5: Suceptanta variabila(BL = 1.0 p.u., BC = -0.2 p.u.)
Figura 2.7: Model SVC
Cu (2.15) obtinem o functie pentru energia reactiva care include unghiul de intarziere la aprindere:
(2.21)
Considerand aceasta ecuatie in termini de rezonanta, unde B = 0 se poate observa ca starea de rezonanta poate cauza un consum de energie reactiva de Qi
2.2.4 Modelul TCSC
TCSC este un TCR conectat in serie in paralel cu un condensator. Pentru valorile puterii injectate ale TCSC-ului la bus i si bus j sunt folosite ecuatiile (2.1)-(2.6).
Figura 2.8. Modelul TCSC
Aplicand (2.15) se ajunge la puterea activa transmisa
(2.22)
Din moment ce modelul nu ia in considerare pierderile energiei active din TCSC, obtinem aceeasi valoare absoluta (dar datorita sistemului de referinta cu un semn diferit) la celalalt bus al TCSC-ului:
Pji= - Pij
Avand in vedere faptul ca pierderile din linii de obicei nu sunt neglijate, aceasta ecuatie este valida doar pentru elemental TCSC, nu si pentru o combinatie a TCSC-ului cu liniile. Pentru ca TCSC-ul este un element reactive, valorile energiei reactive nu sunt egale la ambele noduri, ele pot fi exprimate ca
2.24
2.25
Daca circuitul este intr-o stare de rezonanta, exprimarea in paranteze mari a (2.24) si a (2.25) se apropie de zero. Presupunand un anumit (dorit) flux de energie Pij jQij se poate recunoaste ca aceasta ar putea cauza tensiuni foarte mari de bus ceea ce ar putea pune in pericol TCSC-ul.
Capitolul 3
Implementarea FACT-urilor in estimarea fluxului de energie
Implementarea elementelor FACTS este bazata pe modelele lineare ale elementelor existente. Nu exista tipuri de elemente in matricile de retea si in matricea jacobiana (determinanta functionala). In functie de reglatrea FACTS-ului sunt incluse in elementul matricial de incarcare, generatoare, sunturi si linii.
3.1 SVC
In functie de tipul de reglaj, SVC-ul poate fi descris ca ca un generator PV, o sarcina PQ sau un element de sunt cu o susceptanta B definita. Matricea originala SVC este fractionata si fiecare element SVC este incorporata in matricea de element a generatoarelor, sarcinilor sau sunturilor inainte ca estimarea Newton-Raphson sa fie pornita. Cand estimarea a luat sfarsit, rezultatele referitoare la elementele SVC sunt extrase din vectorii rezultanti ai generatorului, sarcinii si suntului si valorile energiei sunt salvate in vectorii rezultanti. Aceasta procedura este expusa in Anexa A.
3.1.1 Reglarea energiei reactive
Pentru un SVC Q reglat utilizatorul determina energia reactiva Qi pe care dispozitivul trebuie sa o injecteze. In acest caz este folosit Modelul cu Injectie de putere si SVC-ul este implementat ca o sarcina reactiva care consuma o cantitate determinata de energie reactiva din bus conectat.
Din moment ce Qi este cunoscut si Uj este un rezultat al estimarii fluxului de energie, putem obtine susceptanta echivalenta prin transformarea (2.20) in
Cu B,Ui, si (2.15) este posibila determinarea unghiului de intarziere la aprindere (explicat in sectiunea 3.3.1).
3.1.2 Reglarea tensiunii
Daca utilizatorul doreste sa controleze tensiunea bus Ui SVC-ul trebuie sa actioneze ca un generator PV reglat (cu P = 0) in concordanta cu Modelul cu Injectie de putere. Un rezultat al estimarii fluxului de energie este valoarea de energie Qi, dar nu susceptanta echivalenta sau unghiul de aprindere a tiristoarelor, ele sunt determinate in acelasi mod descrise in Sectiunea 3.1.1.
3.1.3 Reglarea unghiului de aprindere
In afara de reglarile mentionate ale energiei reactive si ale nodurilor de tensiune, este posibila stabilirea unghiului de intarziere la aprindere a unui TCR. Daca aceasta este efectuata, Modelul cu Susceptanta Totala este aplicat dupa ce susceptanta aparenta B a SVC-ului este estimata de la α, XL si XC.
In acest mod de reglare, limitele energiei reactive nu sunt luate in considerare. Utilizatorul poate obtine fiecare valoare a energiei reactive care rezulta din unghiul de intarziere la aprindere specificat. O modalitate de a gasi unghiurile de aprindere in care valorile energiei reactive sunt la limita este pornirea SVC-ului in modul de reglare a puterii, stabilirea valorii dorite la limita si privirea unghiului de intarziere la aprindere. Pentru a se asigura ca limita minima a energiei reactive nu este incalcata cu reglarea unghiului de aprindere, unghiul nu trebuie sa fie mai mic decat unghiul afisat cand SVC-ul functiona in modul de reglare a energie reactive la limita lui mai mica. Limita maxima a energiei reactive este depasita daca unghiul este mai mare decat unghiul care este afisat, daca SVC-ul functioneaza in reglarea energiei reactive la limita superioara a energiei reactive.
3.2 TCSC
Pentru Condensatorul in Serie Controlat de Tiristor sunt implementate doua tipuri de reglare. Primul este controlul energiei active transmise P, al doilea este stabilirea unghiul de intarziere la aprindere . In functie de modul de control, TCSC-ul este implementat ca sarcini in porturile conectate sau ca o linie intre ele. Din acest motiv, matrice a TCSC care include toate informatiile TCSC-ului este scindata si elementele TCSC-ului sunt incorporate in matricile de element sarcinilor si liniilor. Estimarea incepe cu aceste siruri aditionale in matricile de sarcini si linii. Dupa ce este finalizat, rezultatele sunt asociate TCSC-ului, liniilor si sarcinilor.
3.2.1 Reglarea energie active
Reglarea P a TCSC-ului inseamna ca utilizatorul stabileste energia activa care trebuie sa fie transmisa de la portul i la portul j, in timp ce energiile reactive, susceptanta echivalenta si unghiul de aprindere sunt necunoscute.
Eliminand B din (2.1)- (2.4) se ajunge la valorile energiei reactive injectate ca functii ale valorii specificate P si ale tensiunilor complexe de nod:
(3.2)
(3.3)
Cu aceste ecuatii TCSC-ul poate fi manevrat ca doua sarcini Pij+Qij la bus I si -Pij+jQijla bus j.
Utilizand (3.2) si (3.3) pentru obtinerea valorilor energiei reactive, trebuie sa luam in considerare faptul ca nodurile de tensiune nu sunt cunoscute inainte de estimarea fluxului de energie si ca ele vor varia cu fiecare repetare a algoritmului Newton-Raphson. De aceea, Qij si Qji trebuie sa fie recalculate dupa fiecare pas de iterare.
Dupa ce estimarea Newton-Raphson este finalizata, susceptanta aparenta a TCSC-ului este gasita prin transformarea
(3.4)
B poate fi de asemena determinat de la Qij sau Qji. Din moment ce valoarea definita nu include nici o eroare de calculare numerica, am decis pentru Pij.
Unghiul de intarziere la aprindere poate fi determinat din susceptanta echivalenta B=f( , XL si XC dupa cum este explicat in 3.3.1.
3.2.2 Reglarea unghiului de aprindere
TCSC-ul cu reglare de la unghi este tratat ca o linie cu reactanta variabila X. Dupa ce susceptanta aparenta B a circuitului TCSC este estimata de la (2.15), impedanta de linie poate fi stabilita la X B- Acest TCSC, care este acum manevrat ca o linie cu Z jB- este adaugat in matricea de linie si estimarea este pornita. Rezultatul contine valorile energiei active si reactive.
3.2.3 Protectia de rezonanta si limitele de unghi
Dupa cum s-a discutat in Sectiunea 2.2.2, fiecare circuit TCSC are un punct de rezonata unde impedanta totala ajunge infinit de ridicata si, presupunand un anumit curent, tensiunea dintre porturile TCSC-ului ajunge de asemenea infinit de ridicata. Pentru a proteja elementele TCSC-ului de supratensiune, circuitele reale includ un Varistor de Metal Oxidat (VMO) in paralel cu condensatorul si TCR-ul. Un alt tip de protectie impotriva supratensiunii este evitarea unei anumite benzi a unghiului de aprindere in care rezonanta poate provoca circuitului riscul de supratensiune.
Din acest motiv, utilizatorului nu i se permite sa stabileasca unghiul de intarziere la aprindere intr-o arie care este aproape de unghiul de rezonanta αres, 'marginea de siguranta' Δ trebuie sa fie mentinuta. Avand in vedere ca utilizatorul de obicei nu cunoaste unghiul de rezonata a circuitului, unghiul de intarziere la aprindere αres care poate cauza rezonanta este estimat cu (2.16). Dupa aceea este verificat (2.17) si, daca e necesar, unghiul este corectat in mod automat:
daca αres-Δ α<α≤ αres+ Δ α este setat la α= αres-Δ α
Acestea sunt limitele de rezonanta pentru unghiul de intarziere la aprindere. Limitele suplimentare rezulta din intarzierea maxima si minima de aprindere, aceasta este
00
si, corectata, daca utilizatorul defineste unghiul de aprindere in afara acestei zone. Pentru a informa utilizatorul despre orice modificare automatica a datelor de intrare, este trimis un mesaj catre GUI daca au fost facute corecturile
3.3 Implementari aditionale
3.3.1 Determinarea Unhgiului de Intarziere la Aprindere
Pentru dispozitive reglate P-, Q- si V-, susceptanta echivalenta este determinata dupa estimarea fluxului de energie.
Datorita (2.15) unghiul de intarziere la aprindere este o functie a susceptantei aparente B a TCR-ului, a suscpetantei reactorului BL si a capacitantei BC Daca aceste trei valori sunt cunoscute, este posibila determinarea dintr-o ecuatie nonlineara implicita in forma
g( (3.5)
Transformand (2.15) se ajunge la
(3.6)
Aceasta ecuatie
poate fi rezolvata pin metoda Newton-Raphson. Foloseste
aproximatia seriei
(3.7)
aceasta rezulta in
(3.8)
Determinarea unghiului de intarziere la aprindere este implementat cu un algoritm Newton-Raphson in Matlab Functia este utilizata pentru a determina unghiul de rezonanta la aprindere αres inainte ca estimarea fluxului de energie sa porneasca si pentru a determina unghiul de aprindere dupa ce s-a finalizat estimarea fluxului de energie a dispozitivelor reglate P-, Q- sau V-.
3.3.2 Schimbari incrementale ale SVC-ului si ale TCSC-ului
Ori de cate ori utilizatorul schimba o valoare a retelei, de exemplu o valoare de sarcina, programul nu porneste o estimare complet noua a intregii retele. Doar valoarea schimabata este transmisa de client motorului de estimare si algoritmul Newton-Raphson incepe sa preia rezultatele anterioare ca valori initiale. In spatele acestei proceduri se afla intentia de a creste viteza de estimare, mai ales cand clientul lucreaza in run-mode si utilizatorul schimba o valoare prin apasarea unui buton plus/minus al unui element. Pentru SVC si TCSC, aceste schimbari incrementale sunt implementate pentru schimbari ale valorilor tinta P, Q, U si . Daca modul de control a elementului FACTS este schimbat, estimarea fluxului de energie este pornita de la inceput.
Implementarea permite operarea de schimbari incrementale in doua etape:
3.3.3 Comutarea SVC-ului si TCSC-ului
Daca un element este comutat on or off in the client, fluxul de energie trebuie sa fie calculate din nou. Comutarea este implemntata aproximativ similar cu schimbarile incrementale descrise in sectiunea 3.3.2.
Daca un element este comutat, nu intreaga retea este trimisa spre motorul de estimare. Doar informatia despre elementul comutat este transmisa programului de flux de incarcare. Daca un element este comutat pe off, valoarea curenta a elementului este definita cu zero si comutarea incepe cu vechile rezultate ca valori initiale pentru algoritmul Newton-Raphson. Programul nu indica noua tipologie a retelei si matricea de incidenta este la fel ca inainte. Doar valorile date si dorite se schimba.
Un alt mod de implementare a comutarii este stergerea liniei elementului din matricea de element, reconstruirea matricelor de comutare si inceperea Newton-Raphson folosind o parte a vechilor rezultate ca valori initiale. Dupa ce matricile sunt pregatite pentru Newton-Raphson, este mereu posibila diferentierea intre sirurile matricei de elemente care provine dintr-un SVC sau TCSC si sirurile care reprezinta elementele originale. Dar exista o problema, deoarece dupa inchiderea unui element FACTS si curatarea sirului de elemente dependente din matricea de elemente, salvand aceasta informatie si verificarea calculatiei fluxului de sarcini, se poate intampla ca alte elemente sa fie comutate inainte ca primul element sa fie pornit din nou. Aceasta ar putea cauza o schimbare in dimensiunea matricii.
In general, este posibila rezolvarea problemei in discutie, ar putea fi o sarcina pentru viitoarea munca.
Inchizand elementele FACTS, este implemntat in Mat lab code, dar intr-un alt mod decat comutarea elementelor non-FACTS. Ori de cate ori un element SVC sau TCSC este inchis, sirul lui de legatura in matricea de elemente este stearsa, matricile sunt pregatite pentru estimare si Newton-Raphson incepe sa preia vechile valori de tensiune ca valori initiale pentru noua functionare. Aceasta procedura necesita mai putine iterari decat daca ar fi fost necesara o convergere a unei estimari complet noi. Dar bineinteles ca o procedura care stabileste curentul la zero in loc de schimbarea matricilor de elemente ar fi mai rapida. Ori de cate ori este pornit un element FACTS, estimarea porneste de la inceput.
3.3.4 Limitele de energie
Generatoarele reale nu sunt capabile sa furnizeze energie nelimitata. Proiectarea mecanica si electrica a unei masini duce la limite ale energiei active si reactive. Daca un generator ajunge la o astfel de limita de energie, aparatul de reglare mentine valoarea la un nivel (o limita) constant/a independent de necesitatile de energie din sistem. Acest fapt trebuie sa fie considerat si implementat in soft-ul de estimare.
In versiunea 1.0 a "FlowDemo.net", aceste limite au fost verificate dupa ce algoritmul Newton-Raphson a convers. Daca limitele au fost incalcate, valorile elementelor au fost stabilite la aceste valori de limita si estimarea a fost din nou pornita.
Aceasta procedura este acum integrata in algoritmul Newton-Raphson. Ori de cate ori valorile absolute ale vectorului de perturbatie sunt sub valoarea de toleranta, limitele sunt verificate. Daca exista incalcari, valorile depasite sunt stabilite la limitele lor si estimarea continua. Daca nu este incalcata nici o limita, the loop inceteaza si estimarea insasi este finalizata.
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
