2012. (stabilitás vizsgálat, rendszer helyreállítás szinkronozás, feszültség- meddőteljesítmény szabályozás) doktori értekezés

Átírás

1 2012. (stabltás vzsgálat, rendszer helyreállítás sznkronozás, feszültség- meddőteljesítmény szabályozás) doktor értekezés

2 Ha egy kérdés puszta numerkus számolás útján eldönthető, akkor nem s érdemes rá több szót vesztegetn. (Keth Devln) A hagyományos vllamosenerga-rendszerek évtzedeken át üzemeltek a termelők és a fogyasztók között. A hálózatok alapvető struktúrája a hagyományosnak nevezett elsősorban fosszls tüzelőanyag (pl.: szén, kőolaj, földgáz) alapú erőműv technológákon alapult. Ezt a vllamos energetka vlágot fogják átalakítan azok a változások, melyekkel napjankban egyre gyakrabban kell szembenéznünk. A ksebb széndoxd kbocsájtású erőműv technológák ránt gény, valamnt a felhasználó oldal hatékonyságának jelentős növekedése lehetővé tesz, hogy a fogyasztók nteraktívabb kapcsolatba kerüljenek a hálózattal. A jövő sokkal nkább fogyasztóbarát hálózata ma még nem elérhető. Ugyanakkor az tt említett alapvető változások meg fogják határozn a jövő hálózatának kalakítását és vezérlését. Az Európa Unó felsmerve a feladatot, 2005-ben létrehozta a European Technology Platform Smart Grds munkacsoportját, melynek feladata, hogy a 2020 után európa hálózatok vízóját készítse el. A platform résztvevő az par, az átvtel és elosztó hálózat engedélyesek, a kutató szervezetek és a szabályozók képvselő. Az általuk elkészített munkaanyag az egyk első volt Európában, mely kjelölte a smart grd koncepcóját: olyan vllamos hálózat, mely ntellgens módon képes a hozzá kapcsolódó összes felhasználó termelők, fogyasztók vselkedésének és tevékenységének ntegrálására annak érdekében, hogy az ellátás fenntartható, gazdaságos és bztonságos legyen. Az Egyesült Államokban hagyományosan az IEEE által alkotott szabványokat tekntk rányadónak, így ez a szervezet s elkészítette saját smart grd defnícóját, melyet az IEEE Std így ír le: az energetka, kommunkácós és nformácó technológák ntegrálása egy továbbfejlesztett vllamos hálózat nfrastruktúra létrehozására, mely a fogyasztó gények kelégítése mellett a végfelhasználó alkalmazások folyamatos fejlődését s lehetővé tesz. Látható, hogy ma még nncs egy egységes, mndenk által elfogadott defnícó, keretrendszer a mcro/smart grdek leírására (ld. Függelék IV.). Az értelmezések tekntetében elég nagy az átfedés, de az alkalmazás területtől, az adott kutatástól függően ez változhat [42]. Több publkácómban a mcro grdekre leválasztható körzetként hvatkoztam (körzetek vagy

3 grdek; vagys olyan termelő-fogyasztó csoportok, amelyeknek átvtel teljesítménye közelítőleg nulla, összes betáplált teljesítménye nem haladja meg az 50 MVA-t, és földrajzlag közel vannak egymáshoz). A defnícó alkotás során felmerülő problémák nagyobbk része a smart fogalom köré épül. Ebbe beletartozhat az ntellgens fogyasztás mérő-beavatkozó rendszer beépítése, energatárolók alkalmazása, automatkus körzetrányítás rendszer, mely képes a hatásos és meddő teljesítmények egyensúlyának fenntartására, frekvenca és feszültség szabályozás ellátására, védelm berendezések működésének koordnácójára, hálózat veszteségek és áramlások mnmalzálására, lletve általánosságban a hálózat hbamentes, hatékony, önálló és lehető legksebb költséggel járó üzemeltetésére. Összefoglalva a feldolgozott forrásokat, azt a megállapítást lehet tenn, hogy egy mcro/smart grd: alkalmas a két rányú kommunkácóra a mérés- beavatkozás pontoknak köszönhetően rugalmasan alakítható megújuló energaforrást tartalmaz, vagy könnyen lehet ntegráln (am a tárolás lehetőségeket s magában hordozza) felhasználja a fejlett IT lehetőségeket automatkus smart dszpécser központ vezérl az esetleges öngyógyító képesség s kalakítható a magyarország vszonyokat fgyelembe véve az deáls mérete ~50MVA kalakításánál a zéró transzfer teljesítményre kell törekedn Vzsgálatam során nem a hálózat smart, azaz ntellgens vselkedésén volt a hangsúly, hanem az lyen méretű, korábban leírt hálózatok rendszerbe ntegrálásának a hatásan, kölcsönhatásan. A smart grd koncepcóból tehát a későbbekben smertetésre kerülő kutatások, eredmények szempontjából a hálózat mérete, szumma vllamos teljesítménye, földrajz elhelyezkedése a döntő, és az, hogy mnmáls topológa változtatással el lehessen érn a kívánt struktúrát, azaz a mcro grd kalakítását. A kutatás alapvetően a mcro/smart grdek és a vllamosenerga-rendszer kölcsönhatásának kérdésevel foglalkozk. Arra gyekszk megadn a választ, mlyen khívásokkal kell szembenézne a jelenleg vllamosenerga-rendszernek. Mlyen hatással lehet a rendszer stabltására az ún. mcro/smart grdek elterjedése, hogyan lehet megbízhatóan ntegráln ezeket a hálózat megoldásokat a jelenleg működő struktúrába. A műszaklag megvalósítható ntegráláson túl, nyújthat-e előnyöket a smart grdek alkalmazása, a fogyasztók elvárásanak képes lehet-e megfeleln.

4 Előszó... Tartalomjegyzék... 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása Bevezetés Szakrodalm áttekntés Stabltás számítások elv háttere A számításokhoz használt modell és program smertetése Eredmények Összefoglalás, I. tézs Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Bevezetés Szakrodalm áttekntés Asznkron rendszerek összekapcsolódásának elv háttere A modell tulajdonságanak bemutatása Szmulácós vzsgálatok, eredmények Inverter beállítás javaslatok Összefoglalás, II. tézs Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek Bevezetés Szakrodalm áttekntés A modell tulajdonságanak bemutatása Szmulácós vzsgálatok... 49

5 3.5 Eredmények Összefoglalás, III tézs Összefoglalás, záró gondolatok A tézsek gyakorlat alkalmazhatósága Köszönetnylvánítás Rövdítések és jelölések Rövdítések Jelölések Publkácós lsta... 4 Irodalomjegyzék... 5 Függelék... 8 F1 Függelék I F1.1 A számítás algortmus számítógépes megvalósítása... 8 F2 Függelék II F2.1 A dnamkus modell létrehozásának lépése F3 Függelék III F3.1 A javasolt feszültég- meddőteljesítmény szabályozás herarcha felépítése F4 Függelék IV F4.1 Smart grd defnícók összegzése v

6 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása Napjankban egyre nő az gény a folyamatos és zavarmentes vllamosenerga-ellátás ránt. A technológa fejlődés, az par és személyes gények fokozott követelményeket támasztanak a vllamosenergaszolgáltatókkal szemben. Az átvtel hálózat egyre nagyobb fokú khasználtsága és összetettsége, valamnt a növekvő gények bztosítása pedg komoly szakma khívás a mérnökök számára. A múltban bekövetkezett, stabltásbomlásra vsszavezethető üzemzavarok arra hívják fel a fgyelmet, hogy fontos és szükséges a vllamosenerga-rendszer dnamkus bztonságának, üzemzavarokkal szemben ellenálló képességének folyamatos felügyelete. A vllamosenerga-rendszerek stabltásának mértéke, vagys hálózat-, ll. terhelésváltozásokkal, üzemzavarokkal szemben ellenálló képességének nagysága stabltás mérőszámok meghatározásával jellemezhető. Az dőbel szmulácó nélkül, ún. közvetlen módszerek alkalmazásának eredménye általában egy megfelelően értelmezett stabltás mérőszám. A közvetlen módszerek eredet célja a folyamatok dőbel szmulácójához szükséges számítás gény csökkentése volt, azonban ma az nformatka rohamos fejlődésének köszönhetően a dszpécser döntések felgyorsultak. Generált vszont egy újat: a folyamatok dőbel szmulácója során keletkező hatalmas nformácó-mennységből nehéz kszűrn a stabltás mértékének megítélésére alkalmas nformácót. Több közvetlen módszer eredményenek összehasonlításával vzsgálatokat végeztem egy mcro grd modelljén azt keresve, hogy az egyes módszerek által használt mérőszámok közül melyk szolgáltatja a legmegbízhatóbb (szmulácós számítás eredményevel összehasonlítva a legjobb) eredményt. Létrehoztam egy mérőszámot, amelynek a kszámításához készítettem egy MatLab programot. Az általam megalkotott RTSI ndex alkalmas arra, hogy egy adott üzemállapot esetén jó közelítő becslést tehessünk a lehetséges események bekövetkezéséről, azaz a rendszer stabltásának alakulásáról. A szakrodalom alapos tanulmányozása során a témával kapcsolatban az első kutatás jelentések, ckkek az 1970-es évek elején jelentek meg. A stabltás számítás eljárások elv háttere kdolgozottnak számított, nem gényelt tovább kutatást. Am a problémát jelentette, az a számítás gény volt. Nagy rendszerek esetén a dfferencál-egyenlet rendszerek megoldása rendkívül sokág tartott. Ez támasztotta az gényt, hogy az dőbel szmulácó elkerülésével, ún. közvetlen módszerekkel próbáljanak meg dőbel ntegrálással közelítő megoldást találn. A kutatások legnagyobb többsége a Ljapunov-függvényt alkalmazta, amely a nemlneárs rendszerek szabályozásának tervezésében egy általánosan használt technka. Azonban számos matematka megkötéssel és nehézséggel járt. Túl sok és nem optmálsan megválasztott paraméter használatát jelentette, ráadásul az eredmény érzékeny volt a nem smert külső zavarokra. Egy gépes redukált hálózatokra jó eredményeket adott, de bonyolultabb hálózat topológák esetén már közelítőleg sem. A Jacques L. Wllems jegyezte ckk s ezen alapul. [1] Két meggondolásra alapozza a szerző a módszert: az nput- és output teljesítmények egyensúlyát valamnt a Ljapunov-függvény alkalmazását dnamkus 1

7 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása stabltás vzsgálatokra. A modellalkotás nem teljes, többek között a gerjesztés szabályozást elhanyagolja. Az eljárás tovább hátránya, hogy nagy számú knduló paraméterre van szükség, amket mnden egyes futtatás után, vagy topológa változtatás esetén újra be kell állítan. A számítás dő nagy rendszerek esetén még mndg hosszúnak számított. Alapvetően anny előnye volt az eljárásnak, hogy lokalzáln lehetett a lecsökkent zavartűrő képességű rendszer részt. Mnd az alkalmazott matematka modell mnd a közvetlen módszer pontosságán javítan kellett. A kutatások folytatásaként egyre több publkácó jelent meg a témában. A T. Athay ckkében smertetett eljárást több rendszerre tesztelték; a célja az volt, hogy egy elfogadható becslést adjon a CCT-re, azaz a krtkus zárlatfennmaradás dőre (crtcal clearng tme). [2] A szerzők szernt a Ljapunov-függvény alkalmazása nagy rendszerek esetén nem ad helyes eredményt, valamnt nem alkalmazható a gyakorlatban sem. A dfferencál-egyenletek számítása helyett gépegységenként számít egy megengedhető maxmáls gyorsulást, és ebből következtet a CCT értékére. Az első jelentős, on-lne tranzens stabltás vzsgálat eljárást (Transent Stablty Index Method) M. Rbbens-Pavella publkálta. [3] Kutatásamnak az ő ckke adták a kndulás alapot. A legfontosabb újítások a kutatásaban, hogy on-lne vzsgálatokat valósított meg, 1 gép nagy rendszer modellen, kküszöbölve a topológából adódó nehézségeket. A számítás eljárást egyszerűsítette, amnek az alapja az egyenlő területek módszere volt, valamnt az algortmus létrehozásában s egyszerűsítést jelentett az admttanca mátrx alkalmazása, amelynek segítségével nagy rendszerek vzsgálata s lehetővé vált. Az ezután következő kutatások nkább összefoglalták, átalakították az addg eredményeket. C. Tang munkája s ebbe a sorba llk. [4] Egy hbrd eljárást fejlesztett k, amely tartalmazza az dőtartománybel analízs és a közvetlen módszerek előnyet. Az eljárás lényege, hogy először dőtartománybel analízssel lokalzálja a problémás rendszerrészletet, majd közvetlen módszerek alkalmazásával csökkent a számítás dőt. Két alapvető problémát azonban megfogalmaz a szerző: még így sem elég gyors az algortmus, másrészt az eredmény egy gen/nem típusú megoldás, azaz nem ad választ mnőség szempontból a stabltás helyzet kérdésere. A számítás eredménye egy sávtól, határértéktől való eltérés: TEM (transent energy margn), a tranzens energa lmt, amnél a rendszer stabltás még megmarad. Az eljárás másk hátránya, hogy maga az algortmus bonyolult. Ahogy fejlődött az nformatka és nem jelentett problémát a nagy mennységű dfferencál-egyenlet rendszerek megoldása, újra előkerültek a tsztán dőtartománybel stabltásvzsgálat eljárások. [5] A számítókapactás már lehetővé tette, hogy elfogadható dőn belül eredményt szolgáltassanak ezek az eljárások, azonban az algortmus rendkívül bonyolult volt. Más hányosságok s megmaradtak. [6] A. Xue ugyanabból a matematka modellből ndult k, mnt a 70-es évek elején a legtöbb ckk. A számítógépek lehetővé tették, hogy a dfferencál-egyenlet rendszert gyorsabban megoldják, azonban a modellalkotás hányossága, például a topológa függés megmaradtak, csak CCT-t szolgáltattak az eljárások eredményül, és a nagyszámú kmenő adat értékelése, rendszerezése nem lett megoldva. 2

8 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása Összefoglalva: a tranzens stabltás számítására alkalmazott közvetlen módszerek azért jöttek létre, hogy a számítás gényt csökkentsék. Ezt a problémát megoldotta, vagys felváltotta napjankra a számítástechnka fejlődése: a nagy számítás dőgény helyett a gondot a hasznosnak, nformatívnak mnősülő adatok szűrése jelent. Kjelenthető, hogy a közvetlen módszerek alkalmazása napjankban s hatékony eljárás. A közvetlen stabltásvzsgálat módszerek közül a legtöbb problémára az M. Rbbens-Pavella-féle TSI (Transent Stablty Index) adta meg a választ. Ezt tanulmányoztam részletebe menően, és több helyen s tudtam javítan az eljáráson, mnd az algortmus, mnd a matematka modell tekntetében. A későbbekben smertetett RTSI (Revsed Transent Stablty Index) ndexet összehasonlítottam a TSI mérőszámmal, és az eredmények alapján megbízhatóbb, és általánosabb megoldást skerült alkotn. Az elmélet összefoglalás a [7]-es hvatkozásban olvasható anyagokra támaszkodk, abból merít. A vllamosenerga-rendszer (a továbbakban VER) (pontosabban a generátorok) sznkron üzemét veszélyeztető változások és azok hatásának vzsgálatára szolgáló eszközök, módszerek fő jellegzetessége az 1-1. táblázat szernt csoportosíthatók: 1-1. táblázat Stabltásvzsgálat kategórák [7] Változásokkal szemben Változások jellege, típusa ellenálló képesség Vzsgálat eszköz Vzsgálat módszer mértékének jellemzője Üzemállapot- A) Ksmértékű, lassú, Statkus átvvő képesség Statkus rendszermodellen nehezítés, tendenca-szerű határától való távolság végzett load-flow számítás kontngenca analízs; Munkapont körül lnearzált B) Ksmértékű, elektromechanka lengéseket okozó Elektromechanka lengések csllapodásának mértéke dnamkus modellen alkalmazott, lneárs rendszerek stabltásának elemzésére alkalmas Adott bemenet ponton alkalmazott gerjesztő jel hatására kalakuló lengések elemzése eljárások Dnamkus átvvő képesség a) Nemlneárs, dnamkus Nagymértékű határától való távolság, rendszermodellen végzett üzemállapot- C) Tetszőleges mértékű, dnamkus stabltás dőbel szmulácó változások (zárlatok, ugrásszerű, több eseményt tartalékok, elektromechanka b) Közvetlen (dőbel kesések, védelm tartalmazó lengések csllapodásának szmulácót nem végző) működések, mértéke, új stabl munkapont stabltásbecslő kapcsolások) kalakulásának képessége eljárások hatásának elemzése 3

9 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása A B) típusú változások elemzésére elsősorban szabályozó berendezések dnamka paraméterenek beállításakor, hangolásakor van szükség, ezek a vzsgálatok általában a VER egy elemének és közvetlen környezetének leképezését génylk. Rendszerrányítás szempontból az A) és C) típusú változások vzsgálatának van jelentősége. Az A) típusú vzsgálatokhoz szükséges rendszermodell és vzsgálat eszköz rendelkezésre áll, valós dejű számítások, továbbá vzsgálat módú számítások formájában rendszeres használatban van. A statkus átvvő képesség határától való távolság elemzése a jelenleg gyakorlat szernt az N-1 krtérum teljesülését vzsgáló, valós dejű, vagy off-lne végzett kontngenca-analízs, továbbá a folyamatos terhelhetőség- és feszültséghatárértékfgyelés. Felmerült az a kérdés, hogy érdemes-e adott (kalakult) üzemállapoton olyan tovább vzsgálatot végezn, amely képes az üzemállapot bztonságának megítélésére, a statkus bztonság lecsökkent mértékének kmutatására olyan esetekben, amkor a meglévő eszközök az üzemállapotot bztonságosnak értékelk. (A statkus átvvő képesség határától való távolságon az erőművek által termelt teljesítmény-elszállítás bztonságát, lletve a bztonság mértékét kell érten.) A C) típusú változások elemzését a szakrodalom dnamkus bztonság vzsgálatnak, lletve dnamkus bztonságbecslésnek (DSA =Dynamc Securty Assessment) nevez, am szűkebb értelmezésben a tranzens stabltás vzsgálatát jelent. A tranzens stabltás vzsgálata arra keres a választ, hogy adott rendszerállapotban egy feltételezett hba, vagy hbasorozat okozta elektromechanka lengések (szöggyorsulás, szögsebesség-, szög- és teljesítménylengés) a hba tsztázása után lecsllapodnak és kalakulhat új állandósult állapot mnden gépegység sznkron járása mellett, vagy pedg adott gépegység, vagy gépegységek csoportja nstabllá válk, kesk a sznkronból és leválk a hálózatról. A stabltásvzsgálat elvégzésének fő lépése: A vzsgálat gényeknek megfelelő dnamkus rendszermodell felépítése (tervezéshez több lehetséges üzemállapothoz tartozóan, valós dejű vzsgálat gény esetén a tényleges üzemállapotból átvéve). Az elektromechanka lengéseket kváltó mértékadó hbasorozatok, kapcsolás események dősorának kalakítása. Stabltásszámítások elvégzése. (A vzsgálandó esetek száma csökkenthető a bztosan stabl esetek előzetes kszűrésével.) Eredmények értékelése, stabltás mérőszámok képzése, krtérumok teljesülésének ellenőrzése. Az esetenként szükséges, az üzemzavartűrő képességet növelő ntézkedések meghatározása, az ntézkedések hatásosságának ellenőrzése újabb vzsgálatokkal. A tranzens stabltás vzsgálata végezhető az elektromechanka folyamatok dőbel szmulácójával, vagy a folyamatok dőbel vzsgálatát elkerülő, a stabltás mértékét becslő, közvetlen módszerekkel. Az dőbel szmulácó lényege, hogy a vzsgált energarendszer gépegységenek dnamka tulajdonságat csatolt dfferencálegyenletekkel vesszük fgyelembe, beleértve a szabályozók (gerjesztés szabályozás, lengéscsllapítás (PSS), turbnaszabályozás) dnamkus leképezését s. Fel kell építen a gépegységeket 4

10 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása egymással összekötő hálózat modellt, meg kell tervezn a vzsgálandó eseménysorokat és a szmulácós számítás teljes dőntervallumát. A csatolt dfferencálegyenlet-rendszer dőbel megoldását egy kválasztott numerkus ntegráló módszer végz állandó, vagy automatkusan változó dőlépcsővel. Mnden dőlépcső végén szükség van a hálózat (load-flow) egyenletek megoldására, amelyet külön algortmus számít. A szmulácós számítás eredménye dőfüggvények, amelyek (egy része) a számítás folyamatában s megjeleníthetők, vagy a szmulácó elvégzése után kértékelhetők. Az elektromechanka folyamatok dőbel szmulácóját elkerülő, a stabltás mértékét becslő közvetlen módszerek mndegyke a módszer elvéből következően elhanyagolásokat tartalmaz. A közvetlen módszerrel végzett stabltásbecslés eredményenek használhatóságát dőbel szmulácóval szokás ellenőrzn. Én s ezt az utat választottam, az eredményeket a később szakaszokban részletezem. Összegzésként elmondható, hogy a nemzetköz gyakorlatban mnd a tervezés célú, mnd a valós dejű stabltásvzsgálathoz leggyakrabban az dőbel szmulácós módszert alkalmazzák, a vzsgálandó esetszám csökkentésére a bztosan stabl esetek kszűrésével. A részletes elemzést nem génylő, bztosan stabl esetek szűrésére az elektromechanka folyamatok energetka vszonya elemzésén alapuló közvetlen stabltásbecslő módszereket használnak. A stabltás mértékének megítélésére az dőbel szmulácó eredményenek feldolgozásából számított mutatók (stabltás, lletve nstabltás ndexek) szolgáltatnak nformácót. A rendszerrányítók által végzett stabltásvzsgálattal kapcsolatos publkácók (pontosabban azok hánya) alapján elmondható, hogy a dnamka bztonság valós dejű analízse, lletve becslése nem általánosan alkalmazott rendszerrányító gyakorlat. A stabltás mértékének, lletve lecsökkent voltának smeretében az üzemrányító személyzet feladata az lehet, hogy célrányos ntézkedésekkel elkerül a krtkusnak ítélt erőműv üzemállapotok kalakulását, lletve nem engedélyez kockázatosnak ítélt hálózat kapcsolásokat. A haza gyakorlatban stabltásvzsgálatot a hálózattervezés folyamán végeznek, esetenként az üzem-előkészítés fázsában alkalmazza a rendszerrányító. A vzsgálatok célja a vélhetően kockázatos üzemállapotok (várható csúcs, lletve mnmumterhelés) stabltás vszonyanak elemzése, továbbá új berendezések üzembe kerülése esetén annak ellenőrzése, hogy az új rendszer elem mlyen feltételek mellett képes a hálózattal sznkronban maradn és hogyan befolyásolja a meglévő hálózat stabltását. Teljesítményegyensúly, nerca középpont defnálása A vllamosenerga-rendszerben az üzemállapottól függetlenül mnden pllanatban teljesül a termelt és fogyasztott (vllamos) teljesítmények egyensúlya [41]: P G PF PV (1-1) ahol P G P g generátorkapcsokon kadott összes vllamos teljesítmény, P F P fj fogyasztott teljesítmények összege, j 5

11 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása P V P vk hálózat elemeken fellépő wattos teljesítményveszteségek összege. k Állandósult üzemállapotban mnden gépegység pontosan az állandó értékű o sznkron körfrekvencával (szögsebességgel) forog és mnden gépegységre teljesül, hogy a generátor tengelyén a hajtógéptől (turbnától) átvett mechanka teljesítmény megegyezk a generátorkapcsokon kadott vllamos teljesítménnyel (amennyben a veszteségeket elhanyagoljuk): Pg P m Átmenet állapotban, amkor az egyes gépek szögsebessége változk, teljesülne kell a (1-1) vllamos teljesítmény egyensúlynak, azonban az (1-2) helyett a teljesítmény egyenlet lesz érvényes, ahol WKE P m (1-2) dwke Pg D (1-3) dt a gépegység forgó tömegében tárolt knetkus energa, D o a szögsebesség-eltérés, a generátor forgórészében a szögsebesség-eltérés matt keletkező csllapító teljesítmény. A D csllapítás tényező értéke a generátor leképezésének részletességétől függően különböző érték, amennyben a forgórész összes tekercsét és összes lehetséges (elvleg végtelen számú) örvényáram-pályáját fgyelembe vevő modell készül, a teljesítmény-egyenletben a D és az ahhoz kapcsolódó csllapító teljesítmény nem szerepel. A gépegység forgó tömegének tehetetlenség nyomatéka a hagyományosan használt lendítő nyomatékkal kfejezve: GD 4 2 (1-4) A gépegység tömegének jellemzésére használatos a H nerca állandó a következő értelmezéssel: Bevezetve az M n H Sn (1-5) n perdületet, fgyelembe véve, hogy n fn M és a perdület kfejezése az nerca állandóval: Az 2, adódk: fn H Sn (1-6) M H S n (1-7) fn (1-3) ban szereplő knetkus energa dőbel derváltja akkor poztív, ha a hajtó mechanka teljesítmény nagyobb, mnt a forgórészt fékező vllamos teljesítmény, ekkor a forgó tömeg gyorsul, fordított 6

12 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása esetben, amkor a generátor a kapcsan nagyobb vllamos teljesítményt táplál a hálózatba, mnt a tengelyén felvett mechanka teljesítmény, a knetkus energa dőbel derváltja negatív és a forgó tömeg lassul. Másképp fogalmazva: a generátor akkor adhat k a kapcsan a mechanka teljesítménynél nagyobb vllamos teljesítményt, ha a forgórészből a lassulás következtében knetkus energa szabadul fel, am fedez a vllamos teljesítmény-többlet ktáplálását. Legyen az (1-3) egyenletben szereplő D tényező zérus (az átmenet folyamatok során mndg fellép csllapító teljesítmény, amelynek számértéke az egyenlet több tagjához képest kcs; függ attól, hogy a P g képzése mlyen részletességű modell alapján történk, elhanyagolása a bztonság javára történő egyszerűsítés), ekkor a mechanka és vllamos teljesítmény különbsége az -edk gépegység forgó tömegére ható gyorsító teljesítmény: P amely a knetkus energa behelyettesítésével: A szorzat az P a Pm Pg (1-8) dw dt d dt KE a (1-9) körfrekvencával forgó tömeg szöggyorsulás, ezekkel az (1-9) gyorsító teljesítmény és az P mí P M perdülete, a szögsebesség dőbel derváltja a (1-3) teljesítmény egyenlet: a M (1-10) P M (1-11) Az (1-10) gyorsító teljesítmények a rendszerben üzemelő gépegységekre összegezhetők: bevezetve az szöggyorsulás: g P P M (1-12) ar a M rendszerre összegzett perdületet, értelmezhető az összperdületre ható R M P M ar R (1-13) M R M R amely úgy fogható fel, mnt az egyes gépegységekre ható szöggyorsulások perdületekkel (tömegekkel) súlyozott átlaga. Az módon: és R szöggyorsulás segítségével értelmezhető az d M d R rendszer-körfrekvenca a következő R R dt dt M R (1-14) 7

13 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása M R (1-15) M R A (1-15) szernt rendszer-körfrekvenca az egyes forgó tömegek szögsebességenek perdületekkel súlyozott átlaga a nemzetköz szakrodalomban a rendszer nerca középpontjának (COI = Center of Inerta) körfrekvencája, amelyből számítható az átmenet állapotra érvényes átlagos rendszerfrekvenca: R f R (1-16) 2 Az átmenet állapot elmúltával új állandósult állapot alakul k, amelyhez tartozó állandósult frekvenca, lletve körfrekvenca eltérő lehet a knduló állapot o, lletve f o értéktől: R o R, lletve fr fo f R, vagys a knduló állapothoz képest szlp jelentkezk. A generátorok vllamos egyenletenek komplex forgó vektorokkal (fazorokkal) való felírásánál és a teljesítmény egyenletek kezelésénél az o körfrekvencához képest szlp nehézségeket okoz. Amennyben az egyenletek az nerca középpont R szögsebességével forgó, úgynevezett követő koordnátarendszerben értelmezettek, a szlp eltűnk és az átmenet állapotokra s érvényes frekvencával lehet dolgozn. Az -edk gép szögsebesség változása a követő koordnátarendszerben: ~ Az (1-3) teljesítmény egyenlet (mozgásegyenlet) felírható a COI (nerca középpont) vszonyítás rendszerében, értelmezve a COI hoz képest szögsebesség- és szöggyorsulás-eltérést: P m g R ~ P D ~ P (1-17) a ahol ~ R, vagy R ~ P a ~ M ~ M R, a COI R szöggyorsulásának behelyettesítésével ~ P a P a M M R P ar (1-18) Az (1-18) egyenlet azt jelent, hogy átmenet állapotban a forgó tömegre ható gyorsító teljesítmény nem közvetlenül a mechanka és vllamos teljesítmény különbsége (a csllapítást fgyelmen kívül hagyva), hanem módosul (azonos előjel esetén csökken) a COI ra ható gyorsító teljesítmény edk gép hozzájárulása a COI ra ható P ar gyorsító teljesítményhez. M / M -szeresével, am az - A stabltással kapcsolatos vzsgálatokat a COI-hoz vszonyított koordnátarendszerben végezve, ehhez a mozgásegyenlet (1-18) behelyettesítésével: R 8

14 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása P m M Pg D ~ Pa PaR (1-19) M R 1-1. ábra: Példa egy külső referencához képest tranzens változásra kétgépes rendszerben [33] Két, egymással vllamos kapcsolatban álló hálózat csomópont között akkor lehetséges wattos teljesítményátvtel, ha a csomópontok feszültség fazora között fázskülönbség van, a teljesítményáramlás nagysága (a hálózat összeköttetés mpedancájában R<<X teljesülése mellett) a szögkülönbség nagyságától függ, ránya az dőben (forgásrányban) sető feszültségű csomóponttól a fázsban késő csomópont felé mutató. Sznkrongenerátorban akkor keletkezk vllamos nyomaték, ha a forgórész eredő fluxusát jellemző fazor és az állórészáram fazorának fázshelyzete különböző, vagys a generátor belső feszültsége, a kapocsfeszültsége, a hálózat csatlakozás pont feszültsége között a betáplált wattos teljesítmény nagyságától függő fázskülönbség alakul k. A generátor által betáplált wattos teljesítmény az (1-2), (1-3) egyensúly egyenletek értemében a tengelyen átvett mechanka teljesítménytől függ, a generátor belső feszültségének nagyságát és rányát a forgórész tekercsek eredő fluxusa határozza meg. Állandósult állapotban a belső feszültség (pólusfeszültség) nagysága a forgórész gerjesztő áramától függ, ránya a gerjesztőtekercs mágnesezés rányára merőleges, vagys szögpozícója a forgórészhez kötött. Átmenet (pl.: tranzens) állapotban kalakuló belső feszültség nagysága ugyancsak a forgórésztekercsek (gerjesztőtekercs, csllapító tekercsek, lletve forgórészben kalakuló örvényáram pályák) eredő fluxusa által meghatározott, ránya arra merőleges, ezáltal szögpozícója szntén a forgórészhez kötött. Adott üzemállapotban a hálózat csatlakozás pontok U H feszültségenek egymáshoz képest fázskülönbsége (load-flow számítással) meghatározhatók, ezáltal értelmezhető bármely két generátor-forgórész között szögeltérés. Átmenet (tranzens) állapotban az (1-3) egyenlet szernt megváltozk a generátorok forgó tömegének szögsebessége, változk az egyes generátor-forgórészek szöghelyzete, azzal együtt a forgórészhez rögzített belső feszültség szöghelyzete és megváltozk a generátorok által betáplált vllamos teljesítmény, amelynek nagysága függ a generátorok belső feszültségenek (forgórészenek) egymáshoz képest szögeltérésétől. Amennyben a tranzens folyamat során nstabltás nem jelentkezk, a szög-, szögsebességés teljesítményváltozások csllapodó lengések formájában zajlanak le és a folyamat végén új egyensúly állapot alakul k. Az új egyensúly állapothoz új rendszerfrekvenca tartozk, amely általában eltér a knduló 9

15 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása állapot értéktől. Az új egyensúly állapotban kalakulnak az egyes generátorok forgórésze között új szögeltérések, amelyek akkor különböznek a knduló állapot értéktől, ha változott a hálózat topológája és ezzel az átvtel mpedanca, vagy megváltozott valamely gépegység mechanka teljesítménye. Ahhoz, hogy a megváltozott rendszerfrekvenca mellett állandósuló szögek ne tartalmazzanak a knduló állapothoz képest szlp matt dőfüggvényt, a vzsgálatokhoz célszerű a mndenkor rendszerfrekvencával forgó COI koordnátarendszerében értelmezn azokat. Az (1-14) egyenlettel analóg módon értelmezhető az nercaközéppont R szögpozícója az egyes generátorok knduló állapot, referenca-tengelyhez képest = g szögenek smeretében, a perdületekkel súlyozva: M R (1-20) M R A R úgy értelmezhető, mnt a rendszer nercaközéppontjának szögpozícója a knduló állapotban. A generátor belső feszültségek (forgórészek) egymáshoz képest szögkülönbsége függetlenek attól, hogy az abszolút szögeket mlyen referenca-koordnátarendszerben írjuk fel, tehát bevezethető a COI szögpozícójához képest szög: ~ R (1-21) Az alkalmazás szempontjából lényeges, hogy a R az R szögsebességgel forgó COI koordnátarendszerben állandó pozícójú (mndaddg, amíg a forgó tömegben nncs változás). Ha a rendszerfrekvenca változk, a R szögpozícója követ az R változását, tehát választható a COI koordnátarendszerben referenca-ránynak. A R ben az o lal forgó referenca-rendszerhez képest megjelenk a szlp, am az (1-21) egyenlet szernt képzett, a COI koordnátarendszerben értelmezett jelentkezn. R R o nak megfelelő ~ szögekben nem fog Fontos megjegyezn, hogy a COI koordnátarendszerben az (1-17) szernt szögsebesség eltérésekre gaz, hogy a tömeggel súlyozott összegük zérus (az egyes gépek szögsebességenek tömeggel súlyozott átlagértéke az R): ~ M 0 (1-22) és az (1-21) szernt szögekre érvényes, hogy ~ M 0 (1-23) vagys az egyes gépek szögpozícónak tömeggel súlyozott átlaga R. Egy tranzens stabltás mérőszám meghatározásának alapvetően két útja van. Az egyk lehetőség egy energa-szemléletű, a másk a generátorok belső szögpozícójával, szöggyorsulásával, szögsebességével, annak megváltozásával operál. Rövden áttekntem most ezt a két lehetőséget, a teljesség génye nélkül. 10

16 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása Energa-szemléletű módszerek A hvatkozott tanulmány [8] szernt a tranzens analízs egy ndex segítségével adja meg a stabltás vagy nstabltás feltételt mnden egyes generátorra. A tranzens energa két komponensből áll: egy knetkus és egy potencáls energa összetevőből. A zavar után állapotban a knetkus energa, a potencáls energa és a potencáls energa dő szernt derváltja számítható. Ezen mennységek szolgálnak arra, hogy megadják egy génybevett, de még stabl gépre az génybevétel fokát, és megbecsüljék a stabltás mértékét egy nstabltás közel gépre. Az energa-szemléletű megközelítés lényege, hogy a sznkronzmus fenntartásához a kegyenlítés előtt potencáls energa változásának meg kell egyezn a kegyenlítés után knetkus energa megváltozásával; azaz a felhalmozódott knetkus energa többletnek k kell egyenlítődne, átalakulna potencáls energává. Vzsgálatok során egy fontos felsmerésre jutottak: ha a zárlat elég hosszú deg fennáll ahhoz, hogy egy vagy több gép nstabllá váljon, a krtkus gép potencáls energája felvesz egy maxmáls értéket, melőtt az nstabltás bekövetkezk. Ráadásul ez a potencáls energa-maxmum előre meghatározza a zavar után állapotra a gép szögpozícóját, és ezzel a zavar fennállásának lehetséges maxmáls dőtartamát. Ez a potencáls energa-mennység az -edk gépre nézve a V krtkus értéke. Az nstabl állapot bekövetkezk, ha a gép utolsó kapcsolás után pllanatában meglévő knetkus energája meghaladja ezt az értéket. Mvel a gondolatmenet az energa átalakulásán alapszk, egyértelmű a következtetés, hogy: (1-24) (Megjegyzés: az (1-24)-es egyenletek csak akkor érvényesek, ha az energa dsszpálódásától eltekntünk. A potencáls és knetka energa egyensúlya ún. magára hagyott (utolsó kapcsolás után) rendszerre érvényes.) Az energa-szemléletű megközelítéseknek ez az elv alapja, majd ebből kndulva az energa megváltozásokból, a potencáls energa-maxmumból, vagy a konkrét vzsgálat céljától függően más és más paraméter kragadásával határozhatók meg különféle stabltás ndexek. A TSI (Transent Stablty Index) módszer A TSI módszer az egyes gépegységekre ható szöggyorsulások vzsgálatán alapul, és ezek CCT (krtkus zárlatfennmaradás dő) szernt rendezésével határoz meg stabltás mérőszámokat. A másk megközelítése a TSI-nek még több egyszerűsítést tartalmaz, és a szó hétköznapbb értelmében (ndex) egy mérőszám [44]. Ezzel kapcsolatban a [9] hvatkozott tanulmányt foglalom össze rövden. A tanulmány szerző egy más megközelítését mutatják be az on-lne tranzens stabltás vzsgálatának, am előre meghatározott karaktersztkákkal képes valós képet mutatn egy rendszer robosztusságáról működés közben. Az alapötlet a következő: szmulácók során a krtkus zárlatfennmaradás dőt (CCT), és a generátorok forgó tengelyének szöggyorsulását összehasonlítva egy jellegzetes karaktersztka adódk, am kellő számú szmulácót elvégezve a tranzens stabltás erősség jellemzésére használható eredményekre vezet. A Δ-CCT összefüggés brtokában a TSI ndex gyorsan elvégezhető számítások alapján meghatározott értékéből vonhatók le következtetések a vzsgált üzemállapot stabltására, vagy akár egy tervezett kapcsolás hatására vonatkozóan. 11

17 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása Ezt a folyamatot analtkusan három lépésben lehet összefoglaln: 1.: Adott rendszerállapot mellett feltételezzünk 3 fázsú zárlatot (mnt majorzáló hbát) az -edk gép kapcsan t 0-ban. Legyen r a maxmáls relatív szöggyorsulás abszolút értéke a legnagyobb tömegű referencának választott gépre vonatkoztatva. Fgyelembe véve, hogy az n-edk gép a referenca gép: r max k n (1-25) k1.. n1 ahol k a k-adk gép gyorsulása t +0-ban. Legyen az -edk gép kapcsan feltételezett hba esetén az átlagos rendszer-gyorsulás abszolút értéke n j1 j : (1-26) n A fent említett esetben számítható: (1-27) r 2.: Hasonlóan eljárva úgy, hogy a rendszer gépere egyenként szmuláljuk a 3 fázsú zárlatot a t=+0 dőpontra számítható mnden -re. 3.: Összehasonlítva a -re kapott értékeket defnálható a TSI: (1-28) A TSI összefüggés meghatározásához szükséges krtkus zárlat-fennmaradás dők számítását a HTSW szmulácós szoftverrel végeztem. A CCT számítás mellett elvégeztem egy sok elhanyagolást tartalmazó, ún. krtkus lekapcsolás dő - számítást s abból a célból, hogy elkészíthető legyen egy Δ - Δt (később RTSI) összefüggés s. Ez a módszer gyorsabb és egyszerűbb valamnt megbízhatóbb, mnt a fent említett TSI eljárás, és a szakrodalm smertetésben felsorolt szmulácós számítások. Az RTSI módszer Az RTSI módszer szemléletében nem tér el a hasonló közvetlen stabltásvzsgálat módszerektől. Azonban megbízhatóbb, szélesebb körben alkalmazható és könnyebben kezelhető, mnt az smert eljárások. A következőkben összefoglalom a módszer lényegét, az ndex meghatározásának sarkalatos pontjat, rávlágítva a különbségekre, valamnt előnyökre a TSI-hez képest. Továbbá a számítás eljárást valamnt a kdolgozott algortmust s smertetem. 1.: Első lépésként tetszőleges rendszerállapot mellett szmuláljunk 3 fázsú zárlatot az -edk gép kapcsan. Ennek hatására a rendszer forgó gépenek szöggyorsulása változn fog. Különbség az eddg eljárásokhoz képest, hogy nemcsak a zárlatos gép szöggyorsulását számítjuk k, hanem a hba hatására mnden egyes gép 12

18 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása gyorsulását. Ez azért fontos, mert nem bztos, hogy a zárlatos gép szenved el a legnagyobb gyorsulást. Ezt a számítás eredményt a MatLab program egy lépésben kadja. 2.: Az átlagos rendszer-gyorsulás értékét így már a több módszerhez képest eltérő ε értékek számtan közepeként határozom meg, és ez különbséget jelent a később eredményekre nézve. A TSI módszerhez képest ez az első jelentős különbség, am az eredmények szempontjából s releváns. 3.: A kszámított maxmáls szöggyorsulások és a rendszer átlagos szöggyorsulásának különbsége adja a Δ értéket, amelyek eltérőek lesznek a korábban meghatározott értékektől, hszen az ε számítása másként történk. Az eljárás azonban megegyezk a TSI módszernél alkalmazott lépéssel. 4.: Az utolsó lépésben tettem meg a másk jelentős változtatást. A stabltás karaktersztka az adott Δ és CCT értékek között függvénnyel írható le. Az RTSI módszer esetében ez a Δ és a Δt között összefüggésre módosul. A Δ meghatározása a 3. lépésnél smertetésre került. A Δt pedg az egyenlő területek módszere alapján a következő képlet alapján kerül kszámításra, amt a későbbekben részletesen levezetek:. Egy összetett rendszer esetén, ha mnden egyes gépet vzsgáln kellene, azok paraméterenek változásat, kölcsönhatásat, nagyban megnehezítené a számítás metódust, bonyolulttá tenné a stabltás ndex meghatározását. Ezért szükség van egy megfelelő bonyolultságú modellre, amn elvégezhetők a számítások. A továbbakban a számítás eljárást mutatom be részletesen: A számítás eljárás alapja egy egyszerűsített, általános rendszermodell, am a következő meggondoláson alapul. Ha egy tetszőleges gép zárlatát szmulálom, akkor ebben az üzemállapotban az N gyűjtősín egyk oldalán a zárlatos gép helyezkedk el, a másk oldalra pedg egy vrtuáls gépként természetesen egy mpedancával együtt lehet leképezn a mögöttes hálózatot [35]. Ez a modell abból a szempontból általános, hogy tetszőleges topológa változás vagy fgyelt gép esetére s működk, a paraméterek smerete esetén azonban kellően pontos eredményt ad. A modellt a 1-2. ábra mutatja ábra: Egy gép nagy hálózat modell sémája 13

19 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása A paraméterek smertek az egyes generátorokra, transzformátorokra, stb., de az -edk gép gépkapcsaból látható mögöttes hálózat modell helyettesítő paraméteret k kell számítan. Ennek a menete a következő volt: Az -edk gép szempontjából a mögöttes hálózat meghatározásához az első lépés, hogy számítok egy 3 fázsú (majoráló krtérum s egyben) zárlatot. A meggondolás: a sínen a zárlatot a generátor által szolgáltatott zárlat teljesítmény adja valamnt a mögöttes hálózat. A generátor zárlat árama számítható, majd a sín zárlat áramából ezt levonva megkapom, hogy a mögöttes hálózat mekkora zárlat áramot táplál a sínre. A generátor zárlat árama: (1-29) A sínek zárlat áramat szntén a szmulácós programból nyerem. Ha smert a mögöttes hálózat által betáplált zárlat áram, kszámítható, mekkora zárlat teljesítményt szolgáltat az adott gyűjtősínre a mögöttes hálózat, és mekkora a mögöttes hálózatot helyettesítő mpedanca: (1-30) (átvtel hálózatra R<0,1X, tehát (1-31) Így smert a modell sznte mnden paramétere: a generátor feszültsége, mpedancája, a transzformátor mpedancája, valamnt a mögöttes hálózat mpedancája. A hányzó paraméter a mögöttes hálózat feszültsége, am pedg a következő meggondolás alapján számítható: a mögöttes hálózat mpedancája egy állandó érték. Ha a hba előtt állapotot fgyeljük, akkor a Z h mpedancán a generátor árama fog átfolyn, am feszültségesést eredményez. Ez a feszültségesés plusz a sín feszültsége adja a mögöttes hálózat feszültségét: (1-32) A modell így készen áll a használatra. Egy MatLab környezetben megírt algortmussal valósítom meg a számításokat, a fent eredményeket pedg egy referenca számításként, ellenőrzésként használom. A mögöttes hálózat paraméterenek meghatározása után az egyenlő-területek módszerét felhasználva jutok el a Δt értékének meghatározásához. 14

20 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása 1-3. ábra: Egyenlő területek módszerének szemléltetése [7] Első lépésként meg kell határozn a P max-ot. Ehhez szükség van egy Z átv=jx átv átvtel mpedancára, am a generátor, a transzformátor és a mögöttes hálózat mpedancájának az összege. Valamnt a generátort helyettesítő forrás valamnt a mögöttes hálózatot szmbolzáló feszültségek abszolút értékere: A összefüggésből pedg számítható értéke. Az egyenlő területek módszere (részletesen: [7]) alapján pedg meghatározható (1-33) értéke (meg kell jegyezn, hogy jelen esetben a hba előtt és a hba után állapot megegyezk; a szakrodalomban található általános esethez képest ennyben tér el az 1-3. ábra) a következő számítás alapján: (1-34) 15

21 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása ahol megtartására. az a krtkus érték, amely változás esetén a rendszer még képes a stabl üzem Az ntegrált kértékelve (1-35) -t bevezetve, majd kfejezve: (1-36) ) (1-37) (1-38) (1-39) { ( )} (1-40) { ( )} (1-41) Mután megvan a szögváltozás krtkus értéke adott hbára, meghatározandó még ε, azaz a szöggyorsulás. Ahhoz, hogy megtudjam mekkora szöggyorsulást eredményez az adott gépre vonatkozóan a hba, szükség van az adott gép vllamos tömegére és perdületére. A tömegeket smertek, a perdület számítására pedg az (1-7) összefüggést smételtem meg: (1-42) Így adódk: A modell-alkotáshoz a PowerWorld Smulator 13.0-t használtam fel. A program szabadon letölthető demó verzója maxmálsan 13 gyűjtősínt tartalmazó hálózat load-flow és zárlatszámítására alkalmas, ezen kívül számos egyéb funkcóval és grafkus megjelenítés lehetőségekkel rendelkezk [39]. A számítások elvégzésére létre kellett hozn egy, a TSI módszer bemutatására alkalmas modellhálózatot, azaz különböző feszültségű gyűjtősínek, transzformátorok, fogyasztók, generátoros betáplálások, vezetékek számítására alkalmas, valós paraméterekkel rendelkező mnta-hálózatot ábra: A mntahálózat egyvonalas sémája PowerWorld-ben 16

22 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása A modellhálózat smertetése A modell megalkotásánál fontos szempont volt, hogy a valósághoz mnél közelebb álló leképezést alkalmazzak. Ennek az elvárásnak, a ma energapoltka gényeknek, valamnt a mcro grdek sajátosságanak megfelelően egy olyan energarendszer-részletet célszerű választan, am megújuló energaforrást tartalmaz (ld. szélerőmű park: Mosonszolnok), és alkalmas önálló, szgetüzem működésre [38]. A magyarország vszonyokat fgyelembe véve a választás Mosonmagyaróvár és környékére esett. A vzsgálat modell paraméteret lletően közel áll a valósághoz, azonban tartalmaz összevonásokat, egyszerűsítéseket. A rendszer frekvenca-tartó erőműve (system slack bus), sínje a G4-gyel jelölt pont, am megfelel a Győrben található 400 kv-os gyűjtősínnek, ahova befutnak a határkeresztező távvezetékek. A rendszer és 10 kv-os feszültségszntekkel rendelkezk, vannak párhuzamos távvezetékek, párhuzamos transzformátorok, valamnt a kapott adatoknak megfelelően elhelyezett fogyasztó és termelő csatlakozás pontok. A mosonmagyaróvár körzet fogyasztót két csomópontként képeztük le: a város kábelhálózatra csatlakozó 10 kv-os rész (MO10), valamnt a környékbel települések szabadvezetékes hálózata 20 kv-on (MO20). Az egyéb par 120 kv-os fogyasztók a mosonmagyaróvár (MO1) lletve a kmle (K1) sínhez csatlakoznak. A számítás algortmus kdolgozása A TSI ndex meghatározásához, azaz a sokféle rendszerállapot kszámításához részletes szmulácós vzsgálat sorozat, és nagy számítás gény szükséges. Az Excel-es megvalósítás átlátható és nyomon követhető, ellenőrzésnek és hbakeresésnek megfelelő, azonban nagyszámú szmulácó elvégzésére nem alkalmas. Kezelése a sok kéz adatmegadás matt nehézkes és körülményes. Felmerült tehát az gény egy algortmus kdolgozására, amely segítségével könnyen és gyorsan meg lehet határozn a generátorok szöggyorsulásat. Ehhez a Vllamos hálózatok [10] példatárat vettem alapul. Elsősorban egy zárlatszámítást kell megvalósítan, majd abból a több értéket kszámítan. Néhány alapvető meggondolás az algortmus bemutatása előtt. A számítások célja, hogy a hálózat bármely gyűjtősínén fellépő zárlat esetében meghatározzam az egyes hálózat ágakban távvezetékeken folyó zárlat áramokat. Sok esetben elegendő csak a zárlatos csomópontba csatlakozó ágak zárlat áramanak smerete. A zárlatok a fogyasztókkal terhelt hálózaton következnek be, de az üresjárás állapotban fellépő zárlat számítása a terhelés állapottól függetlenül jellemz a hálózatot, és az eredmények csak kevéssel térnek el a tényleges értékektől. A számítások során feltételeztem, hogy a zárlat mpedancamentes, fémes zárlat. A zárlat áramokat a szmmetrkus összetevők módszerével határoztam meg. Jelen modell esetén ún. 3 fázsú zárlatot számítok terhelt állapotban. A fogyasztó csomópontok feszültsége a zárlat előtt állapotban a Power World load-flow-jából smert. Ennek megfelelően a fogyasztóknak a csomópontra vonatkozó helyettesítő mpedancája számítható. A zárlat alatt a fogyasztókat ezzel az állandónak feltételezett mpedancával helyettesítem. 17

23 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása (1-43) Az adott csomópontokra csatlakozó transzformátor-generátor egység admttancája: (1-44) A generátorok és fogyasztók nélkül nagyfeszültségű hálózatot leíró csomópont admttanca mátrx a Power World-ből knyerhető. Ezt a fogyasztók és betáplálások fgyelembe vételével módosítan kell. Azaz a főátlóelemekhez hozzá kell adn a fogyasztók és a transzformátor-generátor egységek mpedancát. A módosított csomópont admttanca mátrx nverze: [ ] [ ] (1-45) A zárlat áramokat a Thevenn-elv alapján számítom. A hálózat bármely csomópontjára nézve helyettesíthető egy feszültségforrással és a csomópontra vonatkozó üresjárás, méréspont mpedancával. A szükséges egyenletek a zárlat áram-áramlások meghatározásához a következők: (1-46) (1-47) ( ) (1-48) A távvezetékeken folyó zárlat áramok ( ) számításakor a söntágak hatása elhanyagolható és ebben az esetben: (1-49) Így az algortmus segítségével kszámítható a gyűjtősnek hba alatt feszültsége és az ágáramok. Innentől már csak egy lépés, hogy megkapjuk a hba hatására bekövetkező teljesítményváltozást. Ezt az eljárást meg s valósítottam egy MatLab rutn formájában, melyet részletesen a Függelék I. tartalmaz. A különböző üzemállapotokban fellépő zárlatok esetén kalakuló szöggyorsulások alapján határoztam meg a stabltás ndex értékét (Δ) az adott üzemállapotra, melynek a krtkus zárlathárítás dővel való összefüggése (TSI=f(Δ,CCT)) a módszer valdálásának kulcskérdése [9]. A krtkus zárlathárítás dőt (CCT) a HTSW szmulácós szoftver segítségével határoztam meg. A Δt értékeket a MatLab program segítségével határoztam meg, és az ehhez tartozó teljesítmény változások alapján kszámítottam a Δ értékeket ugyan ezekre az üzemállapotokra, így adódott az RTSI értéke (RTSI=f(Δ, Δt)). Ezáltal összehasonlíthatóvá vált a két módszer. Az eredményeket az 1-5. ábra és az 1-6. ábra foglalja össze. (Az ábrákon a trendvonal determnácós együtthatója, azaz olyan 0 és 1 között szám, amely azt mutatja meg, hogy a trendvonal becsült értéke mlyen közel állnak a valós adatokhoz.) 18

24 Δ' [rad/sec 2 ] Δ [rad/sec 2 ] Vokony István 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása 14 TSI R² = 0, ,3 0,4 0,5 0,6 CCT [sec] 1-5. ábra: a TSI módszerrel kapott karaktersztka RTSI R² = 0, ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Δt [sec] 1-6. ábra: az RTSI módszerrel kapott karaktersztka Jól látható, hogy az RTSI módszerrel végzett számítások eredménye pontosabban lleszkednek a várt karaktersztkára. A zárlat szmulácókból adódó gyorsulások a két módszer esetén 0,97-es korrelácót mutatnak, azaz közel megegyező eredmények adódtak; azonban a zárlathárítás dőkben már csak 0,59-es ez az érték, am gyenge jobboldal korrelácót mutat. A két görbe összehasonlításául készült az 1-7. ábra. Nagy számú szmulácó készült különböző üzemállapotokra. Az eltérő üzemállapotokhoz tartozó ndexek alapján lehet meghatározn a két karaktersztkát. Mndemellett a két eljárás között különbséget s szemléletesen be lehet mutatn. Két esetet 19

25 Δ/Δ' [rad/sec 2 ] Vokony István 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása ragadnék k a sok közül: az egyk esetben a TSI módszer alapján stablnak jelzett üzemállapot az dőbel szmulácós eredmények alapján nstablnak bzonyult (Δ=8,706 rad/sec 2 ). Az RTSI módszerrel vzsgálva ugyanezt az állapotot - a módszer helyesen - nstablnak jelezte. Egy másk esetben a TSI módszer szernt az üzemállapot nstabl volt, míg az RTSI módszer szernt stabl (Δ =4,489 rad/sec 2 ). Az dőbel szmulácós vzsgálatok az RTSI módszert gazolták. Ez s azt az állítást gazolja, hogy az RTSI módszer pontosabb, megbízhatóbb a jelenleg smert egyk legjobb módszernél, a TSI módszernél. 14 A TSI és az RTSI módszerek összehasonlítása , ,489 TSI RTSI 2 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 CCT/Δt [sec] 1-7. ábra: Eltérések a két módszer által kapott eredményekben Az elvégzett elmélet számítások, rodalomkutatás, modellalkotás és modellszámítások eredményet összefoglalva az alább következtetések állapíthatók meg: a szakrodalomban szereplő stabltás ndex számításához a háttér elkészült, és az ndexet egy adott mntahálózatra kszámítottam, amely a kontrollszámításokkal hbahatáron belül egybeesk a kszámított eredményeket egy dőbel szmulácós programmal ellenőrztem, amelynek során az ndex által prognosztzált eseményt a szmulácó megerősítette a vzsgált stabltás ndexek jelentős egyszerűsítéseket alkalmaznak a hálózat változások egyszerű kezelése érdekében a stabltás ndexek eredet célja a számítás dők lecsökkentése az dőbel szmulácó futás dejéhez képest a ma számítókapactás mellett jelentőségét vesztette, azonban a stabltás ndexek számításának ma elsősorban az átteknthető kmenet és a hálózat stabltás állapotának gyors áttekntése ad létjogosultságot alaposan meg kell vzsgáln, hogy az elv elhanyagolások mlyen feltételek mellett nem vezetnek félrevezető eredményre 20

26 1 Az RTSI (Revsed Transent Stablty Index) mérőszám létrehozása az eredmények értékelésének és valdálásának elsődleges eszköze az dőbel szmulácó reprezentatív eredményevel való összehasonlítás az általam kszámított RTSI ndex megbízhatóbb, és jobb eredményeket szolgáltatott ugyanarra a hálózatra, és szmulácós esetekre az RTSI ndex meghatározása egyszerűbb és gyorsabb az általam eddg megsmert tranzens stabltás ndexeknél A módszer összefoglalva: 1.: Első lépésként tetszőleges rendszerállapot mellett szmuláljunk 3 fázsú zárlatot az -edk gép kapcsan. Ennek hatására a rendszer forgó gépenek szöggyorsulása változn fog. 2.: Meghatározható egy átlagos rendszer-gyorsulás érték ( ) az első lépésben kszámított ε értékekből. 3.: A kszámított maxmáls szöggyorsulások és a rendszer átlagos szöggyorsulásának különbsége adja a Δ értéket. 4.: A stabltás karaktersztka a Δ és a Δt között összefüggés alapján adódk. (1-42) 1. tézs Megállapítható, hogy a forgógépes hálózatok dnamkus stabltás állapotának közvetlen módszerrel történő meghatározására az általam kfejlesztett RTSI módszer gyorsabb és pontosabb az smert eljárásoknál. Az 1. tézs eredményet a következő ckkemben publkáltam: [S8], [S9], [S11], [S14]. 21

27 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása A hagyományos vllamosenerga-hálózatok évtzedeken át skeresen kötötték össze az energa termelőket és a fogyasztókat. Ezen hálózatok alapvető archtektúrája úgy alakult k, hogy megfeleljen a nagyteljesítményű, zömében fosszls alapú erőműv technológáknak, melyek a fogyasztás pontoktól távol (pl.: a szén lelőhely közelében) helyezkedtek el. Ezt a vllamos energetka vlágot alakítják majd át azok a változások, melyekkel szembe kell néznünk. Az Európa Unó felsmerve a feladatot, létrehozta a European Technology Platform Smart Grds munkacsoportját 2005-ben, melynek feladata, hogy a 2020 után európa hálózatok vízóját készítse el. A platform résztvevő az par, az átvtel és elosztó hálózat engedélyesek, a kutató szervezetek és a szabályozók képvselőből áll össze. Az általuk elkészített munkaanyag az egyk első volt Európában, mely kjelölte a smart grd koncepcóját. Olyan feltételeket szabott meg, mnt: - rugalmasság, a hálózatnak k kell szolgálna a fogyasztók szükségletet, mközben képesnek kell lenne reagálna a különböző khívásokra; - hozzáférhetőség, bztosítan kell hálózat hozzáférést mnden szereplő számára, kemelten kezelve a megújuló energaforrásokat, lletve az alacsony CO 2 kbocsátású, jó hatásfokú (kombnált cklusú) kserőműveket; - megbízhatóság, bztosítsa és javítsa az ellátás mnőségét összhangban a XXI. sz. gényevel és kezelje rugalmasan a hálózat zavarokat és az egyéb bzonytalanság tényezőket; - gazdaságosság, nnovácó, hatékony energa menedzsment és szabályozások segítségével nyújtsa a lehető legjobbat. A jövőkép legfontosabb eleme, sarokpontja: - olyan, már bzonyított technológa megoldások eszköztárát hozza létre, melyeket gyorsan, és költséghatékonyan be lehet vetn, megteremtve ezáltal a jelenleg hálózat számára, hogy mnden energaforrást képes legyen befogadn; - szabályozás és kereskedelm környezet harmonzácó szükséges, hogy elősegítsük a nemzetköz kereskedelmet, mnd termelés, mnd pedg a hálózat szolgáltatások számára; - megosztott műszak szabványok és protokollok létrehozása szükséges, melyek bztosítják a nyílt hozzáférést, így segítve elő bármely gyártó tetszőleges berendezésének az alkalmazását; - olyan nformácós, számítás és telekommunkácós rendszerek létrehozása szükséges, melyek segítségével a vállalkozások hasznosítan tudják a különböző nnovatív szolgáltatásokat saját hatékonyságuk és a fogyasztóknak nyújtott szolgáltatásak javítása érdekében; - bztosítan kell a rég és új eszközök skeres kapcsolódását, hogy megmaradjon az automatzálás és a szabályozás folyamatossága Európában és a vlág számos országában folynak kutatások a fentekben körvonalazott, és az ehhez hasonló jövőképek megvalósításával kapcsolatban. A vzsgálatok célja, hogy a haza adottságokat fgyelembe véve tegyek javaslatot a magyarország séma kalakítására, vzsgáljam meg a lehetőségeket. 22

28 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása A kutatások megkezdése előtt áttekntettem a témában fellelhető legfontosabb ckkeket, publkácókat. A vzsgálatnak több sarokpontja volt: egyrészt a növekvő beépített szélerőműv kapactások hatása, azok szabályozás kérdése. Másrészt a megfelelő dnamkával rendelkező leképezés tranzens vzsgálatokhoz. Harmadrészt pedg a frekvencafüggő fogyasztó terheléskorlátozásnak az lyen méretű hálózatok esetén való alkalmazása. Ezek voltak a kutatás azon pontja, ahol valam újat, nnovatívat kellett alkotn körül jelentek meg nagyobb számban azok a kutatás jelentések, amelyek a szélerőművek elterjedésének szabályozás problémával foglalkoztak. A szélparkok növekvő száma már korábbra tehető, azonban ekkor jelentkezett a hatásuk a rendszer szabályozására. Adódott a probléma, hogy egy adott hálózatrészen belül egyre több sznkron gép helyett szélerőmű adta a vllamos energa betáplálást. Így új szabályozás stratégára volt szükség, különösen szgetüzem működés esetén. A [11] ckk főleg a sznkron gépes tartalékképzésben látta a megoldást, más szabályozás lehetőségeket nem alkalmazott. Ez s nsprált arra, hogy a frekvencafüggő fogyasztó terheléskorlátozás (a továbbakban FTK) lehetőségét megvzsgáljam mcro grd méretekben, akár szgetüzemben s. A következő probléma a tranzens folyamatok reáls kezelésénél adódott: nem volt megfelelő dnamkus modellje a szélerőműveknek. Ez s a beépített teljesítményük növekedésével vált egyre nkább aktuálssá. [12] Több ckk, tanulmány s foglalkozk ennek a megvalósításával, azonban jelentős eltérésekkel a kdolgozottság tekntetében. Míg az egyk ckk egy egyszerű sznkron gépként kezel más paraméterezéssel a szélerőművet, addg egyes tanulmányok a legapróbb részletességgel oldalon keresztül taglalják mnden egyes részét a gépegységnek, attól függően ráadásul, hogy sznkron, asznkron vagy esetleg két oldalról táplált gép van a gondolában. Számomra a nehézséget a megfelelő egyszerűségű modell kválasztása jelentette, másrészt a ckkek szerző nagyon vgyáztak arra, hogy ne publkáljanak mnden szükséges műszak paramétert. A gyártók sem voltak túlságosan közlékenyek a megkeresésekre, amkor néhány vllamos és mechanka paraméterre lett volna szükségem. Az említett ckkben több hányosság s felfedezhető volt: egyrészt rendkívül leegyszerűsített volt a nyomaték- és meddő szabályozás leképezése, valamnt a teljesítményelektronka belső dnamkája teljesen hányzott. Azonban látszott, hogy a problémakör egyre aktuálsabbá válk, amt az EU s alátámasztott. [13] Az összefoglalóban nagy hangsúlyt helyeztek az nformácós technológa fejlődésének vívmányara. Azok alkalmazása az energaszektorban a megújuló energaforrások mplementálásával egy ktörés pont lehet. Tehát egyre élesebben kezdett megfogalmazódn a smart grd koncepcó, magába foglalva a kutatás-fejlesztés törekvéseket, az elosztott energatermelést, a fogyasztó vselkedés-befolyásolás lehetőségét. Ezzel összhangban folytattam a kutatásokat. Egy 2008-as ckkben már az általam létrehozott modellhez hasonló megtalálható [14]: gázturbnás betáplálású körzetet modelleztek, a lehetséges szgetüzem megvalósítása céljából. Eléggé egyszerű volt a modell: egy termelő és egy fogyasztó pontot képeztek le. Az eredmények azt mutatták, hogy mnmáls topológa változtatásokkal lehetséges stabl szgetüzemet kalakítan, ha szükséges. Tervek között szerepelt nagyobb hálózattal s megvzsgáln ezt, lehetőség szernt több féle típusú betáplálással. Ennek a kutatásnak az eredményet amennyben elkészült azonban a szerzők nem publkálták. 23

29 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Az UFLS (Under Frequency Load Sheddng (FTK)) alkalmazására azonban alg lehetett találn a szakrodalomban ckkeket smart grd témakörben. Egy 2011-es publkácó volt, am a vzsgálatam szempontjából érdekesnek tűnt. Szgetüzemben alkalmaztak FTK-t, és a kutatás tárgya a fokozatok lépésközenek beállítása volt. [15] Adaptív módszert alkalmaztak a lépésközök beállítására. A vzsgálatok eredménye azt mutatták, hogy kváz lneárs beállításra van szükség. Azonban rendszerrányító szempontból nem vzsgálták az FTK alkalmazását, nem fgyelték meg, mlyen hatással van a grd stabltására, frekvenca vszonyara, stb. Kutatásam során ezt a kérdéskört s mndenképpen tsztázn akartam. Az elmélet összefoglalás a [33]-as hvatkozásban olvasható anyagokra támaszkodk, abból merít. A sznkron frekvenca a váltakozó áramú forgógépes rendszerek jellemzője, f n névleges (lletve ehhez nagyon közel) értéken tartása a rendszer üzemeltetésének legfőbb feladata. A vllamos hálózat által összekapcsolt sznkrongenerátorok együttműködő, sznkronjáró rendszert alkotnak, amelyben állandósult állapotban csak egyetlen f R hálózat (sznkron) frekvenca lehetséges. Állandósuló üzemállapot kalakulását eredményező dnamka folyamatok során az f R sznkron frekvenca egy olyan, dőben kssé változó átlagértéknek tekntendő, amely átlagtól a sznkron rendszer egyes generátor-forgórészenek fordulatszáma (pontosabban ennek egyenértékű vllamos körfrekvencája) és egyetlen csomópont feszültségének frekvencája sem térhet el tartósan. Ez az dőben változó R vllamos sznkron körfrekvenca a generátorok forgórészének (p póluspár-szám és pllanatny mechanka körfrekvenca szernt) p vllamos körfrekvencából az együttforgó tehetetlenség nyomatékú tömegek M = n perdülete szernt súlyozással határozható meg: M R M, ezzel az energarendszer sznkron frekvencája: R fr. (2-1) 2 Ezt az összefüggést úgy kell értelmezn, hogy egy sznkronjáró rendszerben a teljesítmény-átrendeződéssel járó változások, lengések során mnden gépegység a perdületével arányosan vesz részt a változó f R sznkron frekvenca kalakításában. Ha egy n gépes sznkron rendszer frekvencájú és pólusszögű gépet például az = 1,,m szernt az A jelű, az = m+1, n szernt a B jelű gépcsoportba soroljuk, akkor az M M A, A, M A M = 1,,m (2-2) M M és M M B, B M B M =m+1,..,n (2-3) M M értelmezésekkel A és B körfrekvencájú, A és B pólusszögű, M A és M B perdületű ekvvalens fktív A és B tömegközéppontokat képezhetünk, és ezekkel 24

30 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása M M M M M A A B B A A B B R, R (2-4) M A M B M M A M B szernt s kfejezhetjük a rendszer R sznkron frekvencáját és a vrtuáls elektromechanka lengésközpont (nerca középpont) R szögpozícóját, amelynek tulajdonsága, hogy az R rendszerben változatlan forgó tömegek esetén pozícója állandó. Az R tehát a lengésközpont frekvencájának teknthető. A sznkron rendszer nyugalm (elv állandósult) állapotában R mnden egyes gépre és f j f R mnden egyes csomópontra. Dnamka folyamatban a generátor-forgórészek az R sznkron frekvenca értéknek megfelelő fordulatszámhoz képest az = - R pllanatny eltéréssel forognak. Valamely generátor-forgórész pólusszögének dőben változása, a forgórész - hozzávetőlegesen az f n nél két nagyságrenddel ksebb frekvencatartományba eső - harmonkus szöglengése, az R frekvencájú (koordnáta)rendszerben a ( ) dt és = - R =( o + )- R (2-5) módon írható le, amelyben a forgórész pólusszöge a vrtuáls lengésközponthoz képest. A lengések során azon gépegységnek, amelyek az R végállapothoz képest knetkus energa-többlettel rendelkeznek, az energa többletet a sznkronban maradáshoz az energarendszerbe kell táplálnuk, azon gépegységeknek pedg, amelyeknek forgórésze az R hez képest ksebb körfrekvencájú, knetkus energa többletre kell szert tennük ahhoz, hogy forgás sebességük a sznkron körfrekvencának megfelelő értékhez tartson. Az állandósult állapothoz tartó folyamatban a rendszer bármely csomópontján mérhető hálózat frekvenca az f R frekvenca körül ngadozk. Valamely j csomópont alapharmonkushoz közel frekvencával lengő poztív sorrendű feszültsége (a pllanatszerű feszültség- és szögugrások kvételével) az R rendszerben az j j t j U U e (2-6) j kfejezéssel írható le és a csomópont feszültség f j pllanatny alapharmonkus frekvencája a f j j d j f R / 2 (2-7) dt szernt értelmezhető, lletve adható meg, amelyben j az alapharmonkus poztív sorrendű feszültségfazor dőben változó pllanatny szöghelyzete ugyancsak az R rendszerben értelmezve. Rendszerbomlással járó üzemzavar esetén a két (vagy több) asznkron járó rendszerben egymástól független sznkron frekvencák jönnek létre, lletve asznkron rendszerek összekapcsolását követően új közös sznkron frekvenca alakul k (feltéve, hogy az adott esetekben k tud alakuln új egyensúly állapot), amely sznkron frekvencát: az üzemelő gépegységek forgó tömegében tárolt knetkus energa megváltozása, a gépegységek mechanka teljesítménye, lletve ezek szabályozása, az aktuáls fogyasztó összterhelés és a fogyasztások frekvenca érzékenység tényezője 25

31 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása együttesen alakítja k. Fontos megemlíten, hogy a forgógépes fogyasztók dnamka vselkedése, a változások sebessége és mértéke fékező módon vsszahat a dnamka folyamatra, a fogyasztás statkus frekvencafüggése a változások mérséklésének rányába hat, tehát a fogyasztó terhelések a folyamatot stablzáló jelleggel befolyásolják. Váltakozó áramú, nagyfeszültségű vllamosenerga-hálózatokon a hatásos teljesítmény áramlását a feszültség sznuszhullámok nullátmenete között dőeltérés, a vllamos szögeltérés váltja k (a soros átvtel elemek X>>R paraméterűek), amely vllamos szögek csak valamely vszonyítás rendszerben vagy egymáshoz képest pozícóként értelmezhetők. A teljesítményáramlások energát közvetítenek, amelyeknek a közvetlen energetka forrása a forgó tömegek knetka energájának dőben változása és a turbnák mechanka teljesítménye. Üzemszerű állapotban a rendszer névleges vagy ahhoz nagyon közel sznkron frekvencán üzemel. Azonos névleges, de eltérő üzem frekvencájú asznkron vllamos rendszerek összekapcsolása után a közös sznkron frekvenca kalakulásának dnamka folyamata összetett és sok paramétertől, dőállandótól függ, a knetkus energák átrendeződésének és a prmer szabályozás érvényesülésének folyamata egymással kölcsönhatásban van. Elv példában legyen A és B, az f Ao,lletve f Bo üzem frekvencájú asznkron járó rendszer és legyen az A rendszer frekvencája a nagyobb. Az összekapcsolás előtt a rendszerek kegyenlítettek, frekvencájuk nem változk, tehát az f Ao lletve f Bo frekvencán statkus teljesítmény-egyensúly állapotban vannak. Az elv eset dnamka folyamatának matematka leírásához (gondolatban) képezzük le az A rendszert az M A, a B rendszert az M B perdületű, A és B szögsebességű, közös vonatkozás rendszerben A lletve B pólusszögű és állandó feszültségű ekvvalens fktív gépekkel. Az összekapcsolt A és B rendszer frekvencaváltozását és teljesítmény-átrendeződés folyamatát leíró alapösszefüggések (az ekvvalens gépek fgyelembe vételével): R =( AM A+ BM B)/(M A+M B) 2-1. ábra: Eltérő vllamos tömegű rendszerek összekapcsolása [33] M Ad A/dt = P MAP GAd AS GA( A- R)/ n M Bd B/dt = P MBP GBd BS GB( B- R)/ n A forgó tömegekhez a perdület az M2HS G/ n szernt határozható meg, amelyhez H a rendszer forgó S G névleges teljesítményére vonatkozó ekvvalens nerca állandója. A lengéscsllapodást - a körfrekvenca relatív eltérése szernt - a P csll. = ds G(- R)/ n módon a d, lletve a D=dS G/ n tényezővel vehetjük fgyelembe. 26

32 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása A P MA (P MB) generátort meghajtó mechanka (turbna) teljesítmény a P MA50 (P MB50) célérték-alapjeltől, a prmer szabályozást működtető A- n (lletve B- n) eltéréstől, a prmer szabályozás K MA (K MB) statkus meredekségtől és a turbna dnamka vselkedésétől függ. Legyen P GA és P GB a rendszerek gépkapcson kadott vllamos teljesítménye és P AB a teljesítményáramlás az A rendszerből a B rendszerbe, akkor a vllamos teljesítmények egyensúlya, ha a veszteségeket elhanyagoljuk: P GA = P FA+P AB P GB = P FBP AB Legyen az A és B rendszer 3 fázsú zárlat teljesítménye az összekapcsolás pontra: S 3 FA = U 2 n /X A S 3 FB = U 2 n /X B Képzeljük a P FA és P FB fogyasztásokat az ekvvalens gépek közvetlen közelébe, így a két fktív gép állandó értéken tartott E A, lletve E B feszültségű pontja között X AB = X A+X B az átvtel reaktanca. A két rendszer és esetünkben a fktív gépek között a A B = AB pólusszög nytás függvényében áramlk a P AB teljesítmény, amelyhez a kfejezésekkel adható meg: S P AB sznkronozó teljesítmény és ezek P AB max maxmuma az alább P PAB max sn AB P PAB max cos AB AB S AB PAB max A kegyenlített rendszerek f Aof Bo = 0 és a kapcsolónál sznkronkapcsolása változást nem okoz. 2 U n /X AB S 3FAS 3FB/(S 3FA+S 3FB) U A A U B B = 0 feltételekkel történő A vzsgálat modell kndulás alapja a korábban smertetett (1.4) hálózatrész volt. Azonban a vzsgálatok eltérő volta matt a modell részletességén s változtatn kellett. A rendszer a vzsgálatok során szgetüzemben s működk, ekkor a grd frekvenca-tartó erőműve a MO1G elnevezésű gázturbna. A MO1 mosonmagyaróvár 120 kv-os gyűjtősínre csatlakozk a mosonszolnok szélerőmű park (MO1S), am a betáplálás legnagyobb hányadát adja szget üzemben. Fontos megjegyezn, hogy a modellben szereplő szélerőművek forgógépként kerültek leképezésre a szmulácós környezet adta lehetőségek matt. A modellalkotás részletet a Függelék II. tartalmazza. A mosonmagyaróvár körzet fogyasztót két csomópontként képeztük le: a város kábelhálózatra csatlakozó 10 kv-os rész (MO10), valamnt a környékbel települések szabadvezetékes hálózata 20 kv-on (MO20). Az egyéb par 120 kv-ra csatlakozó fogyasztók, a K1-MO1 kettős vezeték T-leágazása. A modell DgSlent Power Factory 14. fejlesztőkörnyezetben lett létrehozva, több elterjedt szmulácós szoftvercsomag elemzése után [26], [S13]. Több lépésben készült el a modell, folyamatos fejlesztések eredményeképpen. A legfontosabb változásokat, lépéseket foglaltam össze az alábbakban: 27

33 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-2. ábra: A modellhálózat DgSlent Power Factory 14. fejlesztőkörnyezetben - A K1 és MO1 gyűjtősínek között párhuzamos összeköttetés volt, amnek gyakorlat oka voltak a számítások könnyebb kezelhetősége matt. Azáltal, hogy a DgSlent másképpen kezel a hálózatot ért változásokat, nem volt szükség a párhuzamos leágazásra. A későbbekben ez az aláhurkolás problémákat s okozhatott volna, a számítás eredmények átláthatóságát befolyásolta volna, így szükséges volt kkapcsoln. Most s látható még a hálózat rajzon, de nem aktív, a távvezeték két végén lévő megszakító nytott állapotban van. - A G4 gyűjtősínre csatlakoztattunk egy G4-gen. jelzésű sznkron gépet, valamnt egy G4-fogy. jelzésű fogyasztót. A szgetüzembe való áttérés során mndkét hálózatban kalakul egy új feszültség szög középpont. Mvel a nagyhálózatban csak egy mögöttes hálózatot szmbolzáló elem volt, így egy sznkron gépre volt még szükség. A győr (G4 sín) mportot szmbolzálja ez a sznkron gép valamnt az ugyanazon a gyűjtősínen lévő fogyasztó. - Szabályozás szempontból s teljessé vált a modell mnd a turbnaszabályozást, mnd a gerjesztés szabályozást lletően. Mvel a Power Factory-be előre beépített szabályozók egyke sem felelt meg az elvárásamnak, egy új turbnaszabályozó modellt kellett létrehozn. (Részletesen ld. a II. Függelékben.) A gerjesztés szabályozásnál szerencsére könnyebb dolgom volt. Az egyk beépített szabályozót kellett csak átparaméterezn annak megfelelően, hogy melyk géphez akartam rendeln. - A később vzsgálatokhoz elengedhetetlen volt a frekvenca érzékeny relék beépítése [45]. Mvel az FTK hatását s vzsgáltam, így a gyakorlatban alkalmazott 6 fokozatú, 50 Hz névleges frekvencájú frekvenca relét építettem be mndegyk fogyasztóra. Ezeknek a reakcódeje 300 ms, lépésközük 28

34 szgetüzem kooperácós üzem Vokony István 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 200 mhz a másodk fokozattól. Az első fokozat 49 Hz-en kapcsol, majd nnen csökkenve 48,8-48,0 Hz-g. A frekvenca csökkenés hatására a fogyasztók teljesítményének 5%-át kapcsolják le. A modellben lévő fogyasztók feszültség- és frekvenca érzékenyek, valamnt az említett FTK fokozatok s beépítésre kerültek. Ezeket a tulajdonságokat k vagy be lehet kapcsoln, mnt azt a később vzsgálatoknál alkalmazn s fogom. A két szélpark több szélerőművet tartalmaz (MO1S 20 db-ot, az MSZ20 5 db-ot). A termelés kesésének htelesebb realzácója matt több gépre bontottam az eddg egy gépként jelölt betáplálásokat [36]. Az adott gép mögött több blokként voltak leképezve a szélerőművek, azonban most a MO1S park esetében 4x2 db-ot, míg az MSZ20 esetében 1x2 db-ot leválasztottam, így ezeket a szmulácók során szabadabban lehet k/bekapcsoln. Több szmulácós vzsgálat eseménysort vzsgáltam, arra keresve a választ, hogy mlyen jellemzőkkel rendelkezk egy lyen grd, mlyen tulajdonsága vannak. Mekkora génybevételeknek lehet ktenn, üzemzavar esetén mennyre megbízható, stabl. Ezeket a vzsgálatokat egy táblázatban foglaltam össze a jobb átláthatóság matt táblázat: A szmulácós vzsgálatok összefoglalása esemény állapot mt fgyeljünk mt várunk szétkapcsolás összekapcsolás összekapcsolás U és f érzékenység van grd frekvenca mnmáls többlet matt a frekvenca megnő FTK nncs bontás pont U szögek beáll a két szögközéppont egyensúlya mnmáls a P, Q áramlás a szgetből 120kV-os sín U U változás lesz-e? U és f érzékenység van grd frekvenca mnmáls frekvenca lengés FTK nncs bontás pont U szögek mnmáls szög lengés mnmáls a P, Q áramlás a szgetből 120kV-os sín U egyensúly állapot U és f érzékenység van grd frekvenca kalakul-e stabl üzemállapot? FTK nncs bontás pont U szögek m a határfrekvenca különbség? jelentős a P, Q áramlás a szgetbe 120kV-os sín U a szög különbség hogyan befolyásolja? összekapcsolás összekapcsolás összekapcsolás U és f érzékenység van grd frekvenca FTK nem ndul FTK van bontás pont U szögek kalakul a stabl üzemállapot mnmáls a P, Q áramlás 120kV-os sín U a szgetbe mnmáls U lengés U és f érzékenység van grd frekvenca a hrtelen kesést az FTK csllapítja FTK van bontás pont U szögek érdemes fgyeln MO1G teljesítményét jelentős a P, Q áramlás a szgetbe (ugrásszerű) 120kV-os sín U U és f érzékenység van grd frekvenca normáls FTK működés FTK van bontás pont U szögek érdemes fgyeln MO1G teljesítményét jelentős a P, Q áramlás a szgetbe (egyenletesen növekvő) 120kV-os sín U Kooperácós üzemben sznkron jár a grd és a hálózat több része, azaz nem történt meg a szétválás. Egyensúlyban van a rendszer, és a később bontás ponton, az MT1A VN1A távvezetéken történő áramlást vzsgáltam részletesen. Mnmáls hatásos teljesítmény áramlás van a grd felől a nagy hálózat rányába (P=0,34MW), valamnt hasonló nagyságrendű meddő (Q=-0,36MVAr) áramlk ellentétes rányba. 29

35 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Szétkapcsolódás két önálló hálózatra Ebben az állapotban történk meg a VN1A MT1A távvezeték MT1A felől megszakítójának nytása. A loadflow futtatása után a 10. másodpercben nyt a megszakító, majd 1 percg fgyeltem meg a rendszert. A következő ábrákon jól látható, hogy mnmáls a frekvencaváltozás a mnmáls teljesítményáramlás matt (2-3. ábra). A grd frekvencája (a zölddel jelölt függvény) mnmálsan megnő a többlet teljesítmény hatására, de ez alg néhány mhz-et jelent. A szget legfontosabb gyűjtősne (ez a központ gyűjtősín, erre csatlakozk sznte az összes fogyasztó és betáplálás, ez a sín határozza meg a grd feszültség vszonyat) a 120 kv-os MO1 feszültségének a változását s fgyelemmel kísértem (2-5. ábra). Itt sem tapasztalható jelentős változás. A megszakító kapocs két oldalán mért feszültségek szöget s megfgyeltem (2-4. ábra). Az ábrán megfgyelhető átfordulás annak a következménye, hogy a vzsgálat során egy referenca gépet adtam meg, amhez képest vzsgálja a szögpozícókat a szmulátor. A Power Factory két megoldást ajánl fel a szögközéppontok kezelése terén. Lehet ún. global reference system vagy local reference system üzemmódot választan. Abban az esetben, ha több asznkron járó rendszert szeretnénk kezeln, akkor a hely szögközéppontok alkalmazását javasolja. Ez azt jelent, hogy mnden egyes szgetben egy gépet kválaszt, amnek a szöghelyzete fx, és az ehhez képest szögváltozásokat lehet értelmezn az adott rendszerben. Abban az esetben, ha több szgetet szmulálunk, amelyek valamkor a vzsgálatok során összekapcsolódnak, a globáls, azaz egy kjelölt gép pozícójához képest változásokat javasolja a technka útmutató. Ez addg, amíg külön üzemelnek a hálózatrészek, egy ks meggondolást gényel. Azáltal, hogy a rendszerek frekvencája eltérő, így folyamatos átfordulást (slpet) lehet tapasztaln. Azonban az összekapcsolódás előtt meg lehet fgyeln az összekapcsoln kívánt rendszerek szögpozícót egy közös referencához képest ábra: A két rendszer frekvencája 30

36 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-4. ábra: A megszakító kapocsfeszültségének szöge 2-5. ábra: A MO1 sín feszültsége Összekapcsolódás különböző frekvenca- és feszültség szög vszonyok mellett A következő vzsgálatban egyensúly állapotban van mndkét rendszer, sznkron frekvencával külön-külön üzemelnek. A 10. sec-ban a MO10fogy fogyasztó teljesítménye megnő, ennek hatására frekvenca különbség alakul k, majd a megszakító zárása után kalakul a közös rendszerfrekvenca. A hálózatot 2 percg fgyeltem meg. Azt vzsgáltam, hogy mennyre befolyásolja az újra-sznkronozást a frekvenca eltérés és a feszültség szög eltérés. Először a frekvenca különbséget növeltem a grd fogyasztásának növelésével, malatt a vsszakapcsolás a szögpozícó nulla átmenetében történt. Majd a frekvenca különbséget fx értéken tartva változtattam a vsszakapcsolás pllanatát, am különböző szögpozícókban történt meg. Az összekapcsolás helyén lévő VN1A MT1A 120 kv-os távvezetéken áramló hatásos teljesítményt, annak kapcsoláskor maxmáls lengését vzsgáltam. Az eredményeket a 2-2. táblázatban foglaltam össze. 31

37 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-2. táblázat: Újra-sznkronozás különböző állapotokban Δf Δφ Pleng.max. [MW] P áll. [MW] t zárás [s] 5mHz ~0 0,103 0,113 10,68 10mHz ~0 0,217 0,231 10,43 50mHz ~0 4,19 1,61 28,78 100mHZ ~0 18,96 2,354 18, mHz ~0 32,96 5,885 13,352 >5mHz 5 13,536 0,113 12,73 >5mHz 10 27,561 0,113 14,71 >5mHz 20 54,361 0,113 20,338 >5mHz 30 79,885 0,113 25,914 >5mHz ,32 0,113 37,077 >5mHz ,81 0,113 53,787 >5mHz ,83 0,113 81,602 >5mHz ,2 0,113 92,721 A vzsgálatok során a frekvenca eltérés poztív előjele abból adódott, hogy a grdben történt betáplálás kesés, így a nagyhálózat és a grd frekvencakülönbsége mndg poztív értékű volt. Ugyanez érvényes volt a különböző feszültségszög pozícókban való kapcsolásokra. A nulla átmenet után állapotban történő növekvő szögkülönbségeket rögzítettem, és ebben az állapotban történt a kapcsolás. Megfgyelhető, hogy mnmáls frekvenca különbségnél és jelentős (50 ) szögkülönbségnél sokkal nagyobb teljesítménylengéssel kapcsolódk össze a két rendszer, mnt jelentős frekvenca-, de kcs szög eltérésnél. Az 5 mhz-es és 50 -os különbséghez tartozó eredmények mutatja a 2-6. ábra, a 2-7. ábra és a 2-8. ábra ábra: A két rendszer frekvencája 32

38 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-7. ábra: A megszakító kapocsfeszültségének szöge 2-8. ábra: A VN1A MT1A távvezetéken áramló teljesítmény Összekapcsolódás jelentős mport mellett Ez a vzsgálat rész két részre bontható. Elsőként 2 szélkerék esk k (3,8 MW) a 10. sec-ban, majd vsszakapcsolódk a szget és 2 percg fgyeltem meg a rendszert. Különböző szögeltérések mellett kíséreltem meg az összekapcsolódást. Majd jelentősebb génybevételt vzsgáltam, 6 szélkerék esk k, am 11,4 MW hányt jelent. A 10. sec-ban esk k a betáplálás. Ennek hatására a frekvencatartó erőmű (MO1G) prmer szabályozása működésbe lép, annak határág. A 110%-os maxmáls kterheltség elérése után a frekvenca tovább csökken. A modellben leképezett fogyasztók feszültség és frekvenca érzékenyek. A frekvenca csökkenésének hatására a fogyasztók teljesítménye s csökken, így beáll a rendszerfrekvenca egy állandósult állapotba. Ebből az állapotból próbáltam meg az újra-sznkronozást, különböző szögpozícókban. Ezeknek a vzsgálatoknak az összefoglaló eredményét a 2-3. táblázat tartalmazza. 33

39 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-3. táblázat: Újra-sznkronozás jelentős mport mellett Δφ P kesett [MW] Δf [mhz] Pleng.max. [MW] t zárás [s] ~0 3, ,282 52, , ,982 52, , ,222 52, , ,689 52, , ,96 53,153 ~0 11, ,23 79, , ,23 79, , ,34 79, , ,55 79, , ,7 79,818 Az alább ábrákon megfgyelhető a jelentős frekvenca különbség, amt a 6 gépegység kesése okozott. A grd frekvencája egy állandósult értékre áll be a frekvencatartó erőmű prmer szabályozásának valamnt a fogyasztók frekvencafüggésének köszönhetően (2-9. ábra). Fontos hangsúlyozn, hogy FTK fokozatok még nncsenek üzemben. A vsszakapcsolás után a VN1A MT1A távvezetéken a teljesítményáramlás lengése megfgyelhető (2-10. ábra). A mcro grd három legnagyobb fogyasztójának a teljesítményét mutatja a ábra. Leolvasható, hogy összességében 2,426 MW-tal csökkent a fogyasztásuk ábra: A két rendszer frekvencája 34

40 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása ábra: A VN1A MT1A távvezetéken áramló teljesítmény ábra: A grd három legnagyobb fogyasztójának teljesítménye A következőkben a mcro-grd önállóan, szgetként üzemel. Újra megvzsgáltam, hogyan reagál a vsszakapcsolásokra, azonban a fogyasztók frekvenca érzékenységén túl bekapcsolásra kerülnek az FTK fokozatok s. 6 fokozatú, 50 Hz névleges frekvencájú frekvenca relét építettem be mndegyk fogyasztóra. Ezeknek a reakcódeje 300 ms, lépésközük 200 mhz a másodk fokozattól (2-4. táblázat). Az első fokozat 49 Hz-en kapcsol, majd nnen csökkenve 48,8-48,0 Hz-g táblázat: Az FTK lépésközök beállítása fokozat f [Hz] 49,0 48,8 48,6 48,4 48,2 48,0 ΔP/fokozat 5% 5% 5% 5% 5% 5% ΣΔP 5% 10% 15% 20% 25% 30% A frekvenca csökkenés hatására egy fokozatban a relék a fogyasztók teljesítményének 5%-át kapcsolják le. (Ez az érték a szmulácók során az aktuáls, azaz a frekvenca csökkenés hatására lecsökkent fogyasztás 5%-a 35

41 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása és nem a névleges (knduló, 50 Hz-re vonatkozó) teljesítmény 5%-a, hszen a lecsökkent frekvenca matt a fogyasztó teljesítménye már csökken.) Összefoglalva a grd teljesítmény- és frekvenca-szabályozás lehetősége a következők: a MO1G gázturbna a frekvencatartó erőmű, mnt prmer szabályozó egység szekunder szabályozás nncs a grdben a termelők korlátozott típusa matt a fogyasztók feszültség és frekvenca érzékenyek 6 fokozatú frekvencafüggő fogyasztó terheléskorlátozás került beépítésre Vsszakapcsolódás szgetüzemből jelentős hány mellett I. Elsőként 2 szélkerék esk k (3,8 MW) a es fejezethez hasonlóan, azzal a különbséggel, hogy az FTK fokozatok már működőképesek a 10. sec-ban, majd vsszakapcsolódk a szget és 2 percg fgyeltem meg a rendszert. Különböző szögeltérések mellett kíséreltem meg az összekapcsolódást. Ahogy az várható volt, a 3,8 MW-os kesést a frekvencatartó erőmű könnyedén tudta kompenzáln, így nem lépett működésbe egyetlen FTK fokozat sem. Vsszakapcsolódás szgetüzemből jelentős hány mellett II. Ezek után jelentősebb génybevételt vzsgáltam, 6 szélkerék esett k, am 11,4 MW hányt jelent. A 10. sec-ban esett k a betáplálás, akár a es fejezetben. Ennek hatására a frekvencatartó erőmű (MO1G) prmer szabályozása működésbe lépett a gép terhelhetőségének határág. A 110%-os maxmáls kterheltség elérése után a frekvenca tovább csökkent volna, azonban a terheléskorlátozás működésbe lépett. Kalakult egy állandósult frekvenca, majd ebből az állapotból próbáltam meg az újra-sznkronozást különböző szögpozícókban. Megfgyelhető, ahogyan a frekvenca folyamatosan esk a frekvencatartó erőmű kapactáskorlátja matt (2-12. ábra). A 49 Hz elérésekor (14. sec.) az első FTK fokozat működésbe lép. A 300 ms-os késleltetés s nyomon követhető, majd a 14,3. sec-ban a frekvenca elkezd nőn. Ennek az oka ellenőrzhető a ábra értéke alapján. A fogyasztók teljesítménygényének a csökkenése folyamatos, ahogyan a frekvenca csökken, azonban ugrásszerű változás fgyelhető meg 14,3. sec-ban, az első fokozat működésbe lépésekor. A teljesítmények 5%-ával csökkennek az gények. A vsszakapcsolódáskor fellépő teljesítményugrás mértékét mutatja meg a ábra. 36

42 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása ábra: A két rendszer frekvencája ábra: A grd három legnagyobb fogyasztójának teljesítménye ábra: A VN1A MT1A távvezetéken áramló teljesítmény 37

43 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Vsszakapcsolódás szgetüzemből jelentős hány mellett III. Még nagyobb kesések esetén az FTK összes fokozata khasználható, azaz működésbe lépnek, és bent tartják a rendszert a sznkronzmusban. Ezáltal az ellátás folyamatossága bztosítható, valamnt a hálózatra kapcsolódás lehetősége s megmarad. A vzsgálatok harmadk szakaszában a termelés kesések helyett a betáplálás lassú csökkenését fgyeltem meg, hogyan reagál erre a frekvencatartó erőmű, a fogyasztók, ha csökken a szélsebesség. A 10. sec-tól kezdve csökken a szélsebesség, azaz a kjelölt szélerőművek teljesítménye 20%-kal csökken 10 sec-onként. Ez egészen 250 sec-g tart, majd összesen a 6. percg fgyelemmel kísértem a rendszer vselkedését az összekapcsolódást követően. A következő ábrákon jól megfgyelhető az FTK működése (2-15. ábra és ábra). A teljesítmény hány hatására csökken a frekvenca, amnek következtében működésbe lép az FTK első négy fokozata. A frekvencatartó erőmű teljesítményét mutatja a ábra. Az első fokozat működésbe lépéség, azaz a kapactástartalékanak határág szabályozza a grd frekvencáját, kompenzálja a betáplálást, azonban a kapactása véges ábra: A két rendszer frekvencája 38

44 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása ábra: A grd három legnagyobb fogyasztójának teljesítménye ábra: A MO1G frekvencatartó erőmű mechanka- és vllamos teljesítmény Megállapítható, hogy az FTK hatására a két rendszer frekvencakülönbsége csökken, ezáltal az összekapcsolódás során fellépő teljesítményáramlás kezdet ampltúdója jelentősen csökkenthető fejezet vzsgálat eredményet egy táblázatban foglaltam össze. Így könnyebben összehasonlíthatóak a különböző állapotokban végzett szmulácós vzsgálatok. 39

45 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2-5. táblázat: A szgetüzem vzsgálatok eredményenek összefoglalása Δφ P kesett [MW] FTK fokozat Δf áll. [mhz] Pleng.max. [MW] P áramló [MW] t zárás [s] ~0 3, ,282 ~0 52, , ,982 ~0 52, , ,222 ~0 52, , ,689 ~0 52, , ,96 ~0 53,153 ~0 11, ,101 8,732 77, , ,089 8,732 77, , ,777 8,732 77, , ,057 8,732 77, , ,732 77,909 ~ ,909 8, , ,011 8, , ,181 8, , ,608 8, , ,23 8, ,829 Alaposan megvzsgáltam a mcro grdet, hogy különböző terhelés állapotok mellett hogyan lehet bztosítan a lehető legnagyobb üzembztonságot és maxmalzáln a rendelkezésre állást. Egy drasztkus, de hatékony eszköze ennek a fogyasztók terheléskorlátozása. Abban az esetben, amkor a gázturbna tartaléka elegendőnek bzonyul, a rendszer bztonságosan üzemelhet. Abban az esetben, ha a fellépő teljesítményhány ennél nagyobb, és a szélerőműv kapactás s teljesen khasznált, akkor a fogyasztók korlátozása lesz az utolsó lehetőség. (Feltételezve persze, hogy a grd szgetben üzemel.) Azonban olyan üzemállapot s bekövetkezhet, amkor a sznkron gép, azaz a gázturbna esk k a rendszerből. Ebben az esetben a teljesítmény elektronkán keresztül üzemelő szélerőművek maradnak az egyetlen betáplálás források a rendszerben. Felmerül a kérdés, mlyen dnamkus vselkedéssel rendelkeznek ezek az erőművek, mlyen paraméterekkel kellene, hogy rendelkezzenek. Jelenleg a modellben a szélerőműv betáplálások sznkron gépként vannak leképezve. Azaz megvzsgáltam, mennyre lenne életképes a hálózat abban az esetben, ha a gázturbna kesk, és a szélerőművek nvertere olyan paraméterek szernt működnek, mnt egy sznkron gép. Nem volt tapasztalható jelentős különbség. Azonban a teljesítményelektronka sokkal többre képes, mnt egy sznkron gép, azaz a dnamkus paraméteren lehet módosítan, javítan. Több vzsgálatot folytattam különböző statzmus értékekkel és turbnaszabályozó ntegrálás dőállandókkal, hogy megtaláljam az optmáls beállítást az FTK fokozatokra. A szmulácók eredményeből az alább következtetések vonhatók le: A statzmus az az arányszám, amely megszabja, hogy adott értékű frekvenca változás mekkora mértékű teljesítmény változást fog eredményezn - értékek állításával a szabályozás meredeksége változott, de a lekapcsolásba bevonandó fogyasztók arányát jelentősen nem befolyásolta [34]. 40

46 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Az ntegrálás dőállandók változtatásából arra lehet következtetn, hogy nem feltétlenül a leggyorsabban reagáló erőmű a leghatékonyabb szabályozás szempontból. Ha túlzottan gyors reagálásúvá tesszük az erőművet, a szabályozásba bevonandó fogyasztók aránya megnő (az első fokozat esetén ez az érték akár 11% s lehet). Amennyben a reakcó 2-5 sec. között, az első fokozat optmáls értéke 7-8%-ra csökkenhet. Ennek oka, hogy a fogyasztók frekvencaérzékenysége s érvényre juthat, így nem lesz szükség akkora mennységű fogyasztó lekapcsolására. Az ennél lassabb reagálás pedg egyrészt túl kése beavatkozást jelentene bzonyos esetekben, ráadásul a fokozat aránya sem fog csökken, körülbelül 6-6,5% környékén állandósul. (2-6. táblázat) A másodk és harmadk fokozatok esetében s az előbb jelenség tapasztalható anny eltéréssel, hogy valamvel ksebb FTK-ba bevont teljesítmény értékre van szükség az 50 Hz körül frekvencaérték vsszaállításához. A negyedk fokozat esetében az dőbelség és a beavatkozás meredeksége sem befolyásoló tényező, közel konstans értéket kaptam. (Az eredmények szórása 1%-on belül.) Az ötödk fokozat esetén pedg az ntegrálás dőállandó csökkenésével a bevonandó fogyasztók aránya s csökkent. Ez következk abból s, hogy az első három fokozatban már eleve több fogyasztót kellett bevonn. Összességében azonban a tendenca megmaradt: az ntegrálás dőállandó csökkenésével nő a lekapcsolandó fogyasztók aránya. (2-18. ábra) 2-6. táblázat: Különböző szabályozás paraméterek vzsgálata R=3,5 T=8 T=4 T=2 T=1 T=0,1 T=~0 I. 6,5 8 9,5 10,5 10,5 11 II. 6 7,5 9 9,5 11,5 11,5 III ,5 10,5 IV. 6,5 6,5 6,5 7,5 7,5 7 V. 6, ,5 5,5 31, ,5 45,5 45,5 41

47 FTK [%] Vokony István 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Az FTK fokozatokba bevonandó szumma fogyasztók aránya T szab [s] ábra: Az FTK-ba bevonandó összes fogyasztók arányának alakulása az ntegrálás dőállandó függvényében A modellhálózatot teljesítmény- és frekvencaszabályozás szempontból elemeztem. A ma rendelkezésre álló szabályozás módszereket mplementáltam a modellbe, és a szmulácós környezet segítségével teszteln tudtam különböző beállításokkal, különböző üzemállapotokban a grdet. Először az önálló szgetüzem működés lehetőségét fgyeltem meg. A korább vzsgálatokban ezt már teszteltem, azonban a modellben történtek olyan változások, kegészítések, amelyek szükségessé tették ennek az ellenőrzését. A várakozásoknak megfelelően a grd képes stablan, szgetként üzemeln. A mostan kutatás egyk fontos vzsgálat szempontja az újra-sznkronozás volt. A gondolat e mögött a következő: ha valamlyen események hatására egy fogyasztó körzet szget üzembe kényszerül, ahol a stabl üzemet képes megvalósítan, a hba megszűnte után vssza kell csatlakozna a nagyhálózathoz. A kérdés az volt, hogy mlyen áldozatok árán képes a grd a szgetüzemet fenntartan, és ez hogyan befolyásolja a vsszakapcsolódást. Ennek a vzsgálat szakasznak több állapotát vzsgáltam attól függően, hogy mennyre drasztkus változások mentek végbe a szgetüzemben. Az újra-sznkronozás két legfontosabb paraméterét (frekvenca különbség és feszültség szög különbség a mcro grd és a nagy hálózat között a kapcsolás helyén) változtatva mértem fel a grd tulajdonságat, lehetőséget. Egy másk fontos szabályozás lehetőség a frekvencafüggő fogyasztó terheléskorlátozás. Mvel a szakrodalomban nem találtam lyen méretű hálózatokra nformácót az FTK alkalmazásáról, fontosnak tartottam ezt s megvzsgáln. Az összefoglaló táblázatok és a dagramok jól mutatják, hogy az újrasznkronozáskor fellépő teljesítményugrást hogyan befolyásolja, mennyvel csökkent az FTK alkalmazása. 42

48 Pkesett [MW] Vokony István 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása Jelentős, a grd összteljesítményének közel 40%-os kesése esetén s meg tudta tartan a hálózat a frekvenca névlegeshez közel értékét, ezáltal lehetővé téve az újra-sznkronozást. Következtetésként azt lehet megállapítan, hogy az FTK fokozatok alkalmazása hatékonyan segít a grd stabl állapotban tartását dnamkus stabltás szempontból. Ezért azonban nagy árat kell fzetn: a fogyasztók terheléskorlátozása csak különleges esetekben lehet ndokolt. Ilyen különleges eset lehet, ha a grdnek szgetként kell üzemeln, majd a szgetüzem működés során kesések lépnek fel. Egyrészt az a kérdés, mlyen körülmények között képes a szget megtartan az 50 Hz-hez közel sznkron üzemet, valamnt képes-e a nagyhálózathoz való vsszakapcsolódásra, újra-sznkronozásra. Ebből a szempontból az FTK alkalmazása rendkívül hatékonyan segít ezt elő (2-19. ábra). A skeres újra-sznkronozáshoz szükséges FTK fokozatok által lekapcsolt teljesítmények 19MW ,4MW ,8MW FTK fokozatok [db] ábra:a kesett teljesítmények hatására működésbe lépő FTK fokozatok száma a skeres újrasznkronozás elősegítésére 43

49 Pkesett [%] Vokony István 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása A skeres újra-sznkronozáshoz szükséges FTK fokozatok által lekapcsolt teljesítmények a grd összfogyasztásának %-ában 40% 35,28% 35% 30% 25% 21,17% 20% 15% 10% 7,06% 5% 0% FTK fokozatok [db] ábra: A grd összfogyasztásának százalékában a kesett teljesítmények hatására működésbe lépő FTK fokozatok száma a skeres újra-sznkronozás elősegítésére Látható, hogy a teljes fogyasztás 35%-ának kesése esetén s stabl sznkronban tudja tartan a grdet az FTK, valamnt a bztonságos vsszakapcsolódás s megvalósítható ennek az ntézkedésnek köszönhetően. Tehát az FTK azt a szerepét, hogy ne alakuljon k nagy frekvenca eltérés, jól ellátja. Azonban, ha van rá mód, akkor az újra-sznkronozással célszerű nem megvárn a fokozatok működésbe lépését. Egy vsszakapcsoló automatka alkalmazása lehet megoldás a felvetett problémára. Amkor csökken a szélerőművek betáplálása, de az FTK fokozatok még nem léptek működésbe, egy automatkus sznkron kapcsoló (ASZK) alkalmas lehet a korlátozás megelőzésére. Fontos khangsúlyozn, hogy az FTK alkalmazása hagyományos értelemben a rendszerrányító hatáskörébe tartozk. A vzsgálatsorozatokban azonban azt elemeztem, hogy mlyen előnyökkel járna ez a típusú szabályozás mcro grdek esetén szgetüzem körülmények között. A fokozatok számát és a megszólalás küszöbértékeket az ENTSO-E Operaton Handbook Polcy 5 alapján határoztam meg. Az egyes fokozatonként lekapcsolandó fogyasztók arányát úgy határoztam meg, hogy a lekapcsolás után 50 Hz legyen az állandósult frekvenca 0,1%-os hbahatáron belül. A fejlett teljesítményelektronka lehetőséget megvzsgálva javaslatot tettem a hálózat oldal hatásos teljesítményt szabályozó nverter külső P-f karaktersztkájának beállítására. 44

50 2 Sznkronozás feltételek, FTK alkalmazása 2. tézs A megújuló erőművek hálózat oldal nverterenek külső karaktersztkáját úgy kell beállítan, hogy egy sznkron generátor turbna egység prmer és szekunder szabályozását kövesse. A turbnaszabályozó ntegrálás dőállandójának csökkentésével nő a lekapcsolandó fogyasztók aránya. Valamnt a 2. tézs témaköréhez kapcsolódóan két altézst s megfogalmaztam: A. Az optmáls 36-40%-os FTK arányt (ENTSO-E OH P5) a turbnaszabályozó ntegrálás dőállandójának 2-4 sec. között megválasztásával lehet elérn. Ez egyben az nverter P-f karaktersztkájának javasolt beállítás értéke. B. Az FTK alkalmazása mcro grdek esetében hatékonyan segít a grd stabl állapotban tartását szgetüzemben és elősegít az újrasznkronozást. A 2. tézs és a hozzá tartozó altézsek eredményet a következő ckkemben publkáltam: [S2], [S3], [S5], [S12]. 45

51 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek A mcro/smart grdek lehetséges elterjedése sok kérdést vet fel. Eddg vzsgálatamban a rendszer stabltását, frekvenca megtartó képességét, üzembztonságát vzsgáltam. A rendszerrányító szempontjából ezek a paraméterek a legfontosabbak közé tartoznak. Azonban a fogyasztó nem elégszk meg a folyamatos, megbízható ellátással, hanem az ellátás mnőségére s vannak krtérumok. A szolgáltatott feszültség mnőségére vonatkozó előírásokról rendelkezk az MSZEN50160 szabvány. Elkerülhetetlen tehát a feszültség- és ezzel szorosan összefüggő meddőteljesítmény-szabályozás kérdéskörének a vzsgálata [46]. Kndulásként tekntsük a VER globáls meddőteljesítmény egyensúlyára vonatkozó feltételeket. [7] Az együttműködő rendszerek valamely részrendszere hálózatára vonatkozóan a meddőteljesítmények egyensúlyát a hatásos teljesítményekre felírható egyenlettel formalag azonosan a (3-1) formában adható meg, ahol a vzsgált VER-re vonatkozóan: a hálózatba betáplált erőműv meddőteljesítmények összege a hálózatba befolyó mport meddőteljesítmény-áramlásoknak a szaldója (a beáramló a poztív előjelű) az alállomások eredő meddőfelvétele a nagyobb feszültségű oldalon a hálózat elemenek (vezetékek, transzformátorok, fojtótekercsek, statkus kompenzátorok, stb.) eredő meddőteljesítménye. Meddőteljesítmény termelésnek (előállításnak) tekntjük a túlgerjesztett generátor és a kapactás által leadott, lletve nyelésnek (fogyasztásnak) az alulgerjesztett generátor és az nduktvtás által felvett meddőteljesítményt. A valamely hálózat elemen áramló teljesítményhez a hatásos teljesítmény poztív áramlás rányát alapul véve a meddőteljesítmény akkor lesz poztív, ha az áram késk a feszültséghez képest. Vzsgálatam során tehát a korábban smertetett összefüggések szolgáltatták az alapot a feszültségmeddőteljesítmény szabályozásra vonatkozólag. A szakrodalom áttanulmányozása során nagyszámú ckket találtam a témában. Keltezésüket tekntve a mcro grd/smart grd témakör ndulásához köthetők. Tartalm szempontból s hasonló kronológát követnek a munkák, mnt a kutatásomban fellelhető fejlődés stádumok. Az első ckkek még a mcro grdek [16] hasznosságát vtatják. Sok előnnyel rendelkeznek, azonban közel anny problémát vetnek fel, mnt amennyt megoldanak. A kutatásom szempontjából releváns eredmény, hogy már akkor felsmerték, hogy a feszültség meddőteljesítmény szabályozás elengedhetetlen, valamnt a központ megoldása nem hatékony. A következő ckkek már szgetüzem működéseket s vzsgálnak. Egy IEEE standard hálózatot képez le a [17] rodalom szerzője, és azt vzsgálja, alkalmas-e a grd szgetüzemre, mekkora a zárlat ellenálló képessége, 46

52 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek alkalmas-e a szgetből való vsszatérésre. Komoly hányossága a kutatásnak, hogy a tranzens túláramokat és túlfeszültségeket fgyelmen kívül hagyja a vzsgálatok során. Egy 2006-os ckk [18] az előző munka gondolatát vsz tovább, tt már szabályozás stratégaalkotásra tesznek a szerzők kísérletet. Arra a következtetésre jutnak, hogy az egyes gépek meddőztetését lmtáln kell az esetleges túlkompenzálás elkerülése érdekében. Az gaz kérdés a meddőkompenzácós pontok kválasztása. Ha tovább vzsgáljuk a szakrodalmat, akkor láthatjuk, hogy egyre mélyebben foglalkoznak a kérdéskörrel. Különböző feszültségsznteken elemzk a problémát. A [19] ckkben a szerző különböző terhelésbecslő algortmusokat hasonlít össze. Konklúzóként megállapítja, hogy különböző feszültség sznteken másként kell kezeln a feszültség- meddőteljesítmény-szabályozás kérdését. Egy lépéssel közelebb van az általam vzsgált megoldáshoz a [20] ckk. Ebben már a szélerőművek nverteret vzsgálták meddőteljesítmény szabályozásba való bevonásba, többek között költségek szempontjából s. Az eredmény azt mutatta, hogy célravezetőbb, ha ezt a megoldást választjuk, mntha hagyományos forgógépekkel valósítanánk meg a meddőteljesítmény szabályozást. Ezáltal csökkenthetők a hálózat veszteségek s. Vszont nem adott a ckk egyértelmű választ arra, hogyan célszerű optmalzáln az nverterek meddőztetését, hogyan célszerű megvalósítan azt. A megvalósításhoz valamnt a gyakorlat tapasztalatokhoz közelebb áll a [21] ckk. Spanyolország példán keresztül elemz a szélerőműv generátorok meddőteljesítmény szabályozásba való bevonását. Különböző tarfák léteznek arra vonatkozólag, hogy k mennyre enged a teljesítménytényezőjét módosítan. Összehasonlítja a különböző cos(φ) szabályozás lehetőségeket. A következtetése a szerzőnek az, hogy nem szükséges egy szélerőműnek a meddőszabályozásban részt venn, hanem hbrd meddőteljesítmény szabályozó rendszereket javasolnak képíten. Ennek a költségelemzését azonban már nem készítették el. Egy 2010-es ckkben [22] már célzottan a feszültségsznt tartását tűzték k célul a gépegységek meddőztetésével. Különböző stratégákat hasonlítottak össze: fx cos(φ) mellett; Q(P); Q(U); φ(δu). Az eredmény azonban nem egyértelmű. Egyre nagyobb számú kutatás vzsgálja a kérdéskört. A végfelhasználó betáplálásokkal próbálja meg a feszültséget szabályozn a [23] rodalom. A különböző meddőteljesítmény forrásokkal való kommunkácót elemz, kategorzálja. Itt s főleg az nverterek alkalmazására támaszkodk a szerző, de nkább a szabályozás algortmus kdolgozására koncentrál. Egy következő ckk genetkus algortmus alkalmazásával valósítja meg a feszültség- meddőteljesítmény-szabályozást a szélerőművek segítségével. A megoldás problémája, hogy erősen topológa specfkus és nagyon nagy számú bemenő adatra van szükség a megvalósításhoz. A 2011-ben publkált munkák s még ezzel a kérdéssel foglalkoznak (pl. [24]), am azt mutatja, hogy a probléma nem megoldott. A következő ckk [25] a szélerőművek meddőteljesítmény szabályozásba való részvételének a korlátját, pontosabban az abból következő áram lmtet próbálta meghatározn. Ezek a határértékek azonban az én vzsgálatam esetén messze a kapott értékek felett vannak. 47

53 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek Összefoglalva: látszk, hogy ez egy aktuáls téma, amt sok szempontból próbálnak megoldan. Az általam javasolt megoldás mnd alkalmazhatóságában, mnd összetettségében kedvezőbb, mnt az eddg smert megoldások. A korább vzsgálatok alapja s a jelen vzsgálatban alkalmazott hálózatrész volt, azonban a szmulácók előrehaladtával a modell folyamatosan bővült, átalakult. Ezért tartom fontosnak, hogy bemutassam a hálózat főbb elemet ábra: A vzsgált modell leképezése DgSlent Power Factory 14. környezetben A vzsgálat modell paraméteret lletően közel áll a valósághoz, azonban tartalmaz összevonásokat, egyszerűsítéseket. A rendszer és 10 kv-os feszültségszntekkel rendelkezk, vannak párhuzamos távvezetékek, párhuzamos transzformátorok, valamnt a kapott adatoknak megfelelően elhelyezett fogyasztó és termelő csatlakozás pontok (ld. a 3-1. ábra). A mosonmagyaróvár körzet fogyasztót két csomópontként képeztem le: a város kábelhálózatra csatlakozó 10 kv-os rész (MO10), valamnt a környékbel települések szabadvezetékes hálózata 20 kv-on (MO20). Az egyéb par 120 kv-ra csatlakozó fogyasztók, a K1-MO1 kettős vezeték T-leágazása. A rendszer a vzsgálatok során szgetüzemben működk. A korább eredményekre alapozva megállapítottam, hogy a hálózat képes az önálló szgetüzem működésre külső energaforrás nélkül, mközben a frekvenca tartásáról a MO1G gázturbna gondoskodk. Jelenleg vzsgálatamban azonban nem rövd dejű, tranzens szmulácókat, hanem állandósult, staconer load-flow vzsgálatokat futtattam. Szükség volt egy külső erőmű beépítésére, am szélsőséges esetekben s képes a szgetet sznkronban tartan. Ezt a MO1 120 kv-os sínhez csatlakoztattam (Szgetslack). Meg kell jegyezn, hogy a korább vzsgálatokban a 48

54 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek MO1G volt a frekvenca-tartó erőmű. Ezt a feladatot kellett átadn egy másk gépre, hogy a vzsgálatokban a MO1G vselkedését, feszültségre gyakorolt hatását, meddőteljesítmény szabályozásra való alkalmasságát tudjam vzsgáln. Természetesen a load-flow számítás esetén nncs értelme frekvencáról beszéln, azonban az előzőek matt és a program konvergencájának a fenntartása érdekében szükség volt egy hányerőmű beépítésére. A másk változás, am a topológán jól látható, hogy modellezésre került egy SVS (Statc Var System) elnevezésű aktív meddőkompenzátor. Ez a meddőteljesítmény forrás gondoskodk (ha üzemben van) a hálózat adott pontján a feszültség kívánt értéken tartásáról. Három kompenzálásra használatos modulból épülhet fel (3-2. ábra): TSC (trsztorral kapcsolt kondenzátor), MSC 3-2. ábra: SVS elv felépítése [28] (megszakítóval kapcsolt kondenzátor) és TCR (trsztorral szabályozott fojtótekercs). A szmulácós szoftverben meg lehet adn, hogy hány egység, mlyen teljesítmény lmttel kerüljön leképezésre. A tervezett vzsgálatokban meddőteljesítmény betáplálására volt szükség, így 2 db 10 MVAr-os, trsztorral kapcsolt kondenzátort képeztem le. A szmulácós vzsgálatokban load-flow futtatásokat végeztem. A különböző terhelésekhez tartozó meddőteljesítmény áramlások következtében kalakuló feszültségértékek kalakulására voltam kíváncs. Ehhez végg kellett gondoln, mlyen termelés- fogyasztás proflokkal jellemezhetők az egyes elemek a hálózatban [40]. Fogyasztásra vonatkozólag egy átlagos nap mérésből ndultam k, amely adatokat az országos terhelés-mérés január 19- eredményeből vettem. A körzet tényleges, valós mérésen alapuló fogyasztás adatat tápláltam be a szmulácós programba órás bontásban, így 24 órás futtatásokat végezve a nap profl krajzolódott. Ezt a mosonmagyaróvár gyűjtősín T5-ös és T6-os leágazás adataból nyertem. A Motm 120 kv-os fogyasztás pontja (MT1A) ebből a szempontból eltért a lakosság fogyasztóktól. Itt ugyans par fogyasztó csatlakozk a hálózatra, a hatásos- és meddőteljesítmény génye ks közelítéssel konstans. A MO1G gázturbna betáplálása a Magyarországon működő, KÁT mérlegkörbe tartozó gázturbnás egységek vselkedéséhez volt hasonló. Mélyvölgyben nem termelt, mélyvölgyön kívül pedg közel konstans betáplálás volt rá jellemző. A szélerőműv betáplálások leképezése nem volt ennyre egyértelmű. Az adott napra vonatkozó termelés adatok rendelkezésemre álltak, azonban a vzsgálatok egyoldalúak és félrevezetőek lettek volna, ha ezt az eredményhalmazt használom fel. A teljes körű vzsgálathoz a következő meggondolást tettem: 0-24 órás load-flow futtatásokat végeztem, az smert fogyasztás és termelés vselkedéseknek megfelelően. Eközben a szélerőművek betáplálását változtattam [32]. A szélsebesség lneársan nőtt, ennek megfelelően a következő profl szernt változott az egyes szélkerekek betáplálása (3-3. ábra). 49

55 P [MW] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek 2 1,8 Vestas típusú szélerőmű termelés proflja 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, szélsebesség [m/s] 3-3. ábra: Szélerőművekre értelmezett termelés profl A meddőkompenzátort, mnt hálózat elemet egy megszakító segítségével egyszerűen k- és be lehet kapcsoln a modellben attól függően, hogy szeretnénk-e a feszültséget valamely ponton a kompenzátor segítségével tartan. Jelen esetben a MO1 központ gyűjtősín feszültségét kívántam az SVS-el 126 kv-os sznten tartan. A feszültségtartás lehet lokáls vagy távol, attól függően, hogy melyk sín feszültségét szeretnénk szabályozn és hova került telepítésre az SVS. Tehát lokáls feszültség szabályozást valósítottam meg, hszen az SVS a MO1 120 kv-os gyűjtősínhez lett csatlakoztatva, és ennek a sínnek a feszültségét szabályozza 126 kv-ra, amennyben üzemben van. Azáltal, hogy a szélbetáplálást 0 és 100% között változtatom a load-flow megoldásához, szükséges, hogy a hányerőmű a teljesítmény egyensúlyról gondoskodjon. Ez az erőmű SL (slack) típusú, azaz a hatásos teljesítmény egyensúlyt tartja, valamnt saját névleges 10 kv-os kapocsfeszültségét s állandó értékre szabályozza. A következő ábrákon látható, hogyan változk a hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása az SVS működésétől függően (3-4. ábra, 3-5. ábra). Az SVS meddőteljesítmény változását mutatja a 3-6. ábra. 50

56 Q [MVAr] Q [MVAr] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek Hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása SVS üzemelése mellett ábra: Systemslack meddőteljesítmény betáplálása SVS-sel Hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása SVS nélkül ábra: Systemslack meddőteljesítmény betáplálása SVS nélkül 51

57 Q [MVAr] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek SVS meddőteljesítmény betáplálás változása a szélsebesség és a nap fogyasztás profl függvényében ábra: SVS szabályozásra felhasznált meddőteljesítménye Megfgyelhető, hogy az SVS üzemelése mellett a hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása monoton csökken a szélsebesség ezáltal a szélerőművek betáplálása növekedésével. A ks szélerőműv betáplálás estén tapasztalható változás a fogyasztók nap profljában található ngadozások követése. Egy meddőteljesítmény völgy fgyelhető meg a fogyasztó profltól függetlenül ~10 m/s-os szélsebesség elérése környékén (3-5. ábra, 3-6. ábra). A hányerőmű meddőteljesítmény betáplálásában van egy lokáls mnmum, mközben az SVS üzemen kívül van (3-5. ábra). Amkor az SVS üzemel, akkor a hányerőmű betáplálásában nem tapasztalható ez a változás, hszen átvesz ezt a szerepet a kompenzátor. Ez a meddőteljesítmény mnmum a feszültségekben lokáls maxmumot eredményez (3-7. ábra). 52

58 Q [%] U [kv] U [kv] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek A MO1 sín feszültségének alakulása SVS nélkül ábra: A központ MO1 sín feszültségváltozása A várakozásom az volt, hogy a szélsebesség növekedésének hatására a szélerőművek betáplálása nőn fog. A szállított hatásos teljesítmény növekedése matt a transzformátorok meddőteljesítmény génye s megnő. Ezek a változások, ha nem s lneársak, de monoton események. Ezzel szemben a szmulácós eredmények egy előjel-változást s mutattak a folyamatokban a változások tekntetében. Ennek a magyarázata a topológában keresendő. A mosonszolnok ág feszültség- meddőteljesítmény vszonya 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Q-Slacktrafo Q-MO1S ΣQ U-MO1S szélsebesség [m/s] 125, , , , , ábra: A feszültség kemelés magyarázata 53

59 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek A választ az előző, 3-8. ábra segítségével mutatom be. Mnt az a felület dagramokon s látható, a feszültségben tapasztalható lokáls maxmum napszaktól függetlenül jelentkezk. A MO1 központ gyűjtősín feszültségében jelen van ez a növekedés, ezáltal az összes több csomóponton s tapasztalható ez a jelenség, am 5-7%-os feszültségngadozást jelent. Egy választott napszakra (órára) vonatkozó adatokat elemeztem részletesen, lépésről-lépésre. Látható, hogy a szélsebesség növekedésével (egyúttal a szélerőműv betáplált hatásos teljesítmény növekedésével) nőn kezd a MO1S ág meddő génye, azaz főként a 120/20 kv-os transzformátor meddőteljesítmény felvétele. Eközben azáltal, hogy a hányerőműnek kevesebb hatásos teljesítményt kell betápláln a rendszerbe, az ott lévő blokktranszformátor meddőteljesítmény génye lecsökken. Ezeknek a százalékos változásoknak az összegét jelöl sárga színnel a 3-8. ábra. A topológa és a keresztáramlások hatására az összes meddőteljesítmény gény elér egy mnmumot, am a feszültségsznt megemelkedését eredményez. A szmulácók során egy másk hatást s vzsgáltam: a MO1G gázturbna meddőteljesítmény-szabályozásba való bevonásával, a kapocsfeszültségének állandó értéken tartásával hogyan befolyásolja a szget feszültség vszonyat. A korább eredmények alapján megállapítható volt, hogy bzonyos esetekben a 10%-os határértéken belül tartás nem megoldható. Ez legnkább az MSZ20 sínen jelentkezett. Itt 5 db 2 MW-os szélerőmű csatlakozk a hálózatra 20 kv-on. A betáplálás növekedésével az MSZ20 sín feszültsége monoton nőtt. A nem várt lokáls feszültség maxmum ezen a sínen sznte nem s volt tapasztalható, mert vllamos szempontból távol van a kterhelt, és ezáltal nagy meddőteljesítmény gényű transzformátoroktól. A feszültség a várakozásoknak megfelelően változk: a szélsebesség növekedésének hatására a hatásos teljesítmény betáplálás megnő, a transzformátorok kterheltsége és meddőteljesítmény génye s megnő, ezáltal az MSZ20 feszültsége s megemelkedk. Mnmáls változás, a nap fogyasztás profl matt érzékelhető, de ez nem jelentős. Az SVS üzeme sem befolyásolja ezt a csomópontot, amely vllamos szempontból az egyk legtávolabb a MO1 központ gyűjtősíntől. Maxmáls szélerőműv betáplálás mellett az MSZ20 feszültségszntje elérhet a névleges feszültségsznt 114%-át akár. Ekkora feszültségemelkedés meghbásodásokhoz vezethet. A MO1G gázturbna feszültségtartása javít a helyzeten. A MO1G meddőteljesítmény betáplálását mutatja a 3-9. ábra. 54

60 Q [MVAr] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek 0-0,5-1 -1,5 MO1G meddőteljesítmény betáplálása ,5-3 -3,5-4 -4, ábra: MO1G gázturbna meddőteljesítmény nyelése A MO1G gázturbna a feszültség csúcs kalakulásakor gyekszk meddőteljesítményt nyeln, ezáltal vsszaállítan saját névleges feszültségét. Ez a MO1 sín feszültségét a névleges értékhez közelít, ezáltal az MSZ20 sín feszültsége sem emelkedk akkora mértékben. Míg a MO1G meddőteljesítmény-szabályozása nélkül az MSZ20 sín feszültségváltozása 4,8% és 14,4% között mozgott a napszak és a szélsebességtől függően, addg ez az érték a MO1G hatására 0,1% és 10,9% közé szorult. Igaz, így s átlép a 10%-os küszöböt a feszültség, de ez az eltérés jelentősen ksebb, mnt a korább esetben. A MO1 sín feszültség ngadozását s csökkent ez a megoldás, ahogyan az az alább ábrákon látható (3-10. ábra, ábra). 55

61 U [%] U [%] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek A MO1 sín feszültsége SVS és MO1G meddőteljesítmény szabályozása nélkül 100% 100% 99% 99% 98% 98% 97% 97% 96% 96% 95% ábra: MO1 feszültségváltozása szabályozás nélkül MO1 sín feszültségváltozása a MO1G feszültségtartása mellett 100% 100% 99% 99% 98% 98% 97% 97% 96% 96% 95% ábra: MO1 feszültségváltozása a MO1G meddőteljesítmény szabályozása hatására Az utolsó részletesen elemzett vzsgálat esemény a szélerőművek teljesítménytényezőjének megváltoztatása, azaz a feszültség- meddőteljesítmény szabályozásba való bevonásuk hatása. Az új típusú szélkerekek teljesítményelektronkán keresztül táplálnak be a hálózatba. A hálózat oldal nverter segítségével a teljesítménytényező változtatható, ezáltal a meddő betáplálás szabályozható. A es fejezetben smertetett probléma kküszöbölését a következőképpen javaslom megoldan: mvel a szélerőművek transzformátoran a 56

62 Q [MVAr] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek soros meddőteljesítmény veszteség a hatásos teljesítmény betáplálás függvényében változk; ezért adódk a lehetőség az nverterrel a megfelelő mértékű meddőbetáplálás beállítására. A 120 kv-os csatlakozást fgyelembe véve az nverteren -ös értéket állítottam be. A hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása az SVS kkapcsolása mellett monoton csökken (3-12. ábra). Azaz a saját transzformátorának csökkenő meddőteljesítmény gényét szolgálja k, míg a szélerőművek transzformátoranak gényet ellátják maguk a szélerőművek nvertere. Hányerőmű meddőteljesítmény betáplálása (szélerőműveknél cos(φ)=0,95) ábra: A hányerőmű meddőteljesítmény változása a szélsebesség függvényében Ez pedg a több sín feszültségében s jelentkezk: mnd a MO1 központ, mnd a több sín feszültsége sokkal kevésbé ngadozk, és a feszültség növekedés (3-10. ábra) nem tapasztalható. A ábra3-13. ábra mutatja a MO1 sín feszültség változását. A napszakon belül változások érzékelhetők, és a feszültség a szélsebesség növekedésével monoton nő. 57

63 U [kv] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek A MO1 sín feszültsége (szélerőműveknél cos(φ)=0,95) ábra: a MO1 sín feszültségének változása a szélsebesség függvényében A vzsgálatsorozatok eredményeként megállapítható, hogy hatékony módja a feszültség- meddőteljesítmény szabályozásnak a szélerőművek nverterevel megvalósított meddőteljesítmény betáplálás. Az esetleges topológából adódó, extrém feszültség vszonyok s megszüntethetők, és a szabvány által előírt határértékek betartása s megvalósíthatóvá válk. Ez az eljárás középfeszültségen alkalmas a feszültségvszonyok határértéken belül tartására. Azonban adódk a kérdés, hogy mennyre általános a megoldás: eltérő topológa esetén, más feszültségsznteken s lyen hatékony-e az eljárás. Más hálózatot megvzsgálva s azt az eredményt kaptam, hogy középfeszültségen a szélerőművek nvertere segítségével a csatlakozó transzformátorok meddőteljesítmény gényét k lehet szolgáln [27]. Alapvetően két dolog befolyásolja az gényelt meddő mértékét: a transzformátor dropja valamnt a kterheltség mértéke. A leggyakorbb KF/KöF és KöF/NF transzformátor adatok smeretében azt a megállapítást lehet tenn, hogy a 0,95-ös teljesítménytényező elegendő mnden esetben az gényelt meddőteljesítmény kszolgálásához. Tehát a szélerőművek külső, hatásos teljesítményt szabályozó nverteret elegendő 0,95 kapactív lletve nduktív teljesítménytényezővel génybe venn névleges hatásos teljesítmény mellett. Ez mntegy 5%-os túlméretezést gényel. Azonban ez a többlet génybe vehető az átlagos teljesítményt meghaladó szélsebesség khasználására, amkor a többlet hatásos teljesítmény a hálózat felé áramlk. És mvel ez önmagában feszültség növelő hatású, nncs szükség kapactív meddő betáplálásra. 58

64 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek Eddg vzsgálatam során több szempontból elemeztem a mcro/smart grdeket. Hogyan, mlyen körülmények között tudnak stablan üzemeln, mlyen beavatkozások tudják a rendszer vagy a szgetüzem stabltását növeln. A megfelelő működéshez azonban elengedhetetlen a mnőség mutatók fgyelembe vétele, a feszültségszntek névlegeshez közel értéken tartása. A bemutatott szmulácókban három befolyásoló tényezőt vzsgáltam meg. Egyrészt egy aktív meddőkompenzátor hatását a feszültség tartásra, másrészt egy PQ-típusú (állandó hatásos- és meddőteljesítményt betápláló) erőmű meddőteljesítmény szabályozásba való bevonásával próbáltam a feszültségsznteket a kívánt határértékek közé szorítan. A harmadk szakaszban pedg a szélerőművek nvertere segítségével meddőteljesítmény betáplálást szmuláltam. Megállapítható, hogy mnd a meddőkompenzátor, mnd a gázturbna meddőteljesítmény-szabályozásba való bevonása a szget feszültség értéket a névlegeshez közelít. A legnagyobb ngadozást, és a 10%-os küszöbön való túllépést az MSZ20 sín kénytelen elszenvedn. Azonban a beavatkozásoknak köszönhetően az ngadozás mértéke s lecsökken, valamnt a határértékeken belül tartás s sznte tökéletesen megvalósul. Érdemes az üzemvtelt úgy kalakítan, hogy a ks tartományban jelentkező meddőteljesítmény völgy kalakulását, ezáltal a feszültség növekedést elkerüljük. A terheléseket olyan módon kell átrendezn, csoportosítan, hogy a keresztáramlásokat, azaz a hatásos- és meddőteljesítmények ellentétes rányú áramlását elkerüljük. A meddőteljesítmény gények kelégítését célszerű helyben megvalósítan, azaz a szélerőművek transzformátoranak növekvő gényét a szélerőművek segítségével kell kelégíten. Általános következtetések: a feszültség szabályozás kérdéset, a meddőkompenzátorok elhelyezését alapvetően a topológa és a kalakuló teljesítmény-áramlások, esetenként a hatásos- és meddőteljesítmény keresztáramlások befolyásolják a transzformátorok drop választása döntő fontosságú lehet: a nagy teljesítményű, kterhelt transzformátorok soros meddő génye határozhatja meg a feszültségvszonyokat a fogyasztók meddőteljesítmény gényét mcro grd méretű hálózatok esetén szerencsésebb nem szállítan, hanem a lehetőségekhez képest helyben előállítan, szolgáltatn a felsorolt problémákra egy, esetleg több, megfelelő helyen telepített SVS lehet a megoldás, vagy ha van mód rá a sznkron gépek feszültség- meddőteljesítmény szabályozása a teljesítményelektronka segítségével a meddőteljesítmény betáplálás lokáls megvalósítása célszerű Tehát mcro grdek esetén a feszültség- meddőteljesítmény szabályozást több, egymáshoz rendelt fokozatban kell megvalósítan, azért, hogy a hálózat veszteségeket növelő felesleges meddőteljesítmény áramlások mnmálsra csökkenjenek. A szabályozás első lépcsője a lokáls meddőteljesítmény szabályozás megvalósítása. A szélerőművek nvertere segítségével a teljesítménytényező cos(φ)=0,95-ös lehetőség bztosításával a fellépő meddőteljesítmény szabályozás gények mnd nagy- mnd középfeszültségű hálózaton 59

65 P veszt [kw] P veszt [%] Vokony István 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek bztonsággal kelégíthetők. (A 0,95-ös cos(ϕ) egy javaslat a méretezés határra, nem egy konkrét beállítás érték.) A másodk eszköz a rendszerben lévő forgógépek meddőteljesítmény szabályozásba való bevonása abban az esetben, ha vllamos szempontból kellő közelségben merül fel az gény. A harmadk egyben rendkívül effektív beavatkozás eszköz az SVS telepítése, amennyben nncs mód az első két módszer alkalmazására. A három meddőteljesítmény szabályozás eljárást együttesen használva hatékonyan lehet a hálózat feszültségét a kívánt határértékek között tartan, mközben a hálózat veszteségeket s lehet mnmalzáln, ahogy azt a ábra és ábra mutatja. 20% A szabályozás stratéga hatására bekövetkező veszteségcsökkenés 18% 16% 14% 12% 10% 8% 1/4 terhelés 1/2 terhelés 3/4 terhelés 1/1 terhelés 6% 4% 2% 0% szélsebesség [m/s] ábra: Az elérhető veszteségcsökkenések %-os értéke különböző terhelés állapotok mellett a szélsebesség függvényében 250 A szabályozás stratéga hatására bekövetkező veszteségcsökkenés /4 terhelés 1/2 terhelés 3/4 terhelés 1/1 terhelés szélsebesség [m/s] ábra: Az elérhető veszteségcsökkenések abszolút értéke különböző terhelés állapotok mellett a szélsebesség függvényében 60

66 3 Feszültség- meddőteljesítmény szabályozás lehetőségek 3-1. táblázat: Különböző terhelés állapotokhoz tartozó beállítás értékek a szélsebesség függvényében A mnmáls veszteségekhez tartozó beállítás értékek szélsebesség [m/s] cosϕ U n [v.e.] 1/4 terh. 0,99 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 1/2 terh. n.a. n.a. 0,98 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 3/4 terh. n.a. n.a. 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 1/1 terh. n.a. n.a. n.a. 0,99 0,95 0,95 0,95 0,95 1/4 terh. 0,93 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 1/2 terh. n.a. n.a. 0, /4 terh. n.a. n.a. 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1/1 terh. n.a. n.a. n.a. 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 A javasolt feszültség- meddőteljesítmény szabályozás herarchát [29] folyamatábrán a Függelék III. tartalmazza. 3. tézs: Megfogalmaztam egy terhelésfüggő, vegyes többlépcsős meddőteljesítményszabályozás stratégát. A szabályozható eszközök térben elszórtan helyezkednek el, és dőben egymástól függetlenül működnek. A szabályozás célja a hálózat veszteségek mnmalzálása és a feszültségértékek kívánt határok között tartása. A 3. tézs eredményet a következő ckkemben publkáltam: [S1], [S4], [S10]. 61

67 4 Összefoglalás, záró gondolatok A vllamos energetka területén ma az egyk legnagyobb khívásnak a smart, mnt fogalom bzonyul, attól függetlenül, hogy nncs egy mndenk által elfogadott defnícó, meghatározás, hogy műszak szempontból pontosan mt s jelent az okos hálózat fogalomköre, és mt von maga után. Ez természetesen nem szab gátat a kutatásnak, és a téma egyre ntenzívebb terjedésének. Fontosnak tartom, hogy eddg vzsgálatam és tapasztalatam alapján adjak egy defnícót a smart grd fogalomra. Ennek több oka s van: egyrészt a kutatásom tárgya a smart grd, így elvárható, hogy megfogalmazom, mt s vzsgálok. Másrészt a kutatások eredménye formálták a szemléletemet, és a szakrodalom tanulmányozása valamnt a munka során szerzett tapasztalatok hatására kalakult egy kép a smart grdekről. Úgy gondolom, mnden eszköznek, tárgynak a defnícóját alapvetően határozza meg az, ahogy kölcsönhatásba lép környezetével. Ennek alapján azt mondhatjuk, hogy a smart grd egy olyan vllamosenerga-rendszer, mely képes támogatn a vllamos energa szabad és kétrányú áramlását. A defnícó egyk kulcsszava a kétrányú, hszen a jelenleg vllamosenerga-rendszer önmagában jellemzően nem képes lyen üzemre, szükség van egy harmadk félre (pl. a rendszerrányítóra) a kommunkácóhoz és a megfelelő beavatkozáshoz, így téve lehetővé többek között a korlátok fgyelembevétele mellett folytatott normál üzemet. A defnícó másk hangsúlyos eleme az energa szabad áramlása, mely egy olyan, jövőben cél, melyre deáls állapotként teknthetünk. Amennyben ezt az deáls állapotot skerül elérn, a jelenleg rendszerben harmadk félként részt vevő szereplők feladata lényegesen megváltozhat, hasonló lehet napjank nternetszolgáltatóhoz, akk elsősorban az adatcseréhez szükséges közeget felügyelk, azonban a felhasználók számára gyakorlatlag szabad kezet adnak. Felmerül tehát a kérdés, hogy a jelenleg struktúra mlyen áron és mlyen lépések során fog megváltozn, okosodn. Valamnt ha ez a változás bekövetkezk, mlyen hatással lesz ez a jelenleg rendszerre az átmenet folyamán, hogyan érnt a fogyasztókat, és am talán a legfontosabb, hogyan lehet fenntartan a megbízható, bztonságos üzemet az előírt mnőség krtérumok betartása mellett. A ma trendek alapján nncs értelme megkérdőjelezn a változás bekövetkeztét. Ez sarkallt arra, hogy a várható hatások elemzésébe fogjak, olyan kérdéseket vzsgáljak meg, amknek a megválaszolása napjankban válk aktuálssá. Kutatásam három fő téma köré épültek: a stabltás vzsgálat, rendszer helyreállítás sznkronozás, feszültség- meddőteljesítmény szabályozás. A stabltásvzsgálattal kapcsolatban elvégzett elmélet számítások, rodalomkutatás, modellalkotás és modellszámítások eredményet összefoglalva az alább következtetések állapíthatók meg: a szakrodalomban szereplő stabltás ndex számításához a háttér elkészült, és az ndexet egy adott mntahálózatra kszámítottam, amely a kontrollszámításokkal hbahatáron belül egybeesk 62

68 4 Összefoglalás, záró gondolatok a vzsgált stabltás ndexek jelentős egyszerűsítéseket alkalmaznak a hálózat változások egyszerű kezelése érdekében a stabltás ndexek eredet célja a számítás dők lecsökkentése az dőbel szmulácó futás dejéhez képest a ma számítókapactás mellett jelentőségét vesztette, azonban a stabltás ndexek számításának ma elsősorban az átteknthető kmenet és hálózat stabltás állapotának gyors áttekntése ad létjogosultságot az általam kszámított RTSI ndex megbízhatóbb, és jobb eredményeket szolgáltatott ugyan arra a hálózatra, és szmulácós esetekre az RTSI ndex meghatározása egyszerűbb és gyorsabb az általam eddg megsmert tranzens stabltás ndexeknél A módszer összefoglalva: 1.: Első lépésként tetszőleges rendszerállapot mellett szmuláljunk 3 fázsú zárlatot az -edk gép kapcsan. Ennek hatására a rendszer forgó gépenek szöggyorsulása változn fog. 2.: Meghatározható egy átlagos rendszer-gyorsulás érték ( ) az első lépésben kszámított szöggyorsulás (ε) értékekből. 3.: A kszámított maxmáls szöggyorsulások és a rendszer átlagos szöggyorsulásának különbsége adja a Δ értéket. 4.: A stabltás karaktersztka a Δ és a Δt között összefüggés alapján adódk. (1-42) 1. tézs Megállapítható, hogy a forgógépes hálózatok dnamkus stabltás állapotának közvetlen módszerrel történő meghatározására az általam kfejlesztett RTSI módszer gyorsabb és pontosabb az smert eljárásoknál. A kutatások másodk szakaszában a modellhálózatot teljesítmény- és frekvencaszabályozás szempontból elemeztem. A ma rendelkezésre álló szabályozás módszereket mplementáltam a modellbe, és a szmulácós környezet segítségével teszteln tudtam különböző beállításokkal, különböző üzemállapotokban a grdet. A kutatás egyk fontos vzsgálat szempontja az újra-sznkronozás volt. Ennek a vzsgálat szakasznak több állapotát vzsgáltam attól függően, hogy mennyre drasztkus változások mentek végbe a szgetüzemben. Az újra-sznkronozás két legfontosabb paraméterét (frekvenca különbség és feszültség szög különbség) változtatva mértem fel a grd tulajdonságat, lehetőséget. Egy másk fontos szabályozás lehetőség a frekvencafüggő terheléskorlátozás. Mvel a szakrodalomban nem találtam lyen méretű hálózatokra nformácót az FTK alkalmazásáról, fontosnak tartottam ezt s megvzsgáln. Az összefoglaló táblázatok és a dagramok jól mutatják, hogy az újra-sznkronozáskor fellépő 63

69 FTK [%] Vokony István 4 Összefoglalás, záró gondolatok teljesítményugrást hogyan befolyásolja, mennyvel csökkent az FTK alkalmazása. Jelentős, a grd összteljesítményének közel 40%-os kesése esetén s meg tudta tartan a hálózat a frekvenca névlegeshez közel értékét, ezáltal lehetővé téve az újra-sznkronozást. Következtetésként azt lehet megállapítan, hogy az FTK fokozatok alkalmazása hatékonyan segít a grd stabl állapotban tartását. Ezért azonban nagy árat kell fzetn: a fogyasztók terheléskorlátozása csak különleges esetekben lehet ndokolt. Ilyen különleges eset lehet, ha a grdnek szgetként kell üzemeln, majd a szgetüzem működés során kesések lépnek fel. Egyrészt az a kérdés, mlyen körülmények között képes a szget megtartan az 50 Hz-hez közel sznkron üzemet, valamnt képes-e a nagyhálózathoz való vsszakapcsolódásra, újra-sznkronozásra. Ebből a szempontból az FTK alkalmazása rendkívül hatékonyan segít ezt elő. Látható, hogy a teljes fogyasztás 35%-ának kesése esetén s stabl sznkronban tudja tartan a grdet az FTK, valamnt a bztonságos vsszakapcsolódás s megvalósítható ennek az ntézkedésnek köszönhetően. A fogyasztók a korlátozás után a kooperácós üzemben vsszakapcsolhatók. A vzsgálatsorozat eredményet felhasználva egy javaslatot lehet tenn a megújuló energaforrást alkalmazó erőművek ezek túlnyomó többsége teljesítményelektronkán keresztül csatlakozk a hálózathoz nverterenek a beállítására. Az ntegrálás dőállandók változtatásából arra lehet következtetn, hogy nem feltétlenül a leggyorsabban reagáló erőmű a leghatékonyabb szabályozás szempontból (4-1. ábra). Ha túlzottan gyors reagálásúvá tesszük az erőművet, a szabályozásba bevonandó fogyasztók aránya megnő (az első fokozat esetén ez az érték akár 11% s lehet) Az FTK fokozatokba bevonandó szumma fogyasztók aránya T szab [s] 4-1. ábra: Az FTK-ba bevonandó összes fogyasztók arányának alakulása az ntegrálás dőállandó függvényében 64

70 4 Összefoglalás, záró gondolatok Fontos khangsúlyozn, hogy az FTK alkalmazása hagyományos értelemben a rendszerrányító hatáskörébe tartozk. A vzsgálatsorozatokban azonban azt elemeztem, hogy mlyen előnyökkel járna ez a típusú szabályozás mcro grdek esetén szgetüzem körülmények között. A fejlett teljesítményelektronka lehetőséget megvzsgálva javaslatot tettem a hálózat oldal hatásos teljesítményt szabályozó nverter külső P-f karaktersztkájának beállítására. 2. tézs A megújuló erőművek hálózat oldal nverterenek külső karaktersztkáját úgy kell beállítan, hogy egy sznkron generátor turbna egység prmer és szekunder szabályozását kövesse. A turbnaszabályozó ntegrálás dőállandójának csökkentésével nő a lekapcsolandó fogyasztók aránya. Valamnt a 2. tézs témaköréhez kapcsolódóan két altézst s megfogalmaztam: A. Az optmáls 36-40%-os FTK arányt (ENTSO-E OH P5) a turbnaszabályozó ntegrálás dőállandójának 2-4 sec. között megválasztásával lehet elérn. Ez egyben az nverter P-f karaktersztkájának javasolt beállítás értéke. B. Az FTK alkalmazása mcro grdek esetében hatékonyan segít a grd stabl állapotban tartását szgetüzemben és elősegít az újrasznkronozást. Eddg vzsgálatam során több szempontból elemeztem a mcro/smart grdeket. Hogyan, mlyen körülmények között tudnak stablan üzemeln, mlyen beavatkozások tudják a rendszer vagy a szgetüzem stabltását növeln. A megfelelő működéshez azonban elengedhetetlen a mnőség mutatók fgyelembe vétele, a feszültségszntek névlegeshez közel értéken tartása; ez a kutatásam harmadk nagy területe. Megállapítható, hogy mnd a meddőkompenzátor, mnd a gázturbna meddőteljesítmény-szabályozásba való bevonása a szget feszültség értéket a névlegeshez közelít. A legnagyobb ngadozást, és a 10%-os küszöbön való túllépést az MSZ20 sín kénytelen elszenvedn. Azonban a beavatkozásoknak köszönhetően az ngadozás mértéke s lecsökken, valamnt a határértékeken belül tartás s sznte tökéletesen megvalósul. Érdemes az üzemvtelt úgy kalakítan, hogy a ks tartományban jelentkező meddőteljesítmény völgy kalakulását, ezáltal a feszültség növekedést elkerüljük. A terheléseket olyan módon kell átrendezn, csoportosítan, hogy a keresztáramlásokat, azaz a hatásos- és meddőteljesítmények ellentétes rányú áramlását elkerüljük. Általános következtetések: 65

71 P veszt [%] Vokony István 4 Összefoglalás, záró gondolatok a feszültség szabályozás kérdéset, a meddőkompenzátorok elhelyezését alapvetően a topológa és a kalakuló teljesítmény-áramlások, esetenként a hatásos- és meddőteljesítmény keresztáramlások befolyásolják a transzformátorok drop választása döntő fontosságú lehet: a nagy teljesítményű, kterhelt transzformátorok soros meddő génye határozhatja meg a feszültségvszonyokat a fogyasztók meddőteljesítmény gényét mcro grd méretű hálózatok esetén szerencsésebb nem szállítan, hanem a lehetőségekhez képest helyben előállítan, szolgáltatn mcro grdek esetén a feszültség- meddőteljesítmény szabályozást több, egymáshoz rendelt fokozatban kell megvalósítan, azért, hogy a hálózat veszteségeket növelő felesleges meddőteljesítmény áramlások mnmálsra csökkenjenek; a szabályozás első lépcsője a lokáls meddőteljesítmény szabályozás megvalósítása; a szélerőművek nvertere segítségével a teljesítménytényező cos(φ)=0,95-ös lehetőség bztosításával a fellépő meddőteljesítmény szabályozás gények mnd nagy- mnd középfeszültségű hálózaton bztonsággal kelégíthetők a másodk eszköz a rendszerben lévő forgógépek meddőteljesítmény szabályozásba való bevonása abban az esetben, ha vllamos szempontból kellő közelségben merül fel az gény a harmadk egyben rendkívül effektív beavatkozás eszköz az SVS telepítése, amennyben nncs mód az első két módszer alkalmazására A három meddőteljesítmény szabályozás eljárást együttesen használva hatékonyan lehet a hálózat feszültségét a kívánt határértékek között tartan, mközben a hálózat veszteségeket s lehet mnmalzáln, ahogy azt a 4-2. ábra3-14. ábra mutatja. 20% A szabályozás stratéga hatására bekövetkező veszteségcsökkenés 18% 16% 14% 12% 10% 8% 1/4 terhelés 1/2 terhelés 3/4 terhelés 1/1 terhelés 6% 4% 2% 0% szélsebesség [m/s] 4-2. ábra: Az elérhető veszteségcsökkenések %-os értéke különböző terhelés állapotok mellett a szélsebesség függvényében 66

72 4 Összefoglalás, záró gondolatok 3. tézs: Megfogalmaztam egy terhelésfüggő, vegyes többlépcsős meddőteljesítmény-szabályozás stratégát. A szabályozható eszközök térben elszórtan helyezkednek el, és dőben egymástól függetlenül működnek. A szabályozás célja a hálózat veszteségek mnmalzálása és a feszültségértékek kívánt határok között tartása. A kutatómunka, amelyet elvégeztem egy hánypótlás, a kérdéseket az aktuáls kutatás trendek, a mndennap problémák vetették fel. Remélhetőleg az elért eredmények nagyban elősegítk a kalakuló mcro/smart hálózatok ntegrácóját, és az eddg alkalmazásokon túl a későbbekben s hasznos segédanyag lehet a problémák megoldásában. 67

73 5 A tézsek gyakorlat alkalmazhatósága A mcro grdek / smart grdek tárgyköre rendkívül népszerű téma, azonban kforratlan, új terület. Ebből s következk, hogy gyakorlat alkalmazhatóságról hagyományos értelemben nem lehet beszéln, hszen lyen hálózatok még nem léteznek. Hasonló plot rendszerek tesztelése és képítése a valóságban hatalmas költségvonzatokkal járna, ezért egy lehetséges megoldás a számítógépes modell létrehozása. Megfelelően valdált leképezés esetén a számítógépes modell működése érdem eltérés nélkül, gyakorlatlag sznte valósághűen közelíthet a valós hálózatokét. Azontúl, hogy ez a megoldás a költséghatékonyságra s törekszk, legalább olyan hasznos lehet, mnt egy valós, képített smart rendszer. Az így megszerzett tapasztalatok a későbbekben a valóságba átültethetőek lesznek. Hogy az lyen jellegű kutatásokra szükség van ezáltal a kutatás gyakorlat alkalmazhatósága s megvalósul m sem mutatja jobban, mnt a Budapest Műszak és Gazdaságtudomány Egyetemen működő Integrált Energetka Tudásközpont által vezetett vzsgálat, melynek én s részese lehetek. Az ELMŰ Nyrt. megbízásából végzünk kutatásokat a smart hálózatok jövőbel alkalmazhatóságára vonatkozólag. A munka alapvetően az ntellgens hálózatok kérdésevel foglalkozk. Alkalmasan megválasztott szoftverkörnyezetben vzsgáljuk a megváltozott feszültség vszonyokat, a hálózat veszteségek alakulását, fgyelembe véve a termelés és a fogyasztás jellegzetességet. Tesszük mndezt egy olyan hálózatmodell alkalmazásával, mely esetében jelen vannak az elosztott energatermelés megújuló energaforrásokat hasznosító berendezése. Megvzsgáljuk az energatárolás kalakításának lehetőséget és hatásat az említett jellemzőkre, továbbá javaslatokat fogalmazunk meg a továbblépést lletően. Látható, hogy a kutatásam lleszkednek az par megbízók gényehez, bár egyelőre a jövőbe mutatnak. A kutatás eredmények, tapasztalatok a gyakorlat alkalmazásokban később, a mcro grdek képülésével egydejűleg kerülnek alkalmazásra. 68

74 6 Köszönetnylvánítás Ezúton szeretném köszönetemet kfejezn témavezetőmnek, Dr. Dán András Professzor Úrnak a munka során nyújtott segítségéért és krtka észrevételeért, továbbá Falud Andor Úrnak a vzsgálatokban, szmulácókban nyújtott segítségéért, tanácsaért, valamnt Hartmann Bálnt Kolléga Úrnak a modellalkotásban való támogatásáért, a közös munkáért. Ezen túlmenően köszönettel tartozom mndazon kollégáknak, akk hasznos tanácsakkal segítették a kutatómunka eredményenek elérését. Sokat köszönhetek az Energetkus Képzést Támogató Alapítványnak, mely támogatta kutatásamat, ösztönzött a munka folytatására. Végül, de nem utolsósorban szeretném megköszönn családomnak és barátamnak a támogatást, az ösztönzést, mellyel elősegítették a dolgozat létrejöttét. 69

75 7 Rövdítések és jelölések 1 RTSI Módosított tranzens stabltás ndex (Revsed Transent Stablty Index) 2 CCT Krtkus zárlat-fennmaradás dő (Crtcal Clearng Tme) 3 TSI Tranzens stabltás ndex (Transent Stablty Index) 4 TEM Tranzens energa tartalék (Transent Energy Margn) 5 VER vllamosenerga-rendszer 6 DSA Dnamkus stabltás becslés (Dynamc Stablty Assessement) 7 PSS Lengéscsllapító (Power System Stablzer) 8 COI Inercaközéppont (Center of Inerta) 9 HTSW tanszék fejlesztésű dnamkus szmulácós szoftver 10 FTK Frekvencafüggő fogyasztó Terhelés Korlátozás 11 EU Európa Únó 12 UFLS Frekvencafüggő fogyasztó Terhelés Korlátozás (Under Frequency Load Sheddng) 13 ASZK Automatkus Sznkron Kapcsoló 14 MSZEN50160 Magyar Szabvány: A közcélú elosztóhálózatokon szolgáltatott vllamos energa feszültségjellemző 15 SVS Statkus meddőteljesítmény kompenzátor (Statc Var System) 16 TSC Trsztorral kapcsolt kondenzátor (Thyrstor Swtched Capactor) 17 MSC Megszakítóval kapcsolt kondenzátor (Mechancal Swtched Capactor) 18 TCR Trsztorral szabályozott fojtótekercs (Thyrstor Controlled Rectfer) 19 KÁT Kötelező Átvétel Támogatás 20 SL Teljesítmény hány /többlet kegyenlító gépegység hálózatszámításnál (Slack) 21 KF ks feszültség 22 KöF közép feszültség 23 NF nagy feszültség 24 PQ állandó hatásos- és meddőteljesítményű fogyasztó modell típusú 25 ENTSO-E Európa Vllamos Átvtel Rendszerrányítók Szervezete (European Network of Transmsson System Operators for Electrcty) P G P F P V P g P f P vk ω 0 P m generátorkapcsokon kadott összes vllamos teljesítmény fogyasztott teljesítmények összege hálózat elemeken fellépő wattos teljesítményveszteségek összege az -edk generátor hatásos teljesítménye az -edk fogyasztó hatásos teljesítménye a k szakaszon mérhető wattos teljesítményveszteség sznkron körfrekvenca az -edk generátor tengelyének mechanka teljesítménye 1

76 7 Rövdítések és jelölések D Δω W KE ϴ ω GD 2 H S n M ω f n P a ε P ar M R ε R ω R f R Δ a U H δ δ R V V PE V KE ε k Δ Δ Δt 3Fg Z g Z t az -edk generátor modell csllapítás tényezője az -edk generátor sznkron körfrekvencától vett eltérése az -edk gépegység forgó tömegében tárolt knetkus energa az -edk gépegység forgó tömegének tehetetlenség nyomatéka az -edk gépegység sznkron körfrekvencája lendítő nyomaték az -edk gépegység nerca állandója az -edk generátor névleges látszólagos teljesítménye az -edk gépegység perdülete az -edk gépegység névleges körfrekvencája az -edk gépegység névleges frekvencája az -edk gépegység forgó tömegére ható gyorsító teljesítmény az -edk gépegység szöggyorsulása rendszerre összegzett gyorsító teljesítmény rendszerre összegzett perdület rendszerre összegzett szöggyorsulás rendszer-körfrekvenca, a követő koordnátarendszer szögsebessége átlagos rendszerfrekvenca az -edk gép szögsebességeltérése R-hez képest az -edk gép gyorsító teljesítménye a követő koordnátarendszerben az -edk hálózat csatlakozás pont feszültsége az -edk gép szögpozícója az o szögsebeséggel forgó koordnátarendszerben az nerca középpont (COI) szögpozícója az -edk gép szögpozícója a követő koordnátarendszerben (a COI szögpozícójához képest szög) az -edk gépegység tranzens energája az -edk gépegység potencáls energája az -edk gépegység mozgás energája a maxmáls relatív szöggyorsulás abszolút értéke a legnagyobb tömegű gépre vonatkoztatva a k-adk gépegység szöggyorsulása t 0+-ban az -edk gép kapcsan feltételezett hba esetén az átlagos rendszer-gyorsulás abszolút értéke a maxmáls relatív szöggyorsulásnak az átlagos rendszer-gyorsulástól való eltérése a maxmáls relatív szöggyorsulásnak az átlagos rendszer-gyorsulástól való eltérése az RTSI módszer alapján maxmáls zárlatfennmaradás dő az RTSI módszer alapján a gépegység 3-fázsú zárlat árama tranzens reaktanca mögött feszültség a generátor mpedancája a generátor blokktranszformátorának mpedancája 2

77 7 Rövdítések és jelölések S Z U S U n Z H P max A fék A gy X átv Δδ max y F y c z c p Ω β j Q E Q I Q A Q H 3 fázsú zárlat teljesítmény a gyűjtősín feszültsége, amelyre a vzsgált gépegység csatlakozk a mögöttes hálózat által a 3 fázsú zárlatra táplált áram a mögöttes hálózat egyszerűsített modellben szereplő névleges feszültsége a mögöttes hálózat egyszerűsített modellben szereplő mpedancája átvhető maxmáls hatásos teljesítmény fékező teljesítmény gyorsító teljesítmény átvtel reaktanca az a krtkus szögváltozás, amely esetén a rendszer még képes a stabltás megtartására az -edk fogyasztó admttancája csomópont admttancák (az Yc admttanca mátrx eleme) csomópont mpedancák (a Zc mpedanca mátrx eleme) az -edk generátor póluspár száma az -edk gépegység pllanatny mechanka körfrekvencája a j-edk csomópont alapharmonkus poztív sorrendű feszültségének szöghelyzete az o szögsebességű koordnátarendszerben betáplált erőműv szumma meddőteljesítmény mport meddőteljesítmény-áramlások szaldója alállomások meddőfelvétele a nagyobb feszültségű oldalon a hálózat elemenek eredő meddőteljesítménye (a meddőteljesítmény fogyasztás előjele poztív) 3

78 8 Publkácós lsta [S1] I. Vokony, A. Dan: Reactve Power- and Voltage Regulaton n Mcro Grds, Internatonal Conference on Renewable Energy and Power Qualty, Santago de Compostela, Span, 28th 30th March, 2012 [S2] B. Hartmann, I. Vokony, A. Dan: Developng a Dynamc Smart Grd Model, Electrcal Engneerng, Electroncs, Automatcs, ssue 59, no.4, 2011 [S3] I. Vokony, A. Falud, A. Dan: Examnaton of Under Frequency Load Sheddng n Smart Grds, Internatonal Youth Conference on Energetcs, Lera, Portugal, 07th July 09th July, 2011 [S4] I. Vokony, A. Dán: Leválasztható körzetek szgetüzem vzsgálata III., Elektrotechnka 2011/09 (évfolyam: 104.) 2011 [S5] I. Vokony, A. Dán: Leválasztható körzetek szgetüzem vzsgálata II., Elektrotechnka 2011/05 (évfolyam: 104.) 2011 [S6] A. Dan, D. Dveny, B. Hartmann, P. Kss, D. Rasz, I. Vokony: Perspectves of Demand-Sde Management n a Smart Metered Envronment, Internatonal Conference on Renewable Energy and Power Qualty, Las Palmas, Span, 13th 15th March, 2011 [S7] A. Dán, D. Rasz, P. Kss, I. Vokony, D. Dvény, B. Hartmann: HKV-RKV és az ntellgens fogyasztásmérés, Elektrotechnka 2011/01 (évfolyam 104.) [S8] I. Vokony, A. Dán: Leválasztható körzetek szgetüzem vzsgálata, Elektrotechnka 2010/07-08 (évfolyam: 103.) 2010 [S9] I. Vokony, A. Dán: Revsed Transent Stablty Index For Smart Grds, Perodca Polytechnca 2011 [S10] I. Vokony, A. Dán: Examnaton Of Mcro Grd Operaton In Island Condton, Focusng On Voltage Control, Electrcal Engneerng, Electroncs, Automatcs, ssue 58, no.2, 2010, pages [S11] I. Vokony, A. Dán: Creaton of Stablty Index for Mcro Grds, Internatonal Conference on Renewable Energy and Power Qualty, Granada, Span, 24th 26th March, 2010 [S12] I. Vokony, A. Dán.: Examnaton of Smart Grds n Island Operaton, Powertech 2009, Bucharest, Romana, 28th Jun 02nd July, 2009 [S13] I. Vokony, B. Hartmann, T. Decs, A. Dan: Comparng energetc smulators va a Smart Grd model, Internatonal Youth Conference on Energetcs, Budapest, Hungary, 04th Jun 06th Jun, 2009 [S14] I. Vokony, A. Falud, A. Dán: Development of mcro grd model for stablty assessment, Internatonal Conference on Renewable Energy and Power Qualty, Santander, Span, 12th March 14th March, 2008 [S15] I. Vokony, Á. Székely, T. Barbarcs dr: Drect methods for power system transent stablty assessment, Internatonal Youth Conference on Energetcs, Budapest, Hungary, 31st May 2nd Jun, 2007 [S16] I. Vokony, Á. Székely, A. Falud, T. Barbarcs dr: Evaluaton of drect methods for power system stablty analyss, Internatonal Conference on Renewable Energy and Power Qualty, Sevlle, Span, 27th March 30th March, 2007 [S17] I. Vokony, Á. Székely, A. Falud, T. Barbarcs dr: Vllamosenerga-rendszer stabltásvzsgálata közvetlen módszerekkel, Fatal Műszakak Tudományos Ülésszaka, Kolozsvár, Romána, 16th Márcus 17th Márcus, 2007 [S18] I. Vokony, Á. Székely: Vllamosenerga-rendszer stabltásvzsgálata közvetlen módszerekkel, Tudományos Dákkör Konferenca, BME, Budapest, 17th November,

79 Irodalomjegyzék [1] Jacques L. Wllems: Drect Methods for Transent Stablty Studes n Power System Analyss, IEEE Transacton on Automatc Control, vol. AC-16, no. 4, August 1971 [2] T. Athay, R. Podmore, S. Vrman: A Practcal Method For The Drect Analyss Of Transent Stablty, IEEE Transacton on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-98, no. 2, March-Aprl 1979 [3] Y. Xue, Th. Van Cutsem, M. Rbbens-Pavella: A Smple Drect Method For Fast Transent Stablty Assessment Of Large Power Systems, IEEE Transacton on Power Systems, vol. 3, no. 2, May 1988 [4] G.A. Mara, C. Tang, J. Km: Hybrd Transent Stablty Analyss, IEEE Transacton on Power Systems, vol. 5, no. 2, May 1990 [5] C.K. Tang, C.E. Graham, M. El-Kady, R.T.H. Alden: Transent Stablty Index from Conventonal Tme Doman Smulaton, IEEE Transactons on Power Systems, vol. 9, no. 3, August 1994 [6] Ancheng Xue, Chen Shen, Shengwe Me, Yxn N, Felx F. Wu, Qang Lu: A New Transent Stablty Index of Power Systems Based on Theory of Stablty Regon and Its Applcatons, Power Engneerng Socety General Meetng IEEE, 2006 [7] Falud Andor Szabó László: Vllamosenerga-rendszer üzeme és rányítása, Egyetem jegyzet, vet.bme.hu/okt/foszak/ver/ver/ndex.htm, Budapest 2002 [8] A.A. Fouad, K.C. Kruempel, V. Vttal, A. Ghafuran, K. Nodeh, J. V. Mtsche: Transent Stablty Program Output Analyss. IEEE Trans. on Power Systems, Vol. PWRS-1, No.1, 1986 [9] M. Rbbens-Pavella, P. G. Murthy, J. L. Horward, J. L. Carpenter: Transent Stablty Index for on-lne stablty assessment and contngency evaluaton. Intl. Journal of Power and Energy Systems, Vol. 4. 2, Apr [10] Szabó László - Vllamos hálózatok Példatár. Kézrat. Budapest, 1982 [11] Gllan Lalor, Alan Mullane, Mark O Malley: Frequency Control and Wnd Turbne Technologes, IEEE Transactons on Power Systems, vol. 20, no. 4, November 2005 [12] Yazhou Le, Alan Mullane, Gordon Lghtbody, Robert Yacamn: Modelng of the Wnd Turbne Wth a Doubly Fed Inducton Generator for Grd Integraton Studes, IEEE Transactons on Energy Converson, vol. 21, no. 1, March 2006 [13] European SmartGrds Technology Platform: Vson and Strategy for Europe s Electrcty Networks of the Future, European Comsson, 2006 [14] S.P. Chowdhury, S. Chowdhury, C.F. Ten, P.A. Crossley: Operaton and Control of DG Based Power Island n Smart Grd Envronment, CIRED Semnar 2008: SmartGrds for Dstrbuton, Frankfurt, June 2008 [15] Urban Rudez, Rafael Mhalc: Montorng the Frst Frequency Dervatve to Improve Adaptve Underfrequency Load-Sheddng Schemes, IEEE Transactons on Power Systems, vol. 26, no. 2, May 2011 [16] Robert H. Lasseter, Paolo Pag: Mcrogrd: A Conceptual Soluton, PESC 04 Aachen, Germany June 2004 [17] F. Katrae, M.R. Iravan, P.W. Lehn: Mcro-Grd Autonomous Operaton Durng and Subsequent to Islandng Process, IEEE Transactons on Power Delvery, vol. 20, no. 1, January

80 Irodalomjegyzék [18] F. Katrae, M. R. Iravan: Power Management Strateges for a Mcrogrd Wth Multple Dstrbuted Generaton Unts, IEEE Transactons on Power Systems, vol. 21, no. 4, November 2006 [19] A.G. Madurera, J.A. Peςas Lopes: Voltage and Reactve Power Control n MV Networks ntegratng McroGrds, ICREPQ 07, Sevlle 2007 [20] M. Braun: Reactve Power Suppled by Wnd Energy Converters Cost-Beneft-Analyss, EWEC, Brussels 2008 [21] Ernst Camm, Charles Edwards, Ken Mattern, Stephen Wllams: Dynamc Reactve Power Control for Wnd Power Plants, TECHWINDGRID [22] Bernhard Wlle-Haussmann, Jochen Lnk, Chrstof Wttwer: Smulaton study of a Smart Grd approach: model reducton, reactve power control, Innovatve Smart Grd Technologes Conference Europe (ISGT Europe) IEEE PES 2010 [23] Katherne M. Rogers, Ray Klump, Hmanshu Khurana, Thomas J. Overbye: Smart-Grd Enabled Load and Dstrbuted Generaton as a Reactve Resource, Innovatve Smart Grd Technologes (ISGT), 2010 [24] Savero Bolognan, Sandro Zamper: Dstrbuted control for optmal reactve power compensaton n smart mcrogrds, CDC 2011 [25] Stephan Engelhardt, Istvan Erlch, Chrstan Feltes, Jörg Kretschmann, Fekadu Shewarega: Reactve Power Capablty of Wnd Turbnes Based on Doubly Fed Inducton Generators, IEEE Transactons on Energy Converson, vol. 26, no. 1, March 2011 [26] PSS/E Verson 31, Brochure, 2009 [27] Falud Andor, Teljesítményáramlás vzsgálata számítógépen, Egyetem jegyzet, 2003 [28] DIgSILENT PowerFactory Verson 14.0 Manual, 2010 [29] We Xwen, Qu Xaoyan, Xu Jan, L Xngyuan: Reactve Power Optmzaton n Smart Grd Wth Wnd Power Generator, Power and Energy Engneerng Conference (APPEEC) Asa-Pacfc 2010 [30] Anca D. Hansen Clements Jauch Poul Sorensen Florn Iov Frede Blaabjerg: Dynamc wnd turbne models n power system smulaton tool DIgSILENT, Rosklde, Denmark, 2003 [31] DIgSILENT PowerFactory Verson 14.0 Manual, 2008 [32] Dr. Hunyár Mátyás, Dr. Veszprém Károly: Támogatandó-e a szélenerga hasznosítása Magyarországon? 2.rész, Elektrotechnka 2010/05, Budapest, 2010 [33] Falud Andor Szabó László: Asznkron járó vllamosenerga-rendszerek összekapcsolását kísérő folyamatok elemzése és vzsgálata, Budapest, 2007 [34] Falud Andor Szabó László: Vllamosenerga-átvtel. Egyetem jegyzet. BME, Budapest, 2002 [35] Fredl, W. Fckert, L. Schmautzer, E. Obkrcher, C.: Safety and relablty for Smart-, Mcro- and slanded grds, SmartGrds for Dstrbuton, IET-CIRED. CIRED Semnar [36] Hammons, T.J.: Integratng Renewable Energy Sources nto European Grds, Unverstes Power Engneerng Conference, UPEC '06. Proceedngs of the 41st Internatonal, 2006 [37] Kara Clark Ncholas W. Mller Juan J. Sanchez-Gasca: Modelng of GE Wnd Turbne-Generators for Grd Studes, Schenectady, USA, 2009 [38] Khaled A. Ngm, We-Jen Lee: Mcro Grd Integraton Opportuntes and Challenges. IEEE 2007 General Meetng, Tampa, USA, June 2007 [39] Power World Smulator verson 13 Manual,

81 Irodalomjegyzék [40] Morrs Brenna, Ettore De Berardns, Federca Foadell, Ganluca Sapenza, Daro Zannell: Voltage Control n Smart Grds: An Approach Based on Senstvty Theory, J. Electromagnetc Analyss & Applcatons, 2010, 2, [41] O.P. Geszt I. Benkó Z. Reguly: Electrc Network Theory I. Unversty textbook, Budapest, 1984 [42] Phl Barker, Doug Herman: Techncal and Economc Feasblty of Mcro grd-based Power Systems Seventh EPRI Dstrbuted Resources Conference and Exhbton Dallas, TX March 20-22, 2002 [43] Semens Energy Inc.: PSS/E Wnd Model Lbrary, Schenectady, USA, 2009 [44] R. Bllnton, P.R.S. Kuruganty: A Probabolstc Index For Transent Stablty, IEEE Transactons on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-99, no. 1, Jan/Feb 1980 [45] Dr Tersztyánszky Tbor: A frekvencacsökkenés sebessége a vllamosenerga-rendszerben, Elektrotechnka 81.évf., 6.sz, Budapest, 1988 [46] Xueguang Wu, Ybn Zhang, Atputharajah Arulampalam, Nck Jenkns: Electrcal Stablty of Large Scale Integraton of Mcro Generaton Into Low Voltage Grds, Internatonal Journal of Dstrbuted Energy Resources Volume 1 Number 4 (2005) Pages

82 Függelék I. A következőkben smertetn fogom a program felépítését, működését sorról-sorra. Több külső fájl hordozza a hálózat paraméteret, ezek beolvasásával ndul az algortmus. A PowerWorld MatLab formátumba k tudja menten a hálózat admttanca mátrxát. Ezt a program beolvassa. YBus A paraméterek mnd v.e.-ben kezelendők a többféle feszültségsznt matt zavarok elkerülésére. Ez az admttanca mátrx még nem tartalmazza a fogyasztásokat, ll. a transzformátor-generátor egységek mpedancát. Ez a következő lépés: egy külön fájlban van tárolva a fogyasztók teljesítménye. Ezeket a fájlokat csak akkor kell megváltoztatn, ha értelemszerűen a fogyasztás adatok és/vagy a transzformátorgenerátor mpedancák változnak. compls Ezek komplex értékek, de a komplex számok kezelése nem jelent problémát a MatLabnak. A fent smertetett algortmus alapján a teljesítmények konjugáltját veszem. Sc=conj(S) A feszültségértékeket abszolútérték-szög alakban az YBus admttanca mátrx kmenő adat kegészítő adataként meg lehet adn, ha gényeljük, ez egy új opcó a Power Worldben a korább verzókhoz képest. Ezek s komplex értékek és v.e.-ben értendők. Uc = V.'; Uabs = abs(uc) Kszámítja a fogyasztók admttancát, Yfogy=S./(Uabs.^2) Majd ezeket az értékeket hozzáadja az admttanca mátrx főátlójához. Ezt úgy valósítja meg, hogy a fogyasztók admttancá egy oszlopvektort alkotnak, ebből képez egy dagonál mátrxot és hozzáadja a knduló admttanca mátrxhoz. Ybus_1=Ybus+dag(Yfogy) Beolvasásra kerülnek a transzformátor-generátor egységek paramétere s. Ezek már eleve admttancák. gentr Az előbb eljárás szernt kerülnek hozzáadásra a már egyszer kegészített admttanca mátrxhoz. 8

83 Függelék I. Ybus_2=Ybus_1+dag(gentr) Ezután létrehozza a már teljessé egészített admttanca mátrxból a nagyfeszültségű hálózatot leíró mpedanca mátrxot. Z=nv(Ybus_2) Ezután kszámítja a program a gyűjtősíneken fellépő 3 fázsú zárlat áramok nagyságát és szögét, am kontrollnak s jó, mert a Power World-ben s van zárlatszámító modul. (A két eljárás értéke megegyeznek.) Ihba=Uc./dag(Z) Kírásra kerül a zárlat áram abszolút értéke Ihbaabs=abs(Ihba) és szöge. Ihbaangle=angle(Ihba)*180/p Ezután a zárlat alatt sínfeszültségek kerülnek kszámításra a már smertetett algortmus alapján. Ennek során egy olyan n*n-es mátrx adódk eredményül, amelynek sor-oszlopszáma a gyűjtősnek számával egyezk meg. A főátlóelem mndg nulla. Ez megtévesztő lehet, de praktkus okokból esett erre a megoldásra a választás. Attól függően, hogy melyk sínre helyezem el a zárlatot, azt az oszlopot kell választan. Abban az oszlopban a kválasztott sín feszültsége nulla, és ahhoz az esethez tartozóan jönnek k a több sín feszültsége s. Uj=[]; for k=1:length(uc) add=uc-z(:,k)*ihba(k); Uj=[Uj add]; end Az ágáramok kszámításánál s egy n*n-es mátrxot kapok eredményül, tt vszont már n db n*n-es mátrx lesz. Attól függően, hogy melyk sínre teszem a hbát, kapok egy mátrxot, amelynek eleme az adott sorszámú sínből folyó áram értékét adja meg az adott sorszámú sín felé. melyk=nput('melyk csomópont zárlatára kíváncs? : '); for k=1:length(uc) for m=1:length(uc) 9

84 Függelék I. I(k,m)=(Uj(k,melyk)-Uj(m,melyk))*Ybus_2(k,m); end end Az ágáramok megvannak, azonban szükség van a kndulás állapotban lévő áramok értékere s. Ezt a fogyasztókkal kegészített hálózat admttanca mátrx a transzformátor-generátor egységek nélkül és a kndulás állapot feszültségéből határozható meg. I_kezd2=Ybus_1*Uc A kndulás állapot áramahoz hozzáadva a zárlat alatt áramló áramokat, egy kontrol-számítás végezhető el. A Krchhoff-törvénynek érvényesüln kell, azaz az áramok előjeles összege nulla kell, hogy legyen. for k=1:length(i_kezd2) 8-1. ábra: A MO1G gyűjtősín áramösszegzése I_kezdkeg(k)=I_kezd2(k)+sum(I(k,:)); end Az áram értékeket konjugáln kell, hogy teljesítményeket kaphassunk. I_kezd2c=conj(I_kezd2) A kndulás állapot teljesítmény értéke: P_reg=real(Uc.*I_kezd2) A megváltozott teljesítmény értékekhez szükség van a generátorok belső pontjának a feszültségére, am nem változk. Ehhez azonban szükséges a transzformátor-generátor egység mpedancája: xgentr A belső pont feszültsége a sín feszültségének és a kndulás áram hatására a transzformátor-generátor egységen eső feszültségnek az összege. E=Uc+xgentra.*I_kezd2 10

85 Függelék I. A generátor belső pontjának a feszültsége nem változk. A sín feszültsége smert a hba alatt, így kszámítható az az áram, amely a generátoron folyk a hba hatására. Iz=(E-Uj(:,melyk))./xgentra A teljesítmény kszámításához az áramot konjugáln kell. Izc=conj(Iz) Ebből pedg meghatározható a hba alatt teljesítmény, P_uj=real(Uj(:,melyk).*Iz) valamnt a hba hatására bekövetkező teljesítményváltozás. dp=p_uj-p_reg 11

86 Függelék II. A PowerFactory programcsomag három különböző dőtartománybel szmulácót különböztet meg, ezek a szmmetrkus RMS szmulácó (Balanced RMS Smulaton), az aszmmetrkus RMS szmulácó (Three-Phase RMS Smulaton) és az aszmmetrkus EMT szmulácó (Three-Phase EMT Smulaton). A korábban smertetett hálózat modell mnden szempontból szmmetrkusnak teknthető normál üzem körülmények között, többek között a fogyasztók s szmmetrkus, háromfázsú fogyasztókként kerültek leképezésre. Mvel a dnamkus vzsgálatok során többek között tranzens stabltást vzsgáltam, a három szmulácós eljárás közül az elsőt választottam. Az lyen vzsgálatok gazolhatják, hogy a hálózat képes-e feszültségének és frekvencájának fenntartására, szabályozására akár zárlatok, hálózat kesések, vagy szgetüzem esetén. [31] A kutatás során a fő hangsúlyt a termelőegységek vselkedésének vzsgálatára helyeztem, így ezekhez kellett megfelelő dnamkus modelleket kalakítan [30]. Ugyan a PowerFactory program számos beépített szabályozót ajánl (feszültségszabályozó, lengéscsllapító, prmer szabályozó, stb.), a jobb átláthatóság és kezelhetőség érdekében saját modell kalakítása mellett döntöttem [37]. Ennek a folyamatnak a lépése az alábbak szernt alakulnak. A program által Model/Block Defnton néven használt szabályzó típusokat mnden tranzens modellhez egyenként kell kalakítan. Ahhoz, hogy egy szabályzó típust egy konkrét (hálózatban lévő) generátorhoz llesszünk, meg kell határoznunk a megfelelő paramétereket, ezt a Common Model felhasználásával tehetjük meg; mnden szabályzó helyes működéséhez (legalább egy) Common Model defnálása szükséges. A dnamkus modell kalakítása szempontjából a legfontosabb a Composte Frame, mely a tulajdonképpen szabályozás keretet jelent a programban. Ennek segítségével tudjuk meghatározn a szabályzó modellben részt vevő elemek (például egy gerjesztésszabályzó és a generátor) egymáshoz való kapcsolatát, k- és bemenet jeleket, stb.. Amennyben ezeket a lépéseket végrehajtottuk, már csak a Composte Model kalakítása van hátra, mely összefoglalja az adott generátorhoz tartozó összes szabályozót. A PowerFactory által használt általános turbna-generátor szabályzó egység négy szabályzás blokkból épül fel. Ugyan kézenfekvő döntés lenne ennek a gyár modellnek a felhasználása, a kutatás folyamán ahogy azt korábban már említettem eltérő utat választottam. Egy könnyebben átteknthető, kevesebb jelet használó modell működése, valamnt a szmulácó eredménye könnyebben összehasonlíthatók a várható eredményekkel, mnt egy bonyolult szabályozás struktúra esetén. A termelőegységek a modellben két szabályzóval rendelkeznek, egy turbna-generátor szabályzóval a modell P-f függése érdekében, valamnt egy gerjesztés szabályzóval, a feszültségtartás lehetővé tétele érdekében. Ennek megfelelően a Composte Frame három blokkot tartalmaz, magát a generátort (mely jelen esetben sznkron gép), lletve az mént említett két szabályzót. A gerjesztés szabályzó a sznkron gép kapocsfeszültségét (termnal voltage, v.e.) használja bemenet jelként, és a gerjesztő feszültség (exctaton voltage, v.e.) révén csatol vssza a modellbe. A turbnaszabályzó a generátor sebességét (xspeed, v.e.) felhasználva ad jelet a turbna teljesítmény (turbne power, v.e.) meghatározásához. 12

87 Függelék II. Gerjesztés szabályzóként a PowerFactory egy beépített modelljét használtam (VCO type-16), ennek a blokkvázlata alább látható (8-2. ábra). A modell paraméteret részben a program által felkínált értékek felhasználásával, részben saját valamnt konzulensem tapasztalata alapján választottam meg (8-3. ábra) ábra: A gerjesztésszabályzó blokkvázlata 8-3. ábra: A gerjesztésszabályzó paraméter-bevtel ablaka 8-4. ábra: A turbna-generátor szabályzó felépítése A turbnaszabályzó felépítése úgy került meghatározásra, hogy az a lehető legnkább felhasználóbarát legyen, mnél kevesebb változtatható paramétert tartalmazzon. A Composte Model (8-4. ábra) két konstans értéket használ. Ezek közül az egyk a frekvenca alapjel, mely 50 (Hz) értékre van beállítva. Másk alapjelként a 13

88 Függelék II. teljesítmény alapjele (v.e.) található meg a modellben, ez fx 1 értéken van. A modell bemenetként a már említett sebességet kapja vszonylagos egységben. Ezt kell megszorozn egy konstans 50-szeres szorzóval, így alakítva át a dmenzót vszonylagos egységről Hz-re. Ennek a jelnek és az alapjelnek a különbségét képezve adódk a df frekvenca-eltérést. Ezt kell valamlyen formában teljesítménykülönbséggé alakítan, melyhez az alább egyenletek nyújtanak segítséget. [ ] (8-1) [ ] (8-2) (8-2) átrendezésével kapjuk: (8-3) Amennyben (8-1)-et és (8-2)-t behelyettesítjük (8-3)-ba: (8-4) (8-4) alapján a modellben két, egymással sorba kötött blokkot használtam. A frekvenca-eltérést a generátor R statzmusával (Hz/MW), és P max maxmáls teljesítményével osztom el. A következő elemek csoportja egy tetszőlegesen beállítható késleltető ágat képez le a modellben. A beállított dőállandó szernt egy elsőrendű késleltető tagon keresztül halad a teljesítmény-eltérés (v.e.) tetszőlegesen meghatározott része, ezzel a megoldással pedg a különböző turbna-technológákat lehet jól modellezn. A szabályozó másk ága az említett konstans 1 alapjelből a generátor maxmáls, valamnt kívánt teljesítmény értékének felhasználásával vszonylagos egység dmenzóban szolgáltatja a teljesítmény alapjelet. A két ág összegzéseként kapott új turbna teljesítmény érték keresztül halad egy korlátozó egységen s. Ez az egység alkalmas lehet például a generátor túlterhelésének korlátozására, de jól képez le azt s, amkor egyszerűen nem áll rendelkezésre több energa a turbna szabályozásakor (pl. hába lenne szükséges több teljesítmény leadásra, ha a szél nem fúj jobban, ez csak a frekvenca csökkenésével valósítható meg). A 8-5. ábra mutatja a turbnaszabályzó Common Model-jét, melyen keresztül az adott generátorhoz tartozó szabályzó paraméteret kell megadn ábra: A turbna-generátor szabályzó paraméter-bevtel ablaka 14