červenec 2005 Str. 1 -

Vstupní data pro dynamické výpočty

Rev. 01/červenec 2005

Str. 1 -

1. Úvod Technické výpočty, které provádí provozovatel přenosové soustavy (PS) můžeme rozdělit na výpočty statického a dynamického charakteru. Mezi výpočty statického charakteru patří výpočtu ustáleného stavu (chodu sítě) a výpočty zkratů (počátečních rázových hodnot zkratových proudů). Vstupní data pro tyto výpočty jsou popsány přímo v Kodexu PS části IV. Plánování rozvoje PS v kapitole Data předávaná ČEPS pro plánování rozvoje. Tento materiál se zabývá výhradně výpočty dynamického charakteru, kde nezávisle proměnnou tvoří čas. Jedná se o tedy o zjištění časových průběhů přechodných dějů. K výpočtům které mají charakter přechodného jevu patří: 1. 2. 3. 4. 5.

Výpočty elektromagnetických jevů Výpočty elektromechanických přechodných jevů Výpočty střednědobé dynamiky Výpočty dlouhodobé dynamiky Výpočty statické stability Jednotlivé typy výpočtů jsou blíže popsány v následující kapitole.

Hlavním motivem provádění výpočtů je zajištění bezpečnosti provozu, které je jedním ze základních cílů provozovatelů sítí. Jedním z aspektů, který ovlivňuje bezpečnost provozu je stabilita soustavy jako schopnost odolávat poruchám, ke kterým v síti dochází (např. výpadky zdrojů, náhlé změny zatížení, zkraty atd.). Stabilita soustavy se vyšetřuje nejčastěji pomocí počítačových modelů, tzv. síťových simulátorů. Schválená provozní příručka UCTE („Operation Handbook“) v části 3 o bezpečnosti provozu (viz https://www.entsoe.eu/fileadmin/user_upload/_library/publications/entsoe/Operation_Handbook/Policy_3_final.pdf), stanovuje doporučení („Guideline“) implementovat příslušné počítačové modely a udržovat databázi vstupních dat pro tyto výpočty. V kapitole D. o stabilitě je uveden požadavek na provádění výpočtů stability pro plánování rozvoje přenosové soustavy nebo před podstatnými změnami v ní. Účast v koordinovaných analýzách problémů se stabilitou je pro provozovatele přenosové soustavy standardem. V doporučeních se stanoví, že každý provozovatel přenosové soustavy musí implementovat počítačové modely pro výpočty stability. Tato příručka bude po podepsání vícestranné dohody právně závazná pro všechny provozovatele PS sdružené v UCTE. Pro provádění výpočtů jsou nutné nejen data o síti (vedení, transformátory, kompenzační zařízení), které má pochopitelně provozovatel sítě k dispozici, ale i údaje o zdrojích, které dynamiku soustavy ovlivňují především. Proto je nutné předávání vstupních data pro technické výpočty určitým způsobem kodifikovat, aby provozovatel přenosové soustavy měl dostatek podkladů a byly zajištěny předpoklady pro udržování bezpečného provozu i pro plnění mezinárodních závazků a doporučení vyplývajících s účasti v synchronním propojení UCTE. Účelem tohoto dokumentu je tedy určit, která data jsou potřebná pro určité typy výpočtů a poskytnout uživateli PS určité vodítko, jak lze tyto data předávat. Dokument obsahuje i odkazy na formuláře, které je možno použít pro vyplnění dat ve standardních formátu, který je v dokumentu popsán i ve formě příslušných blokových schémat. Pro přehlednost jsou formuláře rozděleny na tři samostatné části týkající se generátorů (synchronních i asynchronních), budících a pohonných systémů. Pro předání dat může uživatel PS použití i jiný způsob, např. modely vytvořené pracovními skupinami IEEE vhodné pro výpočty stability elektrizační soustavy ( v tomto dokumentu jsou uvedeny příslušné reference) nebo podklady výrobců zařízení (v tom případě musí být parametry doplněny blokovými schématy s jednoznačným popisem významu a vstupních a výstupních proměnných modelu). Data specifikovaná v následujícím textu plně pokrývají požadavky na výpočty, které PPS běžně provádí pro své potřeby. Nemusí však být dostačující pro podrobnějších výpočty méně obvyklých jevů, které budou řešeny individuální dohodou s konkrétním uživatelem.



Str. 2 -

2. Důvody provádění výpočtů přechodných jevů 2.1

Výpočty elektromagnetických jevů

Výpočty elektromagnetických přechodných jevů zahrnují celé spektrum analýz. Jako příklad lze uvést výpočty přepětí při spínání vedení naprázdno, při vypínání transformátorů a tlumivek, rezonanční přepětí atd. Elektromagnetické jevy představují speciální děje, které mají většinou lokální charakter (např. bezpečnost provozu elektráren v nezatíženém ostrovním režimu). Jestliže je nutné provést některý z těchto výpočtů, bude otázka předání potřebných dat řešena individuálně pomocí dohody mezi PPS a uživatelem. 2.2

Výpočty elektromechanických přechodných jevů

Výsledkem výpočtů elektromechanických přechodných jevů je stanovení mezí dynamické stability (používá se také termín „transient stability“) při přechodu z jednoho ustáleného stavu do druhého. Přechodný jev je vyvolán iniciační poruchou, nejčastěji různými druhy zkratů mezi fázovými vodiči a zemí. Vstupní podmínky výpočtu určuje ustálený stav soustavy před poruchou. Jako poruchy jsou obvykle modelovány zkraty v blízkosti zdrojů s následnými výpadky zařízení PS nebo elektrárenských bloků. Průběh poruch je dán činností ochran a automatik a zejména nastavením jejich časového působení. Výpočty elektromechanických přechodných jevů se nejčastěji provádí ve fázi plánování rozvoje PS a dále pro různé revizní stavy vznikající v běžném provozu. 2.3

Výpočty střednědobé dynamiky

Tyto výpočty slouží pro analýzu soustavy při a po činnosti primární regulace frekvence a regulace otáček. Výpočty jsou nezbytné i pro kontrolu ostrovních režimů vznikajících v důsledku poruch nebo v průběhu obnovy soustavy po jejím rozpadu. Cílem výpočtů je stanovení objemů frekvenčního odlehčování, kontrola zálohy a parametrů primární regulace, kontrola chování různých typů regulace bloku a jejího nastavení apod. Při výpočtu se kontroluje jestli odchylky frekvence od jmenovité hodnoty nepřesáhnou dovolené meze, při kterých dochází k vypínání generátorů. Výpočty tohoto typu se provádí např. před provedením rizikových zkoušek a testů. Jejich účelem je prověření jestli zařízení jsou schopné provozu v tomto nestandardním režimu a udržet stanovené provozní limity napětí a frekvence. 2.4

Výpočty dlouhodobé dynamiky

Tyto výpočty slouží pro kontrolu soustavy při a po činnosti sekundární regulace výkonu a frekvence. Jedná se o optimalizaci skladby regulačních bloků a nastavení parametrů sekundární regulace (výkonové číslo, parametry sekundárního regulátoru apod.). Cílem výpočtů je kontrola velikosti a dynamiky sekundární zálohy výkonu za podmínky vyregulování výpadků výkonů v ES podle principu neintervence. Výpočet může brát v úvahu i změny zatížení a aktivaci terciární regulace a kontrolovat pokrývání denního diagramu zatížení. Dále je kontrolována součinnost sekundární regulace U/Q spolu s bloky a dalšími prostředky do ni zapojenými - odolnost soustavy proti napěťovému kolapsu. 2.5

Výpočty statické stability

Cílem provádění těchto výpočtů je stanovení mezních hodnot veličin z hlediska fyzikální existence či přípustnosti provozního stavu. Jako příklad lze uvést modální analýzu soustavy, tj. analýzu šíření kmitů v ES a jejich tlumení. Výsledkem modální analýzy je určení schopnosti soustavy a jejich jednotlivých prvků tlumit vnucené kyvy. Dalším použitím je zjištění limitních tranzitů činného výkonu přes přenosové profily, určení mezí podbuzení generátorů a hlídačů mezí podbuzení a návrh nastavení hlídačů meze podbuzení na generátorech atd.



Str. 3 -

3. Údaje předávané pro výpočty přechodných jevů Dynamický model může obsahovat následující prvky: 1. 2. 3. 4.

synchronní nebo asynchronní generátor transformátor včetně přepínání odboček (HRT) budič a regulace buzení pohonný systém skladující se z turbíny, zdroje pohonného media a jejich regulace

Pro první čtyři jsou k dispozici prázdné formuláře, které si může uživatel stáhnout a po vyplnění předat provozovateli PS: Údaje uvedené v tomto dokumentu předávají provozovateli PS tito uživatelé:  

uživatelé provozující bloky vyvedené do PS o jednotkovém výkonu  30 MW, uživatelé PS s licencí na distribuci pro všechny zdroje o jednotkovém výkonu  30 MW připojené do jimi provozované rozvodné sítě.

Výklad bude společný pro oba dva druhy uživatelů, nebude–li uvedeno jinak. Všechny údaje se předávají jednou a vždy při jejich změně, a to s dostatečným předstihem. Data označená jako "speciální" jsou nutná pro některé velmi málo prováděné výpočty. Jejich předání bude domluveno speciálně mezi PPS a konkrétním uživatelem. Předávaná data pro výpočty přechodných jevů mají formu parametrů určitého modelu, který představuje matematický popis technologického celku. Model je definován nejčastěji pomocí blokového schématu. Schémata uvedená v tomto dokumentu jsou typová a odpovídají modelům implementovaným v SW používaným provozovatelem PS pro simulaci přechodných dějů (tzv. síťový simulátor). Pokud má uživatel k dispozici jiné náhradní nebo regulační schéma, může ho použít po dohodě s provozovatelem PS, které posoudí jeho vhodnost pro daný typ výpočtu. 3.1

Seznam veličin použitých v popisu modelů f fZ IB IG MT NR NS NT NZ PG pT PZ QG QS RB RK RT sG UB UE UG US Z

-

aktuální frekvence sítě zadaná frekvence budící proud proud generátoru průtok páry dodatečný výkon přepouštěný přes přepouštěcí ventily požadovaná hodnota výkonu turbíny (např. z centrálního regulátoru f a P) mechanický výkon turbíny zadaná hodnota výkonu turbíny činný výkon generátoru tlak admisní páry požadovaný admisní tlak páry jalový výkon generátoru jalový výkon požadovaný sekundární regulací výstup regulátoru buzení výstup regulátoru kotle výstup regulátoru turbíny skluz generátoru budící napětí napětí pomocného budiče napětí generátoru napětí zadané sekundárním regulátorem zadané otáčky



Str. 4 -

4. Popis modelů a jejich parametrů 4.1

Parametry synchronního stroje

Pro výpočty elektromechanických přechodných dějů se synchronní stroj (většinou generátor) modeluje pomocí Parkových rovnic [1]. Základní štítkové hodnoty i parametry dynamického modelu jsou v následující tabulce. V některých velmi speciálních případech je nutné provádět kontrolu vzniku subsynchronních oscilací a rezonancí v přenosové síti. Veličiny nutné pro tyto účely (modelování rotujících částí hřídele) uvádí závěrečná část tabulky. Veličina typ generátoru Sn Pn Un spojení vinutí P-Q diagram n Rs  Xdn Xqn Xds Xqs X´ dn X´ qn X´ ds X´ qs X" dn X" qn X" ds X" qs X1 X0 X2n X2s Td0' Td’ Td0'' Td’’ Tq0' Tq’ Tq0'' Tq’’ Ta Rf TAgt Mag. charakt. stroje Ubmax Ibmax Ubn Ibn Ub0 Ib0 Rz Xz C Speciální parametry Hi Kij Di P.j.

Jednotka MVA MW kV Y/ MW-MVAr 1/min p.j. % p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. s s s s s s s s s p.j. s V-A V A V A V A p.j. p.j. F 2

kg m Nm/mech. rad Nm/(rad/s)

Název Provedení generátoru -turbo/hydro Zdánlivý jmenovitý výkon Činný jmenovitý výkon Sdružené napětí statoru Spojení vinutí statoru PQ diagram stroje při stanovených (uvedených) podmínkách Otáčky Odpor fáze statoru při provozní teplotě Účinnost při stanovených podmínkách Podélná synchronní nesycená reaktance Příčná synchronní nesycená reaktance Podélná synchronní sycená reaktance Příčná synchronní sycená reaktance Prvá přechodná nesycená podélná reaktance Prvá přechodná nesycená příčná reaktance Prvá přechodná sycená podélná reaktance Prvá přechodná sycená příčná reaktance Druhá přechodná (rázová) nesycená podélná reaktance Druhá přechodná (rázová) nesycená příčná reaktance Druhá přechodná (rázová) sycená podélná reaktance Druhá přechodná (rázová) sycená příčná reaktance Rozptylová reaktance statoru Netočivá reaktance Zpětná nesycená reaktance Zpětná sycená reaktance Podélná přechodná časová konstanta na prázdno Podélná přechodná časová konstanta nakrátko Podélná rázová časová konstanta na prázdno Podélná rázová časová konstanta nakrátko Příčná přechodná časová konstanta na prázdno Příčná přechodná časová konstanta nakrátko Příčná rázová časová konstanta na prázdno Příčná rázová časová konstanta nakrátko Stejnosměrná časová konstanta statoru Odpor budícího vinutí Akcelerační konstanta generátoru a turbíny Magnetizační charakteristika stroje naprázdno Maximální (stropní) budící napětí stroje Maximální (stropní) budící proud stroje Jmenovité budící napětí stroje Jmenovitý budící proud stroje Jmenovité budící napětí naprázdno stroje Jmenovitý budící proud naprázdno stroje Odpor uzemnění Reaktance uzemnění Kapacita generátoru k zemi

Poznámka

2

TM= JM /Sn.

2

J=GD /4

Pouze pro bloky vyvedené do PS Pouze pro bloky vyvedené do PS Pouze pro bloky vyvedené do PS

Setrvačný moment i-té části hřídele generátoru Koeficient tuhosti spojení i-té a j-té rotující části Koeficient tlumeni i-té rotující části hřídele Podíl části výkonu vyráběné v i-té rotující částí

Tab. 1 Parametry synchronních strojů Zde naleznete prázdný formulář pro předání dat synchronního stroje

Vstupní data pro dynamické výpočty 4.2


Str. 5 -

Parametry asynchronního stroje

Pro výpočty elektromechanických přechodných dějů se asynchronní stroj (většinou generátor u větrných elektráren) nahrazuje parametry ekvivalentního obvodu (viz Obr. 1), které se dají použít i pro dynamický model [2]. Základní štítkové hodnoty i parametry náhradního schématu jsou v následující tabulce. Na rozdíl od synchronního generátoru je nutno u strojů s převodovkou uvažovat s pružností hřídelí a proto se zadávají mechanické parametry generátoru a turbíny zvlášť. r

S

jx

jx R

S

jx



r R/ s

Obr. 1 Náhradní schéma asynchronního stroje Veličina typ generátoru Sn Pn Un n  rs xs x rR’ xR’ JG JT K Di

Jednotka MVA MW kV 1/min % p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. 2 kg m 2 kg m Nm/rad Nm/(rad/s)

Název Provedení generátoru –s kotvou nakrátko nebo s vinutou kotvou Zdánlivý jmenovitý výkon Činný jmenovitý výkon Sdružené napětí statoru Otáčky Účinnost při stanovených podmínkách Odpor fáze statoru při provozní teplotě Rozptylová reaktance fáze statoru Příčná (magnetizační) nesycená reaktance Odpor fáze rotoru při provozní teplotě přepočítaný na stator Rozptylová reaktance fáze rotoru přepočítaná na stator Setrvačný moment generátoru Setrvačný moment turbíny Koeficient tuhosti spojovacího hřídele Koeficient tlumeni spojovacího hřídele

Tab. 2 Parametry asynchronních strojů

Poznámka

2

Vztažná hodnota Zv=U n /Sn

2

GD /4



Str. 6 -

4.2.1 Dvojitě napájený asynchronní stroj Asynchronní stroj s vinutou kotvou napájenou z frekvenčního měniče lze pro výpočet elektromechanických přechodných dějů (v prvním přiblížení a v souladu s praxí viz např. [3]) modelován staticky pomocí Nortonova vstřiku paralelně s náhradní reaktancí motoru. Přechodné děje v obou vinutích jsou zanedbány, protože jsou dostatečně rychlé v porovnání s vyšetřovanými elektromechanickými ději. Dominantní roli přebírá frekvenční měnič, který v součinnosti s regulačními obvody je schopen přizpůsobovat činný i jalový výkon požadavkům na efektivní využití rychlosti větru a na neovlivňování sítě. Typový model regulace je na následujícím obrázku. PG

kN

N

PG

aN2+bN+c w1

-

1 1+pTW

Z

N1



P

Zadaná hodnota otáček Nmin

QG QS

+

Qmax 

+

+



-

Qmin

KORB Korekce z externího regulátoru

QG



vN

kN

1 TN

Nmax + +   + -

1 pTIN

Nmax

-vN

PG

UZmax  TIQ + + 1  US pTIQ

UZmax

v UZmin

KORB

1/kN

PZ

UG

kIA

+

1 p

+ 1  pTm -

Nmin

kIR

kQ

+

UZmin

1/kN

NT

+

UG kP + +  + E + + UG+X’Qmax    UZ + 1 pTI

1/X’

E’U QZ

UG+X’Qmin

Regulátor

Generátor a měnič

Obr. 2 Typové schéma modelu regulace dvojitě napájeného asynchronní stroje Typová regulace1 spočívá ve dvou oddělených a nezávislých částech při činný a jalový požadovaný výkon PZ a QZ. Cílem regulace PZ je přizpůsobovat činný výkon dodávaný do sítě, aby odpovídal výkonové rovnováze soustrojí, tedy především výkonu vyráběnému větrnou turbínou v závislosti na rychlosti větru. V modelu se předpokládá spolupráce s větrnou turbínou s proměnnými otáčkami, takže zadaná hodnota otáček se určuje v závislosti na skutečném dodávce výkonu do sítě PG. V případě výkonové nerovnováhy (rozdílu mezi výkonem turbíny N T a výkonem generátoru PG) a vzniku regulační odchylky P je požadovaný výkon PZ měněn trendem vN, aby se dostal do souladu s výkonem turbíny. Naopak při poklesu dodávky do sítě PG (např. vlivem zkratu) se zmenšují zadané otáčky Z (vstupující i do modelu turbíny), čímž se zmenšuje akcelerace soustrojí. Regulace QZ může obdobně jako u synchronního generátoru pracovat v primární nebo sekundární regulaci v závislosti na hodnotě parametru TIQ. Pro volbu TIQ=0 regulátor reguluje svorkové napětí (jedná se tedy o režim primární regulace), případně modifikované statikami jalovým a/nebo činný výkonem (volbou parametrů kIR a kIA). Pro TIQ>0 reguluje regulátor jalový výkon generátoru(jedná se tedy o režim sekundární regulace). V obou případech lze k zadané hodnotě přičítat korekční signál z externího regulátoru a simulovat tak např. regulaci napětí sítě (v definovaném místě). Parametr Jednotka a,b,c pj

Název koeficieny převodní charakteristiky činného výkonu na zadané otáčky turbíny

w1 N1

pj pj

zadané otáčky turbíny pro výkon větší než parametr N1 mezní výkon, od kterého jsou zadané otáčky rovné konstantní hodnotě w1

kN TiN vN

pj s pj/s

proporcionální zesílení PI regulátoru výkonu generátoru integrační časová konstanta regulátoru výkonu generátoru dovolený trend změny činného výkonu generátoru

Poznámka pro výkon menší než parametr N1

Tab. 3 Parametry modelu regulátoru činného výkonu dvojitě napájeného asynchronní stroje 1

Pojem typové se používá z toho důvodu, že v této oblasti neexistuje žádný standard a dokonce ani nejsou k dispozici přesné informace od výrobců konkrétních zařízení



Str. 7 -

Regulační schéma platí pro běžné napětí sítě. Při poklesu napětí pod určitou hodnotu a nárůstu proudu (např.při zkratu v síti) působí ochrany frekvenčního měniče a způsobí buď zablokování měniče na straně rotoru (asynchronní stroj přechází do provozu s kotvou nakrátko buď přímo nebo přes přídavný odpor) nebo vypnutí stroje buď ihned nebo s e zpožděním. Tyto ochranné funkce musí být popsány a specifikovány zvlášť.

Zde naleznete prázdný formulář pro předání dat asynchronního stroje



Str. 8 -

Model transformátoru

Model transformátoru je nezbytný prakticky pro všechny druhy výpočtů. Rozlišujeme parametry samotného transformátoru (Tab. 4) a parametry regulátoru odboček (Tab. 5). 4.3.1 Statické parametry transformátoru Parametry odpovídají štítkovým údajům. Parametry, které se používají pro speciální výpočty jsou uvedeny na konci tabulky. Veličina

Jednotka

Typ Zapojení,hodinový úhel a uzemnění Snt1 Snt2 Snt3 U1n U2n U3n Pk12 Pk13 Pk23 uk12 uk13 uk23 P0 I0 Xmi0

Y/n

Magn. charakteristika vinutí měniče odboček nodb+ nodbUodb korekční tabulka impedance transformátoru Speciální parametry Rgt Ci Cij

V-A

MVA MVA MVA kV kV kV p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. kW p.j. p.j.

p.j. p.j.

p.j. F F

Název Typ – dvojvinuťový, trojvinuťový; se třemi nebo pěti jádry eventuálně sestavený z jednofázových jednotek Typ spojení vinutí hvězda/trojúhelník/lomená hvězda a hodinový úhel vinutí Jmenovitý zdánlivý výkon primárního vinutí transformátoru Jmenovitý zdánlivý výkon sekundárního vinutí transformátoru Jmenovitý zdánlivý výkon terciárního vinutí transformátoru Jmenovité napětí primárního vinutí transformátoru Jmenovité napětí sekundárního vinutí transformátoru Jmenovité napětí terciárního vinutí transformátoru Ztráty nakrátko mezi primárním a sekundárním vinutím Ztráty nakrátko mezi primárním a terciárním vinutím Ztráty nakrátko mezi sekundárním a terciárním vinutím Napětí nakrátko mezi primárním a sekundárním vinutím Napětí nakrátko mezi primárním a terciárním vinutím Napětí nakrátko mezi sekundárním a terciárním vinutím Ztráty naprázdno transformátoru Proud naprázdno transformátoru Magnetizační reaktance transformátoru v nulové složce vztažena na primární vinutí nebo výsledky zkoušky nakrátko v nulové složce Magnetizační charakteristika transformátoru Vinutí, kde je nainstalován měnič odboček Počet plus odboček transformátoru Počet minus odboček transformátoru Velikost napětí na jednu odbočku Tabulka impedancí transformátoru pro jednotlivé pozice měniče odboček transformátoru

Uzemňovací odpor středu vinutí vztažený na primární vinutí Kapacity jednotlivéch i-tých vinutí transformátoru Vzájemné kapacity jednotlivých i,j-tých vinutí transformátoru

Poznámka

Pouze pro bloky vyvedené do PS Pouze pro bloky vyvedené do PS Je možno uvést i jiný způsob definice přepínání odboček Pouze dochází-li k nezanedbatelné změně podélné impedance pro různé odbočky Pouze pro bloky vyvedené do PS Pouze pro bloky vyvedené do PS Pouze pro bloky vyvedené do PS

Tab. 4 Parametry transformátorů Pozn. u parametrů nakrátko se jedná o výsledky příslušné zkoušky, které nejsou přepočítávány na výkon. 4.3.2 Parametry regulátoru odboček Model regulátoru odboček transformátoru závisí na realizaci tohoto regulátoru. U závislé regulace je doba přepnutí odbočky závislá na velikosti regulační odchylky (rozdíl zadané a skutečné hodnoty napětí v regulovaném uzlu sítě). Regulační odchylka může být korigována statikou od činného nebo jalového proudu. U nezávislé regulace dojde k regulačnímu zásahu překročí-li regulační odchylka pásmo necitlivosti po nastavenou dobu. Je možné definovat velikost regulační odchylky, při které dojde k regulačnímu zásahu okamžitě. U obou typů regulací lze zadat necitlivost. Rovněž lze modelovat zpoždění provedení regulačního zásahu a blokování regulátoru po jeho provedení. Většinou je regulátor vybaven blokováním od podpětí. Veličina stat_t DEAD INT TDEL TACT TBLOCK UBLOCK UUNBLOCK

Jednotka p.j. p.j. p.j. s s s p.j. p.j.

Název statika regulátoru pomocí činného nebo jalového proudu Necitlivost regulátoru odboček transformátoru Velikost odchylky napětí, při jejímž překročení jsou změny odboček transformátoru prováděny okamžitě Časová konstanta určující jak dlouho musí trvat regulační odchylka než dojde k regulačnímu zásahu Časové zpoždění provedení změny odbočky vlastním regulačním mechanismem Doba blokování regulátoru pro provedení změny odbočky Blokovací napětí regulátoru odboček –při poklesu regulovaného napětí pod tuto hodnotu je regulátor nereguluje Odblokovací napětí regulátoru odboček-při nárůstu napětí nad tuto hodnotu začne regulátor znovu regulovat

Tab. 5 Parametry regulátoru odboček



Str. 9 -

Model budiče

Modely budiče vychází z metodiky IEEE s tím rozdílem, že modely regulátoru a vlastního budiče jsou odděleny. Schémata pěti základních typů budičů (stejnosměrný-DC_1, střídavý-AC_1, tyristorové buzení nezávislé-AC_4, tyristorové buzení závislé - ST_1 a tyristorového závislého kompaudovaného buzení ST_3) ukazuje následující obrázek. Stejnosměrný budič DC_1

Dynamo

REGULÁTOR

Diodový Pomocný můstek alternátor

REGULÁTOR

Stř ídavý budič AC_1

Kompaundovaný alternátor REGULÁTOR

Tyristorový můstek

Tyristorové buzení nezávislé AC_4 Tyristorové buzení závislé

REGULÁTOR

ST_1

Vlastní spotř eba

Tyristorové buzení závislé s kompandací ST_3

REGULÁTOR

Kompaundace statorovým proudem

Obr. 3 Přehled schémat budičů Následující obrázek ukazuje odpovídající blokové schémata modelů budičů.


DC_1

RB +




U Bmax

1 p TE

-

U

Str. 10 -

SE =A*exp(B*U /U Bn ) B

B

Funkce sycení

U Bmin

kE + S E

RB + AC_1



1 p TE

-

IB



kD

U Bmax



U

U Bmin

F =f*(kC *I B / UE)

FEX

+

B

EX

Komutační funkce

kE

+

IB

kA

RB

AC_4

1+ p T A

U Bmax -k * I C

UB

B

U Bmin-k * I C

B

ST_1

ST_3

IB UG*UBmax-k C* I

kA

RB

RB +

UG IG

UB

B

1+ p T A

-

UG

UG*UBmin-kC* IB UBmax

KG

 /2 Kompaundované napětí UG+kKIG UK ASSkDIG Sin

KA

UB

 UBmin



BSUG

Generátor

IB

FEX=f(kCIB/UK)

Komutační funkce

Obr. 4 Blokové schémata modelů budičů Vstupní proměnné modelu: Generátor:UG ,IG svorkové napětí, proud statoru v poměrných hodnotách vztažených na jmenovité hodnoty Generátor: IB... proud rotoru v poměrných hodnotách vztažených na budící proud naprázdno Regulátor: RB výstup regulátoru buzení - poměrná hodnota vztažená na maximální výstupní napětí Výstupní proměnná modelu: UB napětí budiče vztažené na napětí naprázdno Veličina typ budiče TE TA KE KD KC A B KG ASS BSS KK UBmax UBmin

Jednotka s s p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j.

Název Typ budiče (např. statický, závislý, nezávislý, střídavý budič atd.) Časová konstanta budiče Časová konstanta tyristorového můstku Zesílení budiče Koeficient úbytku napětí způsobený reakcí kotvy budiče Koeficient úbytku napětí usměrňovače způsobený komutací Koeficient sycení budiče Koeficient sycení budiče Zesílení zpětné vazby můstku Koeficient sycení proudového transformátoru Koeficient sycení napěťového transformátoru Koeficient proudové kompaudace Maximální (nárazové) budící napětí Minimální (nárazové) budící napětí

Poznámka

Pro DC_1 pro DC_1 pro ST_3 pro ST_3 pro ST_3 pro ST_3 Vztaženo na napětí budiče naprázdno Vztaženo na napětí budiče naprázdno

Tab. 6 Parametry budičů potřebné pro modelování podle uvedených schémat Podrobnější popis výpočtu parametrů modelu budiče viz [4].

Zde naleznete prázdný formulář pro předání dat modelu buzení



Str. 11 -

Model regulátoru buzení

Na základě rozboru struktury regulátorů používaných v ES ČR byl sestaven univerzální model zobecnělého regulátoru buzení, který umožňuje modelovat reálné regulátory se všemi potřebnými funkcemi. Jeho schéma je na Obr. 5 PG QG

kIR

kIA

UZmax

Sekundární US regulátor

v

UZmin QG/UG

KSTAT

Generátor UG

Omezovač Igen a Ibud

Př ídavný

signál ++ UImax + + - Unec    + UZ + UImin + Omezení Necitlivost odchylky

pro AC_4, ST_1, ST_3

IB pro AC_1

UE pro DC_1

UB

Derivační zpětná vazba kSEpTS 1+pTS Kanál derivace frekvence K1fpTf sG 1+pTf

kP

OMEZ +  +  +

STAB Systémový stabilizátor

člen „lead-lag“ (1+pT1)(1+pT2) (1+pT3)(1+pT4) URmax 1 pTI

HMP

URmax +  + URmin RB

URmin Blok PI regulátoru

Hlídač meze podbuzení

Blok regulační odchylky

Obr. 5 Schéma modelu regulátoru buzení Vstupní proměnné modelu: Generátor (index G): P, Q, s činný a jalový výkon, proud statoru, skluz-poměrné hodnoty vztažené na jmenovité Buzení UB, IB ,......... budící napětí a proud vztažené na hodnoty naprázdno UE, US.......... napětí pomocného budiče, zadané napětí - poměrné hodnoty vztažené na jmenovité STAB,HMP,OMEZ...výstupy systémového stabilizátoru, hlídače podbuzení a omezovačů v p.hodnotách Výstupní proměnné modelu: RB ..............výstup regulátoru - poměrná hodnota vztažená na maximální výstupní napětí regulátoru Veličina Kp KSE KSTAT T1 T2 T3 T4 TI TS UNEC UImax UImin URMAX URMIN UZMAX UZMIN V

Jednotka p.j. p.j. p.j. s s s s s s p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j./s

Název Proporcionální zesílení regulátoru Zesílení derivační zpětné vazby regulátoru Statika kompenzace jalovým proudem Časová konstanta předstihu členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění členu "lead/lag" Časová konstanta předstihu členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění členu "lead/lag" Časová konstanta integrační části regulátoru Časová konstanty derivační zpětné vazby Necitlivost regulátoru Maximální omezení regulační odchylky Minimální omezení regulační odchylky Maximální výstupní napětí regulátoru Minimální výstupní napětí regulátoru Maximální zadané napětí regulátoru Minimální zadané napětí regulátoru Rychlost změny zadaného napětí regulátoru

Vysvětlení

Používá se pro regulátoru typu P

Vstupní proměnná závisí na typu budiče

Tab. 7 Parametry modelu regulátoru buzení Regulátor buzení má zpravidla i následující doplňkové funkce (tzv. přídavné automatiky): a) b) c) d)

omezovač statorového a rotorového proudu hlídač meze podbuzení systémový stabilizátor sekundární regulátor jalového výkonu

Poznámka: Údaje pro bod a), b), d) je nutné předávat pouze pro bloky pracující do PS. Následují generické blokové schémata modelů přídavných automatik, které je možno použít pro předání dat. Pokud mají tyto automatiky jinou strukturu, je možné použít jiných blokových schémat, u kterých je nutno definovat, jestli je model v poměrných nebo pojmenovaných hodnotách (včetně příslušných vztažné veličin nebo jednotek).



Str. 12 -

4.5.1 Omezovač statorového a rotorového proudu I Gmax



IG +

IB

UOM max

-

+

Výběr maxima



OMEZ

1



1 + p TOM

UOM zad

-

1

I B max x U Bn

p TI OM

+

0

1



0

-

0

UOM zad

Obr. 6 Generický model omezovače statorového a rotorového proudu Vstupní proměnné modelu: Generátor: IG , IB ..... proud statoru a rotoru -poměrné hodnoty vztažené na jmenovitý a proud naprázdno Výstupní proměnná modelu: OMEZ ..............výstup omezovače- poměrná hodnota vztažená na maximální výstupní napětí regulátoru Veličina TIOM TOM Igmax Ibmax UOMmax UOMzad

Jednotka s s p.j. p.j. p.j. p.j.

Název Integrační časová konstanta omezovače časová konstanta zpoždění působení omezovače Maximální nastavená hodnota proudu generátoru Maximální nastavená hodnota proudu budiče maximální hodnota výstupu nastavení omezovače

Poznámka

vztažený na jmenovitý proud statoru vztažený na jmenovitý budící proud po naintegrování této hodnoty omezovač působí

Tab. 8 Parametry omezovače statorového a rotorového proudu 4.5.2 Hlídač meze podbuzení I HMPzad sin  I GEN  +





+

-



-

+ U Hmax

HMP

U Hmax

 +

0

1

cos

p TI HMP

+  k dH p TdH

IB

k HMP

Re

IG

0

1 + p TdH Derivační zpětná vazba

 +

x

  -Im

I HMPzad

Im

Obr. 7 Generický model hlídače meze podbuzení Vstupní proměnné modelu: Generátor:  , IB ..... úhel účiníku a proud rotoru vztažený na jmenovitý proud statoru Výstupní proměnná modelu: HMP ............výstup hlídače meze podbuzení- poměrná hodnota vztažená na maximální výstupní napětí regulátoru Veličina  IHMPzad kdH TdH kHMP TIHMP UHmax

Jednotka rad p.j. p.j. s p.j. s p.j.

Název úhel sklonu přímky zakázané oblasti úsek, který přímka zakázané oblast, vytíná na reálné ose zesílení derivační zpětné vazby časová konstanta derivační zpětné vazby zesílení hlídače meze podbuzení integrační časová konstanta hlídače meze podbuzení maximální hodnota výstupu omezovače

Tab. 9 Parametry hlídače meze podbuzení

Poznámka



Str. 13 -

4.5.3 Systémový stabilizátor Výstupní omezovač

K1

Vstupní signál #1

LSMAX

1+pT1

+



1+pT5

1+pT7

1+pT9

1+pT4

1+pT6

1+pT8

1+pT10

VS=VSS if (VCU VCT VCL) VS=0 if (VCT
VS=0 if (VCT>VCU)

+

K2

Vstupní signál #2

pT3

VS VOTHSG STAB

LSMIN

1+pT2

Obr. 8 Generický model dvouvstupového systémového stabilizátoru Veličina ICS1 ICS2 K1 K2 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 LSMAX LSMIN VCU VCL

Jednotka

p.j. p.j. s s s s s s s s s s p.j. p.j. p.j. p.j.

Název Specifikace prvního vstupního signálu Specifikace druhého vstupního signálu Zesílení prvního snímače Zesílení druhého snímače Zpoždění prvního snímače Zpoždění druhého snímače Časová konstanta členu washout Časová konstanta zpoždění členu "washout" Časová konstanta předstihu prvního členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění prvního členu "lead/lag" Časová konstanta předstihu druhého členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění druhého členu "lead/lag" Časová konstanta předstihu třetího členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění třetího členu "lead/lag" Horní mez omezení za posledním členem "lead/lag" Dolní mez omezení za posledním členem "lead/lag" Horní mez logiky výstupního omezovače Dolní mez logiky výstupního omezovače

Poznámka

Když T3=0 tak sT 3=1 musí T4 > 0

Když 0 ignoruje se Když 0 ignoruje se

Tab. 10 Parametry uvedeného dvouvstupového systémového stabilizátoru 4.5.4 Generický model regulátoru jalového výkonu Nelinearita regulační odchylky

QG QS

Q max Q min

+

-



eQ om eQ nec eQmez

PI regulátor KQ +



UZmax

+

US

1 p TI Q UZmin

Obr. 9 Generický model sekundárního regulátoru jalového výkonu Vstupní proměnné modelu: Generátor: QG ..... jalový výkon vztažené na jmenovitý výkon generátoru QS……požadovaný výkon nadřazené regulace U/Q Výstupní proměnná modelu: US...........výstup regulátoru jalového výkonu vztažený na jmenovité napětí generátoru Veličina Qmax Qmin TIQ KQ eQom eQ nec eQcon

Jednotka p.j. p.j. s p.j. p.j. p.j. p.j.

Název maximální hodnota požadovaného jalového výkonu minimální hodnota požadovaného jalového výkonu Integrační časová konstanta integrační části regulátoru Q proporcionální zesílení regulátoru Q Omezení regulační odchylky necitlivost regulátoru hodnota blokování regulátoru

Poznámka

pro TIQ=0 je regulátor vyřazen

Tab. 11 Parametry sekundárního regulátoru jalového výkonu



Str. 14 -

Modely turbín

Poznámka: Uživatelé PS s licencí na distribuci předávají tento model pro všechny zdroje ve svých sítích s jednotkovým výkonem 30 MW, pokud tyto bloky poskytují alespoň jednu z následujících podpůrných služeb:  primární regulace f  sekundární regulace P  terciární regulace P  ostrovní režim  start ze tmy Tato poznámka platí i pro odpovídající modely regulátorů a zdrojů pohonného média uvedených v kap. 4.7 a 4.8. Podrobnosti o dynamických modelech (detailnější popis, tvorba, význam parametrů a odkazy do odborné literatury) lze nalézt také v [6]. Zde naleznete prázdný formulář pro předání dat modelu pohonu



Str. 15 -

4.6.1 Parní turbína Model parní turbíny respektuje metodiku IEEE s tím rozdílem, že modely turbíny a její regulace jsou rozděleny. Navrženy jsou dva modely. 'ST S' představuje zjednodušený model třítělesové turbíny s mezipřihříváním páry. Zpoždění v nízkotlaké části je zanedbáno, resp. zahrnuto ve zpoždění přihříváku. Záchytné ventily nejsou modelovány, takže model nelze použít pro prudké a velké změny výkonu, při kterých dochází k působení regulátoru přeběhu a rychlého zavírání ventilů. Pro tyto děje je nutné použít podrobného modelu 'ST A', který modeluje činnost záchytných ventilů i nízkotlaké části turbíny. V obou modelech jsou zanedbány nelinearity ventilů, které jsou zjednodušeně modelovány jako ekvivalentní ventil. ST_S

Parní turbína model v max

RT

+

 -

1

1

TV

p

v min

pT

Vysokotlaká Admisní tlak část

G max

1+p THP

MT

NT



k LP

Hmotnostní průtok páry

G min

Výkon turbíny

+

Př ihř ívá ka nízkotlaká část

1



k HP

+

1+p TR

Regulační ventily

ST_A

Parní turbína model v max

RT +

1



TV

-

v min

1

v Imax

+

0



p

vCStop

Vysokotlaká část

k HP Př ihř ívá k 1

1

MT

1+p THP

+

+



 pT R

NT +

G min

1 k IV

pT

G max

 -

Rychlé zavř ení ventilů

1 T IV vImin

nízkotlaká část

1 1 p

vIStop



k LP 1+p TLP

0

Záchytné ventily

Obr. 10 Blokové schéma modelů parní turbíny Veličina typ turbiny Gmax Gmin vmin vmax TV vImin vImax TIV kIV THP KHP TLP KLP TR vCstop vIstop Dále je možné uvést další údaje

Jednotka popis p.j. p.j. p.j./s p.j./s s p.j./s p.j./s s p.j. s p.j. s p.j. s p.j./s p.j./s

Název

Poznámka

Maximální otevření ventilů Minimální otevření ventilů Maximální rychlost zavírání ventilů Maximální rychlost otvírání ventilů Časová konstanta servomechanismu ventilů Maximální rychlost zavírání záchytných ventilů Maximální rychlost otvírání záchytných ventilů Časová konstanta záchytných ventilů Zesílení charakteristiky záchytných ventilů Časová konstanta vysokotlaké části turbíny části turbíny Podíl výkonu generovaného vysokotlakou částí turbíny Časová konstanta středotlaké a nízkotlaké části turbíny Podíl výkonu generovaného středotlakou a nízkotlakou částí turbíny Časová konstanta přihříváku Pro model ST_S zahrnuje i T LP Rychlost zavírání regulačních ventilů při simulaci rychlého řízení Rychlost zavírání záchytných ventilů při simulaci rychlého řízení např. statické charakteristiky, parametry přepouštěcích stanic, odběry pro teplofikaci a pod.

Tab. 12 Parametry modelů parní turbíny



Str. 16 -

4.6.2 Vodní turbína Model vodní turbíny respektuje metodiku IEEE. Tento zjednodušený model lze aplikovat pro Francisovu i Kaplanovu turbínu při malých změnách provozních hodnot. Model neuvažuje změnu statické výšky (spádu). Platí tedy pro případy, kdy změna hladiny je proti celkovému spádu zanedbatelná (přečerpací vodní elektrárny) a nebo časový rozsah sledovaného děje je krátký, takže změny spádu lze zanedbat (pro akumulační vodní elektrárny). Model bere v úvahu dynamický ráz při změnách otevření regulačního orgánu, daný jevy v přivaděči. sG

vhmax

RT

+

 -

1

TV

p

vhmin

QT

Gmax

1





Průtok Tlaková výška



QT /G



PT

-

1



G

G min

+ 1

p Tw

AT

-

+



 qNL

NT

1

Regulační orgán

Obr. 11 Blokové schéma modelu vodní turbíny s nepružným vodním sloupcem Veličina typ turbiny GMAX GMIN VhMIN VhMAX Tv TW Statická charakteristika turbíny AT qNL   A F Te Z0 Zn Dále je možné uvést další údaje

Jednotka popis p.j. p.j. p.j./s p.j./s S S MW= 3 -1 =f(m sec ) p.j. p.j.

2

m Mm s s -2 m s

Název

Poznámka

Maximální otevření ventilů Minimální otevření ventilů Maximální rychlost zavírání ventilů Maximální rychlost otvírání ventilů Časová konstanta regulačního orgánu Časová konstanta náběhu vodního sloupce Výkon turbíny v závislosti na průtoku Zesílení turbíny Průtok turbíny naprázdno Samoregulační koeficient Nepovinné parametry Průřez přivaděče Tloušťka stěny přivaděče Časová konstanta elasticity přivaděče Hydraulická vlnová časová konstanta přivaděče Normalizovaná hydraulická vlnová časová konstanta přivaděče statické charakteristiky výkon=f(průtok), údaje pro simulaci pružného vodního sloupce a pod.

Tab. 13 Parametry modelu vodní turbíny

AT=1/(1- qNL).



Str. 17 -

4.6.3 Plynová turbína Vznik a podrobnosti dynamického modelu plynové turbíny jsou blíže popsány v [5]. Následující ukazuje blokové schéma: T R+offset Regulační odchylka teploty

offset +

-

Čidlo teploty

1 1+pT 4

1 p

Dynamika kompresoru

K6 +

Výstup regulátoru

P

K3

+



Palivový systém

Ventily

1 1+pT 3

Te

WM TUR Průtok spalin Statická charakteristika turbíny

Otáčky

+

R TUR

1 1+pT CD

P

W min

Skluz generátoru

K4

+ K5

Regulace vzduchu



+



W max

1 TW -v W

+

sG

 Te’

vW



1

+

Výstupní teplota spalin

NT

1 1+pT f

1 1+pT V

Y RVT Otevření ventilů

Wf Dodávka paliva

ES

Výkon turbíny

Zbytková energie spalin

Obr. 12 Blokové schéma modelu jednohřídelové plynové turbíny s využitím zbytkového tepla Vlastní turbína je modelována statickou charakteristikou N t=f(dodávka paliva, průtok vzduchu). Dynamika je respektována jednak regulačním ventilem, dynamikou dodávky paliva a kompresoru. Výstupem modelu je také regulační odchylka výstupní teploty spalin a jejich zbytková energie (slouží jako vstup pro model parní turbíny využívající zbytkové teplo spalin). Veličina typ turbiny Tv TF TCD T3 T4 W MAX W MIN K4 K5 T KG GMAX GMIN offset TW Vw Statické char-ky turbíny K3 K6 TR Ae Temax Ti Td0 Tf0 Te0 Kx, X0 C Ks

Jednotka popis s s s s s p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. s p.j./s MW= 3 -1 =f(m sec ) p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. K K K K p.j. p.j. p.j.

Název Časová konstanta regulačního orgánu Časová konstanta palivového systému Časová konstanta kompresoru Časová konstanta čidla teploty Časová konstanta čidla teploty Maximální průtok vzduchu Minimální průtok vzduchu Zesílení čidla teploty Zesílení čidla teploty účinnost turbíny Zesílení statické charakteristiky plynové turbíny Omezení výstupu regulátoru paliva Omezení výstupu regulátoru paliva Navýšení zadané teploty výfukových plynů Časová konstanta natáčení lopatek regulace vzduchu Omezení rychlosti změny průtoku vzduchu Výkon plynové (případně parní u PPC) turbíny v závislosti na dodávce paliva a vzduchu Zesílení dodávky paliva Dolní mez dodávky paliva Zadaná teplota výfukových plynů Koeficient výpočtu účinnosti přeměny energie spalin na energii páry Teplota pro výpočet účinnosti přeměny energie spalin na energii páry Jmenovitá teplota vstupního vzduchu do kompresoru Jmenovitá teplota výstupního vzduchu z kompresoru Jmenovitá teplota spalin na vstupu do turbíny Jmenovitá teplota spalin na výstupu z turbíny Parametry linearizované závislosti teplotního činitele kompresoru účinnost kompresoru Zesílení statické charakteristiky parní turbíny

Tab. 14 Parametry modelu plynové turbíny

Poznámka

Pro výpočet Es Pro výpočet Es



Str. 18 -

4.6.4 Větrná turbína Vznik a podrobnosti dynamického modelu větrné turbíny jsou blíže popsány v [7]. Pro simulaci krátkodobé dynamiky, kdy je rychlost větru konstantní lze použít statický model s natáčením lopatek turbíny, jehož blokové schéma: ukazuje následující obrázek. Regulátor otáček

Natáčení lopatek 1 1

VYP  0

1+pTW

SPD

Zadaná hodnota

Z

-



Generátor

sr -

KP2

+

1



0



+

Statická charakteristika Mmax Moment turbíny

mW Mmin

mW=[(C01+C02) +C03  +C04]/(C02  0 +C04)

Obr. 13 Blokové schéma modelu větrné turbíny při konstantní rychlosti větru Vlastní turbína je modelována statickou charakteristikou v závislosti na rychlosti rotoru  a natočení lopatek . Tato závislost je definována čtveřicí parametrů C01-C04 a určí se aproximací z charakteristik turbíny. Úhel  se mění v od 0 do 1. Při hodnotě 0 dosahuje moment turbíny největší hodnoty. Při inicializaci modelu (ve výchozím stavu) předpokládá = 0. Úhel natočení je ovládán jednoduchým proporcionálním regulátorem otáček Setrvačnost mechanismu natáčení lopatek je modelována časovou konstantou T W. Název

Parametr Jednotka

Poznámka

TW

s

časová konstanta natáčení lopatek větrné turbíny

C01

pj

koeficient statické závislosti výkonu turbíny na otáčkách a úhlu natočení

C02

pj


C03

pj


C04

pj


Mmin

pj

minimální moment turbíny

Mmax

pj

maximální moment turbíny

Zjistí se aproximací statické charakteristiky

Pro simulaci dlouhodobé dynamiky, kdy se rychlost větru mění lze použít statický model v závislosti na rychlosti větru v, jehož blokové schéma: ukazuje následující obrázek. Statická charakteristika turbíny Nmax

NT v

vmin vn vstop

Výkon turbíny

Obr. 14 Blokové schéma modelu větrné turbíny při konstantní rychlosti větru Statický model aproximuje závislost výkonu turbíny na rychlosti větru lineárně od minimální rychlosti vmin do rychlosti vn, kdy turbína dává maximální výkon N max. Při rychlosti vstop se turbína odstavuje z bezpečnostních důvodů. Veškeré regulace větrné turbíny jsou v modelu implicitně zahrnuty, takže model se hodí pro stacionární výpočty s pomalými změnami rychlosti větru Parametr

Název

Jednotka

vmin

m/s

minimální rychlost větru, při které začíná turbína dávat výkon

vn

m/s

rychlost větru, při i které turbína dává turbína jmenovitý výkon

vstop

m/s

rychlost větru, při které se turbína s bezpečnostních důvodu odstavuje

Nmin

pj

minimální výkon turbíny

Nmax

pj

maximální výkon turbíny

Poznámka



Str. 19 -

Modely regulátorů turbín

4.7.1 Regulátor parní turbíny Model regulátoru má proměnnou strukturu (volitelný režim regulace výkonu nebo tlaku). Proporcionální regulátor otáček je v sérii s regulátorem výkonu, pokud není ve funkci vyřadí se nulovou hodnotou parametru kSP. Výstup RT ovládá regulační ventily turbíny (viz Obr. 10) a výstup RK ovládá dodávku paliva do kotle (viz Obr. 25). Generátor sG

Generátor PG

kN 1+pTN

NS NTmax

vN

+

stepN

Regulace otáček nebo přeběhu

NZ

-



+

Gmax kT

A

+ 

+ 

+

NTmin

kSp

dSp



Gmax

B

1 + 1+pTEHP  RT

+

Gmin

+

1 pTIT

kPres Frekveční korektor výkonu

Gmin kFr

-1 kFor

Turbína MT

1

+ GEN



pz

+

kB

A

dPres



1

B

Kotel pT

1 pTIB

A … Klasická regulace B … Přetlaková regulace

+ +





+ 1 0

+

RK

0

Obr. 15 Blokové schéma modelu regulace parní turbíny a kotle v základním režimu fZ Uzel f

+



dF r

NFmax kCOR NFmin

Obr. 16 Blokové schéma modelu korektoru frekvence Veličina Jednotka Název Regulátor turbíny v základním režimu dPres dSp p.j. Necitlivosti regulátorů tlaku a otáček GEN p.j. Parametr generace zadaného tlaku v závislosti na průtoku Gmax G min p.j. Horní a dolní mez otevření ventilů kB p.j. Proporcionální zesílení regulátoru kotle kFor p.j. Zesílení dopředné regulace kFr p.j. Zesílení korekce zadané hodnoty tlaku od frekvence kN p.j. Převod výkonu generátoru na výkon turbíny kPres p.j. Zesílení korektoru tlaku kSp p.j. Zesílení regulace otáček kT p.j. Proporcionální zesílení regulátoru turbíny Ntmax, Ntmin p.j. Maximální a minimální výkon turbíny stepN p.j. Dovolená skoková změna zadaného výkonu TEHP s Časová konstanta elektrohydraulického převodníku TIB TIT s Integrační konstanta regulátoru kotle a turbíny TN s Časová konstanta čidla výkonu vN p.j./min Dovolený trend změny zadaného výkonu Korektor frekvence dFr kCOR p.j. Necitlivost a zesílení korektoru frekvence Nfmax, Nfmin p.j. Horní a dolní omezení korektoru frekvence Není-li uvedeno jinak veličiny jsou vztaženy na jmenovité parametry turbíny

Poznámka

GEN=1 pro konstantní tlak

v režim klasické regulace v režimu předtlakové regulace Podíl zdánl. jmen.výkonu generátoru ke jmen.výkonu turbíny v režim klasické regulace kSp= 1/statika vztažený na Nt jmenovitý

Tab. 15 Parametry regulátoru parní turbíny



Str. 20 -

4.7.2 Regulátor parní turbíny v ostrovním provozu Do režimu ostrovního provozu se regulace přepíná, jestliže odchylka frekvence sítě překročí nastavenou hodnotu. Jedná se o otáčkovou regulaci s korekcí od tlaku (pro kladné regulační odchylky). 1 Generátor + +  sG

Kp2 Gmax Nprac

Zdroj (kotel) wZ pT

+

Gmax 1 pTI2



kp

pZ

-



+ -

pro TI2>0

Gmin

1 1+pTEHP



RT

Gmin

dp

+

Obr. 17 Blokové schéma modelu regulátoru ostrovního provozu parní turbíny Pro Ti2>0 má regulátor PI. charakter, jinak charakter proporcionální. U proporcionálních regulátoru hodnota Nprac určuje pracovní bod na statické charakteristice NT = funkce (sG). Dodávku paliva se reguluje tak, aby kotel vyráběl potřebné množství páry zvětšené o hodnotu NR,. Kotel je tedy natopen a má rezervu pro zvětšení výkonu. Přebytečná pára prochází přepouštěcími stanicemi do kondensátoru. Pro Nt-Ngen
NR

dMP

Generace páry kpO Turbína

+

Z

NTmax 

NT

+

NTmin

-

NZ Z

+



1 1+pTfO

NTmax 1 pTIO

Filtr

Generace zadané hodnoty

0

+ +





+ 1

+

RK 0

NTmin

Obr. 18 Blokové schéma modelu regulátoru kotle v ostrovním provozu Veličina Jednotka Název Poznámka Regulátor ostrovního provozu turbíny dp p.j. Necitlivost korektoru tlaku kp p.j. Převodní konstanta korekce tlaku na požadavek otevření ventilů turbíny kp2 p.j. Proporcionální zesílení regulátoru otáček TI2 s Integrační časová konstanta regulátoru otáček pro TI2>0 má regulátor otáček P.J.D charakter Regulátor ostrovního provozu kotle dMp p.j. Forsáž výkonu při přepnutí do ostrovního režimu při Nt-Ngen < NR NR p.j. Hodnota natopení kpO p.j. Proporcionální zesílení regulátoru kotle TIO s Integrační konstanta regulátoru kotle TfO s Časová konstanta filtru Příklad dalších údajů Regulace přepouštěcích stanic A další .. Není-li uvedeno jinak veličiny jsou vztaženy na jmenovité parametry turbíny

Tab. 16 Parametry regulátoru parní turbíny Poznámka: Tyto modely se předávají pouze poskytuje–li blok podpůrnou službu ostrovní režim.



Str. 21 -

4.7.3 Regulátor parní turbíny jaderného bloku Rozdíl oproti předchozím regulátorům je v tom, že kmitočtový korektor výkonu působí před omezovačem rychlosti zatěžování. Pro jeho správnou funkci je nutné, aby omezovač propouštěl určitou skokovou změnu stepN úměrnou dovolenému příspěvku primární regulace Nfr. Korektor tlaku je rozdělen na dvě části (pro kladné a záporné odchylky) a působí při odchylkách větších než zadaná necitlivost dp. Předpokládá se konstantní zadaná hodnota tlaku (rovna jmenovité hodnotě). Korektor frekvence má stejnou strukturu jako u modelu klasického bloku. Generátor dSp sG Frekvenční korektor výkonu NS

Gen. PG

NTmax + +

-

vN



stepN

NTmin dp kPres

NZ

kN

Gmax

1+pTN

+ 

-

+



- A

B

-dp

kSp

kT Gmax 1 pTIT

1 +  1+pTEHP RT

+ 

+

Gmin

kPres Gmin

1

+

dPres



-

pT Primární okruh

-1

A … Klasická regulace B … Přetlaková regulace

Obr. 19 Blokové schéma modelu regulátoru parní turbíny jaderného bloku Pro parametry regulace parní turbíny v jaderné elektrárně platí stejná tabulka jako pro klasickou parní turbínu



Str. 22 -

4.7.4 Regulátor vodní turbíny Jedná se o regulaci výkonu, která má čistě integrační charakter. kN

PG

Elektrohydraulický př evodník N Tmax N Tmax

Regulátor turbíny

1 + p TN N Tmax

NS

vN

+ step N

NTmin

Ž ádaná hodnota výkonu



+

+ NZ



1

1

kT T

p TI T -1

Korektor frekvence

NTmin

1

RT

1+p TEH NTmin

Obr. 20 Blokové schéma modelu regulátoru vodní turbíny v normálním režimu Korektor frekvence se používá jen v případě primární regulace frekvence. fZ Uzel f

+



dF r

NFmax

vf

kCOR NFmin

1+pTf1 1+pTf2

Obr. 21 Blokové schéma modelu korektoru frekvence Veličina Jednotka Název Regulátor turbíny v základním režimu kN p.j. Převod výkonu generátoru na výkon turbíny kT p.j. Zesílení regulátoru turbíny NTmax

p.j.

Maximální výkon turbíny

NTmin stepN TEH TIT

p.j. p.j. s s

Minimální výkon turbíny Dovolená skoková změna zadaného výkonu Časová konstanta elektrohydraulického převodníku Integrační konstanta regulátoru turbíny

TN s vN p.j./min Korektor frekvence dF p.j. kCOR p.j. NFmax p.j. NFmin p.j. Tf1 s Tf2 s vf p.j. Další hodnoty

Poznámka kN=Sgn/N Tn Regulátor má pouze integrační charakter Vztažený na jmenovitý výkon turbíny

Celková (ekvivalentní) integrační časová konstanta je TI=TIT/kT

Časová konstanta čidla výkonu Dovolený trend změny zadaného výkonu Necitlivost korektoru frekvence Zesílení korektoru frekvence 1/statika Horní mez korektoru frekvence Dolní mez korektoru frekvence Časová konstanta předstihu členu "lead/lag" Časová konstanta zpoždění členu "lead/lag" Omezení rychlosti nárůstu signálu korektoru frekvence např. statické charakteristiky, a pod

Tab. 17 Parametry regulátoru vodní turbíny



Str. 23 -

4.7.5 Regulátor vodní turbíny v ostrovním provozu Do režimu ostrovního provozu se regulace přepíná, jestliže odchylka frekvence sítě překročí nastavenou hodnotu. Jedná se o otáčkovou regulaci. Jsou možné dvě varianty: Zadaná hodnota otáček

wZ + +  

Otáčky

w=1+sG

Gmax

Omezovač rychlosti Vemax

1 p

KS Vemin

-

1 1+pTEH

RT

+

0

Td1p 1+pTd2



Gmax

 0

bP

+

btTdp

+

1+pTd

Obr. 22 Blokové schéma modelu mechanicko-hydraulického regulátoru otáček vodní turbíny Zadaná hodnota otáček

wZ Otáčky - + w=1+sG  -

k

Gmax Gmax

1 pTI 0 Td1p 1+pTd2

+ +

+ 

1 1+pTEH

RT

0

bp

Obr. 23 Blokové schéma modelu PIDP regulátoru otáček vodní turbíny Veličina Jednotka Režim regulace otáček bp p.j. bt p.j. Gmax p.j. k p.j. Ks p.j. Td s Td1 s Td2 s TI s Vemax p.j./min Vemin p.j./min Další hodnoty kv p.j.

Název Trvalá statika Přechodná statika regulátoru otáček Omezení otevření ventilů Ekvivalentní zesílení proporcionální části regulátoru otáček Zesílení regulace otáček Tlumení regulátoru otáček Derivační časová konstanta regulátoru otáček Parazitní zpoždění derivace ekvivalentní časová konstanta zesílení regulátoru otáček Horní mez omezení rychlosti Dolní mez omezení rychlosti

Poznámka

k=1/bt kSp= 1/statika

TI=Td*bt

Poměr minimálního výkonu turbíny v režimu regulace otáček ku minimálnímu výkonu v režimu regulace výkonu Např. statické charakteristiky, apod.

Tab. 18 Parametry regulátoru vodní turbíny v ostrovním provozu Poznámka: Tyto modely se předávají pouze poskytuje–li blok podpůrnou službu „ostrovní režim“.



Str. 24 -

4.7.6 Regulátor plynové turbíny Regulátor má dvě části: regulátor výkonu a regulátor teploty spalin. Turbínu (dodávku paliva) ovládá regulátor s menší hodnotou. Model regulátoru výkonu je obdobný jako u regulace výkonu parní turbíny s tím rozdílem, že regulátor otáček je přesunut za převodník (má tedy elektronický charakter) a jeho výstup se nepřičítá k regulátoru přeběhu. PI regulace výstupní teploty spalin Regulační odchylka teploty

ke

+ Tmax

Tmax 

P regulátor otáček Generátor sG d Sp

Generátor PG

kN 1+pTN

NS

+

NTmax  NTmin

Omezovač rychlosti zatěžování NZ vN + +   stepN

+

- + dFR CF  čidlo 1 frekvence

NFmax kCOR NFmin

Převodník G max

Regulátor přeběhu

kT

3

G

+  +

-

1 1+pTEH

+ 

Výběr minima

Gmax Gmin

2 G min

max

1 pTIT

fZ

Tmin

kSP

'STRC' 0

Tmin

1 pTIe

Regulace otáček 'STRC' 1

RKOT

8

G min PI regulátor výkonu

Frekvenční korektor

Obr. 24 Blokové schéma modelu regulátoru plynové turbíny. Veličina Jednotka Název Regulátor turbíny v základním režimu dSp p.j. Necitlivost regulátoru otáček Tmax p.j. Horní mez regulátoru teploty Tmin p.j. Dolní mez regulátoru teploty kN p.j. Převod výkonu generátoru na výkon turbíny kSp p.j. Zesílení regulace otáček kT p.j. Proporcionální zesílení regulátoru turbíny Ke p.j. Proporcionální zesílení regulátoru teploty Ntmax p.j. Maximální výkon turbíny vztažený na Nt jmenovitý Ntmin p.j. Minimální výkon turbíny vztažený na Nt jmenovitý stepN p.j. Dovolená skoková změna zadaného výkonu TEH s Časová konstanta elektrohydraulického převodníku TIT s Integrační konstanta regulátoru turbíny TIe s Integrační konstanta regulátoru teploty TN s Časová konstanta čidla výkonu vN p.j./min Dovolený trend změny zadaného výkonu Korektor frekvence dFR p.j. Necitlivost korektoru frekvence kCOR p.j. Zesílení korektoru frekvence 1/statika Nfmax p.j. Horní omezení korektoru frekvence Nfmin p.j. Dolní omezení korektoru frekvence Není-li uvedeno jinak veličiny jsou vztaženy na jmenovité parametry turbíny

Poznámka

kSp= 1/statika

Tab. 19 Parametry regulátoru vodní turbíny

RTUR



Str. 25 -

Modely kotle

Modelování kotle vychází z metodiky IEEE. Model platí pro bubnové i průtlačné kotle (liší se pak parametry) v okolí pracovního bodu. Přepouštěcí stanice VT

MVPS Průtok páry turbínou

MT

+

+



Dynamika paliva Předávání tepla + e - pT D 1 1+pTFUEL 1+pTW

Výstup regulátoru kotle

RK

Dodávka paliva

k PD

 Dynamika kotle



-

1

+

pTCB



Admisní tlak

pT

Tlak v kotli

Generace páry

Obr. 25 Blokové schéma modelu kotle Pro kotel parní turbíny paroplynového cyklu lze použít uvedený model s tím, že blok dodávky paliva chybí a na vstup bloku Generace páry přichází proměnná ES z modelu plynové turbíny (Obr. 12). 1

vPS

1

1+dp

pT Admisní tlak

Přepouštěcí ventil

kPPS

+

1 pTIPS



+

0

+ 

+

+



1+pTDPS

MvS0

1

1 TPS

-vPS

kDPSpTDPS PID regulátor

-

1

p



Průtok PS MvPS

0

kvS

Obr. 26 Blokové schéma modelu vysokotlaké přepouštěcí stanice Veličina typ kotle Kpd Tcb Td Tfuel Tw Přepouštěcí stanice TPS vPS dp kDPS kPPS kvs, MvS0 TDPS TIPS

Jednotka popis p.j. s s s s

Název Např. bubnový, průtlačný apod. Koeficient tlakové ztráty v kotli průtokem páry Časová konstanta kotle Dopravní zpoždění paliva Časová konstanta přípravy paliva Časová konstanta přestupu tepla

s p.j./s p.j. p.j. p.j. p.j. s s

Časová konstanta přepouštěcích ventilů rychlost přepouštěcích ventilů mez odchylky tlaku pro otevření přepouštěcí stanice Zesílení derivačního členu P.J.D regulátoru Proporcionální zesílení P.J.D regulátoru Parametry statické charakteristiky M = f (p) Derivační časová konstanta P.J.D regulátoru Časová konstanta integračního členu P.J.D regulátoru

Tab. 20 Parametry modelu kotle a přepouštěcí stanice

Poznámka



Str. 26 -

Modely zatížení

Model zátěže bude možné pro běžné výpočty sestavit z dat předaných pro výpočty chodů sítě. V případě potřeby bude předání podrobnějších údajů řešeno individuálně pro daný případ a po dohodě s konkrétním uživatelem PS. 4.9.1 Model asynchronního motoru Detailní model asynchronního motoru není pro běžné výpočty nezbytný. V případě potřeby, bude předání informací o zátěžích řešeno individuálně pro daný případ a po dohodě s konkrétním uživatelem PS. Při zanedbání elektromagnetických přechodných dějů ve statoru je možné nahradit asynchronní motor elektromotorickou silou E za náhradní impedancí skládající se z odporu statoru Rs a náhradní reaktance X. V případě jednoklecového modelu se bude jednat o přechodné hodnoty (značené ‘). U dvojklecového modelu se použijí rázové hodnoty (značené “). Veličina typ motoru cos  2 GD In Izab I0 M=f(s) Mzab Mzv Mzat=f(s) ns Pn Sn sn Un Rs Xs Xmi R2 ´ X2´ R3 ´ X3´ Tm

Jednotka

2

tm kA kA

Nm Nm 1/min MW MVA p.j. kV p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. p.j. s

Název Provedení motoru (jednoklecový, dvouklecový apod.) účiníky naprázdno, nakrátko, jmenovitý setrvačná konstanta soustrojí Jmenovitý proud statoru Záběrný proud , proud naprázdno Momentová charakteristika motoru Moment záběrný Moment zvratu Momentová charakteristika zátěže synchronní otáčky Jmenovitý výkon Zdánlivý jmenovitý výkon Jmenovitý skluz Sdružené napětí statoru Odpor fáze statoru při provozní teplotě rozptylová reaktance statoru magnetizační reaktance odpor rotoru přepočtený na stator rozptylová reaktance rotoru přepočtená na stator odpor rotoru přepočtený na stator rozptylová reaktance rotoru přepočtená na stator Mechanická časová konstanta soustrojí

Poznámka

pro dvouklecový model pro dvouklecový model

Tab. č. 1 Parametry asynchronního motoru/generátoru 4.9.2 Statické charakteristiky Statický model zátěže odpovídá tzv. agregátnímu způsobu modelování, kdy nejsou k dispozici informace o kvalitativním složení zatížení, ale naměřené závislosti odběru na napětí a frekvenci. Z nich se pomocí statistických metod určí aproximační funkce P,Q=f(U,f). Model je použitelný pro malé změny U a f (odpovídající podmínkám, za kterých byly charakteristiky naměřeny) a platí po odeznění rychlých přechodných dějů. Jsou tedy aplikovatelné pro výpočty elektromechanických jevů, střednědobé a dlouhodobé dynamiky. Používané charakteristiky mají tvar: PSTAT=P0*(1-AP-BP+AP*U+B P*U2)*(1+CP*sU) QSTAT=Q0*(1-AQ-BQ+AQ*U+BQ*U2)*(1+CQ*sU) , kde sU je poměrná odchylka frekvence uzlového napětí od jmenovité hodnoty a U je absolutní hodnota fázoru uzlového napětí. Parametry pro jalový odběr jsou závislé na úhlu účiníku odběru . AQ=A0/tg BQ=1+B0/tg CQ=C0/tg kde A0,B0,C0 jsou konstantní parametry. Model platí za podmínky U  Umin , jinak se přechází na modelování konstantní admitancí.



Str. 27 -

4.10 Ochrany a automatiky Modelování ochran a automatik mimo ES není ve výpočtech běžného charakteru nutné. Nutnost jejich respektování vyvstává až v případě některých speciálních výpočtů. Proto, a také s ohledem na jejich množství a rozmanitost, tento materiál neobsahuje přesné požadavky na informace o ochranách a automatikách. Předání informací o ochranách a automatikách bude řešeno individuálně pro daný případ a po dohodě s konkrétním uživatelem PS. Reference [1] J. Arrillaga a kol.: Computer Modelling of Electrical Power System; John Willey & Sons; 1983 K. Máslo: Model asynchronního motoru pro dynamické výpočty, AT&P Journal (ISSN 1335-2237), 2002/2 a 2002/3 [3] B. Price :Wind Turbine Generators Technology - Performance – Issues Modeling, prezentace na setkání uživatelů programu PSLF, San Diego Kalifornie, duben 2004

[2]

[4]

K. Máslo: Dynamické modely budících systémů určení parametrů, seminář Aktuální otázky a vybrané problémy řízení ES, Poděbrady listopad 2002,

[5]

K. Máslo : Model a testování ostrovního provozu paroplynového cyklu, sborník III. Mezinárodního vědeckého symposia Elektroenergetika, St.Lesná, září 2005

[6]

K. Máslo: Dynamické modely pro vyšetřování přechodných dějů v ES: seminář Aktuální otázky a vybrané problémy řízení ES, Poděbrady listopad 2001

[7]

K..Máslo: Modelování větrných elektráren pro výpočty dynamické stability, sborník 7. semináře E2004, Praha září 2004

červenec 2005 Str. 1 -

Recommend Documents