CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
WIDE AREA MONITORING SYSTÉMY V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE WAMS ORIENTED TO DISTRIBUTION NETWORKS
Antonín Popelka, Petr Marvan AIS spol. s r.o. Brno
9th International Conference
CONTROL OF POWER SYSTEMS 2010 May 18-20, 2010
[email protected]
Tatranské Matliare, High Tatras
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
AIS spol. s r.o., Brno • Firma založena roku 1990 • První nasazení PMU (Phasor Measurement Units) v srpnu 2000 v distribuční síti 110kV a 22kV • V současnosti nasazeno 140 PMU, měřeno 600 synchrofázorů napětí v distribuční síti 110kV a 22kV • Výstava našich produktů WAM na mezinárodních konferencích CIRED ve Vídni 2007 a v Praze 2009 • Základy a princip měření synchrofázorů a systémů Wide Area Monitoring byly vysvětleny v přednášce: „ WAM – moderní systémy monitorování, řízení a chránění elektrických sítí“ na konferenci Control of Power Systems ’08 ve Štrbském Plese
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
2
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Co jsou WAMS ? Wide Area Monitoring Systémy pracují s podporou technologií měření synchronních fázorů. PMU – Phasor Aplikační Measurement Unit Server PDC – Phasor Data Concentrator Konfigurace Estimace
Vybraná sada dat
GPS
Estimovaná data Fázory
DŘS SCADA
PDC
u/i
u/i
GPS
PMU
PMU
GPS
u/i ŘS Měření PMU Rozvodna 1
[email protected]
PMU
ŘS Měření PMU Rozvodna X
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
3
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Aplikace On-line měřené synchrofázory jsou základem k realizaci nových a kvalitnějších funkcí. Aplikacemi WAMS jsou např. – – – – – – –
Plošný monitoring úhlu Dynamický monitoring frekvence Estimace stavu sítě On-line výpočet parametrů vedení On-line vyhodnocení rezervy v přenosové kapacitě vedení (ampacita) Napěťová stabilita sítě Frekvenční stabilita sítě
Další využití nachází synchronní fázory v automatickém řízení chodu sítě a při realizaci systémů lokálního chránění.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
4
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Monitoring úhlů a frekvence Aplikace využívají datové soubory fázorů pro monitorování: • • • • • •
Monitorování úhlů mezi uzly sítě Vliv OZE na podmínky provozu sítí Kontrola podmínek pro spínání Výpočet frekvence, monitorování, analýza změn Analýza frekvence na propojených profilech Monitorování úhlů a amplitudy fázorů napětí a jejich dynamických změn
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
5
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Vliv výroby FVE na spínací podmínky 20
5
15
4
10
3
5
2
0 Hod
1 2
4
-5
-10
6
8
10
12
14
16
18
20
22
P Q fi 22-110
0
-1
-15
-2
-20
-3
[email protected]
úhel [deg]
P, Q [MW, MVA]
Trafo 110/22kV - s FVE - slunečno
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
6
CPS 2010
20
High Tatras, Slovak Republic
Vliv výroby FVE na spínací podmínky
5
15
4
10
3
5
2
0
1
Hod
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
-5
-10
0
P Q fi 22-110
-1
-15
-2
-20
-3
[email protected]
úhel [deg]
P, Q [MW, MVA]
Trafo 110/22kV - s FVE - proměnlivá oblačnost
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
7
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Vyrovnávací proud při spínání 110kV
TR2 40MW se zdroji P=-30MW Fázový posuv -5
TR1 40MW P=36 MW Fázový posuv 6
22kV ? • I když jsou obě trafa napájena z přípojnic vvn s nulovým rozdílem úhlu, je v daném případě rozdíl fázového úhlu mezi napětími na sekundárních stranách obou traf 11°. • Napětí mezi oblastmi 22kV je při tomto úhlu více než 2500V, vyrovnávací proud by překročil povolené meze. Monitoring úhlu je nástrojem ke zjištění podmínek bezpečného spínání.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
8
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Ampacita vedení • Přenosová schopnost vedení – ampacita – je stanovena z konstrukčních parametrů vedení za určitých podmínek. Je považována za nepřekročitelnou hranici. Podmínky, na jejichž základě byla ampacita stanovena se vyskytují zřídka. • Za jiných podmínek je možné přetěžovat vedení o několik desítek procent více bez ztráty bezpečnosti. • Přenosová schopnost vedení není omezena jen velikostí proudu. Ampacita závisí kromě proudu i na meteorologických podmínkách, ve výsledku je limitována teplotou vedení – obvykle max. 80 C. Této teplotě odpovídá ještě bezpečný průvěs vodičů vedení. • Změny teploty vedení jsou ovlivňovány zatížením vodičů a okolní teplotou, větrem a slunečním zářením.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
9
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Vliv okolní teploty na ampacitu vedení převzato z knihy“ Anjan Deb „PowerLine Ampacity System“
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
10
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Vliv rychlosti větru na ampacitu vedení převzato z knihy“ Anjan Deb „PowerLine Ampacity System“
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
11
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Průběžné vyhodnocení ampacity vedení • V modelu vedení (π-článek) podélný činný odpor reprezentuje průměrnou teplotu vedení. Limitní teplotě tedy odpovídá maximální dovolený odpor vodiče. • Na základě měření synchrofázorů napětí a proudu na obou koncích vedení je možné průběžně počítat parametry vedení a na základě velikosti podélného činného odporu a jeho změn vyhodnocovat rezervu v ampacitě. • Místo měření faktorů, které ovlivňují teplotu (odpor) se takto měří přímo odpor (teplota). • Následující příklad je z vedení 110kV, délka 47km, doba měření 6 hodin.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
12
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Průběh R a I + meteo podmínky
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
13
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Statická ampacita • Pro stanovení aktuální ampacity je nutné znát dynamický model závislosti teploty vedení. • Jeho parametry se stanoví z měření synchrofázorů U a I na obou koncích koncích vedení v celém rozsahu zatížení a v různých provozních podmínkách.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
14
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Statická ampacita
Odpor [Ω]
140
9,00
130
8,90
120
8,80
110
8,70
100
8,60
90
8,50
80
8,40
Parametry modelu: T = 3200 s K = 0,0102 Ω/A R0 = 7.905 Ω
8,30
70
R Rmodel
60
I1
8,20
50
8,10
40 1
Proud [A]
Dynamický model teploty vedení R=f(I)
9,10
970 1939 2908 3877 4846 5815 6784 7753 8722 9691 10660 11629 12598 13567 14536 15505 16474 17443 18412 19381 20350 21319 Čas [s]
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
15
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
40
0,5
35
0,25
30
0
25
-0,25
úhel/15 úhel/3,75
20
-0,5
ampl/15 ampll/3,75
15
-0,75
10
-1
5
-1,25
0
-1,5 0,05
0,1
[email protected]
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
chyba amplitudy [%]
chyba úhlu [min]
Chyba MTP v závislosti na zatížení
1,2
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
16
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Statická ampacita 200%
100
175% 75
125% 100%
50
75%
Teplota vodiče [°C]
Zatížení [%stat. amp.]
150%
Proud(step) 50%
Proud(step)
25
Teplota (step) 25%
Teplota (step) Max.teplota
0%
0 7
17
27
37
47
57
67
77
87
97
107 117 127 137
čas [m in]
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
17
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Dynamická ampacita vedení převzato z knihy“ Anjan Deb „PowerLine Ampacity System“
Dynamický průběh teploty vedení při změně zatížení – časové konstanty řádově v desítkách minut. Tepelné kapacity vedení lze využít ke krátkodobému přetížení – dynamická ampacita.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
18
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Dynamická a statická ampacita 200%
100
175% 75
125% 100%
50
75%
Teplota vodiče [°C]
Zatížení [%stat. amp.]
150%
Proud(step) 50%
Proud(imp)
25
Teplota (step) 25%
Teplota (Impuls) Max.teplota
0%
0 7
17
27
37
47
57
67
77
87
97
107 117 127 137
čas [m in]
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
19
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Průběžné vyhodnocování ampacity vedení Systémy WAM umožňují průběžné vyhodnocování statické i dynamické ampacity. Nastavení modelu pro ampacitu vyžaduje provést měření v rozsahu 0-100% zatížení vedení za současného mapování meteo podmínek. Přínos: • Průběžné hodnocení skutečné rezervy pro zatížení vedení • Možnost využití krátkodobého přetížení vedení při řešení kritických situací. Další rozvoj: • Implementace změn a předpovědi meteo podmínek do algoritmu hodnocení ampacity. • Eliminace chyb měřicích transformátorů.
[email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
20
CPS 2010
High Tatras, Slovak Republic
Přednáška informuje o některých možnostech systémů WAM. Jsme připraveni účastnit se diskusí o potenciálu k využití této nové technologie.
Děkuji za pozornost Antonín Popelka, Petr Marvan AIS spol. s r.o., Brno www.ais-brno.cz
[email protected] [email protected]
ANTONIN POPELKA, PETR MARVAN: WAMS V DISTRIBUČNÍ ENERGETICE
21
