Stabilitatea tensiunii si analiza contingentelor

PROGRAMELE DE STABILITATE A TENSIUNII ŞI ANALIZĂ A

CONTINGENŢELOR

Stabilitatea tensiunii

Cuprins

Introducere în Stabilitatea tensiunii......................................................................................2

Procedura pas-cu-pas pentru Analiza stabilitatii tensiunii.................................................4

Interfaţa grafică în programul „Voltage Stability”...........................................................17

Introducere în programul „Contingency Analysis” ..........................................................19

Procedura pas-cu-pas pentru rularea programului de Analiză a contingenţelor...........20

Verificarea şi validarea programului de analiză a contingenţelor...................................29 I.a) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” BUS-69 – FFF69................... 31 I.b) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” BUS-Z69 – JJJ69................... 31 I.c) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” AAA69 - BUS-Z69.................. 32 I.d) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” DDD69 - BUS-E69................ 32

Lista de tabele

Tabel 1. Date despre puterea generată disponibilă din reţea.............................................3 Tabel 2. Consumul de putere în sistem şi compensarea statică locală a puterii reactive.3 Notă: Puteţi găsi acest manual pe CD în format Adobe Acrobat PDF. Numele fişierului este: - Voltage Stability VSTAB.pdf Veti găsi fişierele de test din acest tutorial în următoarea locaţie: - C:\EDSAT2K\Samples\VoltStab = Voltage Stability Test Files: VoltageStability, Contingency

Version 2.00.00 October 2005 1


Introducere în Stabilitatea tensiunii Stabilitatea unui sistem electric poate fi clasificată în două mari categorii: stabilitate tranzitorie (unghiulară) şi stabilitate a tensiunii. În mod tradiţional, stabilitatea tranzitorie a fost principala preocupare a inginerilor de reţele electrice. În condiţiile unei creşteri a cererii de energie electrică şi a unei creşteri mult mai mici a numărului de centrale noi, instabilitatea tensiunii a devenit un fapt frecvent şi de accea a câştigat atenţia sporită a operatorilor şi proiectanţilor de reţele electrice. Stabilitatea tensiunii dintr-o reţea electică se referă la abilitatea sistemului de a menţine o tensiune acceptabilă în condiţiile unei topologii a sistemului care se poate modifica şi a unor încărcări diferite ale sarcinilor. Instabilitatea tensiunii are loc în general datorită faptului că, spre deosebire de puterea activă, puterea reactivă nu poate fi transportată pe distanţe lungi. De aceea, un sistem electric cu multe surse de putere reactivă este mai puţin probabil să aibă probleme de stabilitate a tensiunii. Evaluarea stabilităţii tensiunii unui sistem electric este de o importanţă covârşitoare în planificarea reţelelor electrice şi operarea lor zilnică. Aşa numita analiza „PV”, care este larg folosită în studii ale stabilităţii tensiunii, este bazată pe impunerea unei creşteri graduale a sarcinii în anumite sau în toate secţiunile unui sistem electric. Ulterior, este selectat un grup de generatoare care să funcţioneze ca furnizori de putere reactivă, pentru a compensa căderea de tensiune creată de creşterea sarcinii. Când capacitatea de compensare a puterii reactive din aceste unităţi de generare este terminată (nu se poate ajunge la o soluţie în rularea regimului permanent la acel nivel al sarcinii), tensiunea va cădea şi, implicit se va defini limita de stabilitate a tensiunii pentru acel sistem. Cel mai uzual mod de abordare al studiului stabilităţii tensiunii este bazat pe analiza circulaţiei de putere. EDSA a adoptat această metodologie în evaluarea stabilităţii tensiunii a unui sistem electric. Analize dinamice ale fenomenului de stabilitate a tensiunii se pot realiza folosind programul de stabilitate tranzitorie EDSA (EDSA Transient Stability program). Caracteristicile principale ale programului EDSA de stabilitate a tensiunii includ selecţie flexibilă a creşterii sarcinii sistemului (pe arii, zone sau noduri), grupuri de generatoare definite de utilizator, selecţie eficientă a obiectelor monitorizate, soluţii tehnice rapide şi de încredere şi o plotare uşor de înţeles pentru vizualizarea curbelor PV. Rezervele de putere reactivă ale nodurilor din reţea şi a generatoarelor pot fi monitorizate în întregul sistem, pe arii, zone sau individual. Vor fi arătate în continuare în tutorial exemple pentru caracteristicile mai sus menţionate. Acest tutorial va ilustra modul de analizare al stabilităţii tensiunii bazată pe o rezervă de putere reactivă dinamică disponibilă în reţeaua de distribuţie. Aşa cum s-a indicat mai sus, stabilitatea tensiunii se referă la abilitatea sistemului de a menţine un nivel acceptabil al tensiunii, în condiţiile unor sarcini fluctuante şi a unei topologii de reţea în schimbare. Pentru a controla aceste nivele de tensiune, trebuie să fie disponibilă o rezervă mare de putere reactivă pentru a compensa condiţiile dinamice ale sistemului. Programul va calcula limita de stabilitate maximă bazată pe surse de putere reactivă controlate dinamic. În alte cuvinte: generatoare definite ca noduri PV. Sistemul trebuie să aibă cel puţin un nod PV pentru ca analiza să fie fiabilă. Exemplul ilustrat în acest tutorial este un sistem format din 14 noduri, publicat în manualul numit „Analysis of Faulted Power Systems” de A. Fouad si P.M. Anderson de la Iowa State University. Scopul este de a găsi limita de stabilitate a tensiunii a acestui sistem electric atunci când toate sarcinile din sistem sunt crescute uniform, bazate pe tipare care vor fi explicate în continuare în acest exerciţiu.



Înainte ca acest tutorial să fie explicat, tabelul următor va ajuta cititorul în interpretarea rezultatelor.

Tabel 1. Date despre puterea generată disponibilă din reţea

Tabel 2. Consumul de putere în sistem şi compensarea statică locală a puterii reactive Tabelul 1 indică ca nodurile AAA138, DDD69 şi FFF138 reprezintă rezerva dinamică de putere reactivă a acestui sistem. Tabelul 2 ilustrează condiţia de sarcina de bază de la care va porni această analiză. Tutorialul va încerca să determine dacă sistemul este capabil să facă faţă unei creşteri de 200% a sarcinii în timp ce trebuie să menţină un nivel de tensiune acceptabil în sistem. Creşterea va fi scalată în trepte de creştere de câte 2%. Parametrii care vor fi folosiţi în analiză sunt:

1. Factorul de creştere a sarcinii (Load Growth Factor): 200% aplicat la toate sarcinile 2. Incrementul de creştere a sarcinii (Load Increment): 2% aplicat la toate sarcinile



Procedura pas-cu-pas pentru Analiza stabilitatii tensiunii Pasul 1. Deschideţi fişierul folosit pentru studiu. Fişierul utilizat se numeşte „VOLTAGESTABILITY.axd”

Pasul 2. Selectaţi icoana „Voltage Stability”.

Ca şi altenativă, programul „Voltage Stability” poate fi pornit şi din meniul „Analysis” indicat mai jos:



Pasul 3. Pentru a porni analiza, selectaţi butonul „Options”:

Pasul 4. Selectaţi metoda de rezolvare a regimului permanent. Pentru acest exemplu, selectaţi „Fast Decoupled”

Pasul 5. Definiţi opţiunile de control al tensiunii din regimul permanent, aşa cum este indicat aici şi selectaţi „OK”.



Pasul 6. Selectaţi butonul „Analyze”:

Pasul 7. Specificaţi “Load Growth Factor’ şi “Load Growth Increment”. Amândouă valorile trebuie introduse în procente. Completaţi valorile indicate în imagine. De asemenea, introduceţi “Low Voltage Stability Criterion” aşa cum este indicat mai jos:

Pasul 8. Selectaţi meniul „Load Scaling” şi apăsaţi „Add All” ( puteţi să selectaţi şi alte sarcini):



Pasul 9. Selectaţi meniul „Generation Scaling”:

Pasul 10. Selectaţi din coloana „Available Generators” fiecare generator care va fi folosit ca şi sursă de putere reactivă, apoi apăsaţi „Add” să-l adăugaţi în coloana „Selected Generators”. Pentru acest exemplu, selectaţi toate generatoarele. Pasul 11. Selectaţi meniul „Monitored Busses”.

Pasul 12. Selectaţi din coloana „Available Busses” fiecare nod pentru care este cerut un raport grafic, apoi apăsaţi „Add” să-l adăugaţi în coloana „Monitored Busses”. Pentru acest exemplu selectaţi „Add All”. Pasul 13. Selectaţi meniul „Monitored Gen”.



Pasul 14. Selectaţi din coloana „Available Generators” fiecare generator pentru care este cerut un raport grafic, apoi apăsaţi „Add” să-l adăugaţi în coloana „Monitored Generators”. Pentru acest exemplu selectaţi „Add All”. Pasul 15. Apăsaţi „OK”.



Pasul 16. O dată ce analiza este completă, fereastra „Program Information” va afişa un raport al stabilităţii tensiunii. În acest caz, tensiunea va cădea dacă consumul total ar fi crescut cu 62% sau 385.5 MW, ca mai jos:

Pasul 17. După ce simularea s-a terminat, va apărea o icoană nouă „Report Manager”. Selectaţi această icoană:



Pasul 18. Selectaţi „Log Information”

Pasul 19. Pentru a vedea raportul text al analizei, selectaţi „View Text Report” din categoria „Voltage Stability Report”.



Pasul 20. Pentru a vedea rezultatele grafice, selectaţi „View Curves Grafically” din „Report Manager”

Pasul 22. Selectaţi din listă nodurile care doriţi să le vizualizaţi sau daţi click pe “Select all Items” pentru a vedea simultan toate curbele.

Pasul 21. Selectaţi “Bus Voltage Graphic”



Pasul 24. Selectaţi din listă generatoarele pe care doriţi să le vizualizaţi, sau daţi click pe “Select all Items” pentru a vedea simultan toate curbele.

Pasul 23. Selectaţi “Reactive Power Reserve Graphic”

În concluzie: Graficele arată clar ca tensiunea va cădea în momentul în care rezerva de putere reactivă a sistemului este epuizată. Pagina umatoare ilustrează un raport complet în format text.



Interfaţa grafică în programul „Voltage Stability” În secţiunea următoare sunt rezumate caracteristicile comenzilor interfeţei grafice utilizate în programul Voltage Stability.



Opţiunea proprietăţilor graficului permite ca utilizatorul să controleze fiecare aspect al plotării, incluzând culori, trasare şi metode de interpolare



Introducere în programul „Contingency Analysis” Programul EDSA de analiză a contintenţelor „Contingency Analysis Program” (CAP) utilizează un algoritm avansat de soluţionare şi are o interfaţă foarte prietenoasă. Tehnica CAP este bazată pe metodologia completă de calcul al regimului permanent în reţelele de c.a. şi este rapidă, corectă şi robustă. CAP evaluează mii de contingenţe în câteva secunde, scoate rapoarte uşor de înţeles şi poate evalua un număr de contingenţe incluzând scoaterea din funcţiune a:

- Transformatoarelor - Liniilor de transport şi distribuţie - Generatoarelor - Consumatorilor - Bobinelor de reactanţă/Condensatoarelor

CAP generează rapoarte uşor de înţeles. În plus, CAP aranjează în ordine descrescătoare contingenţele bazându-se pe depăşirile limitelor impuse de utilizator, uşurând astfel sarcina plictisitoare şi greoaie a inginerilor de a verifica rezultalele detaliate a miilor de contingenţe analizate. CAP compară automat limitele de operare ale tensiunii şi circulaţiile de putere prin toate echipamentele cu soluţia şi raportează tipul de depăşire a limitelor impuse, gradul de depăşire şi contingenţa care cauzează depăşirea limitelor impuse. Raportul poate fi exportat în Excel pentru analize grafice ulterioare. Contingenţele sunt definite de utilizatori printr-o interfaţă prietenoasă. CAP poate pregăti automat lista cu toate cele N-1 contingenţe în funcţie de arii, tensiuni definite de utilizator, zone sau întreaga reţea. CAP poate trata orice tip de contingenţă N-k care implică orice număr de elemente. În plus faţă de definirea contingenţelor, celelalte date de intrare cerute de programul de analiză a contingenţelor sunt similare cu cele din programul de analiză a regimului permanent. Sunt automat completate limitele minime şi maxime ale tensiunilor în regim normal de funcţionare şi de avarie, capacităţile de încărcare ale transfomatoarelor, liniilor/cablurilor în regim normal de funcţionare şi de avarie.



Procedura pas-cu-pas pentru rularea programului de Analiză a contingenţelor Vom arăta programul de analiză a contingenţelor folosind un fişier din Samples. Acest fişier numit „CONTINGENCY.axd” poate fi găsit în EDSA2005\samples\voltstab. Pentru a începe procedura pas-cu-pas întâi deschidem acest fişier. Pentru a accesa programul de analiză a contingenţelor, selectaţi icoana „Voltage Stability Contingency Analysis” ca în figura de mai jos:

Apoi, selectaţi icoana „Contingecy Analysis” :



Va fi afişată fereastra de dialog principală a analizei contingenţelor. Aici utilizatorul poate defini contingenţe, poate seta limite de funcţionare, să ceară ca programul să genereze N-1 contingenţe, să definească filtre bazate pe arii, zone şi/sau tensiunea sistemului, şi în final să ceară programului să simuleze contingenţele.



Implicit, programul creează o contingenţă goală numită „BaseCase”. Paşii necesari pentru crearea unei contingenţe sunt descrişi mai jos. O contingenţă poate să însemne evenimente multiple sau numai un singur eveniment. În partea dreaptă a ferestrei de dialog utilizatorul poate defini tipul de contingenţă selectând „Buses” sau „Branches”. Să presupunem că dorim să definim o ieşire din funcţiune a unui generator, în acest exemplu generatorul „DDD138”. Dând dublu click pe acest generator, se va afişa o fereastră din care se poate alege tipul de contigenţă pentru:

- scoaterea din funcţiune a unui nod - scoaterea din funcţiune a unei sarcini - scoaterea din funcţiune a unui generator

aşa cum este arătat mai jos:

Mai sus, este selectată opţiunea „OutGen” şi acest eveniment este adăugat analizei.



Pentru a modifica numele unei contingenţe, daţi dublu click pe butonul dreapta al mouse-ului (pe rândul cu numele contingenţei), se deschide o fereastră de dialog nouă în care se introduce noul nume.

Se pot defini contingenţe pentru laturi, similar celor pentru noduri. Este arătat mai jos. Daţi dublu click pe rândul unde este afişată latura dorită şi selectaţi statusul „Out Service”.



Programul de analiză a contingenţelor poate fi folosit pentru generarea automată a N-1 contingenţe. De exemplu, să presupunem că se doreşte generarea automată de contingenţe pentru toate liniile/cablurile de 69 kV. Pentru început, vom selecta nivelul de tensiune de 69 kV din lista cu tensiunile disponibile, ca în figura de mai jos.

Acum apăsaţi butonul „N-1 Contingencies”. Deoarece ne interesează ieşirea din funcţiune a liniilor, bifaţi „Generate N-1 Line Contingencies” şi apăsaţi „OK”.



Figura de mai jos arată o listă cu liniile scoase din funcţiune, listă care a fost generată automat.

Programul de analiză a contingenţelor va simula fiecare din continegenţele definite şi verifică rezultatele regimului permanent cu limitele pentru tensiune şi curent/putere definite de utilizator. Pentru a modifica limitele impuse, apăsaţi butonul „Violation Criteria”. Utilizatorul poate specifica dacă programul de analiză a contingenţelor ar trebui să considere limitele tensiunii de funcţionare în regim normal sau de avarie, aşa cum este arătat mai jos. De asemenea, limita de supraîncărcare poate fi definită ca procentaj din valorile nominale (curent pentru linii/cabluri/separatoare şi putere pentru transformatoare).



După ce s-au specificat contingenţele dorite şi limitele impuse, apăsaţi butonul „Analyze & Report” pentru a porni simularea, aşa cum este arătat mai jos.

upă ce s-au analizat toate contingenţele, programul prezintă rezultatele aşa cum este afişat mai jos.

DRaportul conţine descrierea detaliată a fiecărei contingenţe, depăşirile limitelor impuse pentru tensiuni şi limitelor impuse pentru supraîncărcări. În final, programul afişează toate contingenţele în ordine descrescătoare împreună cu gradul atribuit în funcţie de gradul de depăşire al limitelor impuse pentru valorile tensiunilor şi circulaţiilor de putere şi curent.



Verificarea şi validarea programului de analiză a contingenţelor S-a urmat procedura de mai jos pentru a valida şi verifica rezultatele programului de analiză a contingenţelor:

a) Folosiţi rezultatele obţinute pentru fiecare contingenţă definită în fişierul „CONTINGENCY”, vezi secţiunea anterioară

b) Creaţi un proiect nou pentru fiecare contingenţă definită şi scoateţi din funcţie manual elementul corespunzător (pentru cazul avut la dispoziţie, scoateţi fiecare linie)

c) Rulând „Advanced Powerflow”, obţineţi rezultatele rulării regimului permanent pentru fiecare proiect creat în pasul b) de mai sus

d) Obţineţi rezultelele pentru tensiunile nodurilor şi circulaţiile de puteri pentru fiecare proiect din pasul b), vezi secţiunea I.a, I.b, I.c şi I.d de mai jos

e) În final comparaţi rezultalele obţinute în pasul a) cu cele din pasul d) Inginerii de la firma EDSA au realizat procedura V&V, iar rezultatele sunt rezumate mai jos (fişierele create în pasul b) sunt CONTINGENCY-AAA69-Z69, CONTINGENCY-DDD69-Z69, CONTINGENCY-FFF69-Z69 şi CONTINGENCY-JJJ69-Z69. Aceste tabele arată ca rezultatele sunt 100% corecte. Depăşirea valorilor impuse pentru tensiuni pentru contingenţa: „Line Out” BUS-E69-FFF69

epăşirea valorilor impuse pentru încărcări pentru contingenţa: „Line Out” BUS-E69-FFF69 D



epăşirea valorilor impuse pentru tensiuni pentru contingenţa: „Line Out” BUS-Z69-JJJ69 D

Depăşirea valorilor impuse pentru încărcări pentru contingenţa: „Line Out” BUS-Z69-JJJ69

Depăşirea valorilor impuse pentru tensiuni pentru contingenţa: „Line Out” AAA69-BUS-Z69

Depăşirea valorilor impuse pentru încărcări pentru contingenţa: „Line Out” AAA69-BUS-Z69

Depăşirea valorilor impuse pentru tensiuni pentru contingenţa: „Line Out” DDD69-BUS-E69

Depăşirea valorilor impuse pentru încărcări pentru contingenţa: „Line Out” DDD69-BUS-E69



I.a) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” BUS-69 – FFF69

I.b) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” BUS-Z69 – JJJ69



I.c) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” AAA69 - BUS-Z69

I.d) Rezultatele rulării regimului permanent pentru contingenţa „Line Out” DDD69 - BUS-E69


Stabilitatea tensiunii si analiza contingentelor

Documents

Transcript of Stabilitatea tensiunii si analiza contingentelor