1Cap. 3. Controlul tensiunii i calitatea energiei electrice

3.1 Aspecte generale privind calitatea energiei electrice

Calitatea energiei electrice reprezint o cerin de prim nsemntate n exploatarea RE, fiind caracterizat de o serie de indicatori urmrii att de furnizori ct i de consumatori:

i. valorile i limitele de variaie ale frecvenei (n general 49,5...50,2 Hz);

ii. nivelul de tensiune i abaterile admisibile:

iii. gradul de nesimetrie al sistemului trifazat de tensiune;

iv. gradul de deformare a undei de tensiune;

v. continuitatea n alimentare.

;%10%3

2Tensiunea reprezint un parametru de regim, variabil n spaiu i timp:

- n spaiu, datorit cderilor de tensiune n elementele reelei electrice rspndite teritorial;

- n timp, datorit modificrilor continue a puterilor absorbite de consumatori, a schemei de funcionare impuse de optimizarea regimului, de producerea unor avarii sau deconectarea unor elemente pentru revizii.

Nivelul de tensiune este strns legat de asigurarea stabilitii statice i dinamice a SEE, din care cauz reglajul primar, secundar i teriar constituie una din problemele importante i dificile ale exploatrii SEE.

Reglajul U-Q ntr-un sistem electroenergetic desemneaz capacitatea acestuia de a furniza puterea reactiv necesar pentru a menine tensiunea la valoarea dorit.

3Limitele sau abaterile tensiunii sunt stabilite astfel nct s fie realizate exigenele:

- securitatea echipamentelor, avnd n vedere c izolaia n instalaii impune s nu se depeasc o valoare maxim a U;

- securitatea n funcionare a SEE, care are n vedere evitarea declanrii i producerii colapsului de U. Pornind de la aceast exigen se definete o valoare minim a U sub care exist riscul prbuirii U i ieirea din funcionare a sistemului;

- d.p.d.v. economic, se va aciona pentru minimizarea pierderilor de putere i energie n RET i RED.

Echipamente utilizate pentru reglajul U-Q:

i. generatoarele sincrone;

ii. transformatoarele cu reglaj n gol sau n sarcin;

iii. dispozitive de compensare de tip derivaie (compensatoare sincrone, baterii cu condensatoare etc.);

iv. dispozitive de compensare de tip derivaie instalate n reeaua de distribuie;

v. dispozitive de tip FACTS.

43.2 Rolul i locul reglajului de tensiune Rolul aciunilor de reglare:

Compensarea cderilor de tensiune care au loc ca urmare a trecerii curenilor variabili ai sarcinilor, n scopul alimentrii consumatorilor la o tensiune ct mai constant.

Nivelul de tensiune este strns legat de gradul de vehiculare al puterii active i n special al puterii reactive prin impedanele liniilor i transformatoarelor.

2 2 2 21 2

2 2

RP XQ XP RQV V jV V

2 2 2 2

2 n

RP XQ RP XQVV V

Componenta longitudinal:

I

V2V1

Z=R+jX

1 2 P +jQ2 2

Componenta transversal:

2 2 2 2

2 n

XP RQ XP RQVV V

Fig. 3.1 Diagrama fazorial fundamental a cderilor de tensiune.

Cderea de tensiune fazorial:

-jIri I I2 2= =

Ia V2A

B

DV12

V12

CV1

jXI

+j

0ED

V12

RI

V 12

5Avnd n vedere c n reelele de transport R

6 Sarcina principal n reglarea tensiunii const n asigurarea nivelului de tensiune admisibil att la receptoarele din nodurile cele mai ndeprtate de sursele de putere reactiv, ct i a receptoarelor din apropierea acestor surse, n diverse regimuri de funcionare.

Calitatea reglajului de tensiune: Dac se consider c Umin i Umax sunt valorile minim i maxim ale tensiunii U(t) ntr-un interval T, atunci abaterea maxim de tensiune este dat de relaia:

Pentru aprecierea calitii reglajului tensiunii n SEE se stabilesc aa zisele benzi de tensiune, care exprim abaterile admisibile de tensiune n raport cu tensiunea nominal.

max minmax 100%

n

U UUU

- Umax admisibil impus de nivelul de izolaie al instalaiilor precum i de restriciile privind perturbaiile asupra liniilor de comunicaie;

- Umin admisibil impus de criteriile meninerii stabilitii n funcionarea sistemului.

7Pentru ncadrarea tensiunii n benzile admisibile se aleg, n cadrul SEE, cteva puncte sau noduri pilot unde se regleaz tensiunea la anumite valori, astfel nct tensiunea n celelalte noduri s se ncadreze n benzile impuse.

n general, punctele pilot se aleg, dintre nodurile cu putere de scurtcircuit ct mai mare.

Alegerea punctelor pilot se poate face i pe considerente geografice avnd n vedere structura RE ntr-o zon, astfel fiecrui nod pilot i este asociat o zon cuprinznd un numr de noduri i grupuri reglante.

- reglaj la bornele consumatorilor;

- reglaj n staiile de transformare din RE de transport;

- reglaj n centralele electrice folosind reglajul primar i dispozitivul RAT.

Locul unde se realizeaz reglajul de tensiune:

83.3. Metode i mijloace de reglare a tensiuniiMetodele de reglare a tensiunii se bazeaz pe modificarea sau

compensarea cderilor de tensiune n reea, n sensul reducerii sau creterii acestora, dup cum nivelul de tensiune este mai ridicat sau mai redus fa de cel impus.

Considernd expresia componentei longitudinale a cderii de tensiune:

a rV RI XI strategiile de reglare se clasific n:

Strategii bazate pe reducerea XIr:

Reducerea I r

Reducerea X

Baterii cu condensatoare

Compensatoare sincrone i statice

Conectri de linii i transformatoare n paralel

Conectarea de condensatoare serie

9 Strategii bazate pe compensarea cderii de tensiune:

Compensarea cderii de tensiune

Cu ajutorul transformatoarelor cu reglaj sub sarcin

Reglarea tensiunii la bornele generatoarelor

Metodele de reglare a tensiunii:

a) Introducerea de tensiuni suplimentare, pentru compensarea Vfolosind transformatoare i ATR cu reglaj sub sarcin sau tehnologii de tip FACTS;

b) Modificarea parametrilor reelei (R, X), introducnd n serie condensatoare fixe sau variabile sau modificnd structura reelei;

c) Modificarea circulaiei de putere reactiv, prin injectarea / consumul de Q folosind baterii cu condensatoare, compensatoare statice, sincrone, bobine transversale etc.

10

3.3.1. Reglarea direct prin prizele transformatoarelor i autotransformatoarelor Scopul: Introducerea tensiunii suplimentare longitudinale se face n sensul

scderii sau creterii tensiunii reelei, mrind sau micornd raportul de transformare prin modificarea numrului de spire dinnfurarea primar sau secundar.

Reglarea prizelor: Modificarea n trepte a numrului de spire se realizeaz cu ajutorul unor prize (ploturi) scoase de pe nfurarea reglat i a unui comutator de prize:

- modificarea prizei de funcionare se realizeaz la mersul n gol, pentru transformatoare de mic putere;

- modificarea prizei de funcionare se realizeaz n sarcin, pentru transformatoare de mare putere.

De regul nfurarea cu prize este nfurarea cu tensiunea cea mai ridicat, soluie care se justific pentru c nfurarea de IT este mai accesibil, iar realizarea comutatorului de prize este simplificat deoarece se lucreaz la cureni mai mici.

11

La transformatoarele ridictoare, tensiunea prizei mediane este cu 10% mai mare dect tensiunea nominal a reelei secundare la care este conectat transformatorul;

La transformatoarele cobortoare, tensiunea prizei mediane este egal cu tensiunea nominal a reelei primare la care este conectat transformatorul.

00

(3.3)IT IT MT ITij MT ITMT MT IT ij

V n n VN V VV n n N

Pentru o tensiune VIT dat i un numr de spire nMT constant, orice reducere a nr. de spire pe IT, deci a raportului Nij0 se traduce printr-o cretere a tensiunii VMT. Invers orice cretere a nr. de spire nIT provoac o reducere a tensiunii VMT.

Treapta de reglare, reprezint tensiunea suplimentar introdus n gol, n sens pozitiv sau negativ, la modificarea cu o unitate a nr. de prize, ea exprimndu-se n procente din tensiunea prizei mediane:

Fie raportul de transformare

.% (3.4)100

nomIT

vv V

Fig. 3.2 Schemele transformatoarelor: a. transformator ridictor b. transformator cobortor

TMT

TMT

a. b.

12

Tensiunea corespunztoare la o priz np este

)5.3(100

%1.

vnVV pnomITprizITrespectiv noul raport de transformare devine:

%1 (3.6)100

nomnou ITij pnom

MT

V vN nV

n sistemul electroenergetic din Romnia, numrul de prize i treptele de reglare sunt de ordinul:

la 110/6,3 (11): 91,78%; la 220/121: 122,5%; la 400/231: 121,5%;

transformatoarele conectate bloc cu generatoarele la nivelul de 220 kV suntprevzute fr reglaj, cu reglaj n gol (5%) sau cu reglaj n sarcin (121,5%);

autotransformatoarele conectate ntre niveluri vecine de tensiune dispun de o gam de reglare de: 231 121,25% / 121/10,5; 400 121,25% / 231 / 22 kV.

13

Determinarea prizei de funcionare a transformatoarelor

Se consider reeaua de alimentare a unui consumator (fig. 3.3).

- Pentru un anumit regim de funcionare se cunosc: V1, P20, Q20;

- Prin modificarea numrului de prize n funciune, np, se poate controla tensiunea la consumator pentru a obine V2dorit.

Fig. 3.3. Schem echivalent pentru calculul prizei de funcionare.

'V1 V2V2

Z=jX

N =ij 'V2V2

V1 V2

P jQ20 20+a.

b.

1 22I2

Zc

I2

14

Relaia de legtur ntre tensiuni:

1 2' 12V V V

20 201 2' 2'

2'

(3.7)RP XQV V V VV

sau, n cazul neglijrii componentelor transversale:

Din ecuaia (3.7) se obine:

22' 1 2' 20 20 0V VV RP XQ Dac 2'

2ij

VNV

rezult:

2 22 1 2 20 20 0 (3.7 ')ij ijN V N VV P R Q X

15

Soluia ecuaiei (3.7) este:

2 2 21 1 20 20

2 2

4 ( )2

ij ij ij

ij

N V N V N RP XQV

N

Obs. Tensiunea V2 este invers proporional cu raportul Nij; deci prin micorarea raportului Nij ntr-o anumit proporie, V2 va crete n aceeai proporie.

sau

21 1 20 20

2

4( )(3.8')

2ij dorit

V V RP XQN

V

respectiv soluia viabil2

1 1 20 202

4( )(3.8)

2 ij

V V RP XQV

N

16

Dac n (3.9) se nlocuiete Nij din relaia (3.8), rezult:

21 1 20 202

100 4 1 (3.10)2

nomMT

p nomIT dorit

Vn V V RP XQv V V

Valoarea lui np astfel obinut se rotunjete la un numr ntreg n interiorul domeniului de reglare.

%1 (3.6)100

100 1 (3.9)%

nomIT

ij pnomMT

nomMT

p ijnomIT

V vN nV

Vn Nv V

Din expresia (3.6) a raportului de transformare se deduce numrul prizei np:

17

Caracteristica static a transformatorului V2= f(N)

Se consider schema din figura 3.4 n care s-au fcut urmtoarele ipoteze simplificatoare:

Relaiile dintre tensiunile de faz i cureni sunt:

2'1 2'

22 c

V V Z IV Z I

Z jXc c

Z R- s-a neglijat rezistena liniei i a transformatorului, adic ;

- se consider sarcina pur rezistiv, .

(3.11)

Fig.3.4

'V1 V2V2

Z=jX

N =ij'V2

V2

1 22I2

Zc

I2

18

2 2Alegnd ca origine de faz tensiunea la bornele consumatorului, adic V =V 0

i innd cont de expresia raportului de transformare:

2' 2

2 2'

V INV I

din (3.11) rezult

2'1 2'

22 c

V V jX IV R I

21 2 2 2

11c c

VX XV NV j NV jN R R N

respectiv

Modulul tensiunii V1 are expresia:

2

1 2 4

11c

XV NVR N

(3.11')

(3.12)

19

Rezult c tensiunea V2 la consumator are expresia:

1 12 2 22

21 1c

cc

V VVR NX XN

R N XR N

sau

12 24

1 (3.13)

1

c

c

NR VV f NX R N

X

Relaia (3.13), care stabilete dependena tensiunii la bornele consumatorului n funcie de valoarea raportului de transformare, definete caracteristica static a transformatoruluiprevzut cu reglaj sub sarcin, prezentat n figura 3.5.

Fig.3.5 Caracteristica V2= f(N)

V2,dB A

V2

NmaxNBNNA

V2max

20

Maximul funciei V2= f(N) se obine punnd condiia 2 0dVdN

n expresia (3.13) se introduc urmtoarele notaii:

XVRa c 1

2

2

XRb c

Rezult:

2 4(3.13')

1

NaVbN

34

4 44

22 3

4 4

41 1 22 1

1 1

bNa bN aN a bN abNdV bNdN bN bN

4max2

34max

10 (3.15)

1

a bNdVdN bN

(3.14)

''

1

' ' '

2

1 [ ( )]( )[ ( )]

( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )

nnn

f xf xn f x

f x g x f x g xf xg x g x

respectiv

21

n acest sens se impune ca:4max1 0bN

adic

4max

1 (3.16)c

XNb R

Valoarea maxim a tensiunii corespunztoare lui Nmax ,este:

1 12max 1

max(3.17)

22 2

c

c

RV VV VXN X

R

Dup cum se va arta n capitolul Stabilitatea de tensiune, (Cursul de Dinamica Sistemelor Electroenergetice) punctele de echilibru (punctele posibile de funcionare), se obin intersectnd graficul caracteristicii statice V2=f(N) cu dreapta V2=V2d (3.13).

Dac V2dV2max nu exist nici un punct de funcionare. Aceasta demonstreaz faptul c nu se poate obine orice valoare V2d la bornele consumatorului prin modificarea raportului de transformare.

22

3.3.2. Reglarea indirect a tensiunii i unghiului de faz cu ansambluri de reglare cu transformatoare supravoltoare

Fig. 3.6. Reglare longitudinal.

Va

Vb

VcVc

Vb

Va

V 0o+

V V 0o+V

i) Reglajul longitudinal, const n injectarea unei tensiuni n faz, cu amplitudine reglabil, n serie pe linie.

a)

b)

c)

Va

Vb

Vc

Va

Vb

Vcnou

nou

nou

Vc

Vb

Va

23

nfurarea secundar a transformatorului supravoltor este nseriat pe linie, iar nfurarea primar este alimentat de la un transformator (sau autotransformator) reglabil. Se poate asigura astfel un domeniu de reglare de circa 10-15% din tensiunea nominal a liniei. Pierderile de putere n ntreaga instalaie sunt aproximativ de 0.5% din puterea transportat pe linia reglat.

24Fig. 3.7. Reglaj transversal.

ii) Reglajul transversal, const n injectarea unei tensiuni defazat cu un unghi n raport cu tensiunea V.

Va

VbVcVc Vb

VaVa

nou

Vbnou

Vcnou

V V nou= V 90o+

V 90o+

V V V nou= V 90o+

a)

b)

c)

90

Va

Vb

Vc

Va

Vb

Vcnou

nou

nouVa

Vb

Vc

ATR Transformatorsupravoltor

25

iii) Reglajul longo-transversal, care se obine din combinarea celor dou tipuri de reglare longitudinal i transversal permite modificarea circulaiei puterilor active i reactive prin transformator.

Fig. 3.8. Diagramele fazoriale pentru transformatorul cu reglaj longo-transversal.

, ,a b cV V V tensiunea reglat cu ajutorul prizeloraVnouaV este rotit fa denoua a aV V V ;

Va

VbVcVc

Vb

VaVa

VbVcVc Vb

VaVa

nou

Vbnou

Vcnou

26

n cazul transformatoarelor cu reglaj longotransversal raportul de transformare se exprim printr-un numr complex, pentru c tensiunea secundar este rotit fa de cea primar cu unghiul :

0unde: raportul nominal;

raportul variabil cu numrul de prize;unghiul de reglaj (-60 ; +60 ; 0 ; -120 ; +120 ).

j

NTe

Modificarea circulaiei puterilor active i reactive cu ajutorul

transformatorului supravoltor:

cretecretescadescade-60ocretescadescadecrete+60oscadecretecretescade-120oscadescadecretecrete+120o

QPQPTip reglaj

De la IT spre FITDe la FIT spre ITSensul circulaiei puterii

(3.18)aa a

VNV V

0 1 jN N Te 100VT w ( )nw w w

27

3.3.3 Reglarea tensiunii prin modificarea parametrilor reeleiScopul: Creterea / reducerea nivelului tensiunii n reeaua electric.

a) Prin modificarea numrului de circuite (linii sau trafo) funcionnd n paralel, se modific parametrii reelei:

- n practica curent de exploatare, nu este recomandat - din motive de siguran n alimentare - conectarea/deconectarea liniilor electrice;

- n comparaie cu liniile electrice, transformatoarele care prezint o siguran mai mare n funcionare, pot fi deconectate n regimuri de ncrcare minim i n scopul reducerii pierderilor de energie.

b) Prin compensarea serie a reactanei inductive a liniilor (compensarea longitudinal sau serie).

Instalarea unor baterii cu condensatoare n serie pe o linie electric are ca efect reducerea reactanei rezultante (longitudinal) i deci micorarea corespunztoare a cderilor de tensiune.

28

n cazul liniilor de transport prin compensare longitudinal s-a urmrit creterea capacitii de transport i a limitei de stabilitate, respectiv reducereasupratensiunilor (n regimuri cu sarcin redus) (V.cap.2.).

n cazul liniilor scurte de tensiuni medii, compensarea cu condensatoare serie se poate studia cu ajutorul schemei echivalente din figura 3.9, a.

Fig. 3.9. Compensarea serie a liniilor scurte: a. schema echivalent; b. diagrama fazorial de tensiune pentru diverse grade de compensare.

0 AB

CD

E F

G V2V1

V2 (Compensare total =X ), X C L

V2 (Supracompensare,X >X )C L

(Subcompensare, X /X

29

2 1

1 1

1 1 1

0 0

1 1

0 0

0

1

0

1

0 0

1

0 0

1

unde: 0 ;

; ;

; ;

; ;

L L

L L

L

L C

L C L C

C

V V jV V

V V OA VP

X X P X

R P XAB DEV V

Q R Q XBC EFV V

Q X P XC

P R Q Q R

FV

X

D GV

Grade de compensare

KsXL Supracompensare

1 (3.19)L CX X X L C

Reactana rezultant devine:

Gradul de compensare: CsL

XKX

30

Tensiunea maxim la bornele condensatorului serie are valoarea VC=XCImax, unde Imax este curentul maxim prin linie. Deoarece valoarea VC nu depete 10% din tensiunea de faz, tensiunea nominal a condensatorului serie este cu mult mai mic dect tensiunea nominal a liniei.

n scopul reglrii tensiunii, compensarea serie prezint interes la liniile de medie tensiune, n special n cazul:

- liniilor aeriene de lungime mare, n scopul reducerii variaiilor lente de tensiune la consumatori;

- liniilor care alimenteaz consumatori cu ocuri de sarcin reactiv (laminoare, cuptoare cu arc electric etc.), n scopul reducerii variaiilor corespunztoare de tensiune mari.

Observaie: Deoarece compensarea serie poate provoca unele fenomene negative (ferorezonan, rezonan subsincron, pendularea mainilor sincrone etc.), este necesar o cercetare amnunit privind apariia i nlturarea acestor fenomene. n acest sens se menioneaz: limitarea gradului de compensare Ks=XC/XL la valori de (1,5 - 2), utilizarea unor rezistene n serie sau n paralel cu bateria cu condensatoare.

31

Un dezavantaj al utilizrii condensatorului serie l reprezint creterea curenilor de scurtcircuit, care poate poate produce o supratensiune la bornele condensatorului care poate depi de cteva ori tensiunea nominal. Pentru a evita afectarea condensatorului, de ctre curentul de s.c. este preferabil montarea acestuia aproape de captul de ieire al liniei. Pentru protejarea condensatorului mpotriva efectelor curentului de s.c. se folosesc diverse soluii. Una din cele mai utilizate soluii este prezentat n figura 3.10.

Fig. 3.10 Echipament de protecie a bateriei cu condensatoare serie mpotriva s.c.

- Eclatorul de protecie E este strpuns n momentul cnd tensiunea la bornele bateriei depete o anumit valoare;

- ntreruptorul de untare I are rolul de a proteja eclatorul i de a evita reamorsareaarcului la eclator n cazul reanclanrii rapide a liniei; la MT ntreruptorul poate lipsi;

- Rezistena R limiteaz curenii de descrcare ai bateriei i de amortizare a oscilaiilor posibile.

R

e

l

e

u

C

E R

I

DRV

32

3.3.4. Reglarea tensiunii prin modificarea circulaiei de putere reactiv

Premize:

(i) Nivelul de tensiune n reeaua de T rezult din bilanurile de putere reactiv n nodurile reelei;

(ii) Pentru obinerea unei repartiii echilibrate a nivelului de tensiune n reeaua electriceste necesar s se apropie producia de locul de consum de putere reactiv, n sensul evitrii transportului de putere reactiv!!!

(iii) Spre deosebire de puterea activ, puterea reactiv nu trebuie transportat pe mari distane, pentru c un transport de Q conduce la o nevoie suplimentar de Q n elementele reelei i la cderi suplimentare de tensiune.

Fig. 3.11 Compensarea puterii reactive prin modificarea circulaiei de Q

O instalaie de compensare montat la bornele consumatorului (fig. 3.11), ce furnizeaz o putere reactiv Qcomp, face ca puterea reactiv transmis prin linie s scad de la Q2 la (Q2-Qcomp). n consecin scade cderea de tensiune pe linie respectiv crete tensiunea la bornele consumatorului; dac instalaia de compensare absoarbe Q atunci tensiunea la consumator scade. V1 V2

P jQ2 2+Qc ompe nsareP j(2+ Q Q )2 - compen sa re

P jQ2 2+

33

Mijloace de reglare a Q i U Cu reglare continu: generatoare, compensatoare sincrone, compensatoare statice;

Cu reglare n trepte: baterii cu condensatoare, bobine de compensare, anclanarea/declanarea de linii electrice.

Deoarece circulaia puterii reactive n reea este nsoit de pierderi de energie, problema alegerii mijloacelor de compensare trebuie s fie coordonat cu problema general a bilanului puterilor reactive i a pierderilor de energie.

(i) Producia de putere reactiv a generatoarelorRAT- urile aferente generatoarelor acioneaz pentru a menine tensiunea la borne la valoarea de consemn cerut (fig.3.12). Pentru modificarea injeciei de putere reactiv n reea se prescriu alte valori de consemn (Vref) pentru regulatoarele de tensiune, avnd grij ca acest reglaj s nu antreneze suprancrcri sau instabiliti ale grupurilor generatoare.

Excitatoare Generator Reeaelectric Consumatori

Bucl primar de reglaj

Bucl secundar de reglaj

Fig. 3.12. Structur de control a U-Q cu ajutorul generatorului.

34

(ii) Compensatorul sincronCe este? Compensatorul sincron este un motor sincron proiectat s funcioneze n gol (fr cuplu rezistent la arbore), care absoarbe din reea o putere activ redus, necesar acoperirii pierderilor de mers n gol i care poate genera/absorbiputere reactiv n funcie de valoarea curentului de excitaie.

Se disting situaiile (fig. 3.13):

a) Pentru o anumit valoare Ieo, a curentului de excitaie, puterea reactiv a compensatorului sincron este nul;

b) Daca Ie>Ieo, compensatorul sincron funcioneaz n regim supraexcitat, cu coscapacitiv, debitnd n reea putere reactiv;

c) Daca Ie

35

Puterea reactiv maxim furnizat este limitat de considerente termice, iar cea absorbit de considerente de stabilitate static.

Dac n unele cazuri puterea maxim absorbit trebuie s fie mai mare, se poate recurge la una din soluiile:

creterea raportului definit mai sus pn la valoarea 1 prin mrirea ntrefierului, costul mainii rezultnd n acest caz mai mare;

asocierea compensatorului sincron de construcie normal cu bobine de compensare transversal.

Montarea compensatorului sincron se face, n general, la teriarul unui autotransformator (fig. 3.14).

Fig. 3.14 Montarea compensatoruluisincron

Din considerente economice raportul dintre puterea maxim absorbit i puterea

maxim furnizat este:maxabsQ

maxfQ max

max

0.5 0.65abs

fDE QCB Q

220kV

110kV

36

Avantaje ale CS:

- posibilitatea de a furniza sau consuma putere reactiv;

- reglarea continu a puterii reactive generate sau absorbite;

- contribuie la meninerea stabilitii sistemului.

Dezavantaje:

- costul specific euro/kVAr este mai ridicat la puteri mici;

- pierderi mari de putere;

- cheltuieli ridicate n exploatare.

n Romnia, puterea maxim a CS a fost de 60 MVAr.

37

(iii) Compensatorul static de putere reactiv (Static VAr Compensator - SVC)

Ce este? Compensatorul static este un echipament conectat n derivaie cu linia electric, care cuprinde condensatoare i/sau o bobin comandat static cu ajutorul tiristoarelor, utilizat pentru injecia/absoria rapid de putere reactiv ntr-un nod al reelei, avnd urmtoarele obiective:

meninerea tensiunii la o valoare apropiat de tensiunea dorit;

mbuntirea stabilitii statice (prin creterea puterii transmisibile pe distane lungi i prin amortizarea oscilaiilor);

mbuntirea rezervei de stabilitate dinamic.

Principiul de funcionare const n a compensa ct mai exact variaiile de putere reactiv ale consumatorilor; n acest scop se modific n sens opus puterea reactiv prin reglajul continuu al curentului printr-o bobin (LCT). O baterie cucondensatoare (CCT, eventual n trepte) completeaz dispozitivul i permite corectarea bilanului de reactiv absorbit de consumator (fig. 3.15).

n cadrul schemelor de compensare, modulele cu tiristoare sunt conectate cte dou n antiparalel, asigurnd prin aceasta conducia pe ambele alternane ale tensiunii (tiristoarele conduc succesiv, n funcie de polaritatea tensiunii alternative, atunci cnd primesc comand de intrare n conducie).

38

Mrimimsuratedin SEE

Nod IT al SEE

U

RAT Uref

CCT

Filtre electrice

LCT

Fig. 3.15 Compensator static de putere reactiv

Comanda compensatorului static se realizeaz cu ajutorul unui RAT, care controleaz unghiul de ntrziere la intrarea n conducie a tiristoarelor ce comand bobina n faz i furnizeaz semnale digitale nchis, deschis pentru condensatoare.

Puterea reactiv inductiv a bobinei se poate regla n mod continuu, de la zero pn la valoarea maxim determinat de tensiunea reelei, n timp ce puterea capacitiv a unui condensator poate fi anclanat sau declanat n totalitate.

Schema de principiu a unui SVC (fig. 3.15)

39

Caracteristica U-I a unui SVC

Dac se consider sistemul de compensare static compus dintr-o bobin reglabil i un condensator fix, se poate obine caracteristica de funcionare U-I (fig. 3.16).

ILmaxIcmax

ISVC

U

0 ILnom

Domeniul de control

A

C

BUmax

Umin

U0

Fig. 3.16 Caracteristica de reglaj U-I a compensatorului static

SVCSLIXUU 0reactana coresp.

pantei caracteristicii

LL

LLCT

XB

BB

1

2sin21)(

max

max

2

2max UBQ Ccap 2maxmax UBBQ CLind

)(Q

40

n regim staionar, domeniul de funcionare al unui compensator static cuprinde trei zone:

Domeniul liniar de control, n care sistemul de reglare dispune de puterea reactiv necesar pentru controlul tensiunii n nodul de racordare la reea, permind stabilirea punctului de funcionare pe caracteristica AB. Aceastaeste delimitat de puterea reactiv QCmax furnizat de ctre susceptanacapacitiv echivalent BC a bateriilor cu condensatoare aflate n funciune, bobina fiind blocat, respectiv de puterea reactiv QLmax absorbit de ctresusceptana inductiv echivalent (BLmax-BC) corespunztoare regimului de conducie complet a tiristoarelor;

Domeniul cu tensiuni ridicate (BC), cnd QSVC>QLmax; n acest caz compensatorul static se afl n afara domeniului de control i se comport ca o susceptan inductiv, funcionnd la maxim n inductiv;

Domeniul cu tensiuni sczute (OA), n care tensiunea reelei este att de cobort nct compensatorul static funcioneaz la maxim n regim capacitiv; SVC se comport ca o susceptan capacitiv.

41

(iv) Pentru compensarea puterii reactive n vederea realizrii reglajului tensiunii n reelele electrice se mai utilizeaz:

Baterii cu condensatoare montate n derivaie: pentru a injecta putere reactiv i a mbunti nivelul de tensiune, n cazul regimurilor de funcionare cu sarcin mare;

Bobine de compensare transversale: inductivitile consum putere reactiv i sunt conectate pentru scderea tensiunii n special la funcionarea n gol sau sarcini reduse a liniilor de nalt i foarte nalt tensiune;

Anclanarea sau declanarea de linii: n perioadele de gol de sarcinsau cnd liniile sunt slab ncrcate, poate fi avut n vedere declanarea unui circuit n scopul reducerii nivelului de tensiune. Fiecare declanare de linie antreneaz n acelai timp i o reducere a siguranei de funcionare!

42

Calculul puterii surselor de compensare

Ipotez: Se folosesc integral posibilitiile oferite de reglarea prizelor transformatoarelor.

n consecin: n regim de ncrcare maxim (valoarea minim posibil)minijNminim (valoarea maxim posibil)maxijN

Dou situaii:

(i) n lipsa sursei de compensare

a) n regim de sarcin/ncrcare maxim (max):

20,max 20,max'1 2,max '

2,max

P R Q XV V

V (3.20)

a) n regim de sarcin/ncrcare minim (min):

20,min 20,min'1 2,min '

2,min

P R Q XV V

V (3.21)

Se consider ndeplinite condiiile 2,max 2, 2,mindV V V

43

(ii) Cu surs de compensare (ex. compensator sincron)

a) n regim de sarcin/ncrcare maxim (max):

20,min 20,min'1 2, '

2,

ab

d

somp

d

cQP R Q XV VV

(3.23)

a) n regim de sarcin/ncrcare minim (min):

20,max 20,max'1 2, '

2,

fur

d

nmp

d

coQP R Q XV VV

(3.22)

Puterea generat de compensator n regim supraexcitat (furnizare) Se egaleaz relaiile (3.20) i (3.22) rezultnd:

20,max 20,max20,max 20,max' '2,max 2,' '

2,max 2,

furn

dd

compP R Q XP R Q XV VV V

Q

'20,max 20,max 20,max 20,max' '2

2, 2,max ' '2,max 2,

furn dcomp d

d

P R Q X P R Q XVQ V VX V V

(3.24)

44

20,max 20,max 20,max 20,max' '

2,max 2,0

d

P R Q X P R Q XV V

Avnd n vedere c

se obine

2min'

2,2, ' '2, 2,max 2, 2,max

ij ddfurncomp d d

N VVQ V V V V

X X (3.25)

Puterea generat de compensator n regim subexcitat (absorie)

Din egalitatea relaiilor (3.21) i (3.23) i procednd analog ca n cazul anterior, rezult:

2max'

2,2, ' '2,min 2, 2,min 2,

ij ddabscomp d d

N VVQ V V V V

X X (3.26)

Cu valoriile obinute din (3.25) i (3.26):

Dac , (3.27) este ndeplinit, atunci puterea nominal a compensatorului rezult din condiia:

(0,5...0,65)abs furncomp compQ Q

furnn compQ Q

45

Dac nu este ndeplinit inegalitatea , adic este necesar o putere absorbit mai mare dect poate produce compensatorul, atunci se compar:

(0,5...0,65)abs furncomp compQ Q

compensator sincron avnd o putere nominal furnn comp bobinQ Q Q

compensator sincron de putere mai mare care rezult din: 0,5...0,65absn compQ Q

Obs: dac se dorete meninerea fix a raportului de transformare i reglarea tensiunii numai prin modificarea puterii reactive furnizat sau absorbit de sursa local, atunci n relaiile (3.25) i (3.26) se introduce i se determin raportul de transformare Nij din (3.27), cu respectarea restriciei

. n continuare rezult puterea compensatorului sincron urmnd raionamentul de mai sus.

max minij ij ijN N N

min maxij ij ijN N N

Problema general de dimensionare i amplasare a surselor de compensare de Q n reelele electrice se soluioneaz prin calcule de optimizare tehnico-economice.

46

3.4. Alegerea i coordonarea mijloacelor de reglare a tensiunii n reelele electrice

Scopul: Prin aciunea de coordonare se urmrete ncadrarea nivelurilor de tensiune ale reelei n interiorul benzilor admisibile n toate regimurile de funcionare

3.4.1. Stabilirea nodurilor pilot i a zonelor de control

1

1

cos( ) sin( ) 2,3,...,

sin( ) cos( ) 1,...,

n

i i k ik i k ik i kk

n

i i k ik i k ik i k gk

P U U G B i n

Q U U G B i n n

Determinarea coeficienilor de sensibilitate (influen electric) ntre diversele noduri ale reelei:

se consider ecuaiile de bilan ale puterilor active i reactive:

47

, , , 0F U P Q 0 0, 0F x z (3.28)

0x 0z

variabile de stare: , Uc;variabile de control: Ug, Qg, Nij.

sau

0 0, 0F FF x z x zx z sau

0 0, 0x zF x z F x F z

dezvoltnd n serie Taylor i neglijnd derivatele de ordin superior se obine:

(3.29)

48

n care matricele Jacobian

( 1)

x

c

PP nUF

Q QnU

( 1)injg

z

cinjg

P P PnU Q N

FQ Q Q

nU Q N

sunt evaluate n punctul de funcionare (x0,y0).

Din relaiile (3.28) i (3.29) se obine

0x zF x F z sau

1c

x zx zUF F

c c c

c g g

U Q UQ U U

Deci

x S z (3.30)

49

Matricea de sensibilitate:

sensibilitatea tensiunii ntr-un nod consumator la variaia puterii reactive generate folosete la alegerea generatoarelor (echipamentelor) de control a tensiunii nodurilor pilot;

c gc

U Qg

USQ

c gc

U Ug

USU sensibilitatea tensiunii ntr-un nod consumator la variaia tensiunii ntr-un nod generator;

se efectueaz o separare fictiv a reelei n zone de control astfel : un nod oarecare al reelei este repartizat zonei de control corespunztoare nodului pilot pentru care valoarea sensibilitii dintre acesta i nodul considerat este maxim.

50

3.4.2. Ierarhizarea reglajului de tensiuneSursele i echipamentele de reglaj a tensiunii sunt organizate ierarhizat i

formeaz un sistem structurat cu 3 niveluri (Tabelul 3.1):- primar;- secundar;- teriar;

Primele dou niveluri funcioneaz n bucl nchis sau automatizat, n timp ce ultimul este rezultatul unor studii off-line.

Tehnico-economicTehnicTehnicObiectivul urmrit

Foarte lentZeci de minute

LentMinute

Rapid< 1 min.

Caracteristica reglajului

Global (DEN):- Modific valoarea de consemn a tensiunii ]n nodurile pilot.

Zonal (DET):- Generatoare;- Condensatoare;- Bobine.- SVC

Local:-RAT generatoare;-Reglaj prin transformatoare;

Nivelul TeriarSecundarPrimar

Tabel 3.1

51

Estimator de stare

Ceas

Nivelregional

Nivel local

Reglajsecundar

Regulator primar de tensiune

Buclsecundar

Zona 1 Zona 2 Zona 3 Reea electric

M(U, P, Q)

rimi msurate

Semnalizri

Optimizare

Nivelnaional

Bucla teriar

Transmisie periodic de consemne

Modificareatopologiei reelei

Buclaprimar

Fig. 3.18 Structura general a reglajului tensiune putere reactiv (EdF).

52

(i) Reglajul primarLa apariia unei perturbaii n regim de funcionare normal a reelelor

electrice, primele care acioneaz sunt regulatoarele primare ale generatoarelor, care caut s menin tensiunea la borne apropiat de tensiunea de consemn (fig.3.18).

Cnd perturbaiile conduc la variaii mai mari de tensiune intervin regulatoarele automate ale prizelor transformatoarelor i ATR, de la 400/110 kV, 400/220 kV, sau 220/110 kV care se suprapun peste reglajul primar al generatoarelor, rezultnd ntr-un interval de ~1 minut o nou repartiie a circulaiei de putere reactiv.

Modelarea reglajului primar de tensiune

Fig. 3.19 Diagrama bloc a regulatorului primar de tensiune

Efdmax

Corector

VrefEfdmin -

+

~Ifd

EfdV

Reea

RAT

53

(ii) Reglajul secundar

Obiectivul de baz al reglajului secundar este de a coordona aciunile regulatoarelor primare ale grupurilor generatoare dintr-o zon de control, pentru a asigura ct mai bine echilibrul zonal dintre producia i consumul de Q.

Reglajul secundar urmrete i regleaz nivelul de tensiune din punctele pilot; fiecrui nod pilot i se asociaz o zon de control n care tensiunile nodurilor sunt puternic influenate de tensiunea nodului pilot i de numrul grupurilor reglante din zona controlat.

Grupurile reglante i celelalte mijloace de reglaj din fiecare zon de control sunt coordonate prin DET de ctre nivelul ierarhic superior DEN care dispune de datele privind tensiunilor nodurilor.

Din necesitatea de a separa n timp aciunile primare de cele secundare viteza de rspuns a reglajului secundar este de ordinul minutelor.

54

Reglaj Primar de tensiune

Surs de excita

ie

Buclade

reactivQ Up

11 qpT+

PunctpilotCaptator

-Qprodus

U

Consemn(U )0

XNQr Coeficient de participare

Q ( 1.4 Q )r n

U Tensiunea la borne

Reea electric

Bucla de reglaj Q

p Regulatorul zonei

Dispecer Zonal

Nivel: N

pc p

n

U Ue

U-

=-Up

Upc

Telecomand Telemsur

Spre celelalte grupuri reglante

Fig. 3.19 Schema de principiu a reglajului secundar automat tensiune - putere reactiv

Traductor

i+1i+2...

Fig. 3.20

55

Prima bucl are rolul de a genera nivelul N care depinde de diferena dintre tensiunile Up ale nodurilor pilot i tensiunile de consemn Upc stabilite de ctre DEN.

Legea de reglaj este de tip PI (proporional integrator):

pc p pc p

n n

U U U UN dt

U U

unde Up este tensiunea msurat n nodul pilot;Upc - tensiunea de consemn la nodul pilot; - factor de proporionalitate; - factor de ctig integral (1/~10...30s).

n funcie de valoarea nivelului N se realizeaz repartiia Q pe grupurile reglante, prin intermediul buclei de reglaj Q:

- dac N > 0 Grupul reglant furnizeaz Q;

- dac N < 0 Grupul reglant absoarbe Q;

56

Pstrarea nivelului de tensiune ntr-o anumit zon i repartiia Qntre grupuri se obine prin intermediul a dou bucle de reglaj, care se suprapun peste bucla primar de reglaj (fig.3.20).

(iii) Reglajul teriar

Obiectivul principal: minimizarea pierderilor de putere + meninerea tensiunilor n limitele admisibile;

Obiectivul secundar: de a maximiza i distribui rezervele de putere reactiv;

Ca variabile de control principale: valorile de consemn ale tensiunilor primare pentru generatoare sau valorile de consemn ale tensiunilor nodurilor pilot daca exist reglaj secundar + mrimea bateriilor cu condensatoare i a bobinelor transversale.

Reglajul teriar este un reglaj relativ lent, de ordinul a zece minute sau mai mult.

57

-ecuaiile bilanului circuitelor de putere restricii de egalitate;

-limite operaionale-tranzitele de puteri-atingerea limitelor de putere reactiv-tensiuni

restricii de inegalitate

Cnd exist un reglaj secundar, reglajul teriar permite de asemenea:

-minimizarea tranzitelor de reactiv ntre zonele de reglaj;

-asigurarea decuplajului de zone.

n acest sens realizeaz:

Optimizarea unei funcii tehnico-economice (minimizarea pierderilor de putere), folosind:

58

Fig. 3.21. Decalarea n timp a celor trei aciuni de reglaj.

Decalarea n timp a aciunilor de reglaj

59

Explicarea procesului

(i) n regim normal toate generatoarele sunt n funciune i sunt ncrcate cu aceeai putere Qgen% din puterea nominal a fiecrui grup.

(ii) Dup ieirea din funciune a unui generator din zona 2, n primele secunde intervine reglajul primar de tensiune al celorlalte generatoare din zon pentru a acoperi deficitul de putere reactiv ca rezultat apare o ncrcare dezechilibrat n Q a generatoarelor i un profil neuniform al tensiunii n zona 2, afectat de perturbaie.

(iii) Dup 110 minute intervine reglajul secundar pentru a corecta dezechilibrele i neuniformitile aprute n zona 2.

(iv) Cu o temporizare de peste 10 minute intervine reglajul teriar care corecteaz dezechilibrele dintre zone i n final toate generatoarele din sistem se ncarc n mod egal, dar cu o putere ,mai mare dect n regim normal.

%'genQ

60

1000 200 300 400 500 t [s]

1.041.03

1.051.06

1.071.081.09

1.041.03

1.051.06

1.071.08

0 2 4 6 8

1.041.03

1.051.06

1.071.08

Efectul reglajului primar

Reglajprimar

de tensiuneAc

de tensiune ini iat la = 300 siunea reglajului teriar

t

Ac iunea reglajului secundar

61

Studiile de planificare U , Q

Acestea se refer la toate studiile i aciunile pentru a obine o comportare satisfctoare i coordonat a tuturor echipamentelor de reglaj pentru U i Q. Studiile vizeaz perioade de timp inegale: zile, sptmni sau ani i sunt efectuate pentru a determina alegerea raportului de transformare, mrimilor de consemn pentru RAT, programarea conectrii/ deconectrii bateriilor cu condensatoare, implicarea grupurilor generatoare n reglajul de tensiune.

Sigurana n funcionare este condiionat de alegerea punctelor de consemn pentru fiecare perioad de timp. Pentru a alege o rezerv suficient din punct de vedere al securitii, n fiecare zon de control se prevede o rezerv de putere reactiv care s fac fa tuturor incidentelor normale de funcionare.

Studiile de planificare ncearc s defineasc un nivel de tensiune economic i sigur n acelai timp.

62

Propunere de zonare a SEN pentru reglajul RAUQ