CC BY
24
Propagation of disturbances as voltage fluctuations in transmission
networks
Albert Hermina1, Golovanov Nicolae2, Elefterescu Luminita
1ISPE, 2University POLITEHNICA of Bucharest Bucharest, Romania
Abstract. Significant changes occurred in the power system in Romania in recent years by reducing the power used in the system, the number of classic power sources in operation as well as by implementing renewable energy sources, have determined short circuit power reduction (node rigidity) in the points where disturbing users are connected, that in the absence of adequate measures, result in disturbances above acceptable levels. The paper analyzes two power systems areas in which are connected users that cause voltage fluctuation. Disturbances as voltage fluctuations resulting in these nodes may exceed the acceptable values and can spread in the transmission network affecting power quality over large system areas. The analysis conducted reveals the influence of short circuit power in nodes where these users are connected and highlights the fact that in some cases (e.g. lines out of operation for maintenance, shutdown of classic units in the area) the disturbances in the transmission network sent to the users at lower voltages may have values above those allowed. Technical Code of existing power transmission network does not refer to voltage fluctuations, as a rule, in the electricity transmission network was considered that this phenomenon should not exist. Keywords: voltage fluctuations, transmission networks, electric energy, quality.
Propagarea fluctuatiilor de tensiune in refelele de transport de energie electrica
Albert Hermina1, Golovanov Nicolae2, Elefterescu Luminita 1ISPE; 2Universitatea Politehnica, Bucure§ti, Romania
Rezumat. Modificarile importante care au avut loc in sistemul energetic din Romania in ultimii ani prin reducerea puterii utilizate in sistem, a numarului §i puterii surselor clasice aflate in functiune precum §i prin implementarea surselor regenerabile de energie au determinat reducerea puterii de scurtcircuit (rigiditatea nodului) in punctele in care sunt conectati utilizatori perturbatori astfel ca, in lipsa unor masuri adecvate, rezulta perturbatii peste nivelurile admise. in cadrul lucrarii sunt analizate doua zone din sistemul electroenergetic in care sunt conectati utilizatori care determina fluctuatii de tensiune. Perturbatiile sub forma fluctuatiilor de tensiune care apar in aceste noduri pot depa§i valorile admise §i se pot propaga in reteaua de transport afectand calitatea energiei electrice pe mari zone din sistem. Analiza efectuata pune in evidenta influenta puterilor de scurtcircuit in nodurile in care sunt conectati ace§ti utilizatori §i subliniaza faptul ca in unele cazuri (de exemplu, linii deconectate pentru mentenanta, oprirea grupurilor clasice din zona) perturbatiile din reteaua de transport, transmise utilizatorilor de la tensiuni mai reduse pot avea valori mult peste cele admisibile. Codul tehnic al retelelor de transport in vigoare nu face referire la fluctuatii de tensiune, deoarece, de regula, in RET s-a considerat ca acest fenomen nu trebuie sa existe.
Cuvinte-cheie: fluctuatii de tensiune, retelele de transport a energiei electrice.
Распространение флуктуаций напряжения в электрических транспортных сетях Альберт Гермина1, Голованов Николае2, Элефтереску Луминица
Научно-исследовательский институт в области энергетики1, Бухарестский политехнический университет2, Бухарест, Румыния
Аннотация. Значительные изменения, которые произошли в энергетической системе в Румынии в последние годы за счет снижения мощности, используемой в системе, количество и мощность классических источников в эксплуатации, а также внедрение возобновляемых источников энергии уменьшили мощность тока короткого замыкания (жесткость узла). В точках подключения пользователей, при отсутствии соответствующих мероприятий, возникнет превышение допускаемых уровней искажений напряжения. В статье проанализированы две области энергетической системы, в которой подключены пользователи, которые определяют колебания напряжения. Помехи в виде колебаний напряжения в этих узлах могут превышать допустимые значения и могут распространяться в сети передачи электроэнергии и влиять на качество электроэнергии в больших зонах системы. Проведенный анализ показывает влияние узлов мощности короткого замыкания, в которых подключены эти пользователи и отмечено, что в некоторых случаях (например, когда линии отключены для технического обслуживания, (остановка групп зоны) нарушения в сети передачи, влияющие на пользователей, могут иметь значительные
значения выше допустимых. Технический кодекс существующих транспортных сетей не делает никаких ссылок эти явления, так как считалось, что это явление не должно существовать. Ключевые слова: качество напряжения, распределительные сети, искажения.
1. INTRODUCERE
Preocupârile actúale pentru dezvoltarea economiei circulare, prin care sunt reciclate materialele uzate vor determina ca çi în viitor instaladle cu arc electric sâ aibâ un rol important în reintroducerea în circuitul economic a fierului vechi. Topirea fierului vechi în cuptoare cu arc electric este însotitâ de varia|ii mari ale puterilor active çi reactive absorbite, ceea ce determinâ importante fluctua|ii de tensiune. Principala solutie pentru limitarea acestora consta în conectarea în noduri caracterizate de o putere mare de scurtcircuit. Situaba actualâ din sistemul electroenergetic în care a scâzut substantial puterea necesarâ utilizatorilor çi deci a numârului de grupuri clasice aflate în functiune precum çi dezvoltarea surselor regenerabile de energie care au un aport redus la curentul electric de scurtcircuit (conectate la reteaua electricâ prin intermediul convertoarelor electronice) determinâ ca utilizatorii perturbatori care în trecut (înainte de 1990) se încadrau în nivelul admis de perturba|ii, sâ determine în prezent perturba|ii în afara limitelor admise iar aceste perturbatii sâ se propage în reteaua de transport afectând calitatea energiei electrice pe distante mari fa|â nodul în care a apârut perturbaba.
Având în vedere faptul câ perturbadle sub forma fluctuatiilor de tensiune se transmit practic fârâ atenuare din reteaua de foarte înaltâ tensiune spre nivelurile inferioare, rezultâ câ utilizatorii conectati în reteaua de joasâ tensiune, pentru care sunt normate valorile indicatorilor de flicker, vor fi afectati direct de perturbatiile din reteaua electricâ de transport [1].
Se considerâ a sunt îndeplinite conditiile de calitate a energiei electrice dacâ nivelurile perturbatiei sub forma fluctuatiei de tensiune sunt inferioare valorilor indicate în tabelul 1 [2].
Tabelul 1
Valori admise ale indicatorilor de flicker
Indicator Niveluri de compatibilitate la JT Nivel de planificare
MT IT
Pst 1 0,9 0,8
Plt 0,8 0,7 0,6
utilizator perturbator asupra nivelului perturba|iei care rezultâ în acel nod çi se propaga în sistemul electroenergetic se considerâ un nod din re|eaua de 400 kV (fig. 1) în care este conectat un utilizator perturbator prin intermediul unui transformator de 400/110 kV çi un utilizator neperturbator conectat, de asemenea prin intermediul unui transformator 400/110 kV. Barele de 110 kV ale celor doi utilizatori pot fi conectate prin intermediul unei cuple. In funcionare normalâ cupla este deschisâ.
Pentru a pune în evidenjâ influença puterii de scurtcircuit în nodul în care este conectat un
Figura 1. Schema de principiu a circuitului analizat.
Au fost analízate urmâtoarele cazuri pentru puterea de scurtcircuit în nodul de 400kV:
- cele douâ linii de alimentare, A çi B, în func|iune; puterea de scurtcircuit în nod Ssc=7886 MVA;
- cele douâ linii de alimentare, A çi B, în func|iune; puterea de scurtcircuit în nod S,c=7540 MVA;
- linia A deconectatâ, linia B în func|iune; puterea de scurtcircuit în nod SSC=4841 MVA;
- linia B deconectatâ, linia A în func|iune; puterea de scurtcircuit în nod SSc = 3859 MVA;
Analiza a inclus posibilitatea de a închide cupla de 110 kV pentru a evalua nivelul
perturbatiilor care afecteazá utilizatorii neperturbatori conectati la bara comuna de 110 kV. De asemenea, a fost luatá in calcul posibilitatea conectárii unui echipament SVC la barele de 30 kV ale cuptorului cu arc electric.
In figura 2 este indicatá schema utilizatá in cadrul programului ETAP 12.6 pentru analiza
nivelului perturbatiei în functie de puterea de scurtcircuit în nodul de alimentare. S-a pus în evidenta în special nivelul perturbatiei la bara Bus 2 de 400 kV din statie §i la bara Bus 8 de 110 kV din care este alimentat utilizatorul neperturbator.
Figura 2. Schema analizata modelata în programul ETAP 12.6.
In tabelul 2 sunt indicate rezultatele otyinute pentru toate cazurile studiate iar în figura 3 sunt indicate curbele de evolu^ie a indicatorului de flicker în funche de puterea de scurtcircuit. Valorile ob^inute din calcul trebuie sä fie comparate cu valorile admise prin standardele în vigoare (tabelul 1).
Analiza datelor din tabelul 2 pune în evidenjä urmätoarele aspecte:
- datoritä valorii relativ reduse a puterii de scurtcircuit la bara de alimentare de 400 kV, în regim normal de fonctionare cu ambele linii în functiune, nivelul indicatorului de flicker depä§e§te valorile admise;
- la scoaterea din functiune pentru revizie a uneia dintre liniile de 400 kV care alimenteazä nodul analizat, valorile indicatorului de flicker ating niveluri deosebit de mari care afecteazä
calitatea energiei electrice la utilizatorii perturbad
- in regimul normal de funcionare, in care cupla intre barele de 110 kV este deschisä, utilizatorii conectai la barele de 110 kV Bus 8 au un nivel de perturbad practic egal cu cel de la barele de 400 kV (perturbaba se propagä practic neatenuatä spre nivelurile reduse de tensiune);
- in toate cazurile, utilizatorii conectai la bara de 110 kV, Bus 8 au un nivel superior valorilor admise;
- conectarea cuplei între barele de 110 kV determinà perturbad deosebit de mari pentru utilizatorii conectai la barele Bus 8;
- echipamentul SVC conectat la barele de 30 kV ale utilizatorului perturbator poate asigura reducerea nivelului perturbaiilor în toatà schema, dar pentru cazul concret analizat nu asigurà limitarea perturbaiilor la nivelurile admisibile; utilizarea unui echipament de tip STATCOM ar putea limita nivelul perturbafiei la valorile admisibile.
Tabelul 2
Variatia indicatorului Fst în functie de puterea de scurtcircuit_
Puterea de scurtcircuit Cupla 110 kV Funcionare arc electric, färä SVC Funcionare arc electric, cu SVC
Bus 2 Bus 3 Bus 8 Bus 2 Bus 3 Bus 8
7886 MVA deschisä 1,12 5,44 1,1 0,84 2,77 0,72
inchisä 1,08 3,19 3,19 0,67 1,6 1,6
7540 MVA deschisä 1,17 5,5 1,16 0,86 2,8 0,76
inchisä 1,13 3,24 3,24 0,71 1,63 1,63
4841 MVA deschisä 1,76 6,07 1,73 1,17 3,2 1,18
inchisä 1,71 3,79 3,79 1,08 1,99 1,99
3859 MVA deschisä 2,28 6,73 2,43 1,68 3,68 1,64
inchisä 2,4 4,46 4,46 1,56 2,44 2,44
1 - Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV deschisa, SVC neconectat; 2 - Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV inchisa, SVC neconectat; 3 - Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV deschisa, SVC conectat; 4 - Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV inchisa, SVC conectat; 5 - Bara Bus 8 de 110 kV, cupla inchisa, SVC neconectat; 6 - Bara Bus 8 de 110 kV, cupla inchisa, SVC conectat;
Figura 3. Varia^ia nivelului de flicker in functie de puterea de scurtcircuit in nodul de alimentare.
Observafie: In cazul cuplei deschise, nivelul de flicker la bara 110 kV Bus 8 este practic acela§i cu nivelul de flicker la bara de 400 kV, Bus 2.
3. Propagarea PERTRUBATIEI sub forma FLUCTUATHLOR DE TENSIUNE ÎN RETEAUA DE TRANSPORT DE ENERGIE ELECTRICÁ
Conectarea surselor de perturbare care determina fluctuatii de tensiune în reteaua de transport determina ca aceasta perturbare sa se propagare pe distante mari fata de nodul în care este conectat utilizatorul perturbator. Pentru a pune în evidenta aria de influença a nodului perturbator a fost luata în considerate schema indicata în figura 4 pentru o zona de 220 kV.
In statia Otelarie este conectat un utilizator care determina importante perturbatii sub forma de flicker ce se propaga în întreg sistemul de transport conectat la acest utilizator.
Analiza efectuata urmàreçte cunoaçterea nivelului perturbatiei care ajung în nodurile sistemului §i în mod special la sursele de
alimentare, pentru diferite moduri de alimentare a utilizatorului pertrubator:
- liniile de 220 kV de la statiile P §i H conectate;
- statia Otelárie alimentatá numai prin linia de 220 kV din statia H;
- statia Otelárie alimentatá numai prin linia de 220 kV din statia P;
- grupul de la centrala conectatá la Bus 34 este deconectat.
Utilizand programul ETAP 12.06 s-a realizat simularea schemei analizate (fig.5) §i au fost efectuate calcule pentru determinarea variatiilor de tensiune care apar ín diferite regimuri de functionare.
Figura 4. Schema zonei anlizate.
Dátele obtinute (tabelul 3) permit alegerea configuratiei schemei de alimentare a Oteláriei astfel incat in nodurile retelei electrice de alimentare sá rezulte valori acceptate ale nivelului de flicker sau sá fie adóptate másuri pentru limitarea perturbatiilor §i incadrarea in limítele acceptate. Analiza efectuatá a luat in considerare schema cu putere minimá de
scurtcircuit, la barele Bus 1 §i Bus 34 fiind conectat câte un singur grup determinând o putere de scurtcircuit de 6223 MVA §i respectiv 4747 MVA.
Tabelul 3
Valori ale indicatorului de flicker
Bara Tensiunea pe durata functionärii utilizatorului ([%] din Un) Variaba de tensiune ([%] din Un) Pst
Alimentare din Bus 2 çi Bus 3
Bus 1 98,811 1,189 1,32
Bus 2 98,298 1,702 1,89
Bus 3 98,049 1,951 2,17
Bus 5 99,198 0,802 0,88
Bus 6 98,049 1,951 2,17
Bus 7 97,352 2,648 2,94
Bus 34 99,666 0,334 0,37
Alimentare numai din bara Bus 3
Bus 1 98,850 1,15 1,28
Bus 2 98,532 1,468 1,63
Bus 3 97,76 2,24 2,49
Bus 5 99,061 0,39 0,44
Bus 6 97,76 2,24 2,49
Tabelul 3 (continuare)
Bus 7 96,673 3,327 3,7
Bus 34 99,606 0,394 0,44
Alimentare numai din bara Bus 2
Bus 1 98,721 1,279 1,42
Bus 2 97, 851 2,149 2,38
Bus 3 98,536 1,464 1,65
Bus 5 99,429 0,571 0,63
Bus 6 98,536 1,464 1,63
Bus 7 95,192 4,81 5,34
Bus 34 99,767 0,233 0,26
Alimentare din Bus 2 çi Bus 3, centrala de la bara 34 nu este în functiune
Bus 1 98,56 1,44 1,6
Bus 2 97,964 2,036 2,26
Bus 3 97,616 2,384 2,65
Bus 5 97,901 2,4 2,67
Bus 6 97,616 2,384 2,65
Bus 7 96,950 3,05 3,39
Bus 34 97,935 2,065 2,29
DepäSirea nivelului de flicker la bara Bus 1 220 kV se transmite la bara 400kV a centralei çi se propagä la distante mari în reteaua de transport. De asemenea, din Bara Bus 1 a statiei sunt alimentate çi alte linii astfel cä perturbaba ajunge la distante mari fatä de locul producerii acesteia.
La data inträrii în functiune a utilizatorului Otelärie, studiul de conectare la sistem a acestuia a considerat cä în stasia Bus 1 erau în functiune 4 grupuri, care determinau o putere de scrutcircuit mult superioarä valorilor actuale.
Figura 5. Schema de calcul a zonei utilizate.
Datele de calcul au fost validate prin mäsuräri la barele analizate. In tabelul 4 sunt indicate valori mäsurate ale indicatorului de flicker pe termen scurt Pst la bara O^elärie.
Tabelul 4
Valori mäsurate ale indicatorului de flicker în stafia 220 kV Ojelärie
Fazele A, B, C
Pst95% 3,46 /3,67 /3,41
Plt95% 2,75 /2,93 /2,82
Din analiza datelor determinate se observä faptul cä nivelul perturbatiei în stabile apropiate electric de utilizatorul perturbator depä§esc limita admisä, fiind dependente de structura retelei de alimentare din zonä §i de numärul de grupuri conectate în centralele electrice apropiate. Valorile cele mai ridicate §i care sunt în afara limitelor admise sunt înregistrate la barele Bus 2 §i Bus 3 din care este alimentatä stasia 220 kV Otelärie. Valori mari ale perturbatiei se propagä în reteaua de transport în cazul în care deconectarea unei surse conduce la reducerea puterii de scurtcircuit §i deci a rigiditätii nodurilor din sistem.
4. Concluzii
Modificarea structurii surselor de generare a energiei electrice datoratä reducerii nivelului energiei utilizate, a functionärii pietei de energie bazatä pe costuri §i mai putin pe criterii tehnice precum §i conectarea surselor regenerabile a determinat modificarea importantä a puterilor de scurtcircuit în noduri (cu pänä la 40///50%) în care sunt conectati utilizatori perturbatori. Astfel cä dacä în faza de proiectare a obiectivului (înainte de 1990) nu apäreau probleme privind calitatea energiei electrice în prezent nivelul perturbatiilor care se propagä în sistem poate
Despre autori.
Albert Hermina - Senior Consulting r S Engineer to the Institute for Studies
-j and Power Engineering - (ISPE) , ß Bucharest. —щ Her main activities were related to
technical consulting, project management, basic and detail engineering in the fields of: power generation, power system, power transmission and distribution. She is the author of 10 original books in power fields, more than 250 articles of which 40 in foreign magazines and conference books.
afecta calitatea energiei electrice furnizatä altor utilizatori din sistem.
Mentinerea indicatorilor de calitate în limitele acceptate necesitä ca, in functie de structura posibilä a retelei în zona utilizatorilor perturbatori, sä se aleagä de cätre Operatorul de retea acea configurate care conduce la perturbatii minime la barele la care sunt alimenta^ alte sarcini (surse sau utilizatori).
Modificärile în structura sistemului de energie dar §i modificärile tehnologice în procesele specifice utilizatorului perturbator necesitä monitorizarea indicatorilor de calitate §i avertizarea operatorului de distribuée la ieçirea din limitele admise pentru calitatea energiei electrice [3, 4]. Este deci necesar ca la stabilirea schemei de functionare a SEN sä se ia în considerare efectele asupra modificärii rigiditätii nodurilor în zonele cu utlizatori perturbatori.
Bibliografie
[1] Hermina Albert ç.a., Calitatea energiei electrice. Contribuai. Rezultate. Perspective, Editura AGIR, Bucureçti, 2013.
[2] Assessment of emission limits for the connection of fluctuating load installation to MV, HV and EHV power systems, IEC 61000-3-7/2008.
[3] Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 415: Testing and measurement techniques -Flickermeter - Functional and design specifications, IEC 61000-4-15:2009.
[4] Electromagnetic compatibility (EMC): Testing and measurement techniques - Power Quality Measurement Methods, IEC 60000-4-30/2012.
Golovanov Nicolae - Profesor dr.ing. la catedra Sisteme Electroenergetice, facultatea Energe-tica, Universitatea Politehnica din Bucure§ti, specialist in domeniul utilizarii eficiente a energiei electrice §i in domeniul calitatii energiei electrice, autor, prim autor sau coautor la un numar de peste 30 carti sau tratate. Are peste 100 lucrari ¡jtiintifice publicate in reviste de specialitate din tara §i strainatate.
