Řízení toků výkonů v PS Použití technických prostředků pro řízení propustnosti sítě

Praha, 29.11.2005

Úvod

• Kompetence provozovatele soustavy k řízení toků výkonů vyplývá z § 24 Energetického zákona

• Standardní prostředky (rekonfigurace, redispečing, protiobchod)

• TPR a PST (transformátory s příčnou regulací a s regulací fáze)

• FACTS (moderní prostředky založené na výkonové elektronice)

Hlavní důvody potřeby řízení toků výkonů.

• Výskyt nových úzkých míst v sítích v souvislosti s rostoucími výměnami el. energie a to hlavně mezistátními

• Přetěžování vedení v údržbových a neúplných stavech sítě

• Omezení rizika přetěžování vedení vnitřní sítě vlivem nevhodného provozu

zdrojů(například velkých větrných parků, viz. příklady z oblasti Německa)

• Rizika výpadků a přerušení zásobování v oblastech

• Omezení nevyžádaných obchodních případů (tranzitů)

• Optimalizace provozu přenosových sítí (např. ztráty činného výkonu)

• Nedostatečná účinnost klasických řešení rozvoje sítí

• Zamezení možnosti šíření velkých systémových poruch

Princip přenosu činného výkonu P vedením

Příčná kompenzacePodélná kompenzace

UPFC

Řízení toků výkonů

Transformátory bez úhlové regulaceTransformátory bez úhlové regulace• Pro stav naprázdno a to jak pro střední odbočku, tak i pro všechny

odbočky jsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi ( bez úhlového posunu)

• Pro stav naprázdno a to jak pro střední odbočku, tak i pro všechny odbočky jsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi ( bez úhlového posunu)

Transformátory s úhlovou regulacíTransformátory s úhlovou regulací• Již ve stavu naprázdno a to jak pro regulaci odbočkami, tak v

některých případech i pro střední odbočku nejsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi – jsou úhlově natočena

• Transformátory s úhlovou regulací jsou v podstatě všechny transformátory, které mají přídavné napětí (vlivem regulace odboček) fázově natočeno vůči napětí ke kterému je regulace přidávána

• Dělení transformátorů s příčnou regulací – různé, z praktických hledisek

• TPR – transformátory s příčnou regulací

• PST – transformátory pro regulaci fáze

• Již ve stavu naprázdno a to jak pro regulaci odbočkami, tak v některých případech i pro střední odbočku nejsou vstupní a výstupní napětí na odpovídajících svorkách ve fázi – jsou úhlově natočena

• Transformátory s úhlovou regulací jsou v podstatě všechny transformátory, které mají přídavné napětí (vlivem regulace odboček) fázově natočeno vůči napětí ke kterému je regulace přidávána

• Dělení transformátorů s příčnou regulací – různé, z praktických hledisek

• TPR – transformátory s příčnou regulací

• PST – transformátory pro regulaci fáze

Zdroj: EGÚ Brno, Ing.J.Ptaček,Ph.D.

Existující transformátory 400/220 kV s příčnou regulací

Použití transformátorů pro regulaci toků v Rakousku

3 další PST o výkonu 600 MVA budou instalovány do konce r.2006 (důvody –slabá síť , nemožnost postavit nové vedení)

Meeden

Diele

Conneforde

PS

T

PS

T

Meppen

TE Hackenfähr

TE,JE Emsland

Gronau

Hengelo

JE Maasbracht

TE

NĚMECKO

NIZOZEMÍ

BELGIE

Oberzier

Rommerskirchen

Siersdorf

Umístění PST (Phase Shift Transformer) na profilu Německo - Nizozemí

PS

T Porýní-Vestfálsko

E.ON

RWE

Rz: MeedenUn: 400 kVSn 2x1000 MVAPST

Rz: GronauUn: 400 kVSn 1039 MVAPST

PŘENOS VÝKO

NU

Využití transformátorů s příčnou regulací v Evropě

- Navýšení přenosové kapacity ve směru na Německo o cca 1100 MW

- Udržování konstantních toků výkonů po profilech

- Navýšení přenosové kapacity ve směru na Německo o cca 1100 MW

- Udržování konstantních toků výkonů po profilech

Zdroj: EGÚ Brno, Ing.J.Ptaček,Ph.D.

Příklad modelového výpočtu využití transformátoru PSTpro regulaci tranzitu přes ES

Příklad modelového výpočtu využití transformátoru PSTpro regulaci tranzitu přes ES

R1 - výchozí režim (vyrovnané salda)

VýrobaTranzit

Saldo ESES S1 ES S2 ES S3 ES S4

0 [ MW ]

0 0 0 3200 380

800 38

1600 380 380

1200

S1

S2

S3

S4

342 MW 38 MW

380

380 38

Kruhové toky

664

+ 600 - 600

R2 - export 600 MW z ES S1 do S2

VýrobaTranzit

Saldo ESES S1 ES S2 ES S3 ES S4 [ MW ]

0 0 3800 337

200 0

1600 337

1200

S1

S2

S3

S4

672 MW 271 MW

337

337 328

Export 600 MW

Import 600 MW

PST

246

+ 600 - 600

R3 - regulace tranzitu přes S3 s PST

VýrobaTranzit

Saldo ESES S1 ES S2 ES S3 ES S4 [ MW ]

0 0 3800 153

200 0

1600 150

1200

S1

S2

S3

S4

253 MW 503 MW

150

150 97

Export 600 MW

Import 600 MW

Negativní vlivy PST na poměry v sítích (PS, 110 kV):

Negativní vlivy PST na poměry v sítích (PS, 110 kV):

• V některých ES (částech sítě) dochází vlivem užití PST ke zvýšení ztrát činného výkonu, v jiných ES (zahraničních) může docházet i ke snížení ztrát. Toto může být předmětem poměrně vážných diskusí výhodnosti instalace PST.

• V celém propojeném systému (soustavě) jsou však ztráty výkonu vlivem PST vždy větší (jak vlivem ztrát na vlastním PST, tak vlivem ztrát od přídavných toků vynucených PST).

• Vytlačení toků z některých částí sítě (vedení) může způsobit přetěžování v jiných částech sítě. To se může projevit i v jiných soustavách (sousedních, nebo i vzdálenějších) což může vést k problémům.

• Užití PST může vyvolávat také problémy související s provozem sítě s velkými rozdíly zátěžných úhlů (například provoz (spínání) souvisejících uzlových oblastí 110 kV).

• V případě spolupráce PS se 110 kV s umístěnými PST – riziko přetěžování 110 kV

• Chránění PST je na rozdíl od standardních transformátorů poměrně komplikované

• V některých ES (částech sítě) dochází vlivem užití PST ke zvýšení ztrát činného výkonu, v jiných ES (zahraničních) může docházet i ke snížení ztrát. Toto může být předmětem poměrně vážných diskusí výhodnosti instalace PST.

• V celém propojeném systému (soustavě) jsou však ztráty výkonu vlivem PST vždy větší (jak vlivem ztrát na vlastním PST, tak vlivem ztrát od přídavných toků vynucených PST).

• Vytlačení toků z některých částí sítě (vedení) může způsobit přetěžování v jiných částech sítě. To se může projevit i v jiných soustavách (sousedních, nebo i vzdálenějších) což může vést k problémům.

• Užití PST může vyvolávat také problémy související s provozem sítě s velkými rozdíly zátěžných úhlů (například provoz (spínání) souvisejících uzlových oblastí 110 kV).

• V případě spolupráce PS se 110 kV s umístěnými PST – riziko přetěžování 110 kV

• Chránění PST je na rozdíl od standardních transformátorů poměrně komplikované

TCSC – Tyristorově řízená sériová kompenzaceTCSC – Tyristorově řízená sériová kompenzace

- Mění impedanci přenosové cesty a tím ovlivňuje toky výkonů v sítích

- Použití : Rz. Stoede (Švédsko), Rz. Kayenta (USA)

- Zvýšení přenosových schopností vedení, zabránění subsynchronním oscilacím

- Mění impedanci přenosové cesty a tím ovlivňuje toky výkonů v sítích

- Použití : Rz. Stoede (Švédsko), Rz. Kayenta (USA)

- Zvýšení přenosových schopností vedení, zabránění subsynchronním oscilacím

TCSC

U1 U2

VedRz

Provozní diagram TCSC

[Z]

Výsledná impedance TCSC

Zapalovací úhel

Induktivní charakter Z

kapacitní charakter Z

Zdroj: EGÚ Brno, Ing.J.Ptaček,Ph.D.

UPFC – Univerzální regulátor výkonuUPFC – Univerzální regulátor výkonu

- Účinná kombinace sériové a paralelní kompenzace

- Nezávislé ovlivňování toků činného a jalového výkonu

- Aplikace : Rz. Inez (USA) – napětí 138 kV, zvýšení přenosové schopnosti dlouhých vedení napájející konzumní oblast, regulace napětí

- Účinná kombinace sériové a paralelní kompenzace

- Nezávislé ovlivňování toků činného a jalového výkonu

- Aplikace : Rz. Inez (USA) – napětí 138 kV, zvýšení přenosové schopnosti dlouhých vedení napájející konzumní oblast, regulace napětí

VedRz

UPFC

U1U2

Ur

U2

Ur

U1

Regulace toků P

RegulaceU/Q

Vektorový diagram

Zdroj: EGÚ Brno, Ing.J.Ptaček,Ph.D.

Typ prostředku pro regulaci toků činných výkonů v síti

Regulace toků P

Rozsah regulace P

Regulace U/Q

Rozsah reg. U/Q

Rychlost regulace

Plynulost regulace

Cena zařízení

HVDC - přenos stejnosměrným proudem

Ano požadovaný Ne - vysoká plynuláznačně vysoká

TCSC - tyristorově řízená sériová kompenzace

Ano dostatečný Ne - vysoká plynulá vysoká

UPFC - Univerzální regulátor toků výkonů

Ano značný Ano značný vysoká plynulá extrémní

TPR - Transformátoru s příčnou regulací

částečně omezený Anodle

zadánínižší

(minuty)stupňovitá (odbočky)

dosažitelná

PST - Transformátor pro regulaci fáze

Ano značný částečněspíše malý

nižší (minuty)

stupňovitá (odbočky)

vysoká

Srovnání základních vlastností a regulačních účinků specializovaných prostředků pro regulaci toků výkonů v sítích:

Srovnání základních vlastností a regulačních účinků specializovaných prostředků pro regulaci toků výkonů v sítích:

Zdroj: EGÚ Brno, Ing.J.Ptaček,Ph.D.

Vznik mezisystémových kyvů problém provozu propojených soustav

FACTS jsou schopny tyto kyvy tlumit a zvyšují tím stabilitu soustavy

Výpadek bloku 300 MW ve Španělsku

FACTS -Typické investiční náklady

Operating range

[MVAr]

Náklady na výstavbu vedení Příjmy ze zvýšení přenosu

Výhody FACTS

• Lepší využití existujících vedení

• Zvýšení spolehlivosti a dostupnosti

• Zvýšení dynamické stability

• Zvýšení kvality dodávky elektřiny

• Ochrana životního prostředí (neznečišťují , není nutné stavět nová vedení)

Aktuální (plánované) rozvojové akce

Posílení schématu PS • Příčná spojka 400 kV Čechy Střed – Bezděčín• Nové vedení 400 kV Krasíkov – H. Životice• Zdvojení vedení 400 kV Nošovice – Prosenice

Vyvedení výkonu nových VtE do PS• Rozvodna 400kV Vernéřov připojená z R Hradec

Vyvedení výkonu nového bloku ELE 660 MW• R 400 kV Chotějovice• Nové vedení 400 kV Chotějovice – Výškov • Nové vedení 400 kV Chotějovice – Babylon

Rozšíření transformačních vazeb 400/110 kV ve stanicích • Čebín • Týnec • Neznášov

Zvyšování přeshraniční přenosové kapacityZdvojení vedení 400 kV Slavětice – Dürnrohr

4

Plánovaný rozvoj PS v letech 2005 - 2015

2

3

1

5

6

7

8

Závěr • Prostředky pro řízení toku výkonu jsou v PS stále více používány.

• Instalací FACTS je ve světě málo, důvodem je jejich vysoká cena.

• Technické schopnosti řízení výkonu pomocí FACTS jsou vynikající.

• Nejrozšířenější v PS je použití PST.

• Nasazení prostředků pro řízení výkonu v propojených sítí (typů soustavy ČR) je omezeno.

• ČEPS se na základě studií a rozborů rozhodl řešit situaci vzniku congestions „klasickým způsobem“ – posilováním a stavbou nových vedení.

Děkuji za pozornost.

1. zdvojení linky Čechy Střed - Bezděčín

rok 2008, délka 68 km

2. nová linka Krasíkov - Horní Životice

rok 2010, délka 78 km

3. zdvojení linky Nošovice - Prosenice

rok 2009, délka 79 km

4. zdvojení linky Slavětice - Dürnrohr

rok 2007, délka 43 km

roky 2008 a 2013, délka 75 km

5. Hradec - Vernéřov - Vítkov

6. VtE CzechVenti - Vernéřov

rok 2008, délka 3 km

7. VtE - Hradec

rok 2008, délka 2 km

8. blok 660 MW Ledvice (Chotějovice)

rok 2012, délka 80 km