215.3 MW 0.0 MVR pu MW 0.0 MVR

Transkriptio

1 Sami Repo, TTKK/Sähkövoimatekniikka 1 ESIMERKKI KÄYTTÖVARMUUDEN MÄÄRITTÄMISESTÄ Testijärjestelmässä on kaksi solmupistettä, joiden välillä on kaksi rinnakkaista identtistä johtoa, joidenka yhdistetty impedanssi on 2,855+j19,045 Ω. Solmupiste 1 on vertailupiste (jäykkä verkko, 138 kv) ja solmupisteeseen 2 on kytketty kuorma ja generaattori, jonka ulostulotehon maksimi on 100 MW:a ja 60 Mvar:a. Tehtävänä on selvittää, kuinka suuri kuorman arvo voi olla, jotta käyttövarmuutta ei menetettäisi. Käyttövarmuuden määrittämiseksi tutkitaan kahta eri irtikytkeytymistilannetta: johdon ja generaattorin 2 irtikytkeytymistä. Generaattorin irtikytkentätilanne Kuvassa 2 on esitetty tilanne, missä solmun 2 generaattori on irtikytketty ja kuorman arvo on kasvatettu maksimiarvoonsa 430,7 MW. Kuorman maksimiarvo on ratkaistu tehonjaon avulla ja käyttövarmuuskriteerinä on käytetty tehonjaon suppenemista. Koska testijärjestelmän kuorman suuruus ei riipu jännitteestä (vakiotehokuorma), on maksimikuormitettavuuspiste samalla myös jännitteen romahduspiste tehonjaon suppenemiskriteerien ja laskentatarkkuuden sallimissa rajoissa. Jännite solmussa 2 on hyvin alhainen, koska jännitehäviö muodostuu suureksi johtuen sekä pätöettä loistehon siirrosta johdoilla ja jännitetuen puuttumisesta solmun 2 generaattori irtikytkennästä johtuen. Jäykän verkon syöttämästä näennäistehosta lähes puolet on loistehoa, koska siirtojohdot kuluttavat huomattavan määrän loistehoa MW MVR MW MW MW MVR 421 MVR 0.66 pu MW 0.00 MVR Kuva 2. Tehonjaon maksimi kuormitettavuuspiste solmun 2 generaattorin irtikytkentätilanteessa.

2 Sami Repo, TTKK/Sähkövoimatekniikka 2 Kuvassa 3 on esitetty yllä olevan tilanteen osoitindiagrammi. Sen avulla on helppo havainnollistaa ja selittää miksi jännite laskee solmussa 2 hyvin alhaiseksi. Solmupisteen 1 jännitteen kulma on nolla. Solmun 2 jännite V 2 on 40,78 jäljessä jännitettä V 1. Koska kuormavirta I on puhdasta pätövirtaa I p, ovat virran I ja jännitteen V 2 osoittimet oltava samansuuntaisia. Jännitehäviö V h voidaan puolestaan jakaa reaali- (I p R) ja imaginäärikomponentteihin (I p jx). Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, on jännitehäviön imaginäärikomponentti huomattavasti suurempi kuin reaalikomponentti. Tässä tapauksessa imaginäärikomponentti kuvaa sitä osaa jännitehäviöstä, joka aiheutuu pätötehon siirron aiheuttamasta jännitehäviöstä siirtojohtojen reaktansseissa. V V h =I Z I p jx I = I p V I p R Kuva 3. Maksimipisteen osoitindiagrammi. Kuvassa 4 on esitetty generaattorin 2 irtikytkentätilanteen solmun 2 jännitteen ja solmun 1 generaattorin tuottaman loistehon käyttäytyminen kuorman tehon funktiona. Solmun 2 jännite laskee kuorman suurentuessa. Lähellä maksimipistettä jännitteen lasku kiihtyy voimakkaasti. Generaattorin 1 loistehon käyttäytyminen on päinvastaista solmun 2 jännitteeseen nähden. Kuorman kasvaessa loistehontarve siirtojohdolla kasvaa. Jännitteen romahduspisteessä generaattorin 1 tulisi tuottaa ääretön määrä loistehoa, jotta käyttövarmuutta ei menetettäisi.

3 Sami Repo, TTKK/Sähkövoimatekniikka 3 Jännite Gen.1 loisteho Kuorman jännite [pu] 0,9 0,8 0, Gen. loisteho [MVar] 0, Kuorman teho [MW] Kuva 4. Solmun 2 jännitteen ja generaattorin 1 loistehon käyttäytyminen kuorman tehon funktiona. Generaattorin irtikytkentätilanteessa solmupisteessä 2 tarvittaisiin 175 Mvar:n kondensaattori jännitteen pitämiseksi nimellisarvossaan 1 pu, jolloin siirtohäviöt pienentyisivät myös noin 30 MW:a MW 20.6 MVR MW 87.5 MVR MW 87.5 MVR MW 20.6 MVR 463 MW 1.00 pu MVR MW 0.00 MVR Kuva 5. Maksimikuormituspisteen loistehon kompensointi jännitteen pitämiseksi vakiona.

4 Sami Repo, TTKK/Sähkövoimatekniikka 4 Johdon irtikytkentätilanne Jos toinen rinnakkaisista johdoista irtikytkeytyy pysyvästi vian seurauksena, siirtyy kuormitusteho kokonaisuudessaan vain yhden johdon kautta. Vaikka siirrettävän tehon määrä on periaatteessa pienempi kuin edellisessä esimerkissä, johtuen generaattorin 2 tuottamasta 100 MW:n tehosta, on kuorman maksimiarvo vain 361,0 MW. Tämä johtuu sekä heikentyneestä siirtoyhteydestä että generaattorin 2 loistehorajoituksesta. Generaattorin 2 loistehorajoituksen merkitys selviää kuvasta 7. Solmun 2 jännite pysyy vakiona, kunnes generaattorin 2 loistehoraja 60 Mvar:a saavutetaan, jonka jälkeen jännite laskee ja generaattorin 1 tuottama loisteho kasvaa voimakkaasti. Jännitteen pitämiseksi vakiona tarvittaisiin vähintään 63 Mvar:n kondensaattori solmussa 2 (kuva 8) MW MVR MW 60.1 MVR 197 MVR 0.75 pu MVR MW Kuva 6. Tehonjaon maksimi kuormitettavuuspiste johdon irtikytkentätilanteessa.

5 Sami Repo, TTKK/Sähkövoimatekniikka 5 Jännite Gen.1 loisteho Gen.2 loisteho Kuorman jännite [pu] 0,9 0,8 0, Gen. loisteho [MVar] 0, Kuorman teho [MW] Kuva 7. Solmun 2 jännitteen ja generaattoreiden loistehojen käyttäytyminen kuorman funktiona MW 44.8 MVR MW MVR 286 MW 1.00 pu MVR MW MVR Kuva 8. Maksimikuormituspisteen loistehon kompensointi jännitteen pitämiseksi vakiona.