Χρησιμοποιήστε ως τιμή βάσης για την ισχύ 100 MVA και τιμές βάσης για την τάση τις αντίστοιχες τάσεις που θα επιλέξετε ανάλογα με την περιοχή.

Transcript

1 ΗΜΥ 442 και ΗΜΥ 680: Ανάλυση Συστημάτων Ηλεκτρικής Ισχύος Χειμερινό Εξάμηνο 2009 Σχεδιασμός και ανάλυση συστήματος μεταφοράς Ημερομηνία Παραδόσεως Εργασίας: Πέμπτη, 10/12/09 Α. Ορισμός προβλήματος Το Σχεδιάγραμμα 1 δείχνει ένα μέρος ενός συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Φαίνονται οι ζυγοί, οι μετασχηματιστές, οι γεννήτριες και τα φορτία. Ο στόχος σας είναι να σχεδιάσετε το σύστημα μεταφοράς ούτως ώστε να ικανοποιεί τα ελάχιστα λειτουργικά κριτήρια (Τμήμα Β) με (α) την προσθήκη του απαραίτητου εξοπλισμού (γραμμές μεταφοράς, πυκνωτές, πηνία) και (β) τον καθορισμό του επιπέδου λειτουργίας των γεννητριών και των βηματικών διακοπτών των μετασχηματιστών. Θα κριθείτε από την λειτουργικότητα του συστήματος σε σταθερή κατάσταση και σε περίπτωση σφαλμάτων Ν-1, από το κόστος του εξοπλισμού που θα προσθέσετε, και από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (με αυτή τη σειρά προτεραιότητας). Γενικοί κανόνες: 1. Το σύστημα σας πρέπει να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας το λογισμικό PowerWorld. 2. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μόνο ορισμένους αγωγούς για τις γραμμές μεταφοράς (Τμήμα Γ) 3. Μπορείτε να εγκαταστήσετε γραμμές μεταφοράς μόνο μεταξύ ζυγών που αναφέρεται η απόσταση μεταξύ τους (Τμήμα Γ) 4. Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολλαπλούς αγωγούς ανά φάση (bundled conductors) 5. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μέχρι δυο γραμμές μεταξύ δυο ζυγών (στον ίδιο πυλώνα). Οι γραμμές πρέπει να είναι του ίδιου τύπου. 6. Το σύστημα πρέπει να παραμένει λειτουργικό στην απώλεια οποιασδήποτε γραμμής. Χρησιμοποιήστε ως τιμή βάσης για την ισχύ 100 MVA και τιμές βάσης για την τάση τις αντίστοιχες τάσεις που θα επιλέξετε ανάλογα με την περιοχή. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος δίνονται στο Τμήμα Γ. Οι προδιαγραφές και τα λειτουργικά κριτήρια του τελικού συστήματος δίνονται στο Τμήμα Β. Το κόστος του εξοπλισμού παρουσιάζεται στο Τμήμα Δ. Η βαθμολόγηση της εργασίας παρουσιάζεται στο Τμήμα Ε. Η τελική σας (δακτυλογραφημένη) αναφορά πρέπει να περιέχει τα ακόλουθα: 1. (α) Υπολογισμούς για παραμέτρους μετασχηματιστών και γραμμών μεταφοράς (β) Διάγραμμα εμπεδήσεων (impedance diagram) για το τελικό σύστημα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χειρόγραφο σχεδιάγραμμα αντίστοιχο του συστήματος όπως φαίνεται στο Σχεδιάγραμμα Διαγράμματα ροής ισχύος για τις ακόλουθες περιπτώσεις: (α) Υψηλά φορτία (β) Χαμηλά φορτία 3. Πλήρως συμπληρωμένους τους Πίνακες 1 και Οικονομικά στοιχεία (α) Ανάλυση κόστους εξοπλισμού (όλος ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για όλες τις καταστάσεις λειτουργίας) (β) Υπολογισμός απωλειών για όλες τις καταστάσεις λειτουργίας (γ) Υπολογισμός λειτουργικού κόστους για όλες τις καταστάσεις λειτουργίας 8. Τυπωμένα τα δυο συστήματα που προέκυψαν.

2 Β. Λειτουργικά κριτήρια 1. Το σύστημα λειτουργεί σε συχνότητα 50 Hz. 2. Τάσεις ζυγών (α) Τάσεις γεννητριών Μπορούν να μεταβάλλονται από 0.97 p.u. έως 1.03 p.u. (β) Τάσεις ζυγών φορτίων Πρέπει να διατηρούνται μεταξύ 0.99 και 1.02 p.u. για όλες τις περιπτώσεις Χρησιμοποιήστε τις ακόλουθες μεθόδους για να το επιτύχετε: -- Διακοπτόμενες (switched) εγκάρσιες επαγωγικές αντιστάσεις (shunt reactors) και εγκάρσιους πυκνωτές (shunt capacitors) -- Αύξηση ή μείωση της τάσης στα άκρα των γεννητριών μεταξύ 0.97 p.u. και 1.03 p.u. -- Μεταβολή των βηματικών διακοπτών (taps) των μετασχηματιστών 4. Δεν επιτρέπεται η υπερφόρτωση οποιουδήποτε στοιχείου κατά τη διάρκεια απώλειας ενός στοιχείου. 5. Κατά τη διάρκεια της απώλειας μιας γραμμής μεταφοράς (Ν-1 contingency), το σύστημα πρέπει να παραμένει λειτουργικό και να διασφαλίζονται όλα τα προαναφερθέντα λειτουργικά κριτήρια χωρίς να κάνετε οποιαδήποτε άλλη αλλαγή. 6. (α) Αν μια μονάδα είναι δεσμευμένη στο σύστημα (online), πρέπει να παράγει τουλάχιστον το 30% της ονομαστικής της τιμής σε MW. (β) Σε όλες τις περιπτώσεις λειτουργίας σε ασφαλή κατάσταση, πρέπει να παρέχεται στρεφόμενη εφεδρεία τουλάχιστον 15%. 7. Κατά τη χειμερινή περίοδο η γεννήτρια 4 είναι εκτός λειτουργίας αφού τυγχάνει συντήρησης. Σημείωση: Δεν επιτρέπεται να εγκαταστήσετε εγκάρσιο πυκνωτή ή εγκάρσια επαγωγική αντίσταση σε ζυγούς γεννητριών ή μετασχηματιστών.

3 Γ. Χαρακτηριστικά γραμμών μεταφοράς και μετασχηματιστών 1. Γραμμές μεταφοράς Υπάρχουν οι πιο κάτω επιλογές. Όλοι οι αγωγοί στο σύστημα πρέπει να είναι μονοί (όχι bundled). Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μέχρι και δυο γραμμές μεταξύ δυο ζυγών. Δεν μπορείτε να εγκαταστήσετε γραμμές μεταξύ ζυγών των οποίων δεν φαίνεται η απόσταση στον Πίνακα Γ.1. Μπορείτε να επιλέξετε πέραν του ενός τύπου αγωγού για το σύστημα, αλλά αν θα χρησιμοποιήσετε δυο γραμμές μεταξύ δυο ζυγών, πρέπει να αποτελούνται από τον ίδιο αγωγό. Για όλες τις γραμμές πρέπει να χρησιμοποιήσετε το ισοδύναμο μοντέλο π (equivalent pi model). Όλες οι γραμμές είναι σε κάθετη διάταξη. (α) Αγωγός Falcon: Απόσταση μεταξύ φάσεων 6 m (β) Αγωγός Parrot: Απόσταση μεταξύ φάσεων 6 m (γ) Αγωγός Finch: Απόσταση μεταξύ φάσεων 5 m (δ) Αγωγός Canary: Απόσταση μεταξύ φάσεων 5 m (ε) Αγωγός Ostrich: Απόσταση μεταξύ φάσεων 4 m Πίνακας Γ.1. Αποστάσεις μεταξύ ζυγών (και επιτρεπόμενες γραμμές μεταφοράς) Από ζυγό Στο ζυγό Απόσταση (km) Μετασχηματιστές (α) Τ 1 και Τ MVA 11:345 kv grounded wye και στις δυο πλευρές 6% επαγωγική αντίσταση Δυο taps 3% πάνω από την ονομαστική τιμή και δύο κάτω (στην πλευρά της ψηλής τάσης) (β) Τ MVA 15:345 kv grounded wye και στις δυο πλευρές 8% επαγωγική αντίσταση Δεν έχει taps

4 (γ) Τ 4 και Τ MVA 11:345 kv grounded wye και στις δυο πλευρές 5% επαγωγική αντίσταση Δυο taps 3% πάνω από την ονομαστική τιμή και δύο κάτω (στην πλευρά της ψηλής τάσης) 3. Εγκάρσιοι πυκνωτές 10, 20,, 100 MVAr Η τιμή του πυκνωτή που θα εμφανίζεται στο σύστημα σας μπορεί να είναι ενδιάμεση των πιο πάνω, αλλά στον υπολογισμό του κόστους εξοπλισμού θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε την επόμενη στρογγυλοποιημένη τιμή. 4. Εγκάρσιες επαγωγικές αντιστάσεις 5, 10, 15,, 50 MVAr Η τιμή της εγκάρσιας επαγωγικής αντίστασης που θα εμφανίζεται στο σύστημα σας μπορεί να είναι ενδιάμεση των πιο πάνω, αλλά στον υπολογισμό του κόστους εξοπλισμού θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε την επόμενη στρογγυλοποιημένη τιμή. 5. Γεννήτριες (α) Μονάδες 1 και 2 11 kv, 180 MW, 0.9 συντελεστή ισχύος (β) Μονάδα 3 15 kv, 120 ΜW, 0.95 συντελεστή ισχύος (γ) Μονάδες 4 και 5 11 kv, 150 ΜW, 0.8 συντελεστή ισχύος 6. Φορτία Τα φορτία που φαίνονται στο Σχεδιάγραμμα 1 είναι τα μέγιστα φορτία (υψηλά φορτία) κατά την καλοκαιρινή περίοδο (MW και MVAr). Κατά τη χειμερινή περίοδο (χαμηλά φορτία) τα φορτία στους ζυγούς είναι το 30% των καλοκαιρινών φορτίων.

5 Δ. Λειτουργικό κόστος και κόστος εξοπλισμού 1. Λειτουργικό κόστος Το κόστος παραγωγής στις πέντε μονάδες είναι: Μονάδα Κόστος παραγωγής ( /MWh) 1 και και Κόστος εξοπλισμού (α) Κόστος γραμμών μεταφοράς (χιλιάδες ευρώ ανά χιλιόμετρο) (μονοί αγωγοί) Τύπος Γραμμής Κόστος Falcon 130 Parrot 120 Finch 100 Canary 90 Ostrich 65 Το κόστος της διπλής γραμμής είναι το 160% της αντίστοιχης μονής γραμμής (β) Εγκάρσιοι πυκνωτές: 12 χιλιάδες ευρώ ανά MVAr (γ) Εγκάρσιες επαγωγικές αντιστάσεις: 15 χιλιάδες ευρώ ανά MVAr

6 Ε. Βαθμολόγηση εργασίας σχεδιασμού και ανάλυσης συστήματος μεταφοράς 1. Υπολογισμοί /15 2. Διάγραμμα εμπεδήσεων /10 Υψηλά φορτία 3. Εκτύπωση συστήματος (από PowerWorld) /3 4. Συμπληρωμένο διάγραμμα ροής ισχύος /4 5. Πίνακας 1 /8 Χαμηλά φορτία 6. Εκτύπωση συστήματος (από PowerWorld) /3 7. Συμπληρωμένο διάγραμμα ροής ισχύος /4 8. Πίνακας 2 /8 9. Ικανοποίηση λειτουργικών κριτηρίων / Ανάλυση κόστους / Ποιότητα τεχνικής και οικονομικής λύσης / Εμφάνιση δακτυλογραφημένης αναφοράς /5 ΣΥΝΟΛΟ /100 Επιπλέον βαθμοί/μείωση βαθμολογίας 13. Μη δακτυλογραφημένη αναφορά -50% 14. Καλύτερη λύση από οικονομικής και λειτουργικής απόψεως +10 Ενδιάμεση λύση -5 Χειρότερη λύση -20 Οι υπόλοιπες λύσεις θα βαθμολογηθούν ανάλογα με τη θέση τους σε σχέση με τις προαναφερθείσες λύσεις.

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΥΨΗΛΑ ΦΟΡΤΙΑ 1. Ρύθμιση βηματικών διακοπτών μετασχηματιστών Τ 1 Ζυγός 1:Ζυγός 2 : Τ 2 Ζυγός 1:Ζυγός 2 : Τ 4 Ζυγός 6:Ζυγός 5 : Τ 5 Ζυγός 6:Ζυγός 5 : 2. Ρύθμιση τάσεων γεννητριών Μονάδες 1 και 2: Μονάδα 3: Μονάδες 4 και 5: 3. Κατάσταση διακοπτόμενων επαγωγικών αντιστάσεων και πυκνωτών ανά ζυγό Ζυγός Επαγωγική αντίσταση (MVAr) Πυκνωτής (MVAr) Φόρτωση γεννητριών Γεννήτρια MW MVAr 5. Συνολικό κόστος εξοπλισμού: 6. Συνολικές απώλειες ενεργού ισχύος: 7. Συνολικό λειτουργικό κόστος για μια ώρα λειτουργίας σε αυτή την κατάσταση:

8 ΠΙΝΑΚΑΣ 2 ΧΑΜΗΛΑ ΦΟΡΤΙΑ 1. Ρύθμιση βηματικών διακοπτών μετασχηματιστών Τ 1 Ζυγός 1:Ζυγός 2 : Τ 2 Ζυγός 1:Ζυγός 2 : Τ 4 Ζυγός 6:Ζυγός 5 : Τ 5 Ζυγός 6:Ζυγός 5 : 2. Ρύθμιση τάσεων γεννητριών Μονάδες 1 και 2: Μονάδα 3: Μονάδες 4 και 5: 3. Κατάσταση διακοπτόμενων επαγωγικών αντιστάσεων και πυκνωτών ανά ζυγό Ζυγός Επαγωγική αντίσταση (MVAr) Πυκνωτής (MVAr) Φόρτωση γεννητριών Γεννήτρια MW MVAr 5. Συνολικό κόστος επιπλέον εξοπλισμού: 6. Συνολικές απώλειες ενεργού ισχύος: 7. Συνολικό λειτουργικό κόστος για μια ώρα λειτουργίας σε αυτή την κατάσταση:

9 G1 G2 1 T1 T T4 6 G4 4 G3 7 T3 T5 G Σχεδιάγραμμα 1. Σύστημα μεταφοράς ηλεκτρικής ισχύος