8. СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 22 24 септември Стипе Ќурлин Антун Андриќ ХОПС ОПТИМИЗАЦИЈА НА ЗАГУБИТЕ НА ПРЕНОСНАТА МРЕЖА ОД АСПЕКТ НА КРИТЕРИУМОТ НА МИНИМАЛНИ ЗАГУБИ НА АКТИВНА МОЌНОСТ СО ПРОМЕНА НА АГОЛОТ НА НАПОНИТЕ НА ТРАНСФОРМАТОРОТ 400/220 KV ВО ТС ЖЕРАВЈИНЕЦ КУСА СОДРЖИНА Регулацијата на активната моќност со промена на аголот на трансформаторот, му обезбедува на систем операторот корисна, ефикасна и бесплатна алатка за исполнување на критериумите за безбедност и оптимизација на загубите на активна моќност во електроенергетскиот систем. Загубите на активна моќност во преносната мрежа претставуваат пазарен производ и истите операторот на електроенергетскиот систем ги купува на слободиот пазар. Купувањето на загубите на активна моќност на слободниот пазар претставува еден од најголемите трошоци на ОЕЕС и секоја постапка за нивно намалување преку оптимизација на работота на преносната мрежа се добредојдени. Во трудот се истражува зависноста на загубите во хрватскиот електроенергетски систем од поместувањето на аголот кај трансформаторот 400/220 kv во ТС Жеравјинец, единствен во хрватскиот електроенергетски систем со можност за регулација аголот на напонот. Наведениот начин на работа на трансформаторот со поместувањето на аголот овозможува значително намалување на загубите во преносната мрежа, истовремено запазувајќи ги сигурносните критериуми. Проценети се можните заштеди за Хрватскиот оператор на електроенергетскиот систем (ХОПС) во енергија т.е. парични единици. Клучни зборови: трансформатор со поместување на аголот, преносна мрежа, оптимизација на критериумот на минимални загуби, попречна регулација, загуби во ЕЕС, критериум на сигурност 1 ВОВЕД Оптимизацијата на работата во преносната мрежа, подразбира избор на соодветна положба на регулациските преклопки на трансформаторот, номинални вредности на напонот во електраните, реактивни уреди за компензација, топологија на мрежата. Целната функција што се користи при ваквиот тип на оптимизација е минимални загуби на анктивна моќност во преносната мрежа. Ограничувањата се задоволување на критериумите за сигурност на ЕЕС (критериум N-1, нема преоптоварени елементи и напоните се наоѓаат во дозволените граници). Во трудот се истражува зависноста на загубите во хрватскиот електроенергетски систем од поместувањето на аголот кај трансформаторот 400/220 kv во ТС Жеравјинец, единствен во хрватскиот електроенергетски систем со можност за регулација аголот на напонот. Трафостаницата 400/220/110 kv Жеравјинец се наоѓа на важен увозен и транзитен правец на енергија во хрватскиот ЕЕС, прествува и единствена врска на помеѓу 220 kv и 400 kv напонско ниво во северниот дел на хрватскиот ЕЕС додека во исто време игра клучна улога во запазување на сигурноста со снабдувањето на 110 kv преносна мрежа на Загреб. Напонските прилики и тековите на моќност значително се менуваат во текот на годината зависно од големината на увозоти, потрошувачката, производството на електрична енергија во загребските C2-184R 1/12
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 2/12 ТЕ-ТО итн. Со регулацијата на аголот на напоните на трансформаторот се отвора можноста за пренасочување на тековите на активна моќност од 220 kv кон 110 kv и 400 kv напонско ниво и обратно. Врз основа на користење на тековите на моќност во програмскиот пакет PSS/E, се анализирани различни сценарија и е определена оптимална положба на преклопките на трансформаторот согласно критериумот на минимални загуби на активна моќност во преносната мрежа. Во овој труд е потенцирана и изразена нелинеарноста на параметрите на трансформаторот зависно од положбата на регулациската склопка. Во нормален работен режим, трансформаторот се наоѓа во попречна регулација и успешно се користи со цел да се задоволат критериумите за сигурност. Авторите во трудоот ќе укажат и на можноста за користење на трансформаторот за промена аголот на напонот, со цела намалување на загубите во преносната мрежа со истовремено задоволување на критериумот на сигурност во преносната мрежа. Исто така, во трудот е дадена и проценка на можната заштеда за ХОПС во енергија т.е. парични единица. Идејата за оптимизација на загубите во електроенергетскиот систем со помош на промена на аголот на напоните на трансформаторот произлегува од равенката за текови на моќност низ една гранка на системот: Vs VR P S R = sin(δ ), (1) X SR каде што: VS, VR напони во јазлите S и R XSR импаданција на гранката δ - агол помеѓу јазлите S и R. Загубите во активната моќност во секоја гранка на системот поединечно се дефинираат како разлика на моќноста што влегува и излегува од гранката: Загуби = P S R PR S. (2) Додека загубите во преносната мрежа претставуваат збир од загубите во сите гранки. Горната релација овоможува промена на тековите на моќност низ гранките, а со тоа и влијаење на загубите на моќност во системот. 2 ВЛЕЗНИ ПОДАТОЦИ 2.1 Карактеристики на преносната мрежа ТС 400/220/110 kv Жеравјинец се наоѓа на важен увозен и транзитен правец на енергија во хрватскиот ЕЕС и представува единствена врска помеѓу 400 и 220 kv напонски нивоа во северниот дел на хрватскиот ЕЕС. На тековите на моќност на 400 kv преносна мрежа во Хрватска значително влијание има големината на увозот. На оптоварувањето на 400/110 kv трансформаторите значително влијание има ангажманот на производните единици во електраната ТЕТО како и вклопната состојба на загребската 110 kv мрежа. Тековите на моќност низ 220 kv мрежа се одредени од состојбата на 220 kv мрежа т.е. преку регулација на склопката на трансформаторот 400/220 kv. За разгледуваниот дел на мрежата карактеристично е загрозувањето на N 1 критериумот на сигурност при тековите на моќност поголеми од околу 500 MW на 400 kv далекувод Жеравјинец Тумбри, каде во случај на испад на истиот постои опасност од преоптоварување на трансформаторот во ТС Жеравјинец како и локалната 110 kv мрежа. Типично за оваа трафостаница е за време на периоди на ниско оптоварување (особено викенди, празници и државните празници) се високите вредности на напонот на 400 kv и 220 kv напонско ниво.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 3/12 2.2 Параметри и и принцип на работа на трансформаторот 400/220kV u ТС Жеравјинец Анализираниот трансформатор во ТС Жеравјинец претставува автотрансформатор со номинална моќност од 400 MVA и номинални напони од 400 kv на високонапонската страна и 231 kv на среднонапонската страна. Регулацијата на напонот е под товар во нулточката на автотрансформаторот што значи дека регулацијата на намотката истовремено има влијание на високонапонската и нисконапонската страна [1][2]. Од ова следува дека регулацијата во нул точката на автотрансформаторот е нелинеарна, додека опсегот на регулацијата е несиметрчен. Регулацијата може да биде и надолжна и попречна што зависи од положбата на вградениот преместувач. Со други зборови, трансформаторот може да го регулира или модулот или аголот на напонот. Важно е да се нагласи дека предот од еден во друг начин на работа се извршува во безнапонска состојба. На Сликата 1 е прикажана шема на автотрансформаторот со надолжна и попречна регулација на напонот во нулточката. Слика 1. Шема на автотрансформатор со надолжна и попречна регулација на напонот во нуллточката Надолжна регулација или регулација на модулот на напонот има карактеристики кои се прикажани на следната табела:
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 4/12 Табела 1. Карактеристики на автотрансформаторот при регулација на напонот Попречна регулација или регулација на аголот на напонот ги има карактеристиките прикажани на следната табела. Важно е да е нагласи дека трансформаторот има 27 положби, додека во табелата се прикажани 25 поради три нулти положби со идентини параметри (положба 13). Табела 2. Карактеристики на автотрансформаторот при регулација на аголот на напонот
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 5/12 Слика 2. Зависност на аголот на напонот во однос на положбата на склопката Силка 3. Зависност на импеданцијата на трансформторот во однос на положбата на склопката Слика 4. Зависност на напонот на високонапонската страна во однос на положбата на склопката 2.3 Модел на електроенергетскиот систем За потребите на пресметките, изработен е модел на електроенергетскиот систем во кој се влезени сите интерконекции на 400 kv и 220 kv напонско ниво и изработен е детален модел на хрватскиот ЕЕС во кој е вклучена и 110 kv преносна мрежа. За моделирање користен е програмски пакет PSS/E. Со негова помош изработени се 24 часовни модели, за секој час по еден, за ден 16.11.2011година. Моделите се проверени и верифицирани реалната состојба на системот преку користење на ЕМС системот.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 6/12 За одбраниот ден, изразен е висок увоз во хрватскиот ЕЕС што има за последица значајно оптоварување на 400 kv преносна мрежа на правец од Унгарија кон Хрватска. 3 ОПТИМИЗАЦИЈА НА ПОЛОЖБАТА НА СКЛОПКАТА 3.1 Оптимизација на положбата на склопката земајќи ги во предвид загубите на ЕЕС Со цел одредување на оптималната состојба на склопката земјаќи ги во предвид загубите на ЕЕС, во програмски јазик Python е изработен соодветен програм што за разгледуваната сосојба на системот го прилагодува моделот на ЕЕС на таков начин што ги пресметува загубите во системот за секоја положба на склопката на 400/220 kv ТС Жеравјинец. Од пресметките може да се заклучи (тоа што е веќе и познато од литераурата [3]) дека односот на загубите на активна моќност и положбата на за поместување на аголот, е изразито нелинеарен што може да се види и на сликата подолу. Слика 5. Споредба на загубите на оптималната и почетната состојба за сите положби на преклопката на 400/220 kv ТС Жеравјинец На сликите подолу е прикажана распределбата на тековите на моќностите по гранките во ТС Жеравјинец пред и после оптимизацијата. После оптимизацијата, прекупромената на положбата на регулациските склопка тековите се насочуваат од 220 kv мрежа кон 400 и 110 kv мрежа. На тој начин се растоварува релативно високооптоварената 220 kv мрежа и, како резултат на тоа се намалуваат загубите бидејќи истите зависат од квадратот на струјата низ гранката.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 8/12 Слика 8. ТС Жеравјинец- Напони во 400 kv јазел во зависнот од положбата на склопката (состојба, 16.11.2011, 06:30) Слика 9. ТС Жеравјинец- Напони во 220 kv јазел во зависност од положбата на склопката (состојба, 16.11.2011, 06:30) Од горните слики е уочливо дека заради превисокиот напон на 220 kv мрежа, е ограничен можен распон на користење на склопката т.е. при положбите помеѓу 1 и 7 напонот на 220 kv ниво ги надминува дозволените вредностите во Мрежните правила. Покрај одржување на вредносите на напоните во дозволените граници при N 1 критериумот на сигурност, e потребно и да не дојде до преоптоварување на одредени далекуводи во ЕЕС. На сликата се прикажани оптоварувањата на 400/220 kv во ТС Жеравјинец во случај на испад на 400 kv далекувод Тумбри Жеравјинец за состојбата во 03:30 во зависност од положбата на склопката на трансформаторот. Од Сликата 10 е јасно дека положбата на склопката од 24 до 27 не може да се користи поради нарушување на критериумот на сигурност.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 9/12 Слика 10. Текови на моќностите низ 400/220 kv ТС Жеравјинец во случај на испад на 400 kv далекувод Жеравјинец Тумбри во зависност од положбата на склопката (состојба, 16.11.2011, 03:30) Во трудот за добиената оптимална положба на склопката се, ЕЕС е проверен согласно N 1 критериумот за сигурност. 4 РЕЗУЛТАТИ ОД ПРЕСМЕТКИТЕ 4.1 Оптимизација на положбата на преклопката Во согласност со методологијата објаснета во поглавјата 2 и 3 спроведени се симулациски пресметки на 24 пресметковни модели за ден 16.11.2011 година т.е. текови на моќностите за секој час и за секоја положба на регулациската склопка. Со пресметките е одредена оптимална положба на склопката на 400/220 kv ТС Жеравјинец, при што како критериум е користени вкупните загуби на активна моќност во преносната мрежа. На сликата подол, е прикажана споредба на резултатите помеѓу почетата и опптималната состојба за секој час.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 10/12 Слика 11. Споредба на загубите во системот на почетна и оптимална положба (16.11.2011.) за секој час Во долната табела е дадена споредба на почетната и оптималната состојба, како и разликата во загубите на активна моќност. Од резлутатите може да се заклучи дека избраната, опптимална положба на склопката, е онаа положба во која се урамноотежени тековите на моќностите ТС Жеравјинец, т.е. односно она положба на склопката што доведува до намалување на тековите на активна моќност на високо оптоварена 220 kv мрежа, и пренасочување на истите кон слабо оптаварената 110 kv и 400 kv мрежа. Со оглед на тоа што загубите во ЕЕС се пропорцинални на квадратот на струјата, на тој начин вкупните загуби во системот се намалуваат.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 11/12 Табела 3. Заштеда на загубите, споредба со почетната и оптимлната состојба 4.2 Согледување на можните заштеди Во согледувањето на можните заштеди се претпоставува дека вкупните часовни загуби се константни во текот на разгледуваниот час. Врз основа на наведените претпоставки положбата на склопката на ден 16.11.2011. година загубите во системот би биле помали за 19.84 MWh. Референтната цена е превземена од берзата на енергија [4] и цената на базната енергија за разгледуваниот ден 16.11.2011. година изнесувала 61.87 /MWh. Слика 12. Цена на електричната енергија за секој час на ден 16.11.2012.
MAKO CIGRE 2013 C2-184R 12/12 Преку множење на заштедената енергија (19.84 MWh) и цена на базната енергија на берза (61.87 /MWh), заштеда за ХОПС би изнесувала 1227 за анализираниот ден. 5 ЗАКЛУЧОК Според добиените резултати, авторите предлагаат користење на поместување на аголот кај 400/220/110 kv во ТС Жеравјинец, со уважување на критериумот за сигурност, за намалување на загубите на активна моќноство пресносната мрежа. Особено добри резултати може да се добијат во сценаријата кога едно напонско ниво е повеќе оптоварено, при што преку користење на аголното изместување се добива изедначување на оптоварувањата по напонски нивоа. Кај оптимизацијата неопходно е да се земе во предвид и намалување на можниот опсег на регулација на преклопката на трансформаторот заради неопходното задоволување на критериумот на сигурност (N-1, напонски прилики). Важно е да се нагласи дека веројатно уште помали загуби на активна моќност би се добиле доколку предложената метода се користи во комбинација со традицоналната U-Q оптимизација. Намалување на загубите на активна моќност.е. заштеда во пари во преносната мрежа, прикажано во анализи, може да изгледа релативно малку, мешутоа дкоколку истата се примени на подолг временски преиод колку што на пример изнесува животниот век на трансформаторот истата може да генерира значителни заштеди. 6 ЛИТЕРАТУРА [1] Babić, Jurković. TS Žerjavinec, Podešenje zaštite. Elaborat KONČAR.2002. [2] Kelemen, Ćućić. Trofazni regulacijski autotransformator sa regulacijom napuna u nultočki za TS Žerjavinec, Elaborat KONČAR.2003. [3] Kling Verboomen, Van Hertem. Influence of phase shifting transformers and HVDC on power system losses. IEEE Power Engineering Society General Meeting.2007. [4] www.eex.com. European Energy Exchange.2011.