Po celotnem razpadu elektroenergetskega sistema (EES), je vsak sistemski operater prenosnega omrežja odgovoren zagotoviti ponovno vzpostavitev sistema čim hitreje, varno in zanesljivo. V zadnjih letih je v okviru ENTSO-E to postalo aktualna tema, in se posledično od vsakega operaterja prenosnih sistemov zahteva, da vzpostavi ustrezne scenarije vzpostavitve omrežja. Za varno in učinkovito ponovno vzpostavitev EES je potrebno preveriti izvedljivost teh scenarijev in se zavedati glavnih izzivov med izvajanjem postopka. Zato je pomembno razviti testne modele, s pomočjo katerih je mogoče simulirati obnašanje modela EES v različnih pogojih.
Magistrska naloga predstavlja postopek izvajanja dinamičnih simulacij vzpostavitve EES v realnem času. V splošnem je naloga razdeljena na dva glavna dela. V prvem delu je električni sistem zasnovan za dva različna pristopa vzpostavljanja napajanja, in sicer od spodaj-navzdol in od zgoraj-navzdol. Po načelu vzpostavitve od zgoraj-navzdol se EES ponovno vzpostavi s pomočjo sosednjih EES. Pomanjkljivost takšnega pristopa se pojavi v primeru razpada na širšem območju, v katerega so lahko zajeti tudi sosednji EES. Posledično električna napetost na povezovalnih vodih s sosednjimi EES morda/najverjetneje ni na voljo. V tem primeru se mora vzpostavitev začeti s strani lastnih proizvodnih enot ki imajo možnost zagona brez zunanjega vira napajanja. Ta koncept je znan kot ponovna vzpostavitev EES od spodaj-navzgor, pri čemer se predpostavi da je znotraj izoliranega območja vsaj ena elektrarna s sposobnostjo zagona brez zunanjega vira napajanja. Med takšnim postopkom lahko pride do hitrih prehodnih pojav kot rezultat stikalnih manevrov. Poudarek v prvem delu naloge je torej na dinamičnem obnašanju EES kot rezultat različnih pristopov njegove ponovne vzpostavitve. Pri samih simulacijah smo postopek od zgoraj-navzdol izvedli s pomočjo zunanjega vira napajanja, pri čemer smo priključili neobremenjeni vod in transformator na omrežje v normalnem obratovalnem stanju. Rezultati so pokazali, da lahko pri vklopu neobremenjenega transformatorja pride do tranzientnih prenapetosti, če je zunanje omrežje prav tako oslabljeno. V primeru da je zunanje omrežje dovolj močno, pa je vklop tako vodov kot tudi transformatorjev nekaj običajnega. Med simulacijo postopka od spodaj-navzgor je del ponovno vzpostavljenega omrežja šibek (zgolj ena proizvodna enota), zato je eden od ključnih izzivov njegove izvedbe vklop velikih energetskih transformatorjev. V tem primeru smo upoštevali različne metode priključevanja elektroenergetskih elementov, in sicer i) konvencionalni postopek zaporednega vklapljanja elementov ter ii) mehki zagon. Sprva je bila izvedena simulacija sekvenčne metode vklapljanja elementov. Pri vklopu posameznega transformatorja na izmenični vir napetosti pride do znanega dinamičnega vklopnega pojava, ki ima za posledico magnetilni tok transformatorja z visoko amplitudo. Prehodni pojavi so odvisni od trenutka priklopa transformatorskih navitij in količine remanentnega fluksa v jedru. Remanentni fluks je stohastičnega značaja in ga zato ni mogoče zanesljivo predvideti. Precej verjetno pa je, da bo transformator imel določeno stopnjo remanentnega fluksa, saj je bil pred izpadom v obratovanju. Prisotnost remanentnega fluksa deluje kot odmik, ki lahko privede transformator v globlje nasičenje med prihajajočim vklopom. Poleg tega običajno v praksi prihaja do situacij, ko ob vklopu v električni bližini že obratujejo nekateri drugi transformatorji. Transformator, ki se priključuje, je lahko povezan bodisi vzporedno bodisi zaporedno s temi transformatorji. Rezultati simulacij so pokazali, da lahko zato poleg že znanega vklopnega pojava transformatorja, pride tudi do interakcij med večjimi transformatorji. Te so znane kot simpatetični vklopni pojav. Da bi se tako prenapetostim kot tudi vklopnim tokom izgonili, je v nadaljevanju opisana tudi metoda mehkega zagona iz brez-napetostnega stanja. Tudi ta postopek smo s simulacijami uspešno ponazorili. Generator smo sprva iz mirovanja zagnali do njegove nazivne hitrosti. Zatem, ko je bila dosežena nazivna frekvenca (konkretno 50 Hz), smo preko vzbujanja rotorskega navitja napetost v omrežju postopoma dvignili do nazivne vrednosti. Rezultati so potrdili, da je tako mogoče začeti vzpostavljanje napetosti na 400 kV omrežju tudi z manjšimi agregati, in sicer brez težav s priključevanjem večjih transformatorjev.
V drugem delu magistrske naloge smo se osredotočili na povezovanje več ločeno vzpostavljenih otokov, in sicer v smislu sinhronizacije otokov, dodajanja obremenitve v sistem in vzdrževanja stabilne frekvence. Pri tem je posebej izpostavljeno vzdrževanje frekvence, saj so generatorji v otočnem obratovanju. Najprej smo izdelali model EES z dvema generatorjema, da bi prikazali delovanje dveh posameznih tipov turbinskih regulatorjev: i) ko sta turbinska regulatorja nastavljena na regulacijo po statiki in ii) ko je en regulator nastavljen na regulacijo frekvence drugi pa na regulacijo po statiki. V nadaljevanju smo po uspešnem zagonu dveh ločenih otokov simulirali tudi njuno sinhronizacijo, ki smo ga uporabili tudi kot sredstvo za predstavitev uporabniškega vmesnika simulatorja. Vmesnik omogoča izvedbo tako konvencionalnega sekvenčnega priključevanja elementov kot tudi mehkega zagona, različne možnosti nastavitev delovanja turbinskih regulatorjev, sinhronizacije ter dodajanje odjema.
Vse simulacije v nalogi smo izvedli z digitalnim simulatorjem za izračune v realnem času (RTDS). Uporaba RTDS naprave omogoča široko paleto simulacij v različnih delovnih pogojih, poleg tega pa tudi možnost preizkušanja dejanske fizične opreme med postopkom ponovne vzpostavitve EES. S tega stališča smatramo izdelano orodje kot dober pripomoček za preverjanje izvedljivosti zagona konkretnega EES iz brez-napetostnega stanja, pa tudi kot trening za operaterje, ki bo v prihodnje nadgrajen z implementacijo zaščitne opreme.
|
