Kryteria badania stabilności napięciowej sieci przesyłowej

Problem stabilności napięciowej jest zjawiskiem wolnozmiennym. Główne symptomy świadczące o zagrożeniu lawiną napięcia to m.in.: niskie poziomy napięć,

znaczne przepływy mocy biernych, brak rezerw mocy biernej oraz wysoki stopień obciążenia systemu [54, 204, 216]. Takie formy niestabilności napięciowej można traktować jako problem statyczny i można je analizować za pomocą symulacyjnych programów rozpływowych. Z perspektywy OSP istotna jest ocena zagrożenia utratą stabilności napięciowej sieci przesyłowej. Ocena ta powinna polegać na wyznacze-niu odległości tzw. bazowego punktu pracy SEE od punktu lawiny napięć. Jednym ze sposobów takiej oceny jest wyznaczenie krzywych Q-U i P-U. W tym celu za pomocą programu rozpływowego określa się aktualny stan pracy systemu elektro-energetycznego. Następnie należy rozpocząć stopniowe zwiększanie obciążenia węzłów odbiorczych (proporcjonalny wzrost obciążenia w stosunku do bazowej wartości obciążenia), aż do uzyskania rozbieżnego procesu obliczeniowego. Stoso-wane miary zapasu stabilności są różne [37, 68, 109, 230]. Na przykład, w pozycji [204], miarą stabilności jest różnica pomiędzy sumarycznym obciążeniem węzłów odbiorczych w punkcie lawiny napięć i sumaryczną mocą odbiorów w planowanym układzie pracy badanego podsystemu. Różnicę tę traktuje się jako zapas (rezerwę) mocy, czyli odległość bazowego punktu pracy od punktu lawiny napięć. W niniej-szej monografii przyjęto następujące definicje pojęć związanych ze stabilnością napięciową oraz praktyczne kryteria badania stabilności sieci przesyłowej, które zostały zilustrowane na rysunku 5.4:

• Stabilność napięciowa sieci przesyłowej: Sieć przesyłowa jest stabilna napię-ciowo, jeżeli przy 5% wzroście zapotrzebowania mocy napięcia węzłowe U są wyższe od najmniejszej dopuszczalnej wartości U_dop, zarówno w układzie nor-malnym, jak i we wszystkich stanach powyłączeniowych N-1.

W procesie utraty stabilności napięciowej sieci przesyłowej należy rozróżnić stan zagrożenia stabilności napięciowej od utraty stabilności napięciowej. • Zagrożenie stabilności napięciowej sieci przesyłowej: Jeżeli w węzłach sieci

przesyłowej występują napięcia niższe od najmniejszej dopuszczalnej wartości Udop, to stabilność napięciowa tej sieci jest zagrożona, gdyż wzrastają w niej straty przesyłowe z jednoczesnym zmniejszeniem generacji mocy biernej przez pojemności linii. W warunkach krajowych minimalne dopuszczalne wartości napięcia w sieci przesyłowej wynoszą:

Udop = 0,95 Un – w węzłach elektrownianych, Udop = 0,9 Un – w węzłach odbiorczych.

• Utrata stabilności napięciowej – lawina napięć: Jeżeli w sieci przesyłowej obniżają się napięcia węzłowe, mimo wzrostu mocy biernej wytwarzanej w elektrowniach, to w tej sieci wystąpiła utrata stabilności napięciowej. Następ-stwem utraty stabilności jest lawina napięć.

• Bezpieczny zapas przesyłu mocy w sieci przesyłowej: Bezpieczny zapas przesyłu mocy jest równy takiemu przyrostowi mocy odbiorów w stosunku do planowanego zapotrzebowania, który nie spowoduje jeszcze w żadnym węźle obniżenia napięcia poniżej minimalnej wartości dopuszczalnej U_dop. Bezpieczny

zapas przesyłu mocy powinien wynosić co najmniej 5% wartości planowanego zapotrzebowania.

• Zapas mocy biernej w węźle odbiorczym sieci przesyłowej: Zapas mocy biernej w węźle odbiorczym, w danym punkcie pracy, jest równy przyrostowi poboru mocy biernej w tym węźle, przy stałych wszystkich pozostałych mocach węzłowych, aż do osiągnięcia punktu lawiny napięcia.

• Bezpieczny zapas mocy biernej w węźle odbiorczym sieci przesyłowej: Bez-pieczny zapas mocy biernej w węźle odbiorczym jest równy takiemu przyro-stowi poboru mocy biernej w tym węźle, przy stałych wszystkich pozostałych mocach węzłowych, który nie spowoduje jeszcze obniżenia napięcia w tym węźle poniżej minimalnej dopuszczalnej wartości U_dop.

Krzywa nosowa: wzrost zapotrzebowania Podb, przy tgϕ = Qodb/Podb = const – stan normalny (n-0)

1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 wzrost zapotrzebowania OSR454 PLE414 PLE424 LES214 LN – Lawina Napięcia Bezpieczny zapas przesyłu mocy

Zapas przesyłu mocy sieci przesyłowej

Upu

Rys. 5.4. Przykładowe krzywe nosowe P-U w sieci przesyłowej. Punkt LN (lawiny napięcia) odpowiada zapasowi przesyłu mocy. Linia Udop = 0,9 Un oznacza najmniejsze dopuszczalne napięcie

W sieci przesyłowej nieznane są jawne zależności funkcyjne między napięciem w danym węźle i bilansem w nim mocy biernej (brak charakterystyk napięciowych

węzłów). Badanie stabilności napięciowej ogranicza się do analizy zmian napięć wę-złowych otrzymywanych z rozwiązania algebraicznych równań rozpływu mocy wraz z następującymi przybliżonymi metodami polegającymi na:

• wyznaczaniu współczynników czułości U-Q, • badaniu krzywych nosowych,

• przeprowadzeniu analizy modalnej zredukowanego jakobianu równań węzło-wych,

• przeprowadzeniu analizy singularnej macierzy Jakobiego równań rozpływu mocy.

Zastosowanie metod rozpływowych jest często spotykanym podejściem do bada-nia stabilności napięciowej przez określenie granicy stabilności na podstawie wartości otrzymanych w procesie iteracyjnym (zerowanie jakobianu) [104, 200, 206]. Wiąże się to z wielokrotnymi rozwiązaniami rozpływu mocy metodą Newtona–Raphsona w prostokątnym układzie współrzędnych napięć węzłowych. Wada tej metody staje się w tym przypadku zaletą. Start do obliczeń z punktu znacznie odległego od rozwią-zania prowadzi do tzw. drugiego rozwiąrozwią-zania (rozwiązanie niestabilne, niewłaściwe). Dla stanów ustalonych rozwiązanie jest nieprzydatne, ponieważ jako niestabilne nie istnieje praktycznie. Jednak zbliżanie się tegoż punktu do punktu właściwego świad-czy o zbliżaniu się stanu pracy SEE do granicy stabilności, określanej przez jedno rozwiązanie podwójne. Przedstawiane na płaszczyźnie współrzędnych prostokątnych napięć węzłowych w postaci okręgów mocy czynnej i biernej lub mocy czynnej i mo-dułu napięcia stają się styczne [104, 134, 141, 151].