W tym zakresie tematycznym znalazły się prace poruszające zagadnienia symula-cji z wykorzystaniem metod EMT, FEM oraz składowych symetrycznych. Podobnie jak w poprzednich tematach preferowanych można i tutaj prezentowane referaty skla-syfikować według prezentowanych kon-cepcji i wyników na 3 grupy:
• ograniczenia metod i technik
modelo-wania z wykorzystaniem składowych symetrycznych – referat C4-306,
• hybrydowe metody modelowania
składo-wej zgodnej oraz EMT, w szczególności w układach HVDC oraz źródłach przy-łączonych przez przekładnik – referaty C4-301, C4-303, C4-304, C4-305,
• zaawansowane techniki numeryczne
w modelowaniu i symulacji – referat C4-302.
PKWSE
POLSKI KOMITET WIELKICH SIECI ELEKTRYCZNYCH
Powyższe zagadnienia zostały przed-stawione w sześciu artykułach. Pochodzą one z siedmiu krajów (USA, Kolumbii, Ja-ponii, RPA, Holandii, Francji i Włoch) i od-zwierciedlają szerokie, międzynarodowe zainteresowanie tym tematem wiodącym.
Podgrupa 1
W planowaniu i eksploatacji prowadzi się analizy rozpływów mocy oraz zwarcio-we z wykorzystaniem metody składowych symetrycznych. Odnotowany w tej grupie pojedynczy artykuł C4-306 [32] odnosi się wprost do przykładów ograniczeń wyko-rzystania tej teorii. Z definicji teoria składo-wych symetrycznych opiera się na układzie trójfazowym. Autorzy artykułu przedstawili trzy przykłady ograniczeń w zastosowaniu teorii składowych symetrycznych. Można stwierdzić, że istnieją przypadki, w których tylko asymetryczne podejście wieloprze-wodowe zapewnia pełne odwzorowanie systemu. Wymieniono je poniżej.
1. Kable zmiennoprądowe najwyższych napięć (EHV AC): w przypadku długich kabli zmiennoprądowych niektórzy operatorzy systemów przesyłowych stosują wzajemne łączenie osłon bez transpozycji faz. Podany w artykule przykład ilustruje błąd, który może być wprowadzony w przypadku złego do-boru metody analizy. W przytoczonych wynikach porównano wartości prądów fazowych bez oraz z zastosowaniem transpozycji.
2. Dwutorowe linie napowietrzne: oblicza-nie zerowej impedancji (własnej i wza-jemnych).
3. System zasilania trakcji kolejowej 2x25 kV: jest to bardzo niesymetryczny system, który składa się z 14 przewodów. Teoria składowych symetrycznych nie ma zastosowania w takim układzie, stąd tylko podejście wieloprzewodowe może okre-ślić wzorce pracy w stanie ustalonym.
Podgrupa 2
W ramach zagadnień tej podgrupy dwie publikacje dotyczyły zabezpiecze-nia i dynamicznej oceny zdolności syste-mu elektroenergetycznego do
przetrwa-nia szeregu poważnych, ale prawdopo-dobnych zagrożeń oraz przejścia do ak-ceptowalnych warunków pracy w stanie ustalonym.
W artykule C4-301 [33] przedstawio-no zastosowanie hybrydowej metody modelowania z wykorzystaniem składo-wej zgodnej i EMT do badań przypadków jednobiegunowego otwarcia wyłącznika. Zwarcie jednofazowe doziemne może być przerwane przez wyłączenie wszystkich trzech faz linii, a następnie ponowne za-łączenie po wcześniej określonym czasie opóźnienia, wówczas nastąpi przywrócenie linii do eksploatacji. Alternatywnym rozwią-zaniem jest wyłączenie i załączenie ponow-ne tylko fazy, w której wystąpiło zwarcie. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że po-zostałe fazy nadal uczestniczą w przesyle mocy dla utrzymania równowagi pomiędzy zapotrzebowaniem i generacją. Wówczas zwarcie ma mniejszy wpływ na stabilność pracy systemu. Niemniej jednak, w zależno-ści od charakterystyki sieci, stosowanie po-jedynczego otwarcia bieguna (jednej fazy) może nadal wymagać badania wpływu na stabilność systemu. Programy komputero-we, które służą do przeprowadzania badań stabilności systemu w stanach przejścio-wych mają zwykle ograniczone możliwości modelowania warunków niesymetrycznej pracy, które występują przy jednobiegu-nowym otwieraniu/zamykaniu łącznika. Autorzy artykułu przedstawili metodę ana-lizy w warunkach niesymetrycznych badań stabilności przejściowej przy wykorzysta-niu ekwiwalentu impedancji składowej zgodnej. Zastosowano program do analiz stabilności przejściowej z wykorzystaniem składowej zgodnej oraz równocześnie narzędzi do analiz zabezpieczeń. Przed-stawiona metoda została sprawdzona na podstawie zarejestrowanego zdarzenia, do którego doszło w 2011 roku w kolum-bijskiej sieci przesyłowej. Uzyskane wyniki symulacji są porównywalne ze zmierzony-mi i zapisanyzmierzony-mi danyzmierzony-mi.
Artykuł C4-303 [34] przedstawia do-świadczenia południowo-afrykańskiego operatora systemu przesyłowego w zakre-sie analiz krytycznego czasu wyłączenia CCT (Critical Clearing Time). Badania doty-czyły wpływu na stabilność pracy systemu
przyłączenia nowej elektrowni (Medupi o mocy 5600 MW) w pobliżu innej istniejące elektrowni (Matimba o mocy 4400 MW). Parametr, jakim jest CCT można zdefinio-wać jako maksymalny czas trwania zwar-cia, dla którego system pozostaje przej-ściowo stabilny. Wartość CCT jest zależ-na od warunków panujących w systemie przed zwarciem (punkt pracy, topologia, parametry systemowe, itd.), rodzaju i lokali-zacji zwarcia oraz warunków po awarii (któ-re zależą od sposobu i efektu działania za-bezpieczeń). Kodeks Sieci w RPA określa wartość CCT oraz margines bezpieczeń-stwa wymagany w celu zapewnienia wyłą-czenia zwarcia w żądanym czasie. W arty-kule Autorzy opisują szczegółowe badania przeprowadzone w celu oceny stabilności przejściowej w dwóch elektrowniach uloko-wanych względnie blisko (10 km). Wstęp-ne badania wykazały, że wraz z wprowa-dzeniem nowej elektrowni w najbardziej niekorzystnym przypadku wymagany jest CCT rzędu 43 ms. Nawet jeżeli zastosu-je się 2 cykle zadziałania wyłącznika nie pozostanie odpowiedni zapas czasu, aby umożliwić wykrycie zwarcia i zadziałanie przekaźnika. W związku z tym powstająca sytuacja jest nieakceptowalna, dlatego też opracowano nowy schemat działania TTS (Transient Stability Scheme) pozwalający na zwiększenie CCT dla najgorszego ważanego przypadku. To wdrożone roz-wiązanie ma niewielki negatywny wpływ na przesył i generację oraz powoduje, że zarówno elektrownia Matimba jak i Medupi mają wyniki CCT zgodne z wymogami Ko-deksu Sieci.
Broszura 556 CIGRE opisuje istotne problemy techniczne w systemie elektro-energetycznym z dużym udziałem dłu-gich linii kablowych prądu przemiennego. Artykuł C4-304 [35] przedstawia na tym tle praktyczne doświadczenia w zakresie trzech różnych zagadnień związanych z re-alizacją łącznie 80 km linii kablowych o na-pięciu 380 kV w holenderskiej sieci przesy-łowej operatora TenneT:
1. Dla prawidłowej pracy systemu, w tym utrzymania napięcia w wymaganych gra-nicach, niezbędne jest stosowanie ukła-dów kompensacji mocy biernej. Ana-lizuje się wpływ linii kablowych w celu
optymalnego doboru układu kompensa-cji. W tym zakresie występuje kilka róż-nych ograniczeń, które należy uwzględ-nić w zależności od warunków pracy i scenariusza rozpływu mocy.
2. Istotnym elementem jest przeprowadze-nie analizy przeprowadze-niezawodności częściowo skablowanej sieci najwyższych napięć. Dodatkowe składniki wyposażenia ka-bli podziemnych (mufy i głowice) mogą znacznie zwiększyć czas naprawy (w porównaniu z liniami napowietrzny-mi), co wpływa na niezawodność całe-go systemu.
3. Trzecim zagadnieniem jest monitorowa-nie stanu systemów kablowych. W tym zakresie zainstalowano zaawansowany system rejestracji w czasie rzeczywi-stym, aby monitorować stan połączeń kablowych i jego wpływ na sieć przesy-łową 380 kV.
Z uwagi na poruszane w tej podgrupie problemy można zauważyć, że w ogólności wykorzystywane różne narzędzia symula-cyjne dedykowane są dla różnych rodzajów badań, takich jak: rozpływy mocy, zwarcia, analizy dynamiczne i przejściowe. W każ-dym przypadku wymagany jest model sieci, który zawiera dane, takie jak: topo-logia (konfiguracja połączeń), impedancje parametrów linii, transformatorów, gene-ratorów i obciążenia. Artykuł C4-305 [36] prezentuje podejście zastosowane przez francuskiego operatora systemu przesyło-wego RTE w zakresie budowania spójności modelowania i analiz. Zbudowana przez RTE platforma CONVERGENCE zawiera model danych sieci, które mogą być aktu-alizowane za pomocą stanów pochodzą-cych z estymatora EMS. Model sieci oraz zmienne stanu mogą być eksportowane do plików CIM-XML, które następnie mogą być używane przez inne aplikacje. Ta operacja zawiera zgodność ze standardami wymia-ny ENTSO-E CGMES (Common Grid Mo-del Exchange Standard). Autorzy dzielą się swoimi doświadczeniami na modelu testo-wym sieci i wykazują udogodnienia. Oprócz zgodności danych jest również ważne, aby przedstawić sieć w tym samym układzie stosowanym zarówno w ujęciu operacyj-nym, jak i planistycznym. Różne narzędzia symulacyjne mogą używać tego modelu
sieciowego jako punktu wyjścia do, przy-kładowo, analiz przejściowych stabilności i EMT. W tych narzędziach wymagane są dodatkowe dane, takie jak układy sterowa-nia. W dłuższej perspektywie czasu udział urządzeń energoelektronicznych w przyłą-czach z istniejącymi systemami zmienno-prądowymi znacznie wzrośnie z powodu masowej penetracji elektrowni wiatrowych i łączy HVDC. Szczegółowe dane w zakre-sie sterowania są dostarczane przez produ-centów. Ponieważ szczegółowe dane wy-magane dla tak skomplikowanych modeli są trudne do utrzymania, RTE wykorzystuje modele odwzorowujące układy sterowania zbudowane laboratoryjnie na podstawie sy-mulacji w czasie rzeczywistym.
Podgrupa 3
W tej grupie odnotowano tylko jeden artykuł C4-302 [37] dotyczący techniki symulacji przepięć opartych na metodzie różnic skończonych w dziedzinie czasu i jej zastosowanie w analizie przepięć. Przewidywanie występowania zjawisk przepięć jest niezbędne do projektowa-nia ochrony odgromowej. Broszura 543 CIGRE przedstawia rozszerzony opis oraz przewodnik po wykorzystaniu metod należących do tzw. numerycznej analizy elektromagnetycznej stosowanej do obli-czania stanów przejściowych elektroma-gnetycznych w systemach elektroenerge-tycznych. Tradycyjnie do symulacji prze-pięć stosuje się techniki oparte na teorii obwodów. Bardziej rozwinięte są analizy numeryczne, takie jak metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu FDTD (Finite Difference Time Domain) pozwala-jąca na rozwiązywanie równań Maxwella bezpośrednio w strukturach trójwymiaro-wych. Przykładami takich struktur są słu-py linii przesyłowych i budynki. Podejście takie może być sprzężone z technikami opartymi na teorii obwodów stosowany-mi w znacznie szerszym zakresie. Artykuł C4-302 [37] podaje przykłady zastosowa-nia metody FDTD w wielu praktycznych przypadkach, takich jak budynki, stacje przekaźnikowe mikrofal, linie przesyłowe, stacje i uziomy. W artykule porównano wy-niki pomiarów i symulacji.
Podsumowanie
Przedstawione zagadnienia podkreślają szeroki zakres zainteresowań i badań re-alizowanych w obszarze Komitetu Studiów C4. W szczególności tematy te dotyczą warunków, parametrów i zachowań pracy systemu elektroenergetycznego w stanach ustalonych i nieustalonych. Wśród prezen-towanych metod i narzędzi analitycznych poruszane są również bieżące zagadnienia oddziaływania nowych technologii począw-szy od układów przesyłowych, dystrybu-cyjnych, a skończywszy na technologiach rozproszonych i źródłach odnawialnych. Rozważane problemy skupiają się wokół interakcji pomiędzy systemem elektroener-getycznym a podsystemami i urządzeniami, a także względem oddziaływań zewnętrz-nych. Problemy te są często wspólne dla operatorów systemów nie tylko w Europie, ale również w państwach pozaeuropejskich. Ciągły rozwój urządzeń, instalacji i techno-logii wytwórczych wyznacza nowe potrzeby i wyzwania dla przyszłych struktur syste-mów elektroenergetycznych. Prezentowane treści są wyznacznikiem przyszłych kierun-ków badań.
REFERATY KOMITETU STUDIÓW C4
[1] SC C4. Technical System Performance. Strategic Plan for 2012 to 2018. http:// c4.cigre.org
[2] C4-100. Val Escudero M., Uglesic I., van Waes J.: Special Report for SC C4 (System Technical Performance).
[3] C4-103. Huque A., Key T., Seal B., Smith J., Asgeirsson H., Burns C.: Utility Con-nected Smart Inverters – Lessons Learned from Demonstration of Open Standards and Protocols.
[4] C4-107. Moustafa Hassan M.A., Bendary F.M.A., Shahin M.H., Saied E.M.: Voltage Swell Mitigation in Practical EHV Network Using Flexible AC Transmission Systems Ba-sed on Evolutionary Computing Method. [5] C4-109. Egido I., Lobato E., Rouco L.,
Si-grist L., Barrado A., Fontela P. Magriñá J.: STORE: A Comprehensive Research And Demonstration Project On The Application Of Energy Storage Systems In Island Po-wer Systems.
PKWSE
POLSKI KOMITET WIELKICH SIECI ELEKTRYCZNYCH
[6] C4-110. Spahic E., Pieschel M., Alvarez R., Kuhn G., Hild V., Beck G., Platt N.: Power Intensive Energy Storage and Multilevel STATCOM for frequency and voltage grid support. 110.
[7] C4-115. Andriollo M., Benato R., Dambone Sessa S., di Pietro N., Polito R.: Large Sca-le Italian Energy Intensive Storage Instal-lation: Safety Issues And Environmental Compatibility.
[8] C4-116. Carlini E.M., Bruno G., Gionco S., Martarelli C., Ortolano L., Petrini M., Zaretti L., Polito R.: Electrochemical Energy Sto-rage Systems and ancillary services: the Italian TSO’s experience…
[9] C4-102. Miller N.W., Shao M., Pajic S., D’aquila R., Clark K.: Transient Stability Impacts of High Levels of RES on the We-stern US Grid.
[10] C4-104. Hillberg E., Ackeby S., Bollen M., Setréus J., Lindström P.O., G. Ericsson G., Koskinen M., Matilainen J., Gustafsson M., Hofmann M., Berlijn S.: Development of improved aggregated load models for power system network planning in the Nor-dic power system Part 1: Method develop-ment.
[11] C4-118. Dos Santos A., Correia de Barros M.T.: Assessing Inverter Based Generation Exposure to Voltage Sags.
[12] C4-119. Jaber A., Azzam S.: Impact of Connecting Renewable Power Plants on the Dynamic Voltage Response, Voltage Stability and Low Voltage Ride Through (LVRT) Capability.
[13] C4-101. Ross R.P.D., de Carli M.P., Ribe-iro P.F.: Harmonic Distortion Assessment Related to the Connection of Wind Parks to the Brazilian Transmission Grid. [14] C4-108. Díaz García A., Soto Cano L.,
Beites L.F., Álvarez Fernández M.: Power Quality Monitoring and Assessment in the Spanish Transmission System.
[15] C4-111. Koo K.L., Emin Z.: Challenges in Harmonic Assessments of Non-linear Load Connections.
[16] C4-112. Jensen C.F., Kocewiak ł.H., Emin Z.: Amplification of Harmonic Background Distortion in Wind Power Plants with Long High Voltage Connections.
[17] C4-113. Zavoda F., Bollen M.H.J., Rönn-berg S.K., Ciufo P., Langella R., Lazaroiu G.C., Meyer J.: Power Quality and EMC Issues associated with future electricity networks – status report.
[18] C4-114. Kelly B., Val Escudero M., Ho-ran P., Geaney C., Martin A., Lewis D., Sweeney D.: Investigation of Harmonics Trends and Characteristics on the Irish Transmission System by analysing Histo-rical PQ Measurements and SCADA Re-cords.
[19] C4-117. Ilisiu D., Stanescu D., Postolache P., Stanescu C.: Impact of Photovoltaic Power Systems Control on Romanian Po-wer Quality, as Measured in the Connec-tion Common Points.
[20] C4-207. Przygrodzki M., Rzepka P., Sza-blicki M.: Analysis of opportunities to im-prove the HVDC SwePol Link operation due to commutation failures.
[21] C4- 201. Miguel P.M., Correia D.M., Ca-rvalho A.C.: Application of the Leader Pro-gression Model to evaluate the lightning performance of AC and DC EHV transmis-sion lines.
[22] C4-202. Miyazaki M., Nishiyama K., Miki M., Miki T.: Overview of statistical data on lightning outages of transmission lines in Japan.
[23] C4-203. Phayomhom A., Ainsuk B., Raja-krom A., Setkit S., Kulwongwit W.: Eco-nomic Assessment of Lightning Perfor-mance Improvement of 69 kV Overhead Subtransmission Line on Monopole and Concrete Pole in MEA’s Power Distribu-tion System.
[24] C4-204. Mohamed Rawi I., Ab-Kadir M.Z.A.: A Case Study and Observation on Cause of Transmission Line Outages in Malaysia.
[25] C4-205. Jahangiri T., Leth Bak C., da Silva F.F., Endahl B., Holbøll J.: Assessment of Lightning Shielding Performance of a 400 kV Double-Circuit Fully Composite Trans-mission Line Pylon.
[26] C4-213. Xie S.J., Li J.M., Zhang Y., Zeng R., Zhuang C.J., Wang H.: Measurement Techniques on Transient Process of Li-ghtning Striking Overhead Transmission Lines.
[27] C4-208. Cunniffe N., Val Escudero M., Mansoldo A., Fagan E., Norton M., El-lis C.: Investigating the Methodology and Implications of Implementing Long HVAC Cables in the Ireland and Northern Ireland Power System.
[28] C4-209. Wang Z., Tremouille G., Georgo-poulos A., Karoubis J.T.: Methodology for analysis of temporary overvoltages and
ferroresonance in cable connected isola-ted systems.
[29] C4-210. F. Palone, Rebolini M., Lauria S., Maccioni M., Schembari M., Vassallo J.P.: Switching transients on very long HV ac cable lines: simulations and measure-ments on the 230 kV Malta-Sicily Intercon-nector.
[30] C4-211. Izadi M., Ab-Kadir M.Z.A., Abd--Rahman M.S., Jamaluddin F.A., Azis N.: Electrical Performance of 10 kV Polymer Insulator Under Lightning Induced Voltage Condition.
[31] C4-212. Izadi M., Ab-Kadir M.Z.A., Chia S.C., Jasni J., Gomes C.: Effect of Pa-rallel 275 kV Transmission Line With Oil Pipeline on Electromagnetic Field Calcu-lation.
[32] C4-306. Benato R., Dambone Sessa S.: Some Meaningful Examples of Sequence Theory Use Limitation.
[33] C4-301. Macgregor D.M., Orrego-Pala-cio N.D.J., Zheng C., Aquiles-Pérez S.G.: Simulating Single-Pole Opening Using a Detailed Protection Model and a Transient Stability Program.
[34] C4-303. de Villiers L.N.F., Jennings G.D., Perera A., Fischer J., Jansen van Rens-burg V.: Defining and Computing the Mar-gin in Critical Clearing Time – Eskom’s Experience.
[35] C4-304. Khalilnezhad H., Barakou F., Kandalepa N., Wu J., Wu L., Popov M., Steennis E.F., Wouters P.A.A.F., Mousavi Gargari S., Bos J.A., de Jong J.P.W., Jan-sen C.P.J., Smit J., Kuik R.: Shunt Com-pensation Sizing, Reliability Analysis, and Condition Monitoring Measurements and Simulations for an EHV Mixed OHL-Cable Connection.
[36] C4-305. Dennetiere S., Vernay Y., Mar-tin C., Petesch D., Saad H.: AC grids and HVDC systems modeling coherency be-tween EMT and phasor domain tools. [37] C4-302. Tatematsu A., Ishii M., Ueda T.,
Baba Y., Okabe S., Itamoto N.: Deve-lopment of surge simulation techniqu-es based on the finite difference time domain method and its application to surge analysis.
W ramach sesji plenarnej Komitetu Studiów w C5 dyskutowano nad bieżącą problematyką sektora elektroenerge-tycznego, wynikającą ze zmieniającego się paradygmatu funkcjonowania rynków energii elektrycznej, pojawieniem się no-wych podmiotów na tym rynku, redefini-cją ról podmiotów już istniejących, a tak-że kwestią zdolności sektora do zapew-nienia w nowej sytuacji bezpieczeństwa i niezawodności systemu elektroenerge-tycznego (dalej SEE). Sesja CIGRE była jak zawsze studium doświadczeń z ryn-ków energii elektrycznej w różnych kra-jach, wskazując na ich sukcesy i porażki w szczególności związane z realizacją społeczno-politycznych celów mających wpływ na techniczne wymagania funk-cjonowania SEE.
Zagadnienia dyskutowane podczas se-sji poświęconej rynkom energii elektrycznej zostały zgrupowane wokół trzech paneli (Preferential Subjects – PS):
• PS1: Przyszłość regulacji
ewolu-ującego rynku energii elektrycznej: powiązania pomiędzy rynkiem hur-towym i detalicznym,
• PS2: Modele rynku i struktury jego
regulacji w kontekście ewolucji sek-tora elektroenergetycznego,
• PS3: Integracja energetyki
rozpro-szonej, DSR (Demand Side Respon-se) i magazynowania energii elek-trycznej z punktu widzenia struktury