בקרת מתח היברידית לתחנה להעברת כוח

1. בקרת מתח היברידית לתחנה להעברת כוח דניס רבקין 309319713 זוריאן בטושנסקי 308976232 מנחה: דרי מרק מולין תשרי תש"ע

2. תוכן העניינים • מטרות הפרויקט • מבנה המערכת • עומס • מנגנון הOLTC- • טכניקת Load Shedding • הרצת Open loop system • הרצת Close loop system • השוואה ומסכנות

3. מטרות הפרויקט • מידול מערכת תחנת כוח ההיברידית בסביבת Simulink • בניית מערכת בקרה OLTC של שנאי • הוספת אלמנט בקרה חיצוני Load Shedding • בחינת ביצועי הבקרים

4. מבנה המערכת • גנראטור • קו תמסורת • Tap Changer Transformer • קבל מועמס במקביל לצרכן לצורך בקרת המתח

5. תרשים חשמלי של מערכת:

6. מודל סכמאטי של הענף הפיזי: • מקור מתח אידיאליVo מדמיין את הגנראטור • שני קווי התמסורת מומשו ע"י ריאקטנס ,Xהמשנה ערך ברגע נפילת המתח. • בקרת ה OLTC של השנאי ממומשת ע"י מכונת מצבים חיצונית שקובעת את יחס הליפופים n של שנאי אידיאלי בהתאם למתח שנופל על הצרכן בכל רגע. • תפקידו של אלמנט בקרה חיצוני נוסף Load Shedding, להיות מקדם scaling שמעלה/מוריד את הספק הצרכן בהתאם למצב התאוששות המתח הנופל עליו. • ע"מ לדמות את אילוצי צרכן הספק בתחנת כוח בצורה קרובה, נשתמש בצרכן הספק אקספוננציאלי - העומס • במקביל אל העומס מחובר קבל בעל ערך קבוע.

7. העומס העומס הינו רכיב בעל הספק אקטיבי וריאקטיבי המשתנים בזמן, אשר התנהגותם הזמנית גובשה ניסיונית לאור תוצאות שטח של תגובות צרכנים טיפוסיות , והמודל המקובל הוא סט המשוואות הבא(עפ"י הייצוג של Karlsson & Hill -1994):

8. כאשר: Xp - משתנה מצב דינאמי רציף המייצג את פער ההספק האקטיבי לעומת המצב היציב.למעשה, זהו החוסר הרגעי באנרגיה הנדרשת להגיע אל הרמה שלפני נפילת המתח בספק המצב יציב. Tp - קבוע הזמן להתאוששות ההספק האקטיבי. P0 - צריכת ההספק האקטיבי הנומינלית – ההספק הנצרך ע"י העומס במצב יציב ללא נפילות מתח . αs - מעריך הקובע את תלות מתח העומס בהספק האקטיבי במצב יציב. αt - מעריך הקובע את תלות מתח העומס בהספק האקטיבי בתחום הדינאמי. צמד המשוואות הראשון מספק את האינפורמציה אודות התנהגות ההספק הממשי. באופן דואלי לחלוטין קיימים משתנה המצב, קבוע הזמן והמעריכים להספק הריאקטיבי. K - קבוע ה Load Shedding . חזור

9. מלבד אילוצים חשמליים הנובעים מתכונות העומס עצמו, שילוב העומס בענף מכתיב אילוצים כלליים שמקורם בדינאמיקה הכללית של כל מעגל כאשר אלמנטים מחוברים יחדיו( חוקי קירכהוף, אום וכד'...). לכן דרישות נוספות על ההספקים הינן:

10. בשילוב דרישות אלו עם דרישות ההספקים הקודמות מקבלים את מערכת משוואות המצב הבאה: זוהי מערכת בה מתח העומס והפאזה עליו בהתאמה νδ]] מתעדכנים כתוצאה מאילוצי הספק של העומס עצמו ומעדכנים חזרה את ההספקים האלו דרך משתני המצב. חזור

11. מנגנון ה-OLTCOn-load tap changer ה OLTC הטיפוסי ממודל וממומש ע"י דיאגראמת מצבים רציפה (לפי מודל של Sauer and Pai,1994) (כמתואר בשרטוט) לפי החוקרים הנ"ל, נקבעUfunction = Ureset=DB/2 .

12. על מנת לאפשר אנליזה פשוטה יותר ניתן לפשט את המודל לייצוג זמני בדיד באופן הבא: בכל דגימת מתח של העומס על ידי השנאי, נבדק האם יש חריגה משמעותית ממתח הייחוס שנקבע (בד"כ ייקבע כמתח הנומינלי- מתח העומס הנצרך במצב יציב). אם אירעה חריגה כזו, יחס הליפופים מתעדכן בהתאם. מרווח זמן הדגימה המפריד בין שני ערכי n רצופים מוכתב מהאילוצים המכאניים של השנאי : הזמן הנדרש לשינוי יחס הליפופים ממצב קודם למצב חדש - Tm. ערכים מקובלים לפרמטרים הינם:Tm=30-120[sec], n=0.8-1.2[p.u] כאשר בכל צעד בד"כ הליפוף מקודם ב10% בערך( 0.2p.u). DB ייבחר בסדר גודל של שני צעדי ליפוף (0.3p.u). זהו בקר דיסקרטי לא ליניארי אשר שילובו עם החוג הפתוח ( הענף הפיזי הרציף ) יוצר מערכת היברידית. back

13. השווה בין מערכת רציפה לבדידה: תגובת השנאי בעל הייצוג הבדיד המקורב זהה לזו של שנאי OLTC הרציף, והסטייה הקיימת בין שתי עקומות ההתנהגות בזמן זניחה. לכן בדרך כלל מהנדסי מערכות הספק יטו לבחור במודל הבדיד ל OLTC. ניתן לראות שמדובר למעשה באותה עקומת התנהגות בזמן, עד כדי delay של המודל הבדיד, בשל היותו מוגבל למרווחי זמן הדגימה.

14. טכניקת Load Shedding לא נרחיב פרטים על מבנה המנגנון וכיצד הוא ממומש פיזית כהתקן במערכות הספק. באופן כללי מדובר בפקטור scaling שפועל על הספקי העומס שאליו הוא מוצמד. כאשר ישנן נפילות בקו, המתח במערכת קורס, ויש צורך להחליש באופן זמני את הספקי הצרכנים עד להתאוששות במתח המסופק. ההחלשה מתבצעת בהדרגה ובהתאם לצורך המתעדכן בערך המתח. במודל שלנו ה load shedding ממלא תפקיד של בקרה משנית בנוסף לשנאי הOLTC. בכל תגובה, בהתאם למתח על העומס, כלומר החלשה מקסימאלית של עד 15% מהספקי העומס הממשי והראקטיבי.

15. סימולציות ב-SIMULINK OPEN LOOP בקרת OLTC בקרת OLTC + Load Shedding

16. Open loop מקור

17. Load:

18. תוצאת סימולציה Open Loop:

19. Close Loop

20. OLTC • Main Controller - OLTC up

21. תוצאת סימולציה עם בקר ראשי OLTC:

22. Load shedding

23. תוצאת סימולציה בקר OLTC + Load shedding :

24. השוואה וסיכום:

25. מסקנות • ראינו שלא ניתן לייצב את המערכת עם בקר OLTC בלבד, לכן יש צורך בבקר משני Load Shedding. • עם הוספת בקר משני המערכת מצליחה להתיצב ולהגיע לתוצאה רצויה בזמן סביר. • מידול המערכת התבצעה בזמן בדיד אך התוצאות די קרובות למערכת בזמן רציף. • תוצאות הסימולציות בSIMULINK תואמות את התאוריה. • ניתן לומר ששילוב של שני מערכות OLTC ו Load Shedding מייצב את המערכת על פי דרישה.

26. ביבליוגרפיה 1. Mats Larsson, “ObjectStab-An Educational Tool for Power System Stability Studies”, IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 19, Feb. 2004. 2. Daniel Karlsson & David J. Hill, “Modeling and Identification of Nonlinear dynamic loads in Power Systems” , IEEE Trans. On Power Systems, Vol. 9, Feb 1994. 3. Mats Larsson, “A Simple Test Illustrating Load-Voltage Dynamics in Power Systems, ABB Corporate Research, March 2003. 4. Mats Larsson, “The ABB Medium Scale Power Transmission Test Case”, ABB Corporate Research, Feb 2004.