UNIVERZITET U BEOGRADU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET Regulaci ja učestanosti i aktivnih snaga

1. UNIVERZITET U BEOGRADUELEKTROTEHNIČKI FAKULTETRegulacija učestanosti i aktivnih snaga Dr Predrag Stefanov Beograd, 06.04.2009.

2. UVOD • Osnovna svrha svakog elektroenergetskog sistema je podmirenje potreba potrošača • Potrošnja u sistemu nije konstantna • Posledica narušavanja ravnoteže između proizvodnje i potrošnje je odstupanje učestanosti u sistemu • Proizvodne jedinice su naročito osetljive na promene učestanosti • Potreba za održavanjem učestanosti u uskom opsegu oko nominalne vrednosti • Sinhroni generator kao osnovni regulacioni resurs u sistemu

5. PRIMARNA REGULACIJA • Obavlja se pomoću regulatora brzine turbina • Ulaz: linearna kombinacija odstupanja brzine i referentnog signala • Izlaz: položaj organa za upuštanje radnog fluida u turbinu • Učestvuju svi agregati, osim onih sa blokiranim regulatorima • Pojava stacionarne greške učestanosti

6. PRIMARNA REGULACIJA • Svakageneratorskajedinicačijajenazivnaaktivnasnagavećailijednaka50 MW, izuzevonihkojeimajumogućnostkombinovaneproizvodnjetoplotneielektričneenergije, morabitiosposobljenazaizvođenjeprimarneregulacije. • Svakageneratorskajedinicačijajenominalnaaktivnasnagamanjaod 50 MWmožebitiosposobljenazaizvođenjeprimarneregulacijeuskladusapostignutimdogovoromsaJPEMS. • Sledećiusloviprimenjujusenasvegeneratorskejedinicekojeučestvujuuprimarnojregulaciji: - opsegprimarneregulacijemoraiznositibar ± 2%Pnom; - karakteristikaaktivnasnaga - frekvencijauređajazaprimarnuregulacijumorabitipodesivaitouopsegu 4-6%;

7. PRIMARNA REGULACIJA • zaostaleveličineusvajajusesledećevrednosti: a. vremeaktiviranjaprimarneregulacije: najviše 15 sekundinakonporemećajazaaktiviranje 50% ilimanjeodukupnerezerveprimarneregulacije, azaaktiviranje 50% do 100% maksimalnovremeselinearnopovećavado 30 sekundi; b. operativnaiskoristivost: primarnarezervamorabitiupotpunosti • aktiviranazaodstupanjefrekvencijekvazistacionarnogstanjaod± 200 mHz; v. trajanjeisporukeprimarnerezervejeminimalno 15 minuta; g. neosetljivostregulatoranebitrebalodapređe ± 10 mHz; d. tačnostmerenjafrekvencijemoradabudeboljailijednaka 10 mHz; đ. angažovanjeprimarneregulacijesesprovodiakojeodstupanjefrekvencijevećeod ± 20 mHz; e. mernicikluszaprimarnuregulacijumoradabudeizmeđu 0,1 i 1sekunde; ž. mernicikluszapraćenjabitrebalodabude 1 sekunda (preporučujese), amoženajvišeiznositido 10 sekundi.

8. UkupnaraspoloživaprimarnarezervauregulacionojoblastiJPEMS

9. SEKUNDARNA REGULACIJA • Delovanje na promenu referentnih ulaza turbinskih regulatora • Cilj: eliminacija stacionarnih odstupanja učestanosti i snaga razmene • Učestvuju samo regulacioni agregati • Mrežni regulator je najčešće proporcionalno-integralnog (PI) tipa • Vremenska konstanta je reda 60 s

10. Primarna regulacija F Fm F1 F2 1 2 q q P P1 P2 Idealizovana karakteristika turbinskog regulatora

11. Sekundarna regulacija F Fm 3 F1 F2 1 2 q q P P1 P2 Idealizovana karakteristika turbinskog regulatora

14. SEKUNDARNA REGULACIJA Šematski prikaz funkcija sekundarne regulacije u osnovnom regulacionom môdu

15. KONVENCIONALNA SEKUNDARNA REGULACIJA Osnovni môd • Regulacija učestanosti u interkonekciji više regulacionih oblasti • Regulacija zbirne snage razmene regulacionih oblasti • Ekonomski dispečing aktivnih snaga pojedinačnih regulacionih oblasti • Proračun i kontrola proizvodnih troškova • Kontrola proizvodnih rezervi • Kontrola performansi sekundarne regulacije

16. KONVENCIONALNA SEKUNDARNA REGULACIJA Havarijski môd • Održavanje integriteta interkonekcije • Havarijska ispomoć ugroženoj regulacionoj oblasti Korekcioni môd • Korekcija greške sinhronog vremena • Korekcija neželjenih odstupanja energija razmene

17. Koncept regulacione oblasti i decentralizovane regulacije interkonekcije Centralni PI AGC regulator oblasti • Ulaz: Regulaciona greška sistema (“Area Control Error”) • Izlaz: Regulacioni zahtev sistema (“Area requirement”) koji se dalje deli na regulacione elektrane i agregate (“Plant requirements” i “Unit requirements”) Daljinsko upravljanje radom regulacionih agregata • Između AGC regulatora i regulacionih agregata prenose se daljinski regulacioni zahtevi (i regulacioni impulsi, u nekim realizacijama), a u obratnom smeru snage regulacionih elektrana (ili agregata)

18. UCPTE (od 1951. do 1987. godine) UCPTE (od 1987. do 1991. godine) UCTE (od 2004. do 2009. godine) UCPTE/UCTE (od 1991. do 2004. godine)

19. ENTSO-E (od 1.jula 2009. godine)

21. Koncept regulacione oblasti i decentralizovane regulacije interkonekcije

22. Struktura upravljanja • TSO regulacionih oblasti upravlja radom elektrana i prenosne mreže na svojoj teritoriji i reprezentuje ih u odnosu na susede, sa kojima su one povezane. • Regulacioni blok se definiše kao entitet, sastavljen od više regulacionih oblasti, koje u funkciji AGC zajednički rade kao jedna celina u odnosu na druge blokove u interkonekciji, odnosno sinhronoj zoni UCTE. Operator regulacionog bloka je TSO sistema blok-koordinatora. On je odgo-voran prema susedima za sekundarnu regulaciju čitavog bloka i ima sledeće funkcije: • Organizuje i sprovodi internu sekindarnu regulaciju unutar bloka. • Održava ukupnu razmenu bloka u odnosu na sve ostale regulacione blokove sistema. • Daje svoj udeo, zajedno sa drugim regulacionim blokovima, u ponovnom uspostavljanju učestanosti posle poremećaja, na propisanu vrednost. • Regulacioni blok nije odgovoran za primarnu regulaciju učestanosti čitavog bloka. Taj zadatak je ostavljen da se obavlja u individualnim regulacionim oblastima. • Odgovoran je za obračun razmene energije između regulacionih oblasti na svojoj teritoriji.

23. Organizacija funkcionisanja Organizacija funkcionisanja AGC u regulacionom bloku UCTE može se realizovati prema jednoj od sledeće tri šeme: • Centralizovano: AGC se obavlja centralizovano sa samo jednom regulacionom oblašću i jednim sekundarnim regulatorom u bloku. To je u stvari klasična organizacija AGC jedne regulacione oblasti, u zemljama sa jedinstvenom vertikalnom hijerarhijom. • Pluralistički: AGC se obavlja na decentralizovani način, sa više od jedne regulacione oblasti u bloku. Blok-koordinator reguliše razmenu celog bloka sa susedima. On raspolaže sa sopstvenim sekundarnim regulatorom i regulacionim agregatima, dok svi ostali partneri u bloku samostalno regulišu sopstvene regulacione oblasti, na decentra-lizovan način, sa svojim regulacionim resursima. • Hijerarhijski: AGC se obavlja na decentralizovani način, sa više od jedne regulacione oblasti u bloku. Koordinator bloka upravlja sa superponiranim sekundarnim regulato-rom bloka, koji izdaje direktne naredbe podređenim sekundarnim regulatorima svih oblasti bloka. Koordinator bloka može, ali ne mora, imati pod svojom direktnom nadležnošću regulacione agregate.

26. Regulacija učestanosti i snaga razmene u Srbiji • Regulacione elektrane i njihov opseg:

27. Norme kvaliteta Oblik ''krive forme trube'' H(t) za određivanje zone zadovoljavajućeg rada automatske sekundarne regulacije u interkonekciji UCTE (a = 20 mHz)

28. Troškovi AGC u deregulisanim sistemima Faktori koji se uzimaju u obzir pri određivanju troškova za AGC obuhvataju: a. Troškove regulacionih agregata. b. Troškove rezervisanja prenosnih kapaciteta, radi obavljanja AGC. c. Troškove infrastrukture AGC sistema (telemerenja i ostala informatička oprema ugrađena u AGC sisteme). d. Troškove tranzita energije (posebno iskazano učešće u troškovima AGC, kada se prenos energije vrši za račun drugih sistema).

29. Komponenta regulacionog opsega

30. Komponenta snage regulacije

31. Komponenta energije regulacije

32. EsF REALIZACIJA SEKUNDARNE REGULACIJE U SVETU I KOD NAS Sjedinjene Američke Države • Regulaciona greška: • Mogućnost rada sa promenljivom regulacionom konstantom sekundarnog regulatora Bs • Filtriranje regulacione greške: Bs P Karakteristike primarne i sekundarne regulacije

33. Nemačka • Regulaciona greška: • Regulacionim elektranama se šalje signal: • U dispečerski centar merenja stižu svake dve sekunde • Zadata učestanost se može podešavati u koracima od po 10 mHz Francuska • Osnova sekundarne regulacije je proračun razlike faznog ugla napona mreže i faznog ugla referentnog vektora:

34. U slučaju interkonekcije odstupanje faze je: • Zakon po kome se vrši regulacija je: • Signal Nivo (N) se svakih 5 sekundi šalje u regulacione elektrane • Promena odate snage elektrane je: • Merenja učestanosti i snage razmene se obavljaju svake sekunde

35. Italija • Regulaciona greška: • Regulacioni nivo: • Korak integracije je dve sekunde • Signal nivo se direktno šalje u termoelektrane • Pre slanja u hidroelektrane signal se obrađuje u zavisnosti od regulacionog opsega i bazne snage elektrane

36. Elektroprivreda Srbije • Regulaciona greška: • Signal regulacione greške se šalje u regulacione elektrane, uzimajući u obzir koeficijente učešća elektrane u sekundarnoj regulaciji Radna karakteristika elektrane Statička i dinamička karakteristika elektrane Pe dinamička k-ka Pemax B Pe statička k-ka Pe0 A Pe0 Pemin ΔGs Ps0 Ps ΣPe0 ΣPe Ps

37. Permissive postupak – poklapanje dinamičke i statičke karakteristike elektrane Kada eletrana svede svoju regulacionu grešku na nulu njena radna tačka stigne na njenu dinamičku karakteristiku. Dok ostale elektrane anuliraju svoje greške, dinamička karakteristika klizi ka statičkoj, dok se anuliranjem svih greški ne poklope. • Mandatory postupak – u slučaju da regulaciona greška sistema postane veća od zadate maksimalne vrednosti, u regulaciju se uključuju sve elektrane, i one čije su radne tačke na dinamičkoj karakteristici. Na njima regulaciona greška dobija suprotan znak. U slučaju pojave nove greške, regulacioni impulsi se propuštaju samo do elektrana sa regulacionim greškama sa istim znakom sa greškom oblasti.

38. Sekundarna regulacija • Svehidrogeneratorskejedinicečijaje Pnom ≥ 50 MW morajuimatimogućnostradausekundarnojregulaciji, pričemusemoraobezbeditiregulacioniopseguiznosuodnajmanje 0,3Pnom. • Sveturbogeneratorskejedinicečijaje Pnom ≥ 150 MW, izuzevonihkojeimajumogućnostkombinovaneproizvodnjetoplotneielektričneenergije, morajuimatimogućnostradausekundarnojregulaciji, pričemusemoraobezbeditiregulacioniopsegusledećemiznosu: - zaturbogeneratoregdejepogonskogorivougalj: regulacioniopsegjevećiod 0,15Pnom; - zaturbogeneratoregdejepogonskogorivogasilimazut: regulacioniopsegjevećiod 0,25Pnom.

39. Sekundarna regulacija • SaaspektasekundarneregulacijeučestanostiisnagerazmeneodređujeserezervaaktivnesnageusekundarnojregulacijizakontrolnuoblastnamesečnomnivounaosnovuUCTEformule: • Pričemuje: Lmax–maksimalnoplaniranoopterećenjeurazmatranomperiodu; • aibsukoeficijentičijesuvrednostiempirijskiodređene: a =10 MW, b =150 MW.

40. Резерва активне снаге

41. U HE Đerdap I su svih šest mašina uključene u regulaciju, s tim što u elektrani raspodeljuje teret na agregate. • U HE Bajina Bašta poseban integrator skuplja regulacione impulse. Srazmerno broju impulsa formira se signal koji pokreće turbinski regulator. • Praktično, celokupna regulacija u Srbiji obično se svodi na jedan ili dva agregata u ovoj elektrani, dok se ostali agregati retko uključuju.

42. Nedostaci sistema sekundarne regulacije EES-a Srbije: • Koeficijenti učešća su konstantni parametri • Ako snaga elektrane dođe na granicu radnog opsega, njena snaga se više ne menja, a njenu regulacionu grešku ne preuzimaju ostale elektrane • Ispad telemerenja zahteva ručnu intervenciju dispečera • Mrtva zona regulacionog zahteva je nepromenljiva veličina

43. ACE u UCTE

44. ACE u UCTE

45. KONVENCIONALNA SEKUNDARNA REGULACIJA • Pretpostavka: svi spojni vodovi između regulacionih oblasti su bez gubitaka • Ukupni gubici u spojnim vodovima su: Jedan od izvora grešaka!

46. Ispravne relacije za snage razmene, kada oblast “i” izvozi, a oblast “j” uvozi energiju glase: • Gubici u spojnom vodu između regulacionih oblasti “i” i “j” računaju se kao:

47. Sistematske greške usled zanemarivanja gubitaka u spojnom vodu • Proporcionalno-integralni regulator anulira regulacione greške svih oblasti u interkonekciji u stacionarnom stanju, pa važi: • Gde su:

48. Iz prethodne jednačine se dobija sistematska greška učestanosti u stacionarnom stanju: • Posledica je pojava greške sinhronog vremena (ΔTsyn) i odstupanje u energiji razmene (ΔWij):

49. MODIFIKACIJA STRUKTURE MREŽNIH REGULATORA NA PRIMERU DVE POVEZANE OBLASTI • Modifikacija se vrši uvođenjem gubitaka u spojnim vodovima u algoritam sekundarne regulacije • Regulacione greške oblasti 1 i 2 su: Oblast 1 Oblast 2 • Modifikovane greške razmene su: • Gubici u spojnom vodu računaju se kao:

50. Provera modifikovanog algoritma za stacionarno stanje jer je: Indeks “ss” za stacionarno stanje je namerno izostavljen.