Diplomová práca textová časť

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektrotechnických systémov Diplomová práca textová časť 2007 Štefan Blažek

DIPLOMOVÁ PRÁCA Priezvisko a meno: Blažek Štefan Rok: 2007 Názov diplomovej práce: : Optimalizácia umiestnenia pružných prenosových zariadení (FACTS) v elektrizačnej sústave Slovenska Fakulta: elektrotechnická Katedra: výkonových elektrotechnických systémov Počet strán: 37 Počet obrázkov: 22 Počet tabuliek: 5 Počet grafov: 0 Počet príloh: 5 Počet použitých literatúr: 7 Anotácia: (slovenský jazyk): Diplomová práca pojednáva o zariadeniach FACTS, o ich vlastnostiach a ich použití v prenosovej sústave Slovenska, o používaných metódach výpočtu a príklade výpočtu pre prenosovú sústavu Slovenska. Anotácia: (anglický/nemecký jazyk): This diploma work deals with FACTS systems, about their properties and usage in Slovak transmission system. It includes computing methods and computing example for Slovak transmission system. Kľúčové slová: FACTS, metódy výpočtu, kompenzácia, model prenosovej sústavy, Vedúci diplomovej práce: prof. Ing. Juraj Altus, PhD. Recenzent diplomovej práce: Dátum odovzdania diplomovej práce: 21. 5. 2007

Obsah Úvod... 1 1. Zariadenia FACTS ich vlastnosti a možnosť použitia...2 1. 1. Všeobecne... 2 1. 2. Základné typy používaných zariadení FACTS... 2 1. 2. 1. SVC statický kompenzátor jalového výkonu... 3 1. 2. 2. TCSC tyristorom riadený sériový kompenzátor... 5 1. 2. 3. PST fázovo spínaný transformátor... 8 1. 2. 4. APST pomocný fázovo spínaný transformátor... 9 1. 2. 5. STATCOM Synchrónny staticky kompenzátor... 11 1. 2. 6. SSSC statický synchrónny sériový kompenzátor... 13 1. 2. 7. UPFC univerzálny regulátor toku výkonu... 15 1. 2. 8 SCCL obmedzovač prúdu nakrátko... 16 1. 2. 9. Prehľad zariadení FACTS a ich vhodnosť použitia... 20 2. Metódy optimalizácie umiestnenia zariadení FACTS v ES... 22 2. 1 Všeobecne 22 2. 2 Metóda index toku vedenia (LFI)... 22 2. 3 Metóda prístup fázora napätia (VPA)... 23 2. 4 Metóda rozšírený prístup fázora napätia (EVPA)...25 2. 4. 1 Deväť- zbernicový testovací systém...25

3. Model prenosovej sústavy Slovenska a použitie optimalizačných metód... 27 3. 1. Vytvorenie modelu prenosovej sústavy Slovenska... 27 3. 2. Prenosová sústava... 27 3. 3. Úvodné vysvetlivky ku vytvoreným modelom... 27 3. 4. Vytvorenie modelu prenosovej sústavy... 28 3. 4. 1. Modelovanie zberníc... 28 3. 4. 2. Modelovanie vedení... 29 3. 4. 3. Modelovanie transformátorov... 29 3. 4. 4. Modelovanie generátorov... 30 3. 4. 5. Modelovanie záťaže... 30 3. 5. Použitie optimalizačných metód... 30 4. Výpočet údajov potrebných na umiestnenie zariadení FACTS v ES Slovenska... 31 4.1 Formulácia faktora stability vedenia... 31 4. 2. Vypočítané hodnoty... 33 4. 3. Vstupné údaje pre výpočet... 34 Záver.. 36 Zoznam použitej literatúry 37

Zoznam použitých skratiek a symbolov AC APTP APST ATP-EMTP β C D DC DVR EVPA FACTS FSC HVDC I L1 Im K B L LFI LFIRP LFIRQ LFISP LFISQ LPP LQP LPN LQN LTC MOV MSC striedavý činný výkon prenosovej cesty pomocný fázovo spínaný transformátor alternatívny program pre prechodové elektromagnetické javy uhol vodivosti kapacita dióda jednosmerný dynamický stabilizátor napätia rozšírený prístup fázora napätia pružné striedavé prenosové systémy pevný sériový kompenzátor vysokonapäťový jednosmerný prenos prúd vedenia imaginárna časť faktor nárastu indukčnosť index toku vedenia index toku vedenia činného výkonu od konca vedenia index toku vedenia jalového výkonu od konca vedenia index toku vedenia činného výkonu od začiatku vedenia index toku vedenia jalového výkonu od začiatku vedenia tok činného výkonu v priamom smere tok jalového výkonu v priamom smere tok činného výkonu v spätnom smere tok jalového výkonu v spätnom smere prepínanie stupňov pod zaťažením varistor mechanický spínaný kondenzátor

P PCC PST Q RPTP SCCL SSSC STATCOM SVC t TCR TCSC TPSI TSC TSR UPFC U C U C1 U L USA V V a V ai VPA VSC X app X C X L X V φ ω n činný výkon bod spoločného napájania fázovo spínaný transformátor jalový výkon jalový výkon prenosovej cesty obmedzovač prúdu nakrátko synchrónny statický sériový kompenzátor statický synchrónny kompenzátor statický kompenzátor jalového výkonu čas tyristorom riadená tlmivka tyristorom riadený sériový kompenzátor index stability napätia prenosovej cesty tyristorovo spínaný kondenzátorov tyristorovo spínaná tlmivka univerzálny regulátor toku výkonu kapacitné napätie kapacitné napätie induktívne napätie Spojené štáty americké napätie napätie cez sériový transformátor fázové napätie prístup fázora napätia napäťový menič premenlivý zdanlivý odpor kapacitná reaktancia induktívna reaktancia reaktancia tyristora fázový posun uhlová rýchlosť

Úvod Elektrická energia je špecifická neskladovateľná komodita a má veľa ukazovateľov kvality. Zákazníci požadujú elektrickú energiu, v čo najvyššej kvalite. Preto nástup výkonových polovodičových prvkov prispel k masívnemu rozvoju a používaniu zariadení FACTS. Tieto zariadenia sa používajú na zlepšenie kvality napätia, stability prenosových sústav a na zvýšenie prenosových možností. Používajú sa viaceré druhy takýchto zariadení, podľa požiadaviek danej elektrizačnej sústavy. Pre väčšinu aplikácii v striedavých prenosových systémoch a pre sieťové prepojenia sú SVC, FSC, a TCSC plne postačujúce. STATCOM a UPFC sú elegantné riešenia pre špeciálne potreby. Sú to takzvané univerzálne zariadenia, ktoré zlepšujú ako kvalitu napätia, tak aj stabilitu a prenosové možnosti. Ich nevýhodou sú veľké investičné náklady a pomerne veľká rozloha. FACTS zaradenia pozostávajú z výkonových elektronických prvkov a konvenčného vybavenia, ktoré môže byť kombinované v rôznych zoskupeniach. Súčasné trendy sú TPSC (tyristorová chránená sériová kompenzácia) a SCCL (obmedzovač prúdu v spojení nakrátko). Obe inovatívne riešenia používajú technológiu výkonových tyristorov. S ohľadom na investičné aspekty je potrebné vhodne umiestniť zariadenia FACTS v danej sústave tak, aby pracovali, čo najefektívnejšie a s čo najväčšou investičnou návratnosťou.[1] - 1 -

1. Zariadenia FACTS ich vlastnosti a možnosť použitia 1. 1. Všeobecne Zariadenia FACTS boli založené na výkonovej elektronike, aby zlepšili prenos striedavého napätia. Neskôr sa začali používať aj na riadenie toku výkonu. Z celosvetových skúsenosti vyplýva, že technológia FACTS je už vyspelá a spoľahlivá. V napájacej sieti FACTS zariadenia môžu byť používané k dosiahnutiu niekoľkých cieľov. V ustálenom stave, pre mrežové siete, môžu povoliť prevádzku prenosového vedenia blízko jeho tepelných limitov a redukovať kruhové toky. V tejto súvislosti, pracujú ako zdroj alebo spotrebič jalového výkonu, zväčšenie alebo zmenšenie elektrického napätia a kontrolu pozdĺžnej impedancie alebo fázového uhla. Boli vyvinuté rôzne typy zariadení. Rozoznávame tri kategórie FACTS regulátorov: sériový regulátor, paralelný regulátor, a kombinovaný sériový-paralelný regulátor. V každej kategórií existuje niekoľko FACTS zariadení a každé má príslušné vlastnosti a môže byť použité v určitých súvislostiach. Voľba vhodného zariadenia je dôležitá, pretože záleží od cieľa, ktorý chceme dosiahnuť. Inštalovaním týchto zariadení začína, čím ďalej viac veľkých firiem v elektrotechnickom priemysle ako napr. ABB, Siemens, Mitsubishi atd.. Majú už inštalovaných veľa týchto zariadení rôznych typov na zlepšenie parametrov elektrizačných sústav.[1] [5] 1. 2. Základné typy používaných zariadení FACTS Výraz FACTS zahrňuje v sebe všetky výkonové elektronické systémy používané v striedavom výkonovom prenose. Hlavné systémy sú: SVC statický kompenzátor jalového výkonu, TCSC tyristorom riadený sériový kompenzátor, FSC pevný sériový kompenzátor, PST fázovo spínaný transformátor, APST pomocný fázovo spínaný transformátor, - 2 -

STATCOM synchrónny statický kompenzátor, SSSC synchrónny statický sériový kompenzátor, UPFC univerzálny regulátor toku výkonu, SCCL obmedzovač prúdu nakrátko. 1. 2. 1. SVC statický kompenzátor jalového výkonu V priebehu rokov bolo navrhnutých množstvo typov statických jalových kompenzátorov. Najpoužívanejšie sú: tyristorovo riadená tlmivka (TCR), tyristorovo spínaný kondenzátor (TSC), tyristorovo spínaná tlmivka (TSR), mechanicky spínaný kondenzátor (MSC). Princíp činnosti Základom statických kompenzátorov je obvod pozostávajúci z tlmivky a do série k nej dvoch antiparalelne zapojených tyristorov. Základná frekvencia prúdu je premenlivá pri fázovom riadení tyristora. TSC zahrňuje kondenzátor v sérii s dvojsmerným tyristorom a tlmivkou. Funkciou tyristorového spínača je pripojiť alebo odpojiť kondenzátor pre celočíselný počet polperiód svorkového napätia. Kondenzátor nie je fázovo riadený, dá sa jednoducho zapnúť alebo vypnúť. Tlmivka v TSC obvode slúži na obmedzenie prúdu, ako aj optimalizovať obvod na požadovanú frekvenciu. Impedancie tlmivky a kondenzátora a výkonového transformátora definujú riadiaci rozsah SVC. TSR je TCR bez fázového riadenia prúdu. Výhoda tohto zariadenia oproti TCR je, že nevzniká žiadny harmonický prúd. MSC je ladený odpor zahrňujúci batérie kondenzátorov a tlmiviek. Je navrhnutý tak, aby bol komutovaný iba niekoľko krát denne, prepínanie je vykonávané ističom. Účel MSC je splniť požiadavky na jalový výkon ustáleného stavu.[3] - 3 -

Konfigurácie SVC Riadenie kompenzácie jalového výkonu je obyčajne dosiahnuté v elektrických výkonových systémoch pomocou SVC konfigurácií ukázaných v obr. 1. 1.. Obr. 1. 1. SVC konfigurácie používané na riadenie kompenzácie jalového výkonu v elektrických výkonových systémoch a) TSR-TSC konfigurácia Q tok jalového výkonu v sieti b) TCR-TSC konfigurácia c) TCR-MSC konfigurácia Aplikácia SVC SVC sú inštalované k dosiahnutiu nasledujúcich funkcií: Dynamická stabilizácia napätia: zvyšuje výkonovú prenosovú schopnosť, redukuje zmeny napätia. Synchrónne stabilizačné zlepšenia: zväčšená dynamická stabilita, vylepšený systém výkonového tlmenia. Dynamické rozdelenie výkonu. Napäťová podpora ustáleného stavu. Poväčšine SVC zariadenia sú schopné meniť systémové napätie najmenej o ± 5 %. To znamená, že dynamický prevádzkový rozsah je normálne okolo 10 % do 20 % skratového výkonu v bode spoločného pripojenia (PCC). Existujú tri druhy lokality vhodných pre umiestnenie SVC. Prvá je blízko veľkých mestsky oblasti, - 4 -

druhá je na kritických zberniciach transformovní a tretia je pri veľkých priemyselných alebo trakčných záťažiach. V prílohe č. 2 je vyobrazene zariadenie SVC v Adelante, USA.[3] 1. 2. 2. TCSC tyristorom riadený sériový kompenzátor Princíp činnosti Schéma TCSC obsahuje riadené tlmivky paralelné so sekciou kondenzátorových batérii. Kondenzátorové batérie pre každú fázu sú upevnené na plošine k zabezpečeniu úplnej izolácie voči zemi. Táto kombinácia umožňuje plynulé riadenie základnej frekvencie kapacitnej reaktancie vo veľkom rozsahu. Tlmivka je bez jadrového typu. MOV je pripojený cez kondenzátor na zabránenie prepätiam. Charakteristické pre hlavný obvod TCSC je, že závisí na pomere reaktancie kondenzátorových batérii X c 1 = ω C n a reaktancie tyristorov X v = ωn L, kde ω n je základná uhlová rýchlosť, C je kapacita kondenzátorovej batérie, a L je indukčnosť paralelných tlmiviek. TCSC môže pracovať v niekoľkých rozdielnych režimoch s premenlivými hodnotami reaktancie X app. V tomto kontexte, X app je definovaný jednoducho ako imaginárna časť podielu uvedeného nižšie, v ktorom fázor predstavuje základnú hodnotu kapacitného napätiau C1 a prúd vedenia I L1 v stanovenej frekvencii: X U Im (1. 1.) C 1 app = IL 1 Je tiež praktické definovať faktor nárastu K B, ako: kde X C je reaktancia TCSC.[3] K X app B = (1. 2.) X c - 5 -

Blokovací režim Keď tyristor nie je spustený a zostáva nevodivý, TCSC môže pracovať v blokovacom režime. Celkový prúď prejde iba cez batériu kondenzátorov. Fázor napätia kondenzátora U C je stanovený v zmysle fázora prúdu I L podľa výrazu: U = jx I X < 0 (1. 3.) C C L V tomto režime TCSC funguje rovnakým spôsobom ako pevný sériový kondenzátor s faktorom rastu rovnajúcim sa jednej.[3] C Obchádzací režim Ak je tyristor zopnutý, ostáva stále vo vodivom stave, TCSC sa môže správať ako paralelné spojenie sériových kondenzátorových batérii a odpora tyristorovej vetvy. V tomto režime kondenzátorové napätie dané celkovým prúdom je veľmi malé, ako v blokovacom režime. Obchádzací režim je preto používaný na redukovanie namáhania kondenzátorových batérií počas poruchy.[3] Kapacitný rastový režim Ak je spúšťací impulz dodaný tyristorom v priepustnom smere chvíľu pred tým než kondenzátorové napätie klesne na nulu, kondenzátor vybije prúdový impulz do obvodu cez paralelný induktívny odpor. Vybíjací prúdový impulz je prirátaný k celkovému prúdu prechádzajúceho kondenzátorovou batériou a spôsobuje kapacitné napätie, ktoré je pripočítané k napätiu spôsobeným tokom vedenia obr. 1. 2.. Kondenzátorové špičkové napätie bude zvýšené v pomere k zaťaženiu prechádzajúceho cez tyristorový odpor. Základné napätie sa tiež zvýši v pomere k záťaži. TCSC má za úlohu riadiť uhol vodivosti β, ako aj synchronizovať spúšťanie tyristorov s celkovým prúdom.[3] - 6 -

Obr. 1. 2. Faktor plnenia K B, v závislosti od uhla β, pre TCSC Použitie TCSC na tlmenie elektromechanických oscilácii TCSC je schopné rýchleho riadenia činného výkonu cez prenosové vedenie. Možné riadenie prenášaného výkonu poukazuje na to, že zariadenie môže byť použité na tlmenie elektromechanických oscilácii vo výkonovom systéme. Funkcie tohto tlmiaceho efektu sú: Efektivita TCSC pre reguláciu kolísania výkonu s väčšími hodnotami výkonovému prevodu. Tlmiaci efekt TCSC neovplyvňuje umiestnenie TCSC. Tlmiaci efekt nie je citlivý na charakter záťaže. V prílohe č. 3 je vyobrazene zariadenie TCSC v rozvodni Kayenta, USA - 7 -

1. 2. 3. PST fázovo spínaný transformátor Fázovým uhlom regulovaný transformátor (fázový menič) sa používa na riadenie toku elektrického výkonu cez prenosové vedenie. Veľkosť a smer toku výkonu môže byť riadené menením fázového posunu cez sériový transformátor.[3] Obr. 1. 3. Fázový menič 1 magnetizačný transformátor 2 sériový transformátor 3 prepínacia sieť φ fázový posun ΔV a napätie cez sériový transformátor V ai, V bi, V ci fázové napätie V ao, V bo, V co fázové napätie Princíp činnosti Fázový posun je získaný odberom fázového napätia z jednej fázy a vložením časti do série s inou fázou. Toto sa dosiahne použitím dvoch transformátorov: regulačný (alebo magnetizačný) transformátor, ktorý je pripojený paralelne a sériovým transformátorom. Používajú sa zapojenia hviezda-hviezda a hviezda-trojuholník. Časť sieťového napätia je vybraná k spínaniu siete a vložená do série s napätím vedenia. Prídavné napätie je kolmé na napätie vedenia, pretože prídavné napätie vo fáze a je úmerné k V bc. Uhol fázového meniča je - 8 -

normálne nastavený na prepínanie stupňov pod zaťažením (LTC). Sériové napätie môže byť menené pomocou LTC v krokoch závislých od odbočiek regulačného vinutia. Pokrok na poli výkonovej elektroniky má za následok možnosť použitia tyristorov k spínaniu v sieti.[3] 1. 2. 4. APST pomocný fázovo spínaný transformátor Topológia APST je ukázaná na obr. 1. 4.. Obr. 1. 4. Topológia APST Φ fázový posun L paralelná indukčnosť L lk indukčnosť PST PST fázovo spínaný transformátor Povaha reaktívnych členov v sérii s PST závisí na kvadrante, v ktorom je PST vyzvané k vykonaniu operácie. Dve vetvy fungujú v súlade, umožňujú APST donútiť k väčšiemu výkonovému prenosu cez obvod ako je získané so samostatným PST. Susceptancia reaktívneho člena je vybraná mnohokrát menšia ako PST. Preto funkciou APST je hlavne prikazovať PST, zmysel riaditeľnosti PST je uložený v APST.[3] - 9 -

Obr. 1. 5. Diagram jednoduchého vedenia z Plattsburgh APST použitého na riadenie 115-kV NYPA-VELCO Interconnection v USA Čierne existujúce zariadenie Zelené pridané zariadenie Obr. 1. 6. Plattsburgh APST - 10 -

1. 2. 5. STATCOM Synchrónny statický kompenzátor Statický synchrónny kompenzátor pracuje so synchrónnym statickým zdrojom napätia podobne aj so synchrónnym fázovým posunom. Vyrába tri sínusové napätia so základnou frekvenciou a možnosťou regulácie amplitúdy ako aj možnosť regulácie fázového posunu. Zariadenie pracuje bez zotrvačnosti. [3] Princíp činnosti Statický kompenzátor pozostáva z napäťového meniča, väzobného transformátora a riadiacich prvkov. V tomto použití DC energia zdroja môže byť nahradená DC kondenzátorom, tak že v ustálenom stave sa výkonová výmena výkonu medzi statickými kompenzátormi a AC sústavou sa prevádza len induktívne, ako je ukázané na obr. 1. 7. [3] Obr. 1. 7. Statický kompenzátor, začlenenie VSC, T zapojenie transformátorov, a riadenie - 11 -

I q prúd na výstupe usmerňovača U i usmernene napätie U t svorkové napätie Iq je prúd na výstupe usmerňovača a je kolmý na usmernene napätie U i. Veľkosť usmerňovacového napätia, a reaktívny výstup prevodníka je riadený. Ak Vi je väčšie ako svorkové napätie U t, statický kompenzátor môže zásobovať jalovým výkonom AC systém. Ak U i je menšie ako U t, statický kompenzátor pohlcuje jalový výkon.[3] Napäťový menič (VSC) Základné trojfázová schéma trojstupňového usmerňovača s napäťovým medziobvodom je ukázaná na obr. 1. 8.. Obr. 1. 8. základný trojstupňový napäťový menič S1 12 IGBT C DC kondenzátory D1 6 diódy - 12 -

Zapojenie sa skladá z dvanástich samostatne vypínateľných IGBT tranzistorov, ku ktorým sú paralelne zapojene diódy v antiparalelnom zapojení, ktoré sú pripojene medzi stredný bod kondenzátora a stredný bod každého zapojeného paru IGBT tranzistorov. Striedac môže vyrábať tri kvázi obdĺžnikové napätia určitej frekvencie tým, že zdroj jednosmerného napätia je pripojený na svorky výstupu sekvenčné. Frekvencia, amplitúda a fáza AC napätia sú menene vhodnou reguláciou. Tak môže byt usmerňovač s napäťovým medziobvodom považovaný za regulačný zdroj napätia. Ventily v usmerňovači s napäťovým obvodom pracujú ako vypínače. Fázový potenciál oproti strednému bodu kondenzátorov môže mat tri rôzne hodnoty: 1. U = + U dc 2. U = 0 3. U = U dc Toto zapojenie sa nazýva trojstupňový usmerňovač s napäťovým medziobvodom. Je potrebne všimnúť si, že v každej vetve môže zapínať vždy len jeden z oboch vypínačov, inak by dochádzalo v striedavom medziobvode ku skratu. [3] Aplikácie Funkcie vykonávané zariadením STATCOM sú: Dynamická stabilizácia napätia: zvyšovanie výkonových prenosových funkcii, redukovanie kolísania napätia. Synchrónne stabilizačné zlepšenia: zvyšovanie prenosovej stability, vylepšenie tlmenia vo výkonových systémoch, tlmenie SSR. Dynamické rozdelenie záťaže. Zvyšovanie kvality výkonu. Podpora napätia v ustálenom stave. 1. 2. 6. SSSC statický synchrónny sériový kompenzátor Napäťový menič môže byť použitý v sériovom zapojení vo výkonovom prenosovom systéme. Takýto prístroj je označovaný ako statický synchrónny sériový kompenzátor (SSSC).[3] - 13 -

Obr. 1. 9. Základná konfigurácia statického synchrónneho sériového kompenzátora (SSSC) +U C - napätie cez SSSC sériový transformátor Princíp činnosti Na obr. 1. 9. je ukázaný napäťový menič zapojený v sérii s prenosovým vedením prostredníctvom transformátora. Zdroj energie je potrebný, aby poskytoval DC napätie cez kondenzátor a nahradí straty v VSC. V princípe SSSC je schopný výmeny činného a jalového výkonu vo výkonovom systéme. Avšak, pokiaľ je určený iba na kompenzáciu jalového výkonu, veľkosť zdroja energie môže byť celkom malá. Privedené napätie môže byť riadené v zmysle veľkosti a fázy, ak je tam dostatočne veľký zdroj energie. Pri kompenzácií jalového výkonu je veľkosť napätia riadená, pretože vektor vloženého napätia je kolmý na prúď vedenia. V tomto prípade privádzané sériové napätie môže tiež predbiehať alebo sa oneskorovať za celkovým prúdom vedenia do 90 stupňov. To znamená, že SSSC môže byť hladko riadený na nejakú počiatočnú hodnotu alebo oneskorenú vnútri operačného rozsahu VSC. Teda, SSSC sa môže chovať v podobných situáciách ako riadený sériový kondenzátor a riadená sériová tlmivka. Zásadný rozdiel je v tom, že napätie privedené do SSSC nesúvisí s celkovým prúdom a môže byť nezávisle riadené. Táto dôležitá vlastnosť spôsobuje, že SSSC môže byť použité s veľkým efektom pre malé a veľké zaťaženie.[3] - 14 -

Aplikácie Všeobecná aplikácia riadeného sériového kondenzátora priložená tiež k SSSC: dynamické riadenie toku výkonu a napätia plus uhol zlepšenia stability. Skutočnosť, že SSSC môže indukovať kapacitné aj induktívne napätie vo vedení, rozširuje pracovnú oblasť zariadenia. Riadenie toku výkonu SSSC môže byť použité k zvyšovaniu i znižovaniu toku. V stabilizačnej oblasti poskytuje väčší potenciál pre tlmenie elektromechanických oscilácií. Avšak obsiahnutie vysokonapäťového transformátora v schéme znamená, že v porovnaní s riadeným sériovým kondenzátorom je cenovo nevýhodné. [3] 1. 2. 7. UPFC univerzálny regulátor toku výkonu UPFC pozostáva z dvoch meničov, ktoré sú prevádzkované so spoločným jednosmerným napäťovým medziobvodom. Základne zapojenie na obr. 1. 10. Obr. 1. 10. Základne kruhové usporiadanie UPFC P činný výkon vedenia U i, j hodnota napätia na zbernici i a j Q jalový výkon vedenia Θ i, j uhol napätia na zbernici i a j - 15 -

Princíp činnosti V meniči 2 je hlavná funkcia UPFC ta, že privádza prostredníctvom sériového transformátora AC napätie s meniteľnou veľkosťou a fázovým uhlom v sérii s prenosovým vedením. Základnou funkciou meniča 1, ktorý je pripojený ku meniču 2 spoločným jednosmerným medziobvodom, je dodávať alebo odoberať žiadaný činný výkon. Môže tiež dodávať alebo odoberať regulovateľný jalový výkon a pre sústavu vytvárať nezávislú paralelnú kompenzáciu jalového výkonu. Zariadenie absorbuje lokálne žiadny činný výkon a mení činný výkon pomocou sériovo dodávaného napätia.[3] Aplikácie UPFC môže riadiť činný a jalový výkon súčasne. Všeobecne má tri riadiace veličiny a môže byť prevádzkovaný v rôznych režimoch. Paralelné zapojenie prevodníka riadi napätie zbernice i a v zapojení do série prevodník riadi činný a jalový výkon alebo činné a jalové napätie v zapojení do série s uzlom. V princípe UPFC je schopný vykonávať ďalšie funkcie FACTS zariadení, ktoré tu boli opísané, podpora menovitého napätia, riadenie toku výkonu a zlepšovanie stability. 1. 2. 8. SCCL obmedzovač prúdu nakrátko Používanie inovácií v FACTS technológiách, elektronický dynamický obvod nakrátko obmedzuje prúd prístroja SCCL. Toto nové zariadenie pracuje s nulovou impedanciou v ustálenom stave (obr. 1. 11.) a v prípade, že spojenie nakrátko je komutované na maximálnu impedanciu reaktancie počas niekoľkých milisekúnd.[3] Obr. 1. 11. Princíp spúšťania SCCL - 16 -

SCCL je založený na sériovej kompenzácii. TPSC (Tyristorom chránená sériová kompenzácia) je úspešne uvedená do prevádzky v troch projektoch v 500 kv prenosovom systéme v transformovni Vincent v rozvodnej sieti južnej Karolíny (USA). Na obr. 1. 12. a v prílohe č. 5 je zobrazene TPSC v transformovni Vincent. Obr. 1. 12. pohľad na TPSC v transformovni Vincent, USA V sériovej kompenzácii je kondenzátor použitý na kompenzovanie impedancie vedenia, teda vedenie je virtuálne skrátené a prenosový uhol znížený, čo zlepšuje stabilitu systému. Ale počas dočasných podmienok, prúd nakrátko zapríčiňuje vysoké napätie cez kondenzátor, ktorý musí byt obmedzený na špecifickú hodnotu. V minulosti sa používala bleskoistka MOV, iskrište alebo kombinácia oboch. Mechanická funkcia iskrištia môže byť teraz nahradená inovatívnym riešením, použitím výkonových tyristorov, ktoré sú navrhnuté a skúšané pre 110kA. V kombinácií TPSC s externou tlmivkou môže byť TPSC použitý ako SCCL, ako vidieť na obr. 1. 13. [3] - 17 -

a) b) Obr. 1. 13 SCCL a) Aplikácia b) použitie TPSC pre SCCL Obr. 1. 14. ukazuje 3D pohľad na SCCL, môžeme tu vidieť, že komponenty TPSC sú doplnené prídavnými sériovými tlmivkami. - 18 -

Obr. 1. 14. 3D pohľad na SCCL Dizajn SCCL sa sústredí na maximálnu spoľahlivosť a dostupnosť. Hlavné myšlienky SCCL sú nasledujúce: Minimálne straty v ustálenom režime (iba tlmivka) Minimálna údržba - 10 h za rok (0.1 % ) a mnoho ďalších... Prídavné vlastnosti SCCL sú: Bezpečný pri poruche obmedzovača prúdu použitím bežnej tlmivky Funkcia rýchleho obmedzenia prúdu použitím výkonového tyristoru Nepožaduje modifikáciu schémy existujúcej ochrany Žiadny vplyv na stabilitu a tok výkonu a mnoho ďalších... [6] - 19 -

1. 2. 9. Prehľad zariadení FACTS a ich vhodnosť použitia Tabuľka 1. 1 ukazuje vplyv zariadení FACTS na tok výkonu, stabilitu a kvalitu napätia pre rôzné zariadenia. Hodnotenie sa opiera o veľký počet štúdií a skúsenosti z projektov. SVC sa hlavne používa na riadenie napätia systému. Takýchto zariadení sú v prevádzke po celom svete stovky. Už desaťročia sa vyvíja technológia a požiadavky na SVC ďalej stúpajú. Fixná sériová kompenzácia je všeobecne používaná k zlepšeniu stability diaľkových prenosov. Veľký počet týchto aplikácií je v prevádzke. TCSC je aplikovaný v rôznom projektoch pre riadenie toku výkonov, zlepšenie stability a tlmenia oscilácií v prepojených systémoch. Očakáva sa v budúcnosti rýchlejší vývin trhu zo zariadeniami FACTS a HVDC pre riadenie toku výkonov, následkom liberalizácie a deregulácie v energetike.[5] Tab. 1. 1. Použitie výkonovej elektroniky vo vysokonapäťových systémoch, hodnotenie kontrolérov Princíp Zariadenie Schéma Zmena impedancie vedenia: Sériová kompenzácia Riadenie napätia: Paralelná kompenzácia Riadenie toku výkonu FSC TPSC TCSC SVC STATCOM UPFC Vplyv na výkon systému Stabilita Tok výkonu Kvalita napätia Legenda: malá alebo žiadna, malá, stredná, vysoká. - 20 -

2. Metódy optimalizácie umiestnenia zariadení FACTS v ES 2. 1. Všeobecne Kvôli stúpajúcim požiadavkám na zaťaženie a tým aj požiadaviek na prenos, sú moderné výkonové prenosové systémy prinútené prenášať čoraz viac výkonu. Prenosový systém sa stáva viac preťažený, čo následne robí systém viac citlivý na problémy stability a bezpečnosti. Pre dosiahnutie lepších vlastnosti týchto zariadení, čí už s ohľadom na stabilitu alebo kapacitu prenosu je dôležité ich vlastné umiestnenie v sieti ako i účinná stratégia riadenia. Je nevyhnutné, aby stratégia rozmiestnenia predchádzala inštalácií každého zariadenia.[1] Metódy pre rozmiestnenie zariadení FACTS: EVPA rozšírený prístup fázora napätia (kritické prípojnice), VPA - prístup fázora napätia (kritické cesty), LFI index toku vedenia. 2. 2. Metóda index toku vedenia (LFI) Tok výkonu tečúci vo vedení je skúmaný z oboch smerov t.j. výkon vychádzajúci zo začiatku vedenia [uzol i] ku koncu [uzol i+1] a obrátene. To vedie k štyrom rovniciam, po dve pre činný a jalový výkon. Každá z týchto rovníc môže byť zúžitkovaná na určenie stavu, ktorý môže indikovať kritické vedenia alebo prípojnice. Nech r i je odpor a X i reaktancia vedenia, ktoré spája prípojníce i a i+1, a P i a Q i predstavujú činný a jalový výkon vychádzajúcich z uzla i a P r a Q r činný a jalový výkon, ktorý vstupuje do uzla i+1. Potom činný výkon P r vstupujúci do prípojníce na konci vedenia je daný P 2 2 ( i + Qi ) ri P r = Pi, (2.1.) 2 Ui kde U i je napätie v uzle i. Úpravou vyššie uvedenej rovnice, hodnoty môže byť vypočítané z koreňov nasledovnej kvadratickej rovnice: - 21 -

r U 2 i 2 ri Q Pi P 0 2 i P i r 2 i Ui + + = (2. 2.) Potom P i musí byť skutočný, nasledujúca podmienka, získaná z výše uvedených rovníc, musí byť uspokojivá pre zaisťujúcu stabilitu napätia: 2 r i ri Q i 1 4 P 0 2 r + 2 (2. 3.) Ui Ui Druhý vyraz v ľavej strane rovnice (2. 3) je lineárny tokový index LFISP, podobne sú určené aj ostatne indexi LFIRP, LFISQ a LFIRQ, ktoré sú určené nasledovne: LFISP: LFIRP: r P + r 4 i 2 i r 2 Ui Ui r P r Q i i 4 2 i + 2 Ui+ 1 Ui+ 1 2 i (2. 4.) Q 2 r (2. 5.) LFISQ: X Q + X i i 4 2 r 2 Ui Ui P 2 i (2. 6.) LFIRQ: X Q X i i 4 2 i + 2 Ui+ 1 Ui+ 1 P 2 r (2. 7.) 2. 3. Metóda prístup fázora napätia (VPA) Používa prístup fázora napätia pre identifikáciu kritických prenosových ciest s rešpektovaním zaťaženia reálnym a jalovým výkonom. Index stability napätia prenosovej cesty (TPSI) bol definovaný ako rozdiel medzi polovičnou veľkosťou fázora napätia veľkosť príslušného zdroja a oprávnený pokles napätia pozdĺž prenosovej cesty. Korigovaný pokles napätia časti vedenia je definovaný ako priemet napätia zbernice konca vedenia od fázora napätia zdroja z východiskovej prenosovej cesty (vid obr. 2. 1.) a je dané: ( Ui Ui + 1cosδ i, i + 1) cosδ 1 i kde i sa mení od zbernice výroby 1 k zbernici n-1. Δ U ai =,, (2. 8.) - 22 -

Obr. 2. 1. Pokles napätia a suma korigovaného poklesu napätia časti spolu s prenosovou cestou Celkový pokles napätia U a` je daný ako suma korigovaného poklesu napätia U ai` od dĺžky prenosovej cesty. TPSI je dané: TPSI=0,5 U g ΔU a `, (2. 9.) kde U g je veľkosť fázora napätia zdroja a ΔU a` je suma korigovaného poklesu napätia U ai` dĺžky prenosovej cesty. Prenosová cesta je sled rôzne prepojených prípojníc. Prípojnica alebo časť vedenia spája dva súvisiace uzly. Prenosová cesta činného výkonu (APTP) je definovaná ako sled zapojených zberníc s klesajúcim fázovým uhlom začínajúc od zdroja. Podobne, prenosová cesta jalového výkonu (RPTP) je definovaná ako sled zapojených zberníc so zmenšujúcou sa veľkosťou napätia začínajúc od zbernice zdroja. Keď hodnota TPSI dosiahne nulu, prenos energie na tejto prenosovej ceste sa stane nestabilný nasleduje napäťový kolaps. VPI je definovaná ako minimálna hodnota TPSI od APTP a RPTP. Minimum hodnoty TPSI pre APTP alebo RPTP indikuje problém napäťovej nestability, ktorý je spôsobený záťažou činného alebo jalového výkonu, jednotlivo. VPA nevykonáva štandardný výpočet Jacobianu pre počítanie indexov ako v LFI metóde.[1] - 23 -

2. 4. Metóda rozšírený prístup fázora napätia (EVPA) Záverečná skúška VPA ukazuje, že identifikácia kritickej cesty je závislá na korigovaných poklesoch napätia pozdĺž časti vedenia. Potom maximálny pokles korigovaného napätia v kritickej ceste môže byť považovaný za najlepšiu polohu pre umiestenie zariadení FACTS. Táto hypotéza je vyskúšaná pre rôzne systémy, rozdielnych veľkostí, v základnom zapojení a pri maximálnom zaťažení. Uskutočnené štúdie ukazujú že, táto metóda pracuje presne vo všetkých systémoch pri rôznych zaťaženiach.[1] 2. 4. 1. Deväťzbernicový testovací systém Obr. 2. 2. Schéma deväťzbernicového systému Obdĺžniky predstavujú čísla prenosových vedení. Boli aplikované oba prístupy EVPA i LFI pre základný prípad zaťaženia pre deväťzbernicový systém. Obrázok 2. 3. ukazuje indexy toku vedenia pre rôzne vedenia v systéme. Obrázok ukazuje, že vedenie 6 (časť vedenia 5-7) má najvyššiu hodnotu indexu. Maximálny index je spôsobený LFIRF preto je vhodné umiestniť zariadenie FACTS vo vedení 6.[1] - 24 -

Obr. 2. 3. LFI pre viacero vedení deväťzbernicoveho systému pri základnom zaťažení Obrázok 2. 4. zobrazuje profil napätia v deväťzbernicovom systéme pre základné zaťaženie. Je zjavné, že profil napätia systému je dobrý pri základnom zaťažení. Preto nie je potrebné zaradiť do systému žiadne paralelné zariadenia. Z hľadiska LFI vyplýva, že nie je treba použiť ďalšie zariadenia.[1] Obr. 2. 4. Profil napätia v deväťzbernicovom systéme pre základne zaťaženie Rôzne APTPS a RPTPS pre EVPA sú v tabuľke 2. 1. Segmenty (1-4), (2-7) a (3-9) sú transformátorové segmenty a sú v analýze ignorované. Je tam šesť prenosových ciest pre prenášanie činného výkonu a dve pre jalový výkon.[1] - 25 -

APTP RPTP Cesta číslo Zo zbernice do zbernice Cesta číslo Zo zbernice do zbernice A1 (1-4)(4-5) R1 (1-4)(4-6) A2 (1-4)(4-6) R2 (1-4)(4-5) A3 (2-7)(7-5) A4 (2-7)(7-8) A5 (3-9)(9-6) A6 (3-9)(9-8) Tab. 2. 1. APTPS a RPTPS pre EVPA Obr. 2. 5. TPSI pre APTP a RPTP v podmienkach základného zaťaženia Obrázok 2. 5. zobrazuje TPSI, ceste A3 je minimum. Cesta A3 prislúcha k časti vedenia (7-5) ako je ukázané v tabuľke 2. 1. Teda časť vedenia (7-5) je kritická. Je vidieť, že výsledky z metódy EVPA zodpovedajú metóde LFI. Pre základne zaťaženie deväťzbernicového systému je časť vedenia 7-5 príslušné miesto pre určenie sériového zariadenia FACTS.[1] - 26 -

3. Model prenosovej sústavy Slovenska a použitie optimalizačných metód 3. 1. Vytvorenie modelu prenosovej sústavy Slovenska Pri výpočtoch ustáleného chodu je potrebne zostaviť model elektrizačnej sústavy, ktorý bude poskytovať korektné výsledky pri rôznej konfigurácii elektrizačnej sústavy. Model sústavy sa skladá z čiastkových modelov zariadení a systémov, ktoré tvoria elektrizačnú sústavu. Tieto čiastkové modely vzájomne logicky pospájané vytvoria potom požadovaný model prenosovej sústavy. Je prirodzené, že model sústavy, a teda aj jej čiastkových modelov, závisí od použitého programu. V našom prípade bol na simulačné experimenty použitý program PSLF, ktorý sa používa v prevádzke Slovenského energetického dispečingu (SED). [7] 3. 2. Prenosová sústava Prenosová sústava je časť elektrizačnej sústavy, ktorá prostredníctvom napájacieho bodu napája sústavu nižšieho napätia (distribučnú). Na Slovensku do prenosovej sústavy patria elektrické siete s napätím 400 kv a 220 kv. Slovenská prenosová sústava pracuje trvalo paralelne s prepojenou sústavou CENTREL, zahrňujúcou elektrizačné sústavy Poľskej, Českej, Slovenskej, Maďarskej republiky a vydelených generátorom v elektrárni Burštín (Ukrajina), a je pripojená na západoeurópsku elektrizačnú sústavu UTCE. Sústava je prepojená so zahraničnými sústavami cez hraničné rozvodne vedenia 400, 220 a 110 kv. Schéma prenosovej sústavy Slovenska je uvedená v prílohe č. 1. [7] 3. 3. Úvodné vysvetlivky ku vytvoreným modelom Model každej reálnej sústavy by mal byt overený meraním. Až po jeho overení zhody nameraných a vypočítaných výsledkov sa môže tento model používať ako reálna náhrada modelovanej sústavy. Ak chceme verifikovať model - 27 -

prenosovej sústavy, ich model musíme zostaviť ku dňu, v ktorom sa robí celoštátne meranie v elektrizačnej sústave. Takýto deň je napr. deň merania zimného maxima v danom roku. Meranie zimného maxima sa robia pravidelne každý rok v tretiu stredu mesiaca december. Pre tento deň a požadovanú hodinu sa namodeluje konfigurácia prenosovej sústavy a v prípade potreby aj jednotlivých uzlových sústav. Výsledky získané z modelovania výpočtu sa potom porovnávajú s nameranými hodnotami v sústave. V prípade zhody výsledkov sa potom takto verifikovaný model môže používať pre výpočty chodu sieti v danom období. Prevádzku uzlovej sústavy je možné simulovať samostatne s tým, že príslušná elektrická stanica napäťovej hladiny 400 kv alebo 220 kv predstavuje celu prenosovú sústavu a je zadefinovaná ako referenčná, alebo je pripojená k modelu celej prenosovej stavby.[7] 3. 4. Vytvorenie modelu prenosovej sústavy Ako bolo spomenuté, zostavenie modelu prenosovej sústavy pozostáva zo vzájomného prepojenia modelov jednotlivých súčasti prenosovej sústavy. V každom programe sú odlišnosti, ale v zásade princíp vytvárania modelu zostáva všade rovnaký. Pozostáva z vytvorenia modelov jednotlivých časti sústavy a ich vzájomného pospájania. [7] 3. 4. 1. Modelovanie zberníc V použitom programe PSLF je každá zbernica identifikovaná číslom zbernice, menom a základným napätím. Číslo zbernice je integer od 1 do 9999999. Meno zbernice je alfanumericky reťazec, ktorý môže mať 1 8 znakov. V našom prípade boli pred mena zberníc použite skratky, ktoré sa bežné používajú v prevádzke SED. Každá zbernica muší byt identifikovaná číslom 0, 1, 2, kde označenie 0 definuje zbernicu ako bilančnú, 1 ako záťažovú a 2 ako zbernicu na ktorej je pripojený generátor, ktorý môže riadiť napätie na zbernici. [7] - 28 -

3. 4. 2. Modelovanie vedení Vedenia v programe sa modelujú ako π články. Pri modelovaní sa spájajú dve zbernice, ktoré majú rovnaké napätie. Vedenie môžeme deliť od 1 do 9 sekcii. Vedenia sú definovane číslom začiatočnej a koncovej zbernice. Dodržanie jednotného smeru vedenia pri jeho zadávaní do modelu ma potom veľký význam pri výpočtoch a ich grafickej interpretácii. Z parametrov vedenia za zadáva sériová rezistencia, sériová reaktancia a celková nabíjacia susceptancia, udávajú sa v pomerných jednotkách. [7] 3. 4. 3. Modelovanie transformátorov V uvedenom programe môžeme modelovať dvojvinuťové a trojvinuťové transformátorový. Dvojvinuťové transformátory sa v programe modelujú podľa schémy, ktorá je na obr. 3. 1. V uvedenej schéme je Z rozptylová impedancia, N ni, N nj nominálny počet závitov na strane primárneho a sekundárneho vinutia, N fi, N fj je počet závitov na primárnej a sekundárnej strane pri určitej odbočke. N ci je počet závitov regulačnej časti primárneho vinutia. Y m je magnetizačná admitancia. Potrebné vstupné dáta sa dajú určiť zo štítkových údajov a pasportu transformátora. V prípade nedostupnosti základných dokumentov transformátora sa parametre dajú určiť meraním. Vstupné údaje sa zadávajú v pomerných jednotkách. Obr. 3. 1. Model dvojvinuťoveho transformátora - 29 -

Trojvinuťové transformátory sú pripojene k sústave, tak ako všetky modely v programe, medzi dve zbernice. Začiatočnú a koncovú. V tomto prípade,môžeme dostať zapojenie s vyvedeným terciárom, alebo s terciárom nevyvedeným. Vyvedený terciár ma význam vtedy, keď je k nemu pripojený kondenzátor a pod. V prípade, že na terciárne vinutie nie je nič vyvedené, tak sa v modelovaní nepoužíva. Parametre získavame podobne ako v predchádzajúcom prípade. [7] 3. 4. 4. Modelovanie generátorov Generátory sa pripájajú na určené zbernice a sú identifikovane základnými parametrami ako činný výkon P gen, regulačný rozsah jalového výkonu Q max, Q min. Okrem toho musí byt udaná zbernica, na ktorej generátor reguluje napätie, status generátora ST, ktorý identifikuje, čí je transformátor pripojený alebo nie. Ďalšie parametre, ktoré je potrebne zadať, sú maximálny činný výkon generátora P max a menovitý zdanlivý výkon generátora S n. Zbernice, ku ktorým je generátor pripojený, musia byt typu 0 alebo 2. [7] 3. 4. 5. Modelovanie záťaže Záťaže sa pripájajú na špecifické zbernice, ktoré sú zadane, ako už bolo spomenuté a obyčajné obsahujú dva údaje a to činnú zložku P v MW a jalovú zložku Q v Mvar. Záťaž môže nahrádzať jednotlivých odberateľov, skupiny odberateľov, alebo aj uzlovú sústavu. Záleží na tom, aký podrobný model zostavujeme. [7] 3. 5. Použitie optimalizačných metód Na umiestenie zariadení FACTS sa používanú rôzne metódy, niektoré z nich som podrobnejšie opísal v kapitole 2. Jednu z nich som použil v kapitole 4 ako príklad výpočtu umiestnenia zariadení FACTS v prenosovej sústave Slovenska. - 30 -

4. Výpočet údajov potrebných na umiestnenie zariadení FACTS v ES Slovenska 4. 1. Formulácia faktora stability vedenia Za prvé, skúmať tok výkonu ako v obr. 4. 1.. Obr. 4. 1. Tok výkonu z uzla i do uzla i+1 Vezmime uzol i ako referenčný uzol a P r bude činný výkon vstupujúci do uzla i+1 z uzla i, potom dostaneme 2 2 ( Pi + Qi ) Úpravou rovnice do kvadratického tvaru dostaneme Z toho pre reálne korene Pi, Pr = Pi ri (4. 1.) U 2 i rp P + r Q U 2 2 i i r i i P 0 2 i + = 2 i Ui (4. 2.) 2 r i Pr + ri Q i 1 4 0 2 2 Ui Ui Tak isto ako pre reálny výkon môžeme to urobiť aj pre jalový tok výkonu 2 x i Qr + xi P i 1 4 0 2 2 Ui Ui (4. 3.) (4. 4.) Za druhé, skúmať tok výkonu z uzla i+1 do uzla i ako v obr. 4. 2. Obr. 4. 2. Tok výkonu z uzla i+1 do uzla i - 31 -

Teraz uvažujeme uzol i+1 ako referenčný, potom môžeme písať rovnice pre tok reálneho výkonu: ( P` 2 ` 2 r + Qr ) P`= P` r (4. 5.) i r i Použijeme substitúciu P i`= -P i a P r`= -P r Preskupením rovnice (4. 6.), r i i 2 U i + 1 2 2 ( Pr + Qr ) P = P r (4. 6.) 2 U i + 1 Pre reálne korene P r, r P U r Q + + = 0 (4. 7.) 2 2 i r i r P 2 r Pi 2 i+ 1 Ui+ 1 2 r i ri Q r 1 4 P 0 2 i + 2 (4. 8.) Ui+ 1 Ui+ 1 Podobne pre tok jalového výkonu, 2 x i xi P r 1 4 Q 0 2 i + 2 (4. 9.) Ui+ 1 Ui+ 1 Z predchádzajúcich podmienok môžeme získať štyri obmedzenia stability, ďalej nazývané ako faktory stability vedenia, určíme ich nasledovne: 2 r i ri Q i LPP = 4 P 2 r + 2 (4. 10.) Ui Ui i i 4 x x LQP = Q P i 2 r + 2 Ui Ui 2 (4. 11.) 2 r i ri Q r LPN = 4 P 2 i + 2 (4. 12.) Ui+ 1 Ui+ 1 LQN = x x + P r 2 i i 4 2 Qi 2 Ui+ 1 Ui+ 1 (4. 13.) Hore uvedené štyri významné faktory stability vedenia sú počítané pre všetky vedenia v systéme a vedenia vysokou hodnotou faktora stability (t. j. hodnota blížiaca sa k 1.0) sú považované za kritické vedenia. Teda, faktory stability vedenia - 32 -

sú použité na identifikovanie kritických vedení v systéme z hľadiska stability napätia.[2] 4. 2. Vypočítané hodnoty Na základe vzorcov 4. 10., 4. 11., 4. 12., 4. 13. uvedených v kapitole 4.1. som aplikoval túto metódu pre výpočet faktoru stability na prenosovú sústavu Slovenskej republiky. Výpočty som vykonával v pomerných jednotkách z údajov získaných zo sledovania chodu sieti pre leto 2003 dispečingom. Výsledky výpočtov, ktoré boli vykonávané pomocou programu Microsoft Excel sú uvedené v tabuľke 4. 1. Ako hovorí metóda opísaná v bode 4. 1., kritické vedenia sú tie, ktorých index sa najviac blíži k číslu 1. Číslo Tabuľka 4. 1. Faktor stability vedenia Faktory stability vedenia vedenia LPP LQP LPN LQN 1 0,000 0,000 0,000 0,000 2 0,000 0,000 0,000 0,000 3 0,009 0,001-0,006 0,002 4 0,003 0,000 0,001 0,000 5-0,003 0,117 0,003 0,000 6 0,010 0,001 0,006 0,004 7 0,000 0,014 0,022 0,000 8 0,008 0,000 0,000 0,001 9 0,006 0,168 0,074 0,002 10-0,001 0,000 0,003 0,000 11 0,000 0,000-0,001 0,000 12 0,000 0,000-0,001 0,000 13 0,002 0,003-0,008 0,000 14-0,004 0,002-0,008 0,000 15 0,001 0,000 0,000 0,000 16-0,003 0,000 0,003 0,000 17-0,005 0,000 0,001 0,001 18 0,000 0,000 0,001 0,000 Z tabuľky 4. 1. vidíme, že najviac blížiace sa jednej sú čísla vo vedení 6 a 9, t. z. že v týchto vedeniach by bolo najvhodnejšie umiestniť zariadenia FACTS. Na určenie presnej lokality by bolo potrebné vykonať viac výpočtov použitím aj iných metód. Tento výpočet ukazuje iba orientačne, kde by bolo vhodné tieto zariadenia umiestniť. - 33 -

4. 3. Vstupné údaje pre výpočet Vstupné údaje potrebné pre výpočet faktora stability sú uvedené v tabuľke 4. 2.. Sú to: napätie, činný a jalový výkon a pre potreby výpočtu sú prevedené do pomerných jednotiek. Tabuľka 4. 2. Napätia a výkony na zberniciach prenosovej sústavy Slovenska Názov Číslo Napätie Napätie P Q P Q zbernice zbernice (kv) (p. j.) (p. j.) (p. j.) (MW) (Mvar) V. Kapušany 1 413,5 1,009-11,500-0,009-0,002-0,011 Lemešany 2 413 1,008-0,500 0,000 0,000-0,001 Sp. Nová Ves 3 415,4 1,013 1,000 0,001 0,000 0,001 Lipt. Mara 4 417,3 1,018 1,500 0,000 0,000 0,000 Varín 5 417 1,017-0,500 0,000 0,000 0,000 Bošáca 6 419,4 1,023-0,500 0,000 0,000 0,000 Križovany 7 417,9 1,020-2,000-0,002 0,000-0,002 Pod. Biskupice 8 417,1 1,018-0,500-0,002 0,000-0,002 Stupava 9 418,8 1,022 0,000 0,001 0,000 0,001 V. Dur 10 418,1 1,020 3,500-0,006 0,001-0,007 Horná Ždaňa 11 415,5 1,014 1,000 0,002 0,000 0,003 Sučany 12 415,8 1,014-0,500-0,003 0,000-0,004 Levice 13 418 1,020-2,000 0,001 0,000 0,002 R. Sobota 14 418,8 1,022 0,000 0,000 0,000-0,001 Moldava 15 417,1 1,018 1,000 0,000 0,000 0,000 Ďalej k potrebám výpočtu boli zistene a vypočítané impedancie jednotlivých vedení uvedené v tabuľke 4. 3., ktoré spájajú jednotlivé zbernice. - 34 -

Tabuľka 4. 3. Impedancie vedení Číslo zo do Impedancia vedenia vedenia zbernice zbernice R (p. j.) X (p. j.) 1 5 12 0,000 0,001 2 4 5 0,000 0,005 3 3 4 0,002 0,019 4 2 3 0,001 0,009 5 1 2 0,002 0,018 6 7 10 0,001 0,011 7 13 14 0,003 0,035 8 14 15 0,002 0,023 9 15 1 0,002 0,021 10 7 8 0,000 0,005 11 10 13 0,000 0,001 12 10 13 0,000 0,001 13 10 11 0,001 0,009 14 11 12 0,002 0,032 15 12 4 0,000 0,002 16 5 6 0,002 0,025 17 6 7 0,001 0,009 18 8 9 0,000 0,005-35 -

Záver V diplomovej práci som sa zaoberal optimalizáciou umiestnenia zariadení FACTS v prenosovej sústave Slovenska, hlavne opisom používaných zariadení a používanými metódami ich umiestenia. V prvej časti som sa zaoberal opisom rôznych druhov zariadení používaných pre FACTS, ich princípmi činnosti, schémami, výhodami a možnosťami najvhodnejšieho použitia. Na záver som uviedol prehľadnú tabuľku, v ktorej je ukázané, ktoré typy zariadení je najvhodnejšie použiť na danú činnosť. V druhej časti som opísal najpoužívanejšie metódy pre výpočet najvhodnejšieho umiestnenia zariadení FACTS. Každá používa iný prístup k výpočtu, ale viac menej záleží od výberu riešiteľa, ktorú metódu si vyberie. Tretia časť obsahuje opis modelu prenosovej sústavy Slovenska, na ktorú boli aplikované metódy výpočtu optimálneho umiestnenia zariadení FACTS. Ďalej je tam opis postupu vytvárania modelu prenosovej sústavy Slovenska v programe ATP-EMTP, do ktorého sa mali aplikovať metódy a postupy výpočtu vhodných lokalít umiestnenia zariadení FACTS, ale to už bolo náplňou inej diplomovej prace. Vo štvrtej časti diplomovej práce som uviedol ukážku postupu výpočtu jednej z metód opísaných v druhej kapitole. Sú tam uvedené tabuľky s potrebnými vstupnými údajmi a tabuľka v výslednými indexmi toku výkonu, ktoré slúžia na určenie tzv. kritického miesta, kde je vhodné umiestniť zariadenia FACTS. Vzhľadom na to, ako už bolo spomínané, že tieto zariadenia sú investične dosť nákladné je potrebné takýchto výpočtov urobiť viac, a použiť aj poprípade inú metódu na kontrolu výpočtov, aby prípadná investícia nebola zbytočná. - 36 -

Použitá literatúra [1] SHARMA N. K., GHOSH A., VARMA R. K.: A Novel Placement Strategy for Facts Controllers, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 18, NO. 3, JULY 2003 [2] MOHAMED A., JASMON G. B.: Determining the weak stability of a power system with voltage stability considerations, Elect. Mach. Power Syst., vol. 24, pp. 555 568, 1996. [3] GRÜNBAUN R., NOROOZIAN M., THORVALDSSON B.: FACTS powerful systems for flexible power transmission, ABB Review 5/1999 [4] SIVKA M., Modelovanie prenosovej sústavy Slovenska pomocou EMTP, Diplomová práca, Žilina 2007. [5] BREUER W., POVH D., RETZEMANN D., TELTSCH E., LEI X., Role of HVDC and FACTS in future Power Systems, Cerpsi, Shanghai 2004 [6] SIEMENS, SCCL - Short-Circuit Current Limitationwith FACTS in High-Voltage Systems, SCCL Application & Features_V 2 PTD H 16 - H 1PD/Re. [7] ALTUS J., Modelovanie a výpočty elektrických sieti 1, Žilina, 2005-37 -

ČESTNÉ PREHLÁSENIE Prehlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho diplomovej práce prof. Ing. Juraja Altusa, PhD. a používal som len literatúru uvedenú v práci. V Žiline dňa 21.05.2007... podpis

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektrotechnických systémov Diplomová práca prílohová časť 2007 Štefan Blažek

Zoznam príloh Príloha č. 1 Prenosová sústava Slovenskej republiky Príloha č. 2 Adelanto SVC, USA Príloha č. 3 TCSC Kayenta, USA Príloha č. 4 PosteMontagnais FSC, Canada Príloha č. 5 Vincent TPSC, USA

Príloha č. 1: Prenosová sústava Slovenskej republiky

Príloha č. 2: Adelanto SVC, USA

Príloha č. 3: TCSC Kayenta, USA

Príloha č. 4: PosteMontagnais FSC, Canada

Príloha č. 5: Vincent TPSC, USA