SE1400136A1 - Förfarande och anordning för spänningsreglering - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett förfarande för reglering av såvälspänningen på primärsidan som spänningen på sekundärsidan påtransformatorer, som är parallella eller ingår i parallellalänkar i elektriska kraftsystem och är utrustade med medel föratt under drift förändra omsättningen för minst två av de parallella transformatorerna. Ett uppfinningsenligt system innefattar medel som är anordnadeatt kunna utnyttja av varandra oberoende lindningskopplare påminst två transformatorer, så att lindningskopplarlägena väljspå ett sådant sätt att såväl sekundärsidans som primärsidansi en förutbestämd spänning kan påverkas, inom vissa gränser, riktning, eller mot en förutbestämd nivå, eller mot ett förutbestämt intervall.

Description

15 20 lindningskopplarna pâverkas, oberoende av spänningsregleringen på sekundärsidan. Eftersom spänningarna beror av både transformatorernas viktade omsättning och av den reaktiva förbrukningen i transformatorerna så kan både spänningen på primärsidan och spänningen på sekundärsidan regleras oberoende av varandra. Fenomenet att med flera oberoende styrvariabler (i detta fall lindningskopplarnas lägen), som påverkar samma process, reglera flera utstorheter (i detta fall primärsidans spänning respektive sekundärsidans spänning) var för sig och oberoende av varandra kallas särkoppling, på engelska decoupled control se till exempel [Gilbert, E., G., ”The Decoupling of Multivariable Systems by State Feedback", SIAM J. Control, Vol. 7, No. l, February 1969].

Med transformator förstås här alla typer av krafttransformatorer utförda så att omsättningen mellan transformatorns lindningar kan varieras. Med lindningskopplare jämställs mekaniska elkopplare, halvledarelkopplare och annan kraftteknisk utrustning med förmåga att under drift ändra en krafttransformators omsättning. 10 15 20 25 30 35 Uppfinningens bakgrund och teknikens ståndpunkt Reglering av spänningen på den ena av primärsidan och sekundärsidan, förträdesvis sekundärsidan, på krafttransformatorer i elektriska kraftsystem medelst lindningskopplare, som med mekanisk eller kraftelektronisk omkoppling ändrar transformatorns omsättningen, är väl känd. Det finns även kända metoder för reglering av den ena sidans spänning, vid parallell drift av två eller flera transformatorer, med lindningskopplarreglering. Bivillkoret vid reglering av parallella transformatorer med två eller flera lindningskopplare är ofta att minimera den cirkulerande reaktiva strömmen, [ABB Transformer protection RET670, i de parallella transformatorerna Technical reference manual RET670 l.2].

Det är även känt att reaktiv effekt genereras i de distribuerade kapacitanserna hos friledningar och kablar och förbrukas i de distribuerade induktanserna hos friledningar och kablar samt transformatorer i elektriska kraftsystem. Genereringen av reaktiv effekt i kraftsystemet är beroende av spänningen och är O därmed ganska konstant (spänningen varierar sällan mer än i5 6 kring normal driftspänning), medan förbrukningen av reaktiv effekt beror av belastningen (belastningen varierar med cza en faktor 4 i genomsnitt, men lokalt betydligt mer). Överskott av reaktiv effekt under låglasttid, över 100 kV) reaktiv effekt under höglasttid, överföringsnät och i distributionsnät, med mycket friledning och speciellt i högspända (typiskt friledningsnät och i kabelnät, samt underskott av speciellt i regionala förhållandevis låga spänningsnivåer, blir då ett problem.

Eftersom överföring av reaktiv effekt ger upphov till aktiva effektförluster, överföringskapacitet i anspråk, vill man kompensera bort skapar spänningsfall i systemen och tar reaktiva obalanser så nära källan som det är rimligt och ekonomiskt möjligt. Sedan lång tid tillbaka finns därför på stamnätet shuntreaktorer som kopplas in under låglast för att hålla nere spänningen och shuntkondensatorer på lägre spänningar 10 15 för att hålla uppe spänningen under höglast. Belastningen på kraftsystemet som helhet har under senare år ökat och shuntkondensatorer har installerats även på stamnätsnivå. Vidare har stora delar av mellanspänningsnäten i Syd- och Mellansverige som lett till som för närvarande transporteras vädersäkrats genom en omfattande kablifiering, stora reaktiva effektöverskott, uppåt i systemen under låglasttid, med förhöjda spänningar som följd. Därför har shuntreaktorer installerats även i regionala överföringsnät.

Det finns således ett behov av att, företrädesvis i låglastsituationer, kunna konsumera reaktiv effekt i kraftsystemet. Att åstadkomma en sådan konsumtion av reaktiv effekt och därtill kopplad spänningssänkning genom ändrat förfarande och med hjälp av befintliga krafttransformatorer och befintlig högspänningsutrustning ter sig attraktivt. 10 15 20 25 30 35 Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande, en metod eller en anordning, för parallella krafttransformatorer, dvs. två eller flera transformatorer som via en eller flera samlingsskenor och/eller en eller flera ledningar är förbundna på såväl primärsidan som på (eller sekundärsidan, utrustade med lindningskopplare motsvarande kraftelektroniska utrustning), där lindningskopplarna för de parallella transformatorerna regleras så att såväl sekundärsidans spänning som primärsidans spänning regleras mot förutbestämda oberoende spänningsintervall, givna av önskad målspänning på den betraktade transformatorsidan och lindningskopplarstegens storlek.

Behovet av uppfinningen baseras i huvudsak på följande: 1) Reaktiva effektöverskott ger upphov till aktiva effektförluster och höga spänningar, speciellt i samband med utbredda mellanspända kabelnät och låg belastning. 2) Nuvarande metod för att kompensera för detta reaktiva effektöverskott är att installera shuntreaktorer, med eller utan lindningskopplare, vars enda uppgift är att kopplas in och förbruka reaktiv effekt i spänningsreglerande syfte. 3) Med hjälp av uppfinningen kan problemet enligt l) ovan till stora delar lösas med de krafttransformatorer som av andra skäl måste finnas i kraftsystemet, a) varigenom behovet av investeringar i högspänningsutrustning, apparater, kontrollutrustning, etc., minskar i kraftsystemet; b) varigenom driftsäkerheten i kraftsystemet ökar till följd av färre komponenter; c) varigenom miljöpåverkan blir mindre, till följd av minskat utrymmesbehov i anläggningar och minskat behov av shuntreaktorer, som ofta innehåller olja och baseras på tillverkningsprocesser med negativ miljöpåverkan; samt 10 15 20 25 30 35 d) varigenom driftmässigheten blir bättre till följd av den finreglering av primärsidans spänning som kan åstadkommas med hjälp av uppfinningen, jämfört med brytarkopplade eller lindningskopplarreglerade shuntreaktorer.

Dessa och ytterligare ändamål uppnås enligt uppfinningen genom ett förfarande enligt patentkrav 1 eller genom ett system eller en anordning enligt patentkrav 6 eller genom ett datorprogram enligt patentkrav ll-13.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen åstadkoms förfarandet för reglering av såväl primärsidans spänning som sekundärsidans spänning, genom lämpligt val av lindningskopplarläge för var och en av två eller flera parallella transformatorer, på sådant sätt att sekundärsidans spänning regleras till lämplig nivå med hjälp av lindningskopplarna på känt sätt, såsom minimum cirkulerande ström, Master-Slave, eller liknande, och att primärsidans spänning därefter, om så erfordras kan sänkas genom att öka den cirkulerande reaktiva strömmen genom de parallella transformatorerna, genom att öka avståndet mellan lindningskopplarlägena. Därmed bidrar de parallella transformatorerna med finreglerad reaktiv effektförbrukningsförmåga, upp till transformatorernas kapacitet.

I en annan utföringsform av uppfinningen innefattar ett datorprogram, som styr en dator eller en datorprocess, reglersystemen för parallella transformatorers lindningskopplare i enlighet med uppfinningen.

I ytterligare en utföringsform av uppfinningen är in- respektive utstorheter anpassade för att anslutas till simuleringsutrustning, istället för till verkliga transformatorers lindningskopplare, såsom olika typer av analoga, digitala eller hybrida kraftsystemsimulatorer [Edström, 10 15 20 25 30 35 A., Transient Stabibility and Long Term Dynamics in Large Power Systems", CIGRÉ Report 38-204, Paris, August 28 - September 3, 1994] Walve, K., "A Highly Interactive Fast Simulator Covering Ytterligare vidareutvecklingar av uppfinningen ryms inom ramen för nedanstående beskrivning, sammandrag och patentkrav.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka Figur l visar två delar av ett elkraftsystem, Kl respektive K2, med två parallella transformatorer, Tl och T2, mellan kraftsystemdelarna, samt den uppfinningsenliga reglerutrustningen, R, med mät- och styrsignaler.

Figur 2 visar en utföringsform av uppfinningen såsom ett flödesschema baserat på komponenterna i Figur 1.

I reglerutrustningen undersöks huruvida villkoren |Vp,ref-Vp| och |Vs,ref-Vs| spänningen på primär- respektive sekundärsidan samt ep och es är okänslighetsintervall på primär- respektive sekundärsidan, båda är uppfyllda. Om så är fallet ändras inte något lindningskopplarläge. I annat fall undersöks till exempel genom uttömmande sökning (på engelska exhaustive search) hur villkoren bäst kan uppfyllas genom att inom reglerområdet ändra reglerlägena eller låta något reglerläge vara oförändrat. Sedan ges order om att ändra vissa lindningskopplarlägen. För att transienter orsakade av ändringen av lindningskopplarläget inte ska påverka regleringen filtreras de uppmätta storheterna på lämpligt sätt. För att anpassa regleringen till lindningskopplarregleringen i angränsande stationer fördröjs styrsignalen till lindningskopplaren på lämpligt sätt. 10 15 20 25 30 35 Beskrivning av föredragna utföringsexempel.

Nedan beskrivs såväl det uppfinningsenliga förfarandet som anordningen.

Den uppfinningsenliga anordningen innefattar ett flertal organ/medel, i figurerna visade i flödesscheman och blockscheman. Dessa blockscheman kan tolkas såväl som signalflödesdiagram som blockdiagram beskrivande utrustning för anordningen. En funktion utförd i ett flödesschema eller av ett block, implementeras genom analog och/eller digital teknik, men utförs visat i blockdiagrammet, kan i tillämpliga delar med fördel som program i en mikroprocessor, i ett datorprogram eller såsom ett datorprogramkodelement utfört i en dator eller i en datorprocess.

Det skall förstås att då de i figurerna visade flödena och blocken benämns såsom i ett fysiskt utförande som don, är de, i synnerhet då funktionen är apparater, etc., implementerad som mjukvara i en mikroprocessor, att uppfatta som medel för att åstadkomma en önskad funktion. såsom det kan vara i detta fall, ett värde genererat av ett datorprogram och även uppträda enbart Följaktligen, kan uttrycket signal även tolkas som i denna form. Blocken nedan beskrivs endast som en funktion eftersom de på i och för sig känt sätt lätt kan implementeras av en fackman.

För att inte tynga framställningen med för fackmannen självklara distinktioner, används nedan i allmänhet samma beteckningar för de storheter som uppträder i ledningar, i automatikdon och i beräkningsenheter, som för de mot dessa storheter svarande mätvärden och signaler/beräkningsvärden som påförs och behandlas i den nedan beskrivna reglerutrustningen.

Figur l visar två delar av ett elkraftsystem, Kl respektive K2, mellan vilka två parallella transformatorer, Tl respektive T2, 10 15 20 25 30 35 är kopplade, på ett sådant sätt att primärsidorna på transformatorerna antas vara elektriskt förbundna via samlingsskenor eller tillräckligt korta ledningar i kraftsystemdel Kl och sekundärsidorna på transformatorerna antas vara elektriskt förbundna via samlingsskenor eller tillräckligt De båda transformatorerna LKl respektive LK2, korta ledningar i kraftsystemdel K2. är utrustade med lindningskopplare, eller motsvarande anordning, för att oberoende av varandra kunna ändra de båda transformatorernas omsättning. Reglerenheten, R, tillförs representativa mätvärden för spänning på primärsidan, VS, antingen primär- eller sekundärsidan, Vp, spänning på sekundärsidan, och minst en ström på Ip alternativt Is, för respektive transformator. Med styrsignalerna LKSl respektive LKS2, för att uppfylla regleralgoritmens målfunktioner, från reglerenheten, R, stegas respektive lindningskopplare företrädesvis l) sekundärspänningen så nära börvärdet som möjligt, a) inom acceptabelt spänningsintervall, satt med hänsyn till i) lindningskopplarstegens storlek, och 2) primärspänningen så nära börvärdet som möjligt, a) givet spänningsregleringen på sekundärsidan b) utan att överbelasta någon av transformatorerna c) inom acceptabelt spänningsintervall, satt med hänsyn till i)lindningskopplarstegens storlek.

Figur 2 visar två snarlika utföringsformer av uppfinningen såsom flödesscheman, baserade på komponenterna i Figur 1. Förfarandet startas med att relevanta parametrar läses. Därefter går man in i en reglerslinga som inleds med reglering av sekundärsidans spänning och därefter av primärsidans spänning. Reglerslingan genomlöps därefter upprepade gånger så länge regleringen ska fortgå. I det vänstra flödesschemat tas endast ett lindningskopplarsteg åt gången för att reglera in spänningen på sekundärsidan innan ett motsvarande lindningskopplarsteg tas för I det högra först erforderligt antal att reglera in spänningen på primärsidan. flödesschemat tas, i reglerslingan, 10 10 lindningskopplarsteg för att uppnå nöjaktig spänning på sekundärsidan. Först därefter regleras spänningen på primärsidan med erforderligt antal lindningskopplarsteg för att uppnå nöjaktig spänning. Därefter upprepas förfarandet så länge regleringen pågår.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till några olika föredragna utföringsformer. Naturligtvis är det emellertid så att uppfinningen inte begränsas till dessa utan även ett flertal andra utföringsvarianter är fullt möjliga inom patentkravens skyddsomfång.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 11 PATENTKRÃV

1. Förfarande för spänningsreglering i elektriska kraftsystem innehållande minst två spänningsnivåer och minst två transformatorer, elektriskt förbundna och utrustade för att under drift, oberoende av varandra, kunna ändra respektive krafttransformators omsättning, kännetecknat av, att regleringen av omsättningen hos två eller flera transformatorer ingående i transformeringen kan utnyttjas för reglering av såväl spänningen på primärsidan som spänningen på sekundärsidan, för två eller flera transformatorer ingående i transformeringen;

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, särkopplad reglering av spänningen på primärsidan respektive sekundärsidan;

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av, att omsättningarnas respektive reglerläge används för att reglera sekundärsidans spänning och att skillnaden mellan omsättningarnas respektive reglerlägen används för att reglera primärsidans spänning;

4. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av, att primärsidans spänning ökas genom att stega upp någon eller några transformatorers lindningskopplare och/eller stega ner någon eller några andra transformatorers lindningskopplare, för att minska något eller några avstånd mellan lindningskopplarlägen och därmed minska den cirkulerande reaktiva strömmen; 10 15 20 25 30 35 12

5. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av, att primärsidans spänning minskas genom att stega ner någon eller några transformatorers lindningskopplare och/eller stega upp någon eller några andra transformatorers lindningskopplare, för att öka något eller några avstånd mellan lindningskopplarlägen och därmed öka den cirkulerande reaktiva strömmen;

6. System eller anordning för spänningsreglering i elektriska kraftsystem innehållande minst två spänningsnivåer och minst två transformatorer, elektriskt förbundna och utrustade för att under drift, oberoende av varandra, kunna ändra respektive krafttransformators omsättning, kännetecknat av, att regleringen av omsättningen hos två eller flera transformatorer ingående i transformeringen kan utnyttjas för reglering av såväl spänningen på primärsidan som spänningen på sekundärsidan, för två eller flera transformatorer ingående i transformeringen;

7. System eller anordning enligt patentkrav 6, kännetecknat av, särkopplad reglering av spänningen på primärsidan respektive sekundärsidan;

8. System eller anordning enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknat av, att omsättningarnas respektive reglerläge används för att reglera sekundärsidans spänning och att skillnaden mellan omsättningarnas respektive reglerlägen används för att reglera primärsidans spänning;

9. System eller anordning enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknat av, 10 15 20 25 13 att primärsidans spänning ökas genom att stega upp någon eller några transformatorers lindningskopplare och/eller stega ner någon eller några andra transformatorers lindningskopplare, för att minska något eller några avstånd mellan lindningskopplarlägen och därmed minska den cirkulerande reaktiva strömmen;

10. System eller anordning enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknat av, att primärsidans spänning minskas genom att stega ner någon eller några transformatorers lindningskopplare och/eller stega upp någon eller några andra transformatorers lindningskopplare, för att öka något eller några avstånd mellan lindningskopplarlägen och därmed öka den cirkulerande reaktiva strömmen;

11. ll. Datorprogram innefattande programinstruktioner för utförande av en metod enligt något av patentkraven 1-5.

12. Datorprogram enligt patentkrav 11 som, åtminstone delvis, överförs via ett lokalt eller globalt nätverk, såsom exempelvis ett intranät eller Internet.

13. Datorläsbart medium innefattande åtminstone en del av programinstruktionerna enligt patentkravet 11.