Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej

Simulation methods for analyzing the operation of power automation systems
Schemat modelu linii dwutorowej z zaznaczonym położeniem kondensatorów
szeregowych (SC), możliwymi lokalizacjami zwarcia oraz pomiarami,
jakie udostępnia model
Schemat modelu linii dwutorowej z zaznaczonym położeniem kondensatorów szeregowych (SC), możliwymi lokalizacjami zwarcia oraz pomiarami, jakie udostępnia model
Rys. P. Pierz

Warunki, w jakich współcześnie pracują sieci i systemy elektroenergetyczne, mimo dużego postępu technologicznego, jaki niewątpliwie dokonał się na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, wcale nie uległy poprawie. Paradoksalnie, można zaryzykować stwierdzenie, że ów postęp technologiczny, jaki obserwujemy we wszystkich dziedzinach techniki, po części sam się przyczynił do tego stanu.

W artykule:

• Modelowanie sieci elektroenergetycznej
• Przykład zastosowania analizy symulacyjnej

Coraz ostrzejsze wymagania stawiane dostawcom energii elektrycznej przez odbiorców w zakresie pewności i jakości zasilania, stale rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, rosnący poziom zakłóceń w sieci, pojawienie się nowych technologii np. sieci inteligentnych, upowszechnienie się alternatywnych źródeł energii rozproszonej, pojawienie się licznej grupy prosumentów oraz cały szereg innych czynników, które w połączeniu z ciągłym niedofinansowaniem istniejącej infrastruktury energetycznej, powodują, że efektywny nadzór i sterowanie pracą sieci elektroenergetycznych jest trudne i rodzi konieczność wprowadzania nowych rozwiązań w tym zakresie.

O tym, że jest to realny problem, obok pomniejszych lokalnych awarii, świadczy najlepiej zwiększająca się liczba poważnych awarii systemowych, w tym również wielkoobszarowych blackoutów, które każdorazowo swoim zasięgiem obejmują ogromne obszary oraz dotykają niestety coraz większą liczbę odbiorców. Takie awarie są wyjątkowo uciążliwe dla konsumentów, ale również dla operatorów i spółek dystrybucyjnych, gdyż usuwanie ich jest często bardzo kosztowne i zabiera dużo czasu. Sytuacje takie zdarzają się na całym świecie, równie często, może nawet częściej w krajach wysoko rozwiniętych, gdzie konsumpcja energii elektrycznej w przeliczeniu na obywatela jest wielokrotnie większa niż w krajach biedniejszych. Nie dziwi więc, że również w Polsce kwestia zapewnienia lepszych warunków pracy sieciom elektroenergetycznym jest problemem coraz ważniejszym, którego skuteczne rozwiązanie wymagać będzie zapewne co najmniej zweryfikowania rozwiązań stosowanych obecnie m.in. w zakresie kontroli i sterowania.

Czytaj też: Właściwości eksploatacyjne ogniw litowych >>

Kluczowym elementem, który sprawia, że praca sieci i systemów elektroenergetycznych jest w ogóle możliwa są układy automatyki elektroenergetycznej. Różnorodność i szybkość przebiegu procesów, jakie w nich występują oraz konieczność niezawodnego reagowania i podejmowania poprawnych decyzji w możliwie krótkim czasie, powoduje, że ręczna kontrola i sterowanie nie miały racji bytu w sieciach i systemach właściwie już od momentu wprowadzenia ich do użytkowania na przełomie XIX i XX wieku. Co więcej, układy automatyki elektroenergetycznej, w tym głównie systemy kontrolne typu SCADA, ale coraz częściej także układy automatyki zabezpieczeniowej, poprzez łącza teleinformatyczne wykorzystują do pracy informacje i pomiary rozproszone z wielu obiektów rozlokowanych często na dużych obszarach. Bez przesady można stwierdzić, że to właśnie od poprawnej pracy układów automatyki elektroenergetycznej zależy to czy sieci elektroenergetyczne będą dobrze pracować, i w efekcie czy odbiorcy w niezakłócony sposób będą mieć dostarczaną energię elektryczną o odpowiednich parametrach. Przy czym rola automatyki elektroenergetycznej jest równie istotna na wszystkich etapach, począwszy od wytwarzania, poprzez przesył i dystrybucję, na lokalnej konsumpcji energii skończywszy, ale także w zakresie diagnostyki i monitoringu urządzeń i sieci, oraz ich centralnego sterowania.

Systemy i układy automatyki elektroenergetycznej są rozwijane już od dziesiątek lat. Obecnie dominują rozwiązania cyfrowe, które umożliwiają ogromną swobodę w budowaniu i konfigurowaniu systemów kontrolno-pomiarowo-decyzyjnych, tak aby możliwie dobrze uwzględniały charakterystykę fragmentu sieci, którą mają nadzorować oraz wymagania jej właściciela. Układy muszą być zbudowane w taki sposób, aby spełniały cztery podstawowe wymagania:

  • pewność i niezawodność,
  • szybkość działania,
  • czułość i selektywność,
  • dyspozycyjność.

Zadaniem projektanta zabezpieczenia, a później projektanta układu zabezpieczeń konkretnego już obiektu/obiektów jest, aby te podstawowe wymagania były spełnione zawsze, gdyż tylko wtedy zabezpieczenie będzie skutecznie spełniało swoją funkcję. Oprócz powyższych podstawowych wymagań, zabezpieczeniom stawia się też wymagania dodatkowe, do których należą elastyczność, łatwość obsługi, dopasowywalność, testowalność, ekonomiczność, ale te wymagania są raczej w gestii ich producenta.

Wymóg spełnienia wymagań podstawowych w każdych warunkach jest banalny i oczywisty, ale w praktyce często trudny do precyzyjnego zdefiniowania, a następnie zweryfikowania. Po pierwsze, każde zabezpieczenie jest przeznaczone do realizacji tylko wybranych funkcji, i to w warunkach, jakie zostały założone na etapie projektowania urządzenia – to powinien gwarantować producent. Jak jednak takie zabezpieczenie będzie się zachowywało w realnym układzie, to już inna sprawa.

W rzeczywistości istnieje wiele czynników, które mogą rzutować na wynik działania zabezpieczenia, a których projektant mógł nie uwzględnić w wystarczający sposób. Do najważniejszych należą: zmiana parametrów elementów sieci, zmiana konfiguracji sieci, zmiana mocy zwarciowych, zmiana i wahania częstotliwości, obecność wyższych harmonicznych w mierzonych napięciach i prądach, zakłócenia w sieci o różnym charakterze, nasycenie przekładników pomiarowych, zmiana kierunku przepływu mocy, kołysania mocy, różne stany pracy urządzeń (np. rozruch lub wybieg silników), lokalne operacje łączeniowe w sieci (np. załączenie baterii kondensatorów), zmiana współczynnika kompensacji ziemnozwarciowej sieci, niewłaściwie dobrane nastawy zabezpieczenia itp.

W przypadku układów automatyki zabezpieczeniowej dochodzi jeszcze kwestia parametrów zwarć, jakie mogą się wydarzyć w sieci: miejsce zwarcia, jego typ (m.in. jednofazowe, wielofazowe, rozwijające), rezystancja w miejscu zwarcia i jego charakter (np. łukowe, metaliczne, przerywane, rezystancyjne). Jak widać czynników, które należy brać pod uwagę jest naprawdę dużo, a liczba kombinacji tych czynników jest ogromna, i dla nich wszystkich zabezpieczenie powinno działać poprawnie, tj. dawać tylko zadziałania pożądane, bez zadziałań nadmiarowych i bez braku zadziałań w przypadkach ewidentnych zwarć. Rodzi się pytanie o techniczny sposób realizacji takiej weryfikacji. Zasadniczo do dyspozycji są następujące możliwości:

  1. badania w rzeczywistej sieci,
  2. badania na fizycznym modelu sieci,
  3. badania symulacyjne,
  4. badania fizyczne w oparciu o symulacyjne dane testowe,
  5. badania fizyczne w układach typu HIL (ang. Hardware-in-the-Loop),
  6. badania eksperymentalne w docelowym układzie.

Badania w rzeczywistej sieci wydają się najbardziej wiarygodne i tak w rzeczywistości jest, jednak pomimo tej niezaprzeczalnej zalety mają one szereg wad:

  • konieczność przygotowania stanowiska testowego (co na rzeczywistym obiekcie może być trudne, np. dla zabezpieczenia różnicowego linii),
  • testy zwarciowe, mają najczęściej charakter niszczący, co oznacza, że właściciel nie będzie chętny do udzielenia zgody na takie badania,
  • na czas trwania testów obiekt jest wyłączony z użytkowania,
  • ryzyko uszkodzenia sąsiednich obiektów,
  • liczba testów jakie trzeba wykonać w celu wiarygodnego badania to zwykle kilkanaście, częściej kilkaset, kilka tysięcy,
  • brak możliwości sprawdzenia szeregu istotnych scenariuszy zwarciowych (np. zwarcie zwojowe w transformatorze),
  • brak możliwości rejestracji wszystkich pożądanych sygnałów,
  • wysokie koszty,
  • ogromna czasochłonność.

Wady te powodują, że w obecnych czasach metoda ta nie jest stosowana powszechnie. Dodatkowo, nawet gdyby udało się wykonać serię takich badań, to i tak nie dają one informacji na temat, jak zabezpieczenie zachowałoby się, gdyby uległa zmianie np. konfiguracja czy parametry sieci. W takich przypadkach, w zasadzie należałoby powtórzyć wszystkie testy, co oczywiście jest całkowicie niepraktyczne. Metodę tę można sensownie stosować, przy świadomości wszystkich ograniczeń, tylko w konkretnych, wybranych przypadkach zwarciowych, gdy inne metody nie są w stanie dostarczyć rzetelnych wyników.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[automatyka, automatyka elektroenergetyczna, układy automatyki elektroenergetycznej, metoda symulacji komputerowej, sieci elektroenergetyczne, badania symulacyjne, modelowanie sieci elektroenergetycznej, urządzenia elektroenergetyczne]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 11/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Programowalny wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

wyświetlacze Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz (...) czytam dalej »


Stacja transformatorowa na kółkach - robi wrażenie »

Rozdzielnica na kołach Jest to lekka stacja w obudowie metalowej, na podwoziu jezdnym – DMC 3,5T, z obsługą z zewnątrz, z możliwością łatwe (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Szynoprzewody w instalacjach elektrycznych - czy warto je wykorzystywać?

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

szynoprzewody jak podłączyć bezpanelowa energia słoneczna
Przyjazne instalatorom ze względu na ich intuicyjny montaż i nieskomplikowaną budowę oraz szeroki wachlarz możliwości z zakresu wykonania różnego (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaki licznik energii elektrycznej wybrać - porównanie 2019 »

Fotowoltaika Mogą być stosowane do rozliczeń z zakładami energetycznymi, do kontroli procesów przemysłowych, do rozliczeń podnajemców oraz jako element systemów zarządzania ... czytam dalej »


Jak mocować przewody instalacji odgromowej?

Czy energii odnawialnej uda się zastąpić węgiel?

Wsporniki ochrony odgromowej energia odnawialna a węgiel
W obudowie wykonanej z wysokiej jakości polietylenu kryje się betonowy rdzeń. Szczelnie zamknięta konstrukcja chroni go przed niekorzystnym wpływem czynników pogodowych i... czytam więcej » Według ostatniego raportu brytyjskiego koncernu BP do 2040 r. odnawialne źródła energii staną się głównym źródłem energii na świecie. Czy rzeczywiście ... czytam dalej »

Sekcja: Instaluj z Legrandem dla profesjonalisty »

System zarządzania energią Jesteś Instalatorem? W tej sekcji w szybki i łatwy sposób znajdziesz niezbędne ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

PRzewody i kable standardy Termowizja w elektryce
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Ograniczniki przepięć (SPD) o udoskonalonych osiągach »

Switche zarządzalne spd ograniczniki
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » SPD o takim układzie elementów ograniczających przepięcia są stosowane w instalacji elektrycznej, w której nie powinny występować prądy upływu, nawet o niewielkich(...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
4/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt instalacji piorunochronnej wolno stojącego budynku magazynu mps
  • - Awarie sieciowe w krajowej sieci dystrybucyjnej
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl