בקרת מתח היברידית לתחנה להעברת כוח

309319713 דניס רבקין 308976232זוריאן בטושנסקי

מנחה: דרי מרק מוליןתשרי תש"ע

תוכן העניינים

מטרות הפרויקט מבנה המערכתעומסמנגנון הOLTC - טכניקתLoad Shedding הרצתOpen loop system הרצתClose loop systemהשוואה ומסכנות

מטרות הפרויקט

מידול מערכת תחנת כוח ההיברידית בסביבתSimulink

בניית מערכת בקרהOLTCשל שנאי הוספת אלמנט בקרה חיצוניLoad Shedding בחינת ביצועי הבקרים

מבנה המערכת

גנראטורקו תמסורתTap Changer

Transformer קבל מועמס במקביל

לצרכן לצורך בקרת המתח

תרשים חשמלי של מערכת:

מודל סכמאטי של הענף הפיזי:

מקור מתח אידיאליVo הגנראטור מדמיין את מומשו ע"י ריאקטנס קווי התמסורתשני ,X המשנה ערך ברגע נפילת

המתח. בקרת הOLTCממומשת ע"י מכונת מצבים חיצונית שקובעת של השנאי

של שנאי אידיאלי בהתאם למתח שנופל על הצרכן nאת יחס הליפופים בכל רגע.

תפקידו של אלמנט בקרה חיצוני נוסףLoad Shedding להיות מקדם ,scalingמוריד את הספק הצרכן בהתאם למצב התאוששות / שמעלה

המתח הנופל עליו. ע"מ לדמות את אילוצי צרכן הספק בתחנת כוח בצורה קרובה, נשתמש

העומסבצרכן הספק אקספוננציאלי - בעל ערך קבוע. קבלבמקביל אל העומס מחובר

העומסהעומס הינו רכיב בעל הספק אקטיבי וריאקטיבי המשתנים בזמן, אשר התנהגותם

הזמנית גובשה ניסיונית לאור תוצאות שטח של תגובות צרכנים טיפוסיות , והמודל (:Karlsson & Hill -1994המקובל הוא סט המשוואות הבא)עפ"י הייצוג של

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

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:

בשילוב דרישות אלו עם דרישות ההספקים הקודמות מקבלים את מערכת משוואות המצב הבאה:

[ מתעדכנים כתוצאה מאילוצי [ν δזוהי מערכת בה מתח העומס והפאזה עליו בהתאמה הספק של העומס עצמו ומעדכנים חזרה את ההספקים האלו דרך משתני המצב.

20capQ B v

חזור

OLTCמנגנון ה-On-load tap changer

הטיפוסי ממודל וממומש ע"י דיאגראמת מצבים OLTCה ( )כמתואר Sauer and Pai,1994רציפה )לפי מודל של

בשרטוט(

. Ufunction = Ureset=DB/2לפי החוקרים הנ"ל, נקבע

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. רצופים מוכתב מהאילוצים המכאניים של nמרווח זמן הדגימה המפריד בין שני ערכי

השנאי :.Tmהזמן הנדרש לשינוי יחס הליפופים ממצב קודם למצב חדש -

[Tm=30-120]sec], n=0.8-1.2]p.u ערכים מקובלים לפרמטרים הינם: ייבחר בסדר גודל של DB(. 0.2p.u בערך) 10%כאשר בכל צעד בד"כ הליפוף מקודם ב

(.0.3p.uשני צעדי ליפוף )זהו בקר דיסקרטי לא ליניארי אשר שילובו עם החוג הפתוח ) הענף הפיזי הרציף ( יוצר

backמערכת היברידית.

השווה בין מערכת רציפה לבדידה:

של delayניתן לראות שמדובר למעשה באותה עקומת התנהגות בזמן, עד כדי המודל הבדיד, בשל היותו מוגבל למרווחי זמן הדגימה.

תגובת השנאי בעל הייצוג הבדיד המקורב זהה לזו של

הרציף, והסטייה OLTCשנאי הקיימת בין שתי עקומות

ההתנהגות בזמן זניחה. לכן בדרך כלל מהנדסי מערכות

הספק יטו לבחור במודל הבדיד .OLTCל

Load Sheddingטכניקת

לא נרחיב פרטים על מבנה המנגנון וכיצד הוא ממומש פיזית כהתקן במערכות הספק.

שפועל על הספקי העומס שאליו הוא מוצמד. scalingבאופן כללי מדובר בפקטור כאשר ישנן נפילות בקו, המתח במערכת קורס, ויש צורך להחליש באופן זמני את הספקי הצרכנים עד להתאוששות במתח המסופק. ההחלשה מתבצעת בהדרגה

ממלא load sheddingובהתאם לצורך המתעדכן בערך המתח. במודל שלנו ה .OLTCתפקיד של בקרה משנית בנוסף לשנאי ה

15%בכל תגובה, בהתאם למתח על העומס, כלומר החלשה מקסימאלית של עד מהספקי העומס הממשי והראקטיבי.

SIMULINKסימולציות ב-

OPEN LOOP בקרתOLTC בקרתOLTC + Load Shedding

Open loop

X

n

Open loop

MATLABFunction

solveload

1

n

0

k

V)p.u(xp

xq

dynamic exp load

V]p.u]

response0

To Workspace

Step

]1]

ICv

v ]p.u]

מקור

Load:

2

xq

1

xp

|u|2

MathFunction

1s

Integrator1

1s

Integrator

1/Tq

Gain4

Q0

Gain3

1/Tp

Gain1

P0

Gain

1 Constant1

1 Constant

1

V)p.u(

1-v 2̂

xp'

xp

xp

1-v 2̂

xq' xq

:Open Loopתוצאת סימולציה

0 20 40 60 80 100 120 140

0.85

0.9

0.95

1

Time]sec]

Load

Vol

tage

]p,u

]

Openloop

X

nk

v ]p.u]n

tap_changer

MATLABFunction

solve load

V)p.u(xp

xq

dynamic exp load

V]p.u]Step

V]p.u]K

Load Shedding

]0]ICv1

]1]

ICv

v ]p.u]

Close Loop

OLTC

Main Controller - OLTC

n_in

v]p.u]

n

1n

MATLABFunction

simple tap

z

1Unit Delay

]1]IC2

12:34

Digital Clock

Demux

1v]p.u]

up

:OLTCתוצאת סימולציה עם בקר ראשי

0 100 200 300 400 500 600 700 8000.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

Time]sec]

Load

Vol

tage

]p,u

]

Openloop & Primary controller

Openloop Primary controller

Load shedding

Voltage

1

K

Interval Test2

Interval Test1

Interval Test

else { }o-zero

If ActionSubsystem3

elseif { }0.15

If ActionSubsystem2

elseif { }0.1

If ActionSubsystem1

if { }0.05

If ActionSubsystem

u1

u2

u3

if ))u1((

elseif ))u2((

elseif ))u3((

else

If

1

V]p.u]

: OLTC + Load sheddingתוצאת סימולציה בקר

0 200 400 600 800 1000 12000.85

0.9

0.95

1

1.05

Time]sec]

Load

Vol

tage

]p,

u]

Primary & Secondary controller

: השוואה וסיכום

0 100 200 300 400 500 600 700 8000.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

time ]sec]

Lo

ad

Vo

ltag

e ]p

.u]

openloop primary controller primary & secondary controller

ראינו שלא ניתן לייצב את המערכת עם בקרOLTC בלבד, לכן .Load Sheddingיש צורך בבקר משני

עם הוספת בקר משני המערכת מצליחה להתיצב ולהגיעלתוצאה רצויה בזמן סביר.

מידול המערכת התבצעה בזמן בדיד אך התוצאות די קרובותלמערכת בזמן רציף.

תוצאות הסימולציות בSIMULINK.תואמות את התאוריה ניתן לומר ששילוב של שני מערכותOLTCו Load Shedding

מייצב את המערכת על פי דרישה.

מסקנות

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.