Kompenzace jalového výkonu v moderní architektuře rozvodné sítě se synchronním kondenzátorem

Abstract

Klesající zdroje fosilních paliv, rostoucí ceny pohonných hmot a liberalizace elektroenergetických systémů mění kontext, ve kterém jsou provozovány a regulovány architektury elektrické sítě. Obavy týkající se bezpečnosti dodávek elektřiny a spolehlivosti spolu s integrací obnovitelných zdrojů energie představují pro provozovatele soustavy několik nových výzev. Jednou z hlavních změn, která je vidět, je připojení technologie jalového napájení k architektuře elektrické sítě pro výrobu jalového výkonu. To nutí znovu přezkoumat způsob, jakým je plánováno a provozováno reaktivní napájení dnešního energetického systému. Architektury elektrické sítě jsou vybaveny sofistikovanými zařízeními, která jí umožňují splňovat různé požadavky na kód sítě. Patří sem opatření k řízení reaktivního a aktivního výkonu k zajištění robustního fungování elektrické sítě. Robustní provoz síťové architektury znamená příznivé přizpůsobení profilů ztrát napětí a výkonu, čehož lze dosáhnout pomocí reaktivního a aktivního řízení výkonu. Tato práce představuje technologii synchronního kondenzátoru pro usnadnění dodávky jalového výkonu do architektury elektrické sítě. Instalace synchronního kondenzátoru (SC) do elektrické sítě pomáhá v oblasti potřeb jalového výkonu, síly zkratu a následně setrvačnosti systému a zaručuje lepší dynamické obnovení napětí. Byla zkoumána schopnost synchronního kondenzátoru zajišťovat regulaci napětí a výstup jalového výkonu a cesta možnosti aktivního výkonu větrných turbín typu 3 pro dynamické stavové podmínky a problémy se stabilitou napětí. Tato práce přispívá k pochopení regulace napětí a minimalizace energetických ztrát v architektuře elektrické sítě s pronikáním obnovitelných zdrojů energie. Zdůrazňuje použití nových a / nebo dodatečně vybavených synchronních kondenzátorů pro výrobu jalového výkonu a větrných turbín typu 3 pro aktivní výrobu energie na architektuře radiální elektrické sítě. Pro přizpůsobení schopnosti výroby synchronního kondenzátoru produkci jalového výkonu. Optimálně byly studovány režimy architektury elektrické sítě 33 kV (režim jedna a režim dva). Byla vyvinuta metodika pro určení optimálního umístění synchronního kondenzátoru koordinovaného v navrhovaném elektrickém systému se zúčastněnými větrnými elektrárnami pro dodávku kompenzace jalového výkonu a vstřikování činného výkonu v místě společného vazby (PCC) větrnými elektrárnami. Metodika je implementována a testována na standardní architektuře elektrické sítě. Prezentované výsledky ukazují, že účinek adoptovaného modelu synchronního kondenzátoru v prostředí MATLAB/Simulink poskytuje jalový výkon, zvyšuje stabilitu napětí a minimalizuje energetické ztráty, zatímco větrné elektrárny poskytují aktivní podporu energie s danými praktickými pravidly sítě.

Dwindling fossil fuel resources, increasing fuel prices and the liberalization of electricity systems are changing the context in which electricity grid architectures are operated and regulated. Concerns about security of electricity supply and reliability along with the integration of renewable energy resources are presenting several new challenges to system operators. One of the major changes that is being seen is the connection of reactive power supply technology to the electricity grid architecture for reactive power production. This is forcing a reexamination of the way reactive power supply to present day power system is planned and operated. Electricity grid architectures are equipped with sophisticated devices that allows it to meet various grid code requirements. These include reactive and active power control measures to ensure robust functioning of the electricity grid. Robust operation of the grid architecture entails favorable voltage and power losses profile adjustments that can be achieved through reactive and active power controls. This thesis presents the synchronous condenser technology for facilitating reactive power supply to the electricity grid architecture. Installing the Synchronous Condenser (SC) onto the electricity grid assists in the area of reactive power needs, short-circuit strength and consequently system inertia, and guarantees better dynamic voltage recovery. The synchronous condenser capability of providing voltage regulation and reactive power output, and the active power possibility path of Type-3 wind turbines for dynamic state conditions and voltage stability issues were investigated. This work adds to the insight of voltage control and power losses minimization in electricity grid architecture with penetration of renewable energy resources. It emphasizes the usage of new and/or retrofitted synchronous condensers for reactive power production and Type-3 wind turbines for active power production on a radial electricity grid architecture. To accommodate the reactive power production ability of the synchronous condenser. A 33kV electricity grid architecture modes (Mode One and Mode Two) was optimally studied. A methodology was developed to determine the optimal location of the synchronous condenser coordinated in the proposed electricity system with participating wind plants to supply reactive power compensation and the injection of active power at the Point of Common Coupling (PCC) by the wind plants. The methodology is implemented and tested on a standard electricity grid architecture. Results presented demonstrates that the effect of the synchronous condenser solution adopted model in MATLAB/Simulink environment provides reactive power, enhances voltage stability and minimizes power losses, while the wind power plants provides active power support with given practical grid rules.