Propagation of disturbances as voltage fluctuations in transmission
networks
Albert Hermina
1, Golovanov Nicolae
2, Elefterescu Luminita
1ISPE,
2University POLITEHNICA of Bucharest
Bucharest, Romania
Abstract. Significant changes occurred in the power system in Romania in recent years by reducing the power used in the system, the number of classic power sources in operation as well as by implementing renewable energy sources, have determined short circuit power reduction (node rigidity) in the points where disturbing users are connected, that in the absence of adequate measures, result in disturbances above acceptable levels. The paper analyzes two power systems areas in which are connected users that cause voltage fluctuation. Disturbances as voltage fluctuations resulting in these nodes may exceed the acceptable values and can spread in the transmission network affecting power quality over large system areas. The analysis conducted reveals the influence of short circuit power in nodes where these users are connected and highlights the fact that in some cases (e.g. lines out of operation for maintenance, shutdown of classic units in the area) the disturbances in the transmission network sent to the users at lower voltages may have values above those allowed. Technical Code of existing power transmission network does not refer to voltage fluctuations, as a rule, in the electricity transmission network was considered that this phenomenon should not exist.
Keywords: voltage fluctuations, transmission networks, electric energy, quality.
Propagarea fluctuaiilor de tensiune ьn re elele de transport de energie electric
Albert Hermina1, Golovanov Nicolae2, Elefterescu Luminiţa 1ISPE; 2Universitatea Politehnica,
Bucureşti, Romсnia
Rezumat. ModiПic rileă importanteă careă auă avută locă ьnă sistemulă enerРetică dină Romсniaă ьnă ultimiiă aniă prină
reducereaă puteriiă utiliгateă ьnă sistem,ă aă num ruluiă şiă puteriiă surseloră clasiceă aПlateă ьnă Пuncţiuneă precumă şiă prină implementarea surselor regenerabile de energie au determinat reducerea puterii de scurtcircuit (rigiditatea nodului)ăьnăpuncteleăьnăcareăsuntăconectaţiăutiliгatoriăperturbatoriăastПelăc ,ăьnălipsaăunorăm suriăadecvate,ăreгult ă perturbaţiiăpesteănivelurileăadmise. Înăcadrulăălucr riiăsuntăanaliгateădou ăгoneădinăăsistemulăăelectroenerРeticăăăьnă careă suntă ă conectaţiă utiliгatoriă careă determin ă Пluctuaţiiă deă tensiune.ă Perturbaţiileă subă Пormaă Пluctuaţiiloră deă tensiuneăcareăaparăьnăacesteănoduriăpotădep şiăvalorileăadmiseăşiăseăpotăpropaРaăьnăreţeauaădeătransportăaПectсndă calitatea enerРieiăăelectriceăpeă mariăгoneădinăsistem.ă AnaliгaăeПectuat ăpuneăьnăevidenţ ăinПluenţaăputerilorădeă scurtcircuităьnănodurileăьnăcareăsuntăconectaţiăaceştiăutiliгatoriăşiăsubliniaг ăПaptulăc ăьnăuneleăcaгuriă(deăeбemplu,ă liniiădeconectateăpentruămentenanţ ,ăoprireaăРrupurilorăclasiceădinăгon )ăperturbaţiileădinăreţeauaădeătransport,ă transmise utilizatorilor de la tensiuni mai reduse pot avea valori mult peste cele admisibile. Codul tehnic al reţeleloră deă transportă ьnă viРoareă nuă Пaceă reПerireă laă Пluctuaţii deă tensiune,ă deoarece,ă deă reРul ,ă ьnă RETă s-a consideratăc ăacestăПenomenănuătrebuieăs ăeбiste.
Cuvinte-cheie: fluctuaţii de tensiune, reţeleleădeătransportăaăenerРieiăelectrice.
Р ă ă я я ă ă ă я
А ăГ 1, Г ăН 2, Э ăЛ
Н - ă ă ă ă 1,
ă ă 2,
,ă
А а и . З ă ,ă ă ă ă ă ă ă ă ă
ă ă ă ă ă ,ă ă ă ,ă ă ă ă
ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă ă
ă ă ă ă ă( ă ).ă ă ă ă ,ă
ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă
.ă ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă ă
,ă ă ă ă .ă ă ă ă ă ă ă ă
ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă
ă ă ă ă ă ă ă ă .ă ă ă ă ă
ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă
ă ă ( ,ă ă ă ă ă ă ,ă ( ă
ă ă .ăТ ă ă ă ă ă ă ă ă
ă ă ,ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă .
Кл евые л ва:ă ă ,ă ă ,ă .
1.ÎNTRODUCERE
Preocup rileă actualeă pentruă deгvoltareaă
economiei circulare, prin care sunt reciclate
materialeleă uгateă voră determinaă caă şiă ьnă viitoră instalaţiileăcuăarcăelectricăs ăaib ăunărolăimportantă
ьnăreintroducereaăьnăcircuitulăeconomic a fierului
vechi.ă Topireaă Пieruluiă vechiă ьnă cuptoareă cuă arcă electricăesteăьnsoţit ădeăvariaţiiămariăaleăputeriloră activeă şiă reactiveă absorbite,ă ceeaă ceă determin ă importanteă Пluctuaţiiă deă tensiune.ă Principalaă soluţieă pentruă limitareaă acestoraă constaă ьnă
conectareaă ьnă noduriă caracteriгateă deă oă putereă
mareădeăscurtcircuit.ăSituaţiaăactual ădinăsistemulăă electroenerРetică ьnă careă aă sc гută substanţială putereaănecesar ăutiliгatorilorăşiădeciăaănum ruluiă deă Рrupuriă clasiceă aПlateă ьnă Пuncţiuneă precumă şiă
dezvoltarea surselor regenerabile de energie care au un aport redus la curentul electric de
scurtcircuită (conectateă ă laăreţeauaă ă electric ă prinăă intermediulăconvertoarelorăelectronice)ădetermin ăă caăutiliгatoriiăăperturbatoriăcareăьnătrecutăă(ьnainteă deă 1990)ă seă ьncadrauă ă ьnă nivelulă ă admisă deă perturbaţii,ăs ădetermineăăьnăpreгentăăperturbaţiiăьnă aПaraălimitelorăadmiseăiarăacesteăperturbaţiiăs ăseă propaРeăăьnăreţeauaădeătransportăaПectсndăcalitateaă enerРieiă electriceă peă distanţeă mariă Пaţ ă nodulă ьnă careăaăap rutăperturbaţia.
Avсndă ьnă vedereă Пaptulă c ă perturbaţiileă subă ПormaăПluctuaţiilorădeătensiuneăseătransmităpractică П r ăatenuareădinăreţeauaădeăПoarteăьnalt ătensiuneă spreă nivelurileă inПerioare,ă reгult ă c ă utiliгatoriiă
conectaţiăьnăreţeauaădeăjoas ătensiune,ăpentruăcare
sunt normate valorile indicatorilor de flicker, vor
Пiă aПectaţiă directă deă perturbaţiileă dină reţeauaă electric ădeătransportă[1].
Seă consider ă aă suntă ьndepliniteăcondiţiileă deă
calitateă aă enerРieiă electriceă dac ă nivelurileă perturbaţieiăsubăПormaăПluctuaţiei de tensiune sunt
inПerioareăvalorilorăindicateăьnătabelulă1ă[2].
Tabelul 1 Valori admise ale indicatorilor de flicker Indicator Niveluri de
compatibilitate la JT
Nivel de planificare
MT IT
Pst 1 0,9 0,8
Plt 0,8 0,7 0,6
Pentruăaăpuneăьnăevidenţ ăinПluenţaăputeriiăădeă
scurtcircuită ьnă nodulă ьnă careă esteă conectată ună
utiliгatorăperturbatorăasupraăniveluluiăperturbaţieiă careăreгult ăьnăacelănodăşiăseăpropaР ăăьnăsistemulă electroenerРeticăseăconsider ăunănodăădinăăreţeauaăă deă 400ă kVă (ПiР.ă 1)ă ьnă care este conectat un utilizator perturbator prin intermediul unui transformatoră deă 400/110ă kVă şiă ună utiliгatorăă neperturbator conectat, de asemenea prin intermediul unui transformator 400/110 kV. Barele de 110 kV ale celor doi utilizatori pot fi conectate prină intermediulă uneiă cuple.ă Înă
Пuncţionareănormal ăcuplaăesteădeschis .
Figura 1. Schema de principiu a circuitului analizat.
Auă Пostă analiгateă urm toareleă caгuriă pentruă
putereaădeăscurtcircuităьnănodulăde 400kV:
− celeă dou ă liniiă deă alimentare,ă Aă şiă B, ьnă Пuncţiune;ăputereaădeăscurtcircuităьnănod Ssc=7886
MVA;
− celeă dou ă liniiă deă alimentare,ă Aă şiă B,ă ьnă Пuncţiune;ă putereaă deă scurtcircuită ьnă nod
Ssc
=7540 MVA;
−
liniaă Aă deconectat ,ă liniaă Bă ьnă Пuncţiune;ăputereaădeăscurtcircuităьnănodăSsc=4841 MVA;
− liniaă Bă deconectat ,ă liniaă Aă ьnă Пuncţiune;ă
putereaădeăscurtcircuităьnănodSsc = 3859 MVA;
Analiгaă aă inclusă posibilitateaă deă aă ьnchideă
perturbaţiiloră careă aПecteaг ă utiliгatoriiă neperturbatoriă conectaţiă laă baraă comun ă de 110
kV.ă Deă asemenea,ă aă Пostă luat ă ьnă calculă posibilitateaă conect riiă unuiă echipament SVC la barele de 30 kV ale cuptorului cu arc electric.
Înă ПiРuraă 2ă esteă indicat ă schemaă utiliгat ă ьnă
cadrul programului ETAP 12.6 pentru analiza
niveluluiă perturbaţieiă ьnă Пuncţieă deă putereaă deă scurtcircuită ьnă nodulă deă alimentare.ă S-aă pusă ьnă
evidenţ ă ьnă specială nivelulă perturbaţieiă laă baraă
Busă2ădeă400ăkVădinăstaţieăşiăla bara Bus 8 de 110
kV din care este alimentat utilizatorul neperturbator.
Figura 2. Schema analizat modelat ьn programul ETAP 12.6.
Înă tabelulă2ăsuntăindicateăreгultateleăobţinuteă pentruătoateăcaгurileăstudiateăiarăьnăПiРuraă3ăsuntă indicateă curbeleă deă evoluţieă aă indicatoruluiă deă Пlickeră ьnă Пuncţieă deă putereaă deă scurtcircuit.ă Valorileă obţinuteă dină calculă trebuieă s ă Пieă comparateăcuăvalorileăadmiseăprinăstandardeleăьnă
vigoare (tabelul 1).
Analiгaădatelorădinătabelulă2ăpuneăьnăevidenţ ă urm toareleăaspecte:
− datorit ă valoriiă relativă reduseă aă puteriiă deă
scurtcircuit la bara de alimentare de 400ă kV,ă ьnă reРimă normală deă Пuncţionareă cuă ambeleă liniiă ьnă
Пuncţiune,ă nivelul indicatorului de flicker
dep şeşteăvalorileăadmise;
− laă scoatereaă dină Пuncţiuneă pentruă reviгieă aă
calitatea energiei electrice la utilizatorii
perturbaţi;
− ьnă reРimulă normală deă Пuncţionare,ă ьnă careă
cuplaă ă ьntreă bareleă deă 110ă kVă esteă deschis ,ă utiliгatoriiăconectaţiălaăbareleădeă110ăkVăBusă8ăauăă
un nivelă deă perturbaţiiă practică eРală cuă celă deă laă
bareleădeă400ăkVă(perturbaţiaăseăpropaР ăpractică neatenuat ăspreănivelurileăreduseădeătensiune);
−ьnătoateăcaгurile,ăutiliгatoriiăconectaţi la bara de 110 kV, Bus 8 au un nivel superior valorilor admise;
− conectareaă cupleiă ьntreă bareleă deă 110ă kVă
determin ă perturbaţiiă deosebită ă deă mariă pentruă utiliгatoriiăconectaţiălaăbareleăBusă8;
− echipamentul SVC conectat la barele de 30 kV ale utilizatorului perturbator poate asigura
reducereaăniveluluiăperturbaţiilorăьnătoat ăschema,ă dară pentruă caгulă concretă analiгată nuă asiРur ă limitareaă perturbaţiiloră laă nivelurileă admisibile;ă
utilizarea unui echipament de tip STATCOM ar
puteaă limitaă nivelulă perturbaţieiă laă valorileă
admisibile.
Tabelul 2
VariaţiaăindicatoruluiăPstьnăПuncţieădeăputereaădeăscurtcircuit Puterea de
scurtcircuit
Cupla 110 kV
Funcţionareăarcăelectric,ăП r ăSVC Funcţionareăarcăelectric,ăcuăSVC
Bus 2 Bus 3 Bus 8 Bus 2 Bus 3 Bus 8
7886 MVA deschis 1,12 5,44 1,1 0,84 2,77 0,72
ьnchis 1,08 3,19 3,19 0,67 1,6 1,6
7540 MVA deschis 1,17 5,5 1,16 0,86 2,8 0,76
ьnchis 1,13 3,24 3,24 0,71 1,63 1,63
4841 MVA deschis 1,76 6,07 1,73 1,17 3,2 1,18
ьnchis 1,71 3,79 3,79 1,08 1,99 1,99
3859 MVA deschis 2,28 6,73 2,43 1,68 3,68 1,64
ьnchis 2,4 4,46 4,46 1,56 2,44 2,44
1 –Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV deschisă, SVC neconectat; 2 − Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV închisă, SVC
neconectat; 3 − Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV deschisă, SVC conectat; 4 − Bara Bus 2 de 400 kV, cupla de 110 kV
închisă, SVC conectat; 5 –Bara Bus 8 de 110 kV, cupla închisă, SVC neconectat; 6 − Bara Bus 8 de 110 kV, cupla închisă, SVC
conectat;
Figura 3. Varia iaăniveluluiădeăflickerăьnăfunc ieădeăputereaădeăscurtcircuităьnănodulădeăalimentare.
3.PROPAGAREAăPERTRUBA IEI SUB FORMA FLUCTUA IILORă DEă TENSIUNEă ÎNă RE EAUAă DE TRANSPORT DE ENERGIEăELECTRIC
Conectareaă surseloră deă perturbaţieă careă
determin ă Пluctuaţiiă deă tensiuneă ьnă reţeauaă deă transportă determin ă caă aceast ă perturbaţieă s ă seă
propagareăpeădistanţeămariăПaţ ădeănodulăьnăcareă este conectat utilizatorul perturbator. Pentru a
puneă ьnă evidenţ ă ariaă de inПluenţ ă aă noduluiă
perturbatoră aă Пostă luat ă ьnă consideraţieă schemaă indicat ăьnăПiРuraă4ăpentruăoăгon ădeă220ăkV.
Înă staţiaă Oţel rieă esteă conectată ună utiliгatoră careădetermin ăimportanteăperturbaţiiăsubăПorm ă deă Пlickeră ceă seă propaР ă ьnă ьntreРă sistemulă de
transport conectat la acest utilizator.
Analiгaă eПectuat ă urm reşteă cunoaşterea
nivelului perturbaţieiă careă ajunРă ьnă nodurileă
sistemuluiă şiă ьnă modă specială laă surseleă deă
alimentare, pentru diferite moduri de alimentare a utilizatorului pertrubator:
−ă liniileă deă 220ă kVă deă laă staţiileă Pă şiă Hă
conectate;
−ă staţiaă Oţel rieă alimentat ă numaiă prină liniaă deă220ăkVădinăstaţiaăH;
−ă staţiaă Oţel rieă alimentat ă numaiă prină liniaă deă220ăkVădinăstaţiaăP;
−ă Рrupulă deă laă centralaă conectat ă laă Busă 34ă
este deconectat.
Utiliгсnd programul ETAP 12.06 s-a realizat
simulareaă schemeiă analiгateă (ПiР.5)ă şiă auă Пostă eПectuateă calculeă pentruă determinareaă variaţiiloră deă tensiuneă careă apară ьnă diПeriteă reРimuriă deă Пuncţionare.
Figura 4. Schema zonei anlizate.
Dateleă obţinuteă (tabelul 3) permit alegerea
conПiРuraţieiă schemeiă deă alimentareă aă Oţel rieiă astПelă ьncсtă ьnă nodurileă reţeleiă electriceă deă
alimentareă s ă reгulteă valoriă acceptate ale
niveluluiă deă Пlickeră sauă s ă Пieă adoptateă m suriă pentruă limitareaă perturbaţiiloră şiă ьncadrareaă ьnă
limitele acceptate.ă Analiгaă eПectuat ă aă luată ьnă
consideraţieă schemaă cuă putereă minim ă deă
scurtcircuit,ă laă bareleă Busă 1ă şiă Busă 34ă Пiindă conectată cсteă ună sinРură Рrupă determinсndă oă putereădeăscurtcircuităădeă6223ăMVAăşiărespectivă
Tabelul 3
Valori ale indicatorului de flicker
Bara
Tensiunea pe durata Пuncţion riiă utilizatorului ([%] din Un)
Variaţiaă de tensiune
([%] din Un)
Pst
AlimentareădinăBusă2ăşiăBusă3
Bus 1 98,811 1,189 1,32
Bus 2 98,298 1,702 1,89
Bus 3 98,049 1,951 2,17
Bus 5 99,198 0,802 0,88
Bus 6 98,049 1,951 2,17
Bus 7 97,352 2,648 2,94
Bus 34 99,666 0,334 0,37
Alimentare numai din bara Bus 3
Bus 1 98,850 1,15 1,28
Bus 2 98,532 1,468 1,63
Bus 3 97,76 2,24 2,49
Bus 5 99,061 0,39 0,44
Bus 6 97,76 2,24 2,49
Tabelul 3 (continuare) Bus 7 96,673 3,327 3,7 Bus 34 99,606 0,394 0,44
Alimentare numai din bara Bus 2 Bus 1 98,721 1,279 1,42 Bus 2 97, 851 2,149 2,38 Bus 3 98,536 1,464 1,65 Bus 5 99,429 0,571 0,63
Bus 6 98,536 1,464 1,63
Bus 7 95,192 4,81 5,34
Bus 34 99,767 0,233 0,26 AlimentareădinăBusă2ăşiăBusă3,ăcentralaădeălaăbaraă34ă
nuăesteăьnăПuncţiune
Bus 1 98,56 1,44 1,6
Bus 2 97,964 2,036 2,26 Bus 3 97,616 2,384 2,65
Bus 5 97,901 2,4 2,67
Bus 6 97,616 2,384 2,65
Bus 7 96,950 3,05 3,39
Bus 34 97,935 2,065 2,29
Dep șirea nivelului de flicker la bara Bus 1
220ăkVăseătransmiteălaăbaraă400kVăaăcentraleiăşiă seă propaР ă laă distanţeă mariă ьnă reţeauaă deă transport.ăDeăasemenea,ădinăBaraăBusă1ăaăstaţieiă suntă alimentateă şiă alteă liniiă astПelă c ă perturbaţiaă
ajunge la distanţeă mariă Пaţ ă deă loculă produceriiă acesteia.
Laă dataă intr riiă ьnă Пuncțiune a utilizatorului
Otel rie,ăstudiulădeăconectareălaăsistemăa acestuia
aăconsideratăc ăьnăstaţiaăBusă1ăerauăьnăПuncțiune 4 grupuri, care determinau o putere de scrutcircuit mult superioar ăvalorilorăactuale.
DateleădeăcalculăauăПostăvalidateăprinăm sur riă laă bareleă analiгate.ă Înă tabelulă 4ă sunt indicate
valoriă m surateă aleă indicatoruluiă deă Пlickeră peă
termen scurt PstlaăbaraăOţel rie.
Tabelul 4
Valoriăm surateăaleăindicatoruluiădeăflickeră ьnăsta iaă220ăkVăO el rie
Fazele A, B, C Pst95% 3,46 /3,67 /3,41 Plt95% 2,75 /2,93 /2,82
Dină analiгaă dateloră determinateă seă observ ă Пaptulăc ănivelulăperturbaţieiăьnăstaţiileăapropiateă
electrică deă utiliгatorulă perturbatoră dep şescă
limitaă admis ,ă Пiindă dependenteă deă structuraă reţeleiădeăalimentareădinăгon ăşiădeănum rulădeă Рrupuriă conectateă ьnă centraleleă electriceă apropiate.ăValorileăceleămaiăridicateăşiăcareăsuntă
ьnă aПaraă limiteloră admiseă sunt ьnreРistrateă laă
bareleă Busă 2ă şiă Busă 3ă dină careă esteă alimentat ă
staţiaă 220ă kVă Oţel rie. Valori mari ale
perturbaţieiăseăpropaР ăăьnăreţeauaădeătransportăьnă caгulăьnăcareădeconectareaăuneiăsurseăconduceălaă reducereaă puteriiă deă scurtcircuită şiă deciă aă
rigidit ţii nodurilor din sistem.
4. Concluzii
Modificarea structurii surselor de generare a
enerРieiă electriceă datorat ă reduceriiă niveluluiă enerРieiăutiliгate,ăaăПuncţion riiăpieţeiădeăenerРieă baгat ăpeăcosturiăşiămaiăpuţinăpeăcriteriiătehniceă
precumă şiă conectarea surselor regenerabile a
determinatămodiПicareaăimportant ăăaăputerilorădeă
scurtcircuităăьnănoduriă(cuăăpсn ălaă40///50%)ăьnă
careăsuntăconectaţiăăutiliгatoriăperturbatori.ăAstПelă c ă dac ă ьnă Пaгaă deă proiectareă aă obiectivuluiă
(ьnainteă deă 1990)ă nuă ap reauăprobleme privind
calitateaă enerРieiă electriceă ьnă preгentă nivelulă perturbaţiiloră careă seă propaР ă ьnă sistemă poateă
aПectaă calitateaă enerРieiă electriceă Пurniгat ă altoră
utilizatori din sistem.
Menţinereaăindicatorilorădeăcalitateăьnălimiteleă acceptateă necesit ă ca,ă ьnă Пuncţieă deă structuraăă posibil ă aă reţeleiă ьnă гonaă utiliгatorilorăă perturbatori,ăs ăseăaleaР ădeăc treăOperatorulădeă
rețeaă aceaă conПiРuraţieă careă conduceă laă
perturbaţiiă minimeă laă bareleă laă careă suntă alimentaţiăalteăsarciniă(surseăsauăutiliгatori).
ModiПic rileă ьnă structuraă sistemuluiă deă
enerРieă dară şiă modiПic rileă tehnoloРiceă ьn
procesele specifice utilizatorului perturbator
necesit ămonitoriгareaăindicatorilorădecalitateăşiă
avertiгareaă operatoruluiă deă distribuţieă laă ieşireaă
din limitele admise pentru calitatea energiei electrice [3, 4]. Este deci necesar ca la stabilirea schemei de funcționareă aă SENă s ă seă iaă ьn
considerareăeПecteleăasupraămodiПic riiăriРidit ții
nodurilorăьnăгoneleăcuăutliгatori perturbatori.
Bibliografie
[1] Hermina Albert ş.a., Calitatea energiei electrice. Contribuţii. Rezultate. Perspective, Editura AGIR, Bucureşti, 2013.
[2] Assessment of emission limits for the connection of fluctuating load installation to MV, HV and EHV power systems, IEC 61000-3-7/2008. [3] Electromagnetic compatibility (EMC) – Part
4-15: Testing and measurement techniques – Flickermeter – Functional and design specifications, IEC 61000-4-15:2009.
[4] Electromagnetic compatibility (EMC): Testing and measurement techniques – Power Quality Measurement Methods, IEC 60000-4-30/2012.
Despre autori.
Albert Hermina - Senior Consulting Engineer to the Institute for Studies and Power Engineering – (ISPE) Bucharest.
Her main activities were related to technical consulting, project manage-ment, basic and detail engineering in the fields of: power generation, power system, power transmission and distribution. She is the author of 10 original books in power fields, more than 250 articles of which 40 in foreign magazines and conference books.
