C2 11 JEDNO REŠENJE IMPLEMENTACIJE I VIZUELIZACIJE FUNKCIJE REGULACIJE FREKVENCIJE I SNAGA RAZMENE U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU

Transcription

1 STK D2 STK C2 14. simpozijum UPRAVLJANJE I TELEKOMUNIKACIJE U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU Tara, jun god. C2 11 JEDNO REŠENJE IMPLEMENTACIJE I VIZUELIZACIJE FUNKCIJE REGULACIJE FREKVENCIJE I SNAGA RAZMENE U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU LJ. FRANCUSKI*, A. SELAKOV, F. KULIĆ Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad V. PERIĆ, DMS Grupa doo Novi Sad Sadržaj U ovom radu je predstavljeno jedno rešenje implementacije i vizualizacije funkcije regulacije frekvencije i snaga razmene u elektroenergetskom sistemu. Vizualizacija i računanje greške regulacione oblasti su implementirane u Visual Studio.NET okruženju, i oslanjaju se na MATLAB model, u kome su implementirane funkcije sekundarne regulacije snaga i frekvencija. Ključne reči: LFC AGC Visual Studio Baza podataka 1.UVOD Osnovni cilj regulacije učestanosti i aktivnih snaga u elektroenergetskim sistemima (EES) je održavanje ravnoteže između proizvodnje i potrošnje električne energije. Potrošnja el. energije tokom 24h nije konstantna, već zavisi od ljudskih aktivnosti. Nominalni uslovi u sistemu se održavaju promenom proizvedene snage ΔP g zbog kompenzacije poremećaja potrošnje [1,2]. Primarna regulacija podrazumeva spontano dejstvo regulatora pogonskih mašina sinhronih generatora koji su osetljivi na promene učestanosti. Sekundarna regulacija predstavlja naknadno dejstvo na primarnu regulaciju preko ulaza za spoljnu naredbu turbinskih regulatora radi eliminisanja statičke greške učestanosti i/ili snaga razmene [3]. Sekundarna regulacija se zasniva na ponašanju sistema u ustaljenom stanju, pri čemu se regulaciono dejstvo u jednoj oblasti EES preduzima samo ako je ta oblast odgovorna za poremećaj ravnoteže između proizvodnje i potrošnje. Regulaciona oblast je sposobna da sopstvenu potrošnju uravnoteže sa sopstvenom proizvodnjom uz tačno definisane tehničke i ekonomske uslove. Najčešće se granice regulacione oblasti poklapaju sa granicama elektroenergetskog sistema [4,5,6]. Ovaj rad je podeljen u šest celina. Nakon uvodnih razmatranja sledi kratak opis osnovnih funkcija sekundarne regulacije, opis AGC funkcije sa posebnim osvrtom na LFC modul. U poglavlju 4 je prezentovana sama aplikacija sekundarne regulacije. Poslednje poglavlje daje zaključna razmatranja, a nakon toga je dat spisak korišćene literature. 2.OSNOVNE FUNKCIJE SEKUNDARNE REGULACIJE Postoje četiri različita moda sekundarne regulacije koja pokrivaju sva moguća radna stanja u jednom EES-u. To su osnovni, permisiv, korekcioni i havarijski mod. Na slici 1. dat je šematski prikaz glavnih funkcija sekundarne regulacije u osnovnom modu. * Ljubomir Francuski, Katedra za automatiku i upravljanje sistemima; Fakultet tehničkih nauka, Trg Dositeja Obradovića 6, Novi Sad

2 Slika 1. Funkcije sekundarne regulacije osnovni regulacioni mod U osnovnom regulacionom modu, sekundarna regulacija EES u interkonekciji (Automation Generation Control - AGC) ima dva osnovna zadatka: Održavanje učestanosti i snaga razmene na međusistemskim spojnim vodovima (LFC Load Frequency Control ) Raspodelu aktivnih opterećenja na generatore u pogonu ekonomski dispečing ( Economic Dispatch Control EDC) Ovim dvema osnovnim funkcijama se dodaju još i funkcija kontrole performansi ( Performance Monitor PM), kontrole proizvodnih rezervi ( Reserve Monitor - RM) i proračuna kontrole proizvodnih troškova ( Production Cost Monitor - PCM), znači u osnovnom modu regulacije od primarnog interesa je ekonočnost rada generatora. Zadatak LFC bloka je održavanje energetske ravnoteže između proizvodnje i potrošnje aktivnih snaga u EES u. Zasnovana je na sporoj regulaciji odatih generatorskih snaga u realnom vremenu. Ekonomski dispečing ima za cilj najekonomičniju raspodelu opterećenja između proizvodnih agregata unutar jednog EES, često se naziva i tercijarna regulacija. Funkcija kontrole performansi (PM) proračunava indekse performansi i vodi statistiku performansi sistema uz zadovoljenje pravila interkonekcije. Funkcija kontrole proizvodnih rezervi vodi statistiku raspoloživosti proizvodnih agregata u rezervi dok funkcija za proračun proizvodnih troškova (PCM) određuje proizvodne troškove na osnovu podataka iz ekonomskog dispečinga. U permisivom modu posebna pažnja se posvećuje smanjenju greške regulacione oblasti uz uvažavanje baznih snaga generatora dobijenih iz ekonomskog dispečinga. U havarijskom modu najveći akcenat se stavlja na sigurnost sistema uz očuvanje integriteta interkonekcije. Naime sistem kod koga su nastupili veliki poremećaji dobija havarijsku ispomoć od drugih sistema u interkonekciji i menjanjem ugovorenih snaga razmene. Sam sistem kod koga je nastao poremećaj uvodi svoje obrtne rezerve a u krajnjem slučaju pribegava rasterećenju potrošnje (isključenje pojedinih grupa potrošača). U korekcionom modu vrši se korekcija grešaka sinhronog vremena i ugovorenih energija razmene što se vrši menjanjem referentnih vrednosti i snaga razmene na mrežnim regulatorima u pojedinim sistemima. 3.AGC FUNKCIJA AGC predstavlja sistem sekundarne regulacije namenjen upravljanju povezanih EES. Zadatak AGC-a je: - održavanje učestanosti sistema na nominalnoj vrednosti - regulacija snage razmene sa susednim EES i održavanje snage razmene na planiranim vrednostima 2

3 - regulacija proizvodnje prema opterećenju sistema, tj. regulacione oblasti - korekcija vremenske greške i neželjene snage razmene na zahtev operatora - ekonomična raspodela opterecenja sistema između regulacionih agregata u sistemu, pri čemu se prva četiri zadatka obavljaju kroz LFC modul, a zadnji zadatak se obavlja kroz EDC modul. Na slici 2 data je opšta struktura AGC-a. 3.1 LFC modul Slika 2. Blok šema AGC funkcije LFC modul vrši obradu i filtriranje regulacione greške, njeno eliminisanje (upotrebom PI regulatora), alokaciju proizvodnje, upravljanje regulacionim agregatima i korekciju vremenske greške i neželjene snage razmene (u korekcionom modu). Neophodne podatke LFC modul dobija od operatera, iz ekonomskog dispečinga i iz sistema za planiranje razmene. Struktura LFC modula data je na slici 3. Procesiranje regulacione greške ACE podrezumeva određivanje regulacione greške u zavisnosti od trenutnog moda regulacije: 1. Regulacija ucestanosti i snaga razmene (Mod1) - ACE=(P1 Po) + B*(F1 Fo); 2. Regulacija snage razmene (Mod2) - ACE=P1 Po; 3. Regulacija ucestanosti (Mod3) - ACE=B*(F1 Fo); 4. Mod1 + korekcija vremenske greške (Mod4) - ACE=(P1 Po) + B*(F1 (Fo+ΔF1)); 5. Mod3 + korekcija vremenske greške (Mod5) - ACE=B*(F1-(Fo+ ΔF1)); 6. Mod1+korekcija neželjene razmene (Mod6) - ACE=(P1 (Po+ΔP1)) + B*(F1 Fo); 7. Mod2 + korekcija neželjene razmene (Mod7) - ACE=P1 (Po+ ΔP1); gde je: P1 stvarna snaga razmene (MW); Po planirana snaga razmene (MW); B regulaciona konstanta regulacione oblasti (MW / Hz); F1 stvarna ucestanost sistema (Hz); Fo planirana (nominalna) učestanost sistema (Hz). Filtriranje greške vrši se upotrebom digitalnog filtra čija je funkcija jednačina oblika: (1) Gde su FACE filtrirana regulaciona greška, α konstanta ujednačavanja; T period izvršavanja LFC, dužina trajanja ciklusa i t tekuće vreme. PI regulator je klasičan regulator po zakonu upravljanja, (2) gde je: FACE filtrirana regulaciona greška, Kp konstanta proporcionalnog dejstva, Ki konstanta integralnog dejstva, odnosno njegov diskretni ekvivalent. 3

4 Slika 3. Struktura LFC modula 4. IMPLEMENTACIJA I VIZUALIZACIJA FUNKCIJE AGC Aplikacija je implementirana u Microsoft Visual Studio u.net i čine je sledeći delovi Korisnički interfejs Modul zaračunanje ACE Komunikacija sa MATLAB om Baza podataka Uzimajući u obzir namenu i korisnike AGC aplikacije korisnički interfejs mora da pruži najveću moguću preglednost osnovnih podataka rada sistema i sa druge strane da omogući što lakši i brži pristup svim informacijama i akcijama koje izvodi operater. Startna forma prikazuje osnovne informacije iz sistema kao što su: trenutna vrednost frekvencije i greške, status upravljanja, izbor algoritma računanja greške, snaga razmene, nadgledanje rezervi kao i grafike kretanja frekvencije i greške, sto se može videti na slici 4. Slika 4. Početni i glavni prozor aplikacije 4

5 Pošto je program startovan prva stvar koja se mora uraditi da bi se obezbedio ispravan rad LFC regulatora je konfiguracija parametara. Parametri se unose u prozoru LFPC Parameters, što se može videti na slici 5. Slika 5. LFPC Parameters forma za unos osnovnih podešavanja Radi kvalitetnijeg praćenja rada sistema kao i bolje analize podataka akcenat u prikazivanju vrednosti je na grafičkim prikazima u formi trendova (slika 6.). 4.1 Modul za računanje ACE: Slika 6. Prikaz najvažnijih veličina u formi trenda Pre početka simulacije potrebno je izabrati algoritam po kom će se računati greška kao i kontrolni status regulatora. Izborna forma se može videti na slici 7. 5

6 Slika 7. Forma za izbor kontrolnog moda i algoritma za računanje greške Podržano je 8 najčešćih načina za računanje greške. Veličine koje su potrebne za računanje se dobijaju od MATLAB a [10,11,12,13]. Pošto je greška izračunata, filtrira se (dobijena vrednost se naziva FACE) i uvodi u PI regulator čiji je cilj svođenje vrednosti FACE na nulu. U praksi se vrednost greške svodi na male vrednosti u okolini nule. Kako se realizuje digitalni regulator, dobijena vrednost iz PI regulatora se potom diskretizuje [7]. 4.2 Komunikacija sa MATLAB om Component Object Modeli ili COM je skup objektno orjentisanih tehnologija i alata koji omogućuje integraciju specifičnih komponenti dobavljenih od različitih softverskih alata ili proizvođača softvera u aplikaciju koja se razvija [8]. Podrška za COM u MATLAB u omogućuje interakciju sa urađenim kontrolama, procesima na serveru kao i konfiguraciju MATLAB a kao računarskog servera kontrolisanog od strane klijentske aplikacije. MATLAB podržava više vrsta COM klijent server konfiguracija. Izabrana MATLAB Automation Server konfiguracija omogućuje izvršavanje komandi u MATLAB ovom radnom prostoru kao i kopiranje i čitanje matrica direktno iz radnog prostora. Izvedena konfiguracija je sinhrona što znači da svaka zadata naredba MATLAB u stopira izvršavanje programa dok MATLAB ne pošalje odgovor na zahtev, te se stoga MATLAB ne može koristiti za simulacije u realnom vremenu. 4.3 Baza podataka Jedan od osnovnih modula aplikacije je baza podataka koja čuva informacije o elektranama [9]. Informacije sadrže osnovne podatke o elektrani, dozvoljenim granicama rada i upravljanja kao i kontrolni mod rada. Operateru je omogućeno da unosi, menja i briše elektrane iz baze, što se može videti na slici 9, dok je izgled same baze prikazan na slici 8. Slika 8. Baza podataka za čuvanje informacija o elektranama 6

7 Slika 9. Forma za unošenje i čitanje informacija o elektranama 5. ZAKLJUČAK U ovom radu ukratko je opisana aplikacija za sekundarnu regulaciju učestanosi i aktivnih snaga razmene u slučaju više povezanih EES. Poseban akcenat je stavljen na računanje greške regulacione oblasti u zavisnosti od izbora moda regulacije. U predstavljenom rešenju, aplikacija se oslanja na MATLAB model dva povezana elektroenergetska sistema, ali se lako može prepraviti za rad na realnom sistemu. Prednost ovakvog pristupa realizaciji softvera jeste u mogućnosti testiranja u pojedinim fazama izrade čime se povećava njegova pouzdanost i olakšava otkrivanje i ispravljanje grešaka. Druga značajna činjenica jeste da se ovako koncipiran softver (realna aplikacija povezana sa simulacionim modelom) može koristiti za obuku ljudstva u korišćenju nadzorno upravljačkog softvera. 6. LITERATURA [1] Milan Ćalović; Regulacija elektroenergetskih sistema Tom 1, ETF Beograd, 1997, str.551 [2] P.M.Anderson, A.A.Fouad; Power System Control and Stability, IEEE Press, Wiley- Interscience, 2003, p.658. [3] J.Machowsky, J.W.Bialek, J.R.Bumby; Power System Dynamics and Stability, John Wiley and Sons, Baffins Lane, Chicester, England, p.461. [4] P.Kundur; Power System Stability and Control, McGraw-Hill Inc, New York, USA, 1994, p [5] N.Jaleeli, L.S.VanSlyck, D.N.Ewart, L.H.Fink, A.G.Hoffmann; Understanding automatic generation control, (Vol.7, No.3, 1992, pp ) [6] The UCTE Operation Handbook 2nd Progress Report, (11. Regulatory Forum 16./17.September 2004) [7] Damien Watkins, Mark Hammond, Brad Abrams, Programming in the.net Environment, Addison-Wesley Professional, [8] [9] Matthew MacDonald, ADO.NET in a Nutshell, O'Reilly Media, Inc.,

8 [10] V.Perić, F.Kulić; Simulacioni AGC model realnih elektroenergetskih sistema, (14.Simpozijum upravljanje i telekomunikacije u elektroenergetskom sistemu, Tara, jun 2008.) [11] S.E.Lyshevski; Engineering and Scientific Computation Using MATLAB, Wiley Interscience, USA, 2003, p.227. [12] S.T.Karris; Introduction to Simulink with Engineering Applications, Orchard Publications, USA, 2006, p.570. [13] Chee-Mun Ong; Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab/Simulink, Prentice Hall Ptr, Upper Saddle River, New Jersey, 1998, p.626. Abstract This paper describes one solution of implementation and visualisation frequency and power interchange control function in power system. Visualisation and calculation of Area Control Error are implemented in Visual Studio.NET Integrated Development Enviroment and rely on MATLAB model that implements actual regulation of frequency and interchange power. 8