Jon Nerbø Ødegård/DUK Sign. Ansvarlig/Adm. enhet: Hans Olav Ween/DUK Sign: Dokument ID: 17/ Dato:

Transkript

1 Ntat Sak: Veiledning til krav i FIKS m Fault Ride Thrugh-egenskaper fr prduksjnsanlegg Dkumentet sendes til: Saksbehandler/Adm. enhet: Jn Nerbø Ødegård/DUK Sign.. Ansvarlig/Adm. enhet: Hans Olav Ween/DUK Sign:. Dkument ID: 17/ Dat: Veiledning til funksjnskrav i FIKS m Fault Ride Thrugh-egenskaper fr prduksjnsanlegg Krav til Fault Ride Thrugh (FRT) egenskaper, dvs. evnen en prduksjnsenhet har til å hlde synkrnisme med nettet ved frbigående feil, har vært til diskusjn i lengre tid. I frbindelse med implementering av 'Netwrk Cdes Requirements fr Generatrs' har systemansvarlig gjennmført ny vurdering av funksjnskravene i FIKS. Systemansvarlig har etter innspill fra bransjen g leverandørene, samt gjennm egne analyser knkludert med at eksisterende krav til prduksjnsenheter tilknyttet nett med U<220 kv ikke er hensiktsmessig, g at alternative tiltak kan være mer samfunnsøknmisk rasjnelt. Med denne begrunnelsen gjøres nåværende krav til prduksjnsenheter tilknyttet nett med U 220 kv generell fr alle prduksjnsenheter. Dette innebærer lemping av dagens krav fr anlegg tilknyttet nett med U<220 kv. Krav til alle prduksjnsanlegg tilknyttet nettnivå U 132 kv er nå gitt av figur i FIKS (2012). Dette kravet tilsvarer freslått krav ved implementering av nytt teknisk regelverk 'Netwrk Cdes Requirements fr Generatrs'. Fr prduksjnsanlegg tilknyttet nett med spenning U<132 kv stiller ikke systemansvarlig FRT-krav.

2 Fr prduksjnsanlegg tilknyttet nett med U>220 kv er kravene iht. FIKS uendret. I ntat publisert av Statnett sak ref. 14/01770 g dk. ref innehlder kapittel 1 'Innledning' at 'Dette dkumentet reflekterer FIKS utgaven fra 2012 g gjelder inntil nye krav eller ny veiledning freligger'. I så måte gjør dette ntatet begge deler. INNHOLD 1 Innledning Endret Kravstilling i frhld til FIKS Frmål med krav i FIKS m Fault-Ride-Thrugh Frklaring til FRT-kurvene Feilklareringstid Restspenning under feil Gjenppbygning av spenning etter feil Parametere sm påvirker evnen til å verhlde kravet Relasjn til fs 14 - vedtak tilfeller g tidspunkt fr kravverifisering. 5 7 Utfrming av rapprt fr kravverifisering Frutsetninger når feil inntreffer Simulering av krtslutninger Vedlegg mal FRT-analyse... 7 Side 2

3 Spenning [p.u.] 1 INNLEDNING Frmålet med dkumentet er å gi systemansvarliges avklaring m krav til Fault Ride Thrugh-egenskaper. Dkumentet har hvedfkus på vannkraft, men er gså relevant fr termisk kraft g vindkraft. Tekst sm er sitat fra FIKS 2012 eller annen dkumentasjn er her gitt i kursiv skrift g med innrykk. 2 ENDRET KRAVSTILLING I FORHOLD TIL FIKS 2012 Henvisningen til FRT-kurvene gjøres i FIKS 2012 kapittel 3.2, 3.3 g 3.4 under Dimensjnering/ytelser ved feil i nettet fr henhldsvis vannkraft, vindkraft g termiske kraftverk. Aggregat med generatrtransfrmatr/vindkraftpark med hvedtransfrmatr mt nettspenning 132 kv skal frbli tilknyttet nettet ved feilfrløp g spenning med varighet sm vist i figur Kapittel 3.7 (s ) i FIKS 2012 innehlder krav til FRT, g erstattes i sin helhet av følgende; Dette avsnittet gjelder fr prduksjnsanlegg tilknyttet reginal- g transmisjnsnettet. Prduksjnsanlegg tilknyttet nett med nminell driftsspenning 132 kv skal perere g levere effekt innenfr følgende spenningsfrløp i tilknytningspunktet (i p.u. relatert nminell driftsspenning): Reduksjn til 0 % spenning i inntil 150 ms. Fulgt av spenningsøkning til 25 %. Fulgt av en lineær økning av spenningen pptil 90 % i løpet av 750 ms. Fulgt av knstant nettspenning 90 %. 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1-1 -0, Tid [s] Figur 1: Krav til prduksjnsanlegg tilknyttet nettspenning 132 kv. Side 3

4 3 FORMÅL MED KRAV I FIKS OM FAULT-RIDE-THROUGH Frmål med kravet er å frhindre at prduksjnsanlegg mister synkrnisme g kbles fra ut ved nrmal feilklarering i nett med nminell driftsspenning 132 kv. Dermed skal prduksjnstapet etter slike nettfeil begrenses fr å unngå mer alvrlige frstyrrelser, sm frekvenskllaps i et synkrnmråde eller verlast på linjer sm kan gi kaskaderende utkblinger. Feil på høyere spenningsnivå kan påvirke spenningen i et strt mråde g dermed risikere utfall av betydelig mengde prduksjn. 4 FORKLARING TIL FRT-KURVEN Prduksjnsanlegg kan frakbles nettet etter en ekstern feilhendelse dersm spenningen i tilknytningspunktet fr anlegget faller under aktuell spenningsprfil gitt av figur 1. Hvis spenningen i tilknytningspunktet er lik eller verstiger aktuell spenningsprfil skal anlegget behlde synkrnisme mt nettet under hele feilfrløpet. I kravet m FRT-egenskaper fr prduksjnsanlegg er spenningen referert til tilknytningspunkt. Dette er i denne sammenheng høyspentsiden av generatrtransfrmatr (GSU 1 ), eller hvedtransfrmatr mt nett fr vindkraftpark. Kurven er utarbeidet med utgangspunkt i: Feilklareringstid. Restspenning under feil. Gjenppretting av spenningen etter feil Feilklareringstid Dimensjnering av FRT-kurven tar utgangspunkt i mmentane feilklareringer, dvs. feilklarering av krtslutninger innen 100 ms. Feilklareringstiden 150 ms, sm benyttes i FRT-kurven, gir en sikkerhetsmargin mt ugunstige driftspunkter. Mmentan feilklarering har man ved feil i første sne av distansevern (ca. 80 % av linjen). Differensialvern eller vernkmmunikasjn mellm distansevern benyttes fr å sikre mmentan feilklarering fr alle feil. Dette er standard fr spenningsnivåene 300 g 420 kv, men sjeldnere benyttet på 132 kv Restspenning under feil Restspenningen er referert tilknytningspunktet. Feil kan skje nær tilknytningspunktet g resultere i en svært lav restspenning ned mt 0%, hvilket er dimensjnerende fr FRT-kurven Gjenppbygning av spenning etter feil Det er i FIKS krav til at prduksjnsanlegg kntinuerlig skal kunne perere uten utfall ved spenning 90 % g 105 % referert nminell verdi i tilknytningspunktet. Sm følge av dette benyttes en nettspenning på 90 % av nminell verdi sm stasjnær spenning, etter klarert feil g at spenning er gjenpprettet. Lavere spenning etter feil enn før feil er et resultat av at feilen medfører utkbling av feilbefengt linje, hvilket svekker nettet der prduksjnsanlegget er tilknyttet. 1 Generatr step-up transfrmer Side 4

5 5 PARAMETERE SOM PÅVIRKER EVNEN TIL Å OVERHOLDE KRAVET Det finnes mange parametere sm påvirker prduksjnsanleggets evne til å verhlde FRT-kravet. Disse gis punktvis i det etterfølgende. I parentes angis hva sm er psitivt fr parameterens verdi med hensyn til prduksjnsanleggets evne til å hlde synkrnisme: 1. Feilklareringstid (krt) 2. Spenning i tilknytningspunktet før feil (høy) 3. Spenning i tilknytningspunktet under feilfrløpet (høy) 4. Spenning i tilknytningspunktet etter feilklarering (høy) 5. Kraftsystemets krtslutningsytelse sett fra prduksjnsanleggets tilknytningspunkt (høy) 6. Generatrens aktuelle aktive effektprduksjn ved feil (lav) 7. Generatrens aktuelle reaktive effektprduksjn ved feil (høy) 8. Svingmasse/treghetsmment fr generatr g turbin (høy) 9. Transient reaktans hs generatren (lav) 10. Reaktans hs generatrtransfrmatr (lav) Parameterne i punktene 1-2 er definert av FRT-kurven. Parameterne i punkt 3-5 er avhengig av nettets egenskaper der prduksjnsenheten er tilknyttet. Da disse egenskapene varierer med endret nett-tplgi g prduksjn (lavlast/tunglast), er det viktig å benytte knservative frutsetninger, dvs. mimimal krtslytningsytelse. Parameterne i punktene 6 g 7 skal følge frutsetninger gitt i kapittel 7.1 i dette ntatet. Parameterne i punkt 8-10 er følgelig de sm skal velges fr at kravet kan verhldes, g fremfr alt er det svingmasse/treghetsmment sm kan tilpasses fr å ppfylle gitte krav. 6 RELASJON TIL FOS 14 - VEDTAK TILFELLER OG TIDSPUNKT FOR KRAVVERIFISERING Fr å fatte vedtak m idriftsettelse iht. frskrift m systemansvaret i kraftsystemet (fs) 14 krever systemansvarlig at tiltakshaver kan dkumentere at FRT-kravet er ppfylt. Dkumentasjn på at kravet er ppfylt skal fremlegges fr både nye prduksjnsanlegg g ved endringer i eksisterende anlegg, sm kan påvirke evnen til å verhlde kravet. Spesielt er dette aktuelt ved endringer sm medfører: Økt aktiv effektprduksjn. Reduksjn av svingmasse (treghetsmment) fr generatr eller turbin. Økning av transient reaktans (generatr + generatrtransfrmatr). Det påpekes her betydningen av at knsesjnær avklarer funksjnskravene i gd tid før idriftsettelse iht. fs 14. Dette fr nettpp å avklare tekniske frhld slik at knsesjnær ikke risikerer å måtte endre på avtaler eller planer. Dette er særdeles viktig da FRT-egenskapene påvirker dimensjnering av prduksjnsanlegg. Det er i etterkant både vanskelig g kstbart å mgjøre et feildimensjnert anlegg til å kunne ppfylle FRT-kravet. 7 UTFORMING AV RAPPORT FOR KRAVVERIFISERING Rapprt, sm viser at FRT-kravet verhldes, skal gjøres med utgangspunkt i dynamiske analyser (simuleringer). Typisk skal analyser vise at synkrnisme behldes ved feil, ved at rtrvinkelen/plhjulsvinkel tegnes sm funksjn av tiden ved feilhendelsen (se eksempel i Figur 7-1). Dkumentasjnen sm fremlegges skal bekrefte relevante frutsetninger fr kravppfyllelse. Mal fr dkumentasjn av FRT-egenskaper er gitt i vedlegg i dette ntatet. Wrd-versjnen av malen finnes på Statnetts nettsider. Følgende underavsnitt gir ytterligere støtte fr utarbeidelsen av slik rapprtering. Side 5

6 Figur 2: Rtrvinkel/plhjulsvinkelen hs en generatr, sm funksjn av tiden ved en feilhendelse. T alternative H-verdier fr generatren benyttes ved simulering. Spenningsfrløp i tilknytningspunktet er iht. FIKS. Rød kurve aggregatet er ikke stabilt g går ut av synkrnisme, grønn kurve aggregatet er stabilt Frutsetninger når feil inntreffer Muligheten til å verhlde kravet påvirkes av aktuell aktiv g reaktiv effektprduksjn når feil inntreffer, slik det framgår av kapittel 5. FRT-kravet skal verhldes ved aktiv effektprduksjn lik merkeeffekt når feil inntreffer. Reaktiv effektprduksjn skal antas å være null (cs φ = 1) referert tilknytningspunktet. Muligheten fr å verhlde kravet er gså avhengig av kraftsystemets krtslutningsytelse i prduksjnsanleggets tilknytningspunkt iht. kapittel 5. Da høy krtslutningsytelse er psitivt ut fra et stabilitetssynspunkt skal knservative frutsetninger, dvs. minimum krtslutningsytelse (S k,min ). Det er netteier i tilknytningspunktet sm har ansvar fr å ppgi krtslutningsytelsen. Sm en frenkling benyttes samme krtslutningsytelse før g etter feil Simulering av krtslutninger Det frventes ikke at man ved simulering representer feilen i simuleringsverktøyet slik at spenningsfrløpet i tilknytningspunktet fr et prduksjnsanlegg eksakt følger FRT-kurven. Krtslutninger simuleres ved at feilen påtrykkes i tilknytningspunktet g feilklareringstiden tilpasses analysene beskrevet i kapittel 8. Spenningsstigningen etter feilklarering (både når det gjelder gradient g sluttnivå) blir et resultat av nettets egenskaper, snarere enn å være ne sm spesifiseres på frhånd. Ved gjenppretting av spenningen etter feilklarering gjelder første avsnitt i kapittel 4. Hvis spenningen hlder seg på eller ver relevant FRT-kurve skal prduksjnsanlegget frbli tilknyttet nettet. Anlegget tillates frakblet dersm spenningen faller under aktuell spenningsprfil. Side 6

7 8 VEDLEGG MAL FRT-ANALYSE Mal Resultater FRT-analyse Evnen et aggregat har til å mtstå nettfeil Malen tjener sm en standardisering av FRT-analyser g sm sammendrag fr vurdering av systemansvarlig. (Hvite felter fylles ut) Eier Firma 1. KONTAKT Dat: xx.xx.xxxx Kntaktpersn Telefn/e-pst Eventuelt utøvende enhet Firma Kntaktpersn Telefn/e-pst 2. GENERELL INFORMASJON Prduksjnsanlegg, Navn + driftsmerking Anleggsdel driftsmerking (A1, A2 sv... ] Merkeytelse, S n [MVA] Merkeeffekt, P n [MW] Nminell generatrspenning, U g [kv] Nminell spenning i tilknytningspunkt, U POC [kv] Svingmasse sm benyttes i analysen Inertia-knstant, H [s] Eller Generatrtidsknstant T a [s] Eller treghetsmment, J [kgm 2 ] Transient reaktans generatr, X d [p.u.] Dersm generatrtranfrmr; Reaktans transfrmatr, X t [p.u.] Dersm prduksjnsradial; Linjereaktans, X l [p. u. ] Krtslutningsytelse, S k [MVA] Eller krtslutningsstrøm, I k [ka] Side 7

8 Figur 3: Enlinjeskjema sm viser definisjnen av tilknytningspunkt, Pint f Cnnectin POC. S er tilsynelatende effekt fra generatr (S = P + jq). S POC er tilsynelatende effekt sm utveksles i tilknytningspunktet (S POC = P POC + jq POC ). 3. ANALYSE SOM SKAL GJENNOMFØRES Kritisk feilklareringstid Analysen skal dkumentere generatrens kritiske feilklareringstid (CCT Critical Clearing Time), definert ved den lengste feilklareringstiden, sm ikke resulterer i tap av synkrnisme/frakbling fra nettet. Dette fr å dkumentere kravet m ver 150 ms kritisk feilklareringstid. 4. FORUTSETNINGER FOR ALLE ANALYSER Følgende frutsetninger skal benyttes Aktiv effekt P = P n (Nminell prduksjn) Bekreftes (hukes av) Reaktiv effekt Spenning i tilknytningspunkt Nett før feil Q POC = 0 Q [p. u. ] = X t + X l (Null reaktiv utveksling i POC) U POC = 1 p. u. T alternativer huk av metde. Fr begge tilfeller frutsettes intakt nett; Benytte nettmdell mdellen skal representere tunglast, dvs. minimal krtslutningsytelse Nett etter feil Thevenin ekvivalent mdellerer nettet etter minimal krtslutningsytelse med spenningskilde U th = 1 p. u. g Z th = U th eller Z I th = U th k S. n Tilsvarende sm fr før feil. Mdellering av feil Mdelleres sm en metallisk krtslutning (Z feil = 0 p. u. ) i POC, med U POC = 0 p. u. i en gitt tid, t feil [ms] (Se kapittel 7.2) Side 8

9 5. RESULTAT AV ANALYSER Kritisk feilklareringstid Krav: > 150 ms Tallverdi fr kritisk feilklareringstid. Resultat: ms Vedlegges; Simulering med feilklareringstid lik krav, t feil = 150 ms; Tidsfrløp av spenningen i tilknytningspunktet U POC g på generatrklemmene U g. Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. Feilklareringstiden skal merkes i tidsfrløpet. Tidsfrløp av rtrvinkel/plhjulsvinkel. Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. Simulering med feilklareringstid lik kritisk feilklareringstid, t feil = t CCT ; Tidsfrløp av spenningen i tilknytningspunktet U POC g på generatrklemmene U g. Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. Feilklareringstiden skal merkes i tidsfrløpet. Tidsfrløp av rtrvinkel/plhjulsvinkel. Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. Simulering med feilklareringstid ca. 10 ms lengre enn kritisk feilklareringstid, t feil = t feil + 10ms (dette fr å vise ustabilitet); Tidsfrløp av spenningen i tilknytningspunktet U POC, på generatrklemmene U g g FRT-kravkurven (Figur 1 i dette ntatet). Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. Feilklareringstiden skal merkes i tidsfrløpet. Tidsfrløp av rtrvinkel/plhjulsvinkel. Aksene skal tydelig benevnes g merkes med verdier. 6. VEDLEGG Tidsfrløp fra tilhørende analyser Eventuelt: Egen rapprt Side 9

10 9 VEDLEGG EKSEMPEL TIDSFORLØP De vedlagte tidsfrløpene må tydelig vise feilklareringstiden g være tilstrekkelig frstørret slik at resultatene er tydelige. Figur 4: Typisk tidsfrløp fr spenning i tilknytningspunkt når synkrnisme mt nettet behldes. Figur 5: Typisk tidsfrløp fr spenning i tilknytningspunkt når synkrnisme mt nettet tapes ved feilklareringstid > CCT. Side 10

11 Figur 6: Typisk tidsfrløp fr rtrvinkel i tilknytningspunkt når synkrnisme mt nettet behldes (blå) g tapes (grønn). Side 11