Småkraftverks evne til å takle nettfeil

Transkript

1 NEF Teknisk møte Trondheim mars 2011 Småkraftverks evne til å takle nettfeil Av Astrid Petterteig, Trond Toftevaag og Jorun Marvik, SINTEF Energi AS Presentert av Astrid Petterteig Krav om at småkraftverk skal tåle en spenningsforstyrrelse uten å bidra til ustabilitet eller falle ut av synkronisme Småkraftverk 1-10 MW Rapporten bygger på arbeid utført i SINTEF-prosjektet Distribusjonsnett 2020 Finansiert av: Forskningsrådet, ABB, Agder Energi Nett, Hafslund, Trondheim Energi, HelgelandsKraft, NTE, Siemens, NVE og Nortroll 1

2 Småkraftverks evne til å takle nettfeil - å tåle en spenningsforstyrrelse uten å bidra til ustabilitet eller falle ut av synkronisme Hvilke feil? Kravformulering? Analyse og dokumentasjon av at kravet er oppfylt Påvirkes av. Kraftverkets egenskaper: Treghetskonstant (H) Transient reaktans (X d ) Synkron reaktans (X d ) Magnetiseringsutrustning Regulatorparametre Andre forhold: Arbeidspunkt (P 0 og Q 0 ) Plassering Feiltype og feilsted Andre generatorer Mange case Lastforhold 2

3 Feilanalyse Eksempel med og uten polslipp Kraftverk 20 km fra stasjonen (FeAl120), S n =4,8MVA, H=2 s, X d =3,11 & X d =0,343 Trefase kortslutning på naboavgang, feilvarighet 300 ms Feil 1,4 km ut på naboavgang Feil 1,45 km ute på naboavgang U G2CA [pu] U G2CA [pu] Spenning I_G2A [pu] I_G2B [pu] I G2C [pu] PG2_LV [pu] QG2_LV [pu] polhjulsvinkelg2 [grader] POLSLIPP Strøm Aktiv effekt Reaktiv effekt Polhjulsvinkel (grader) I G2A [pu] I G2B [pu] I G2C [pu] PG2_LV [pu] 300 ms polhjulsvinkelg2 [grader] QG2_LV [pu] 3

4 Feilanalyse Eksempel med ett kraftverk Feil 1,65 km ut på naboavgang, Feilvarighet 300 ms Kraftverk 10 km fra stasjonen U_G1CA [pu] 300 ms Spenning I G1A [pu] I_G1B [pu] I G1C [pu] PG1 LV [pu] QG1 LV [pu] polhjulsvinkelg1 [grader] Strøm Aktiv effekt P Reaktiv effekt Q Polhjulsvinkel (grader) Ingen problem med ETT kraftverk på avgangen 4

5 Feilanalyse Eksempel med to kraftverk på samme avgang Feil 1,65 km ut på naboavgang, Feilvarighet 300 ms Kraftverk 10 km fra stasjonen - første U G1CA [pu] Andre kraftverk 20 km fra stasjonen U_G2CA [pu] 300 ms Spenning I_G1A [pu] I_G1B [pu] I_G1C [pu] PG1 LV [pu] polhjulsvinkelg1 [grader] QG1 LV [pu] Strøm Aktiv effekt P Reaktiv effekt Q Polhjulsvinkel (grader) I G2A [pu] I G2B [pu] I G2C [pu] PG2_LV [pu] polhjulsvinkelg2 [grader] QG2_LV [pu] POLSLIPP når det er TO kraftverk på avgangen 5

6 Feilanalyse Analyse med og uten nett Analyse med nett: Feil på naboavgang, varighet 300 ms Kraftverk 20 km fra stasjonen Analyse uten nett: Spenningsprofil påtrykt i tilknytningspunktet Forenkla analyse Spenning Stasjon Tilknytningspunkt Spenning Tilknytningspunkt Generator polhjulsvinkel [grader] PG_LV [MW] Polhjulsvinkel (grader) QG_LV [MVAr] Aktiv effekt generator Reaktiv effekt generator Load_ang [grader] PLV G3 [MW] Polhjulsvinkel (grader) QLV G3 [MVAr] Aktiv effekt generator Reaktiv effekt generator

7 Krav stilt i andre nett Av Statnett (FIKS) i transmisjonsnett < 200 kv og i Sverige (SvK) i distribusjonsnett 7

8 Innspill til diskusjon - Krav til norske småkraftverk (1-10 MW) Skal tåle gitt spenningskurven i tilknytningspunktet m/ verste driftsmodus (P max & Q min ) Uavhengig av plassering og nettforhold, Gjelder trafo generator og magnetisering 85 % 70 % i 700 ms 50 % i 500 ms 30 % 300 ms 8

9 Innspill til diskusjon - Krav til norske småkraftverk (1-10 MW) Skal tåle gitt spenningskurven i tilknytningspunktet m/ verste driftsmodus (P max & Q min ) Uavhengig av plassering og nettforhold, Gjelder trafo generator og magnetisering 90 % 25 % 250 ms 9

10 Innspill til diskusjon - Krav til norske småkraftverk (1-10 MW) Skal tåle gitt spenningskurven i tilknytningspunktet m/ verste driftsmodus (P max & Q min ) Uavhengig av plassering og nettforhold, Gjelder trafo generator og magnetisering Standardisering 85 % % ms Hensiktsmessige krav, men ikke unødvendig strenge Unngå - for lite treghetsmoment - for stor reaktans (X d og X d ) - dårlig regulator - stort trekk av reaktiv effekt Q<<0 samtidig! 10

11 Sammendrag Mange relativet store vannkraftverk i distribusjonsnettet Behov for at disse ikke frakobles ved alle forbigående spenningsforstyrrelser. De må kunne forbli tilkoblet og støtte kraftsystemet uten at de selv forårsaker ustabilitet eller faller ut av synkronisme Må stille krav til generatorene Nevner forhold som påvirker generatorers evner til å tåle spenningsforstyrrelser Presenteres enkelte simuleringsresultater Foreslår: Stilles krav til generatorutrustningen (trafo og generator m/ magnetisering og regulator) uavhengig av generatorens plassering i nettet og andre nettforhold. Forenklet analyse i prosjekteringsfasen og standardisering av utrustning Innspill til videre diskusjon Mål: Få på plass felles krav som er hensiktsmessige men ikke unødvendig strenge 11