Μέθοδοι ρύθμισης τάσης διανομής και μέγιστη μεταφερόμενη ισχύς ακτινικού δικτύου

Abstract

Η παρούσα εργασία μελετά υπάρχουσες και εναλλακτικές τεχνικές ρύθμισης της τάσης και του συντελεστή ισχύος σε υποσταθμους υψηλής τάσης/μέσης τάσης και γίνεται σύγκριση τους ως προς το πως επηρεάζουν τη μέγιστη μεταφερόμενη ισχύ σε ένα ακτινικό δίκτυο. Μηχανισμοί που μελετώνται είναι μετασχηματιστές με ΣΑΤΥΦ, εγκάρσιοι πυκνωτές, SVC και STATCOM. Κάθε σενάριο ελέγχου εξετάζεται σε δύο φάσεις. Σε πρώτη φάση γίνονται θεωρητικοί υπολογισμοί που αφορούν τη μέγιστη μεταφερόμενη ισχύ του δικτύου και τα χαρακτηριστικά μεγέθη των μηχανισμών ελέγχου και αντιστάθμισης. Σε δεύτερη φάση το δίκτυο προσομοιώνεται ώστε να φανεί στη πράξη η απόκριση του δικτύου σε κάθε σενάριο ελέγχου. Οι προσομοιώσεις γίνονται σε περιβάλλον MATLAB. Η εργασία περιλαμβάνει 6 κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή σε βασικές έννοιες των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ) και της ευστάθειας τάσεως. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται συνοπτικά μαθηματικές έννοιες που χρησιμοποιήθηκαν στη θεωρητική ανάλυση του δικτύου και των σεναρίων ελέγχου. Επίσης γίνεται μια ανάλυση των μετασχηματιστών με ΣΑΤΥΦ καθώς και των μηχανισμών αντιστάθμισης που εξετάστηκαν (εγκάρσιοι πυκνωτές, SVC και STATCOM). Στα κεφάλαια 3, 4 και 5 παρουσιάζονται τα σενάρια ελέγχου που εξετάστηκαν. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η περίπτωση ενός ακτινικού δικτύου χωρίς έλεγχο τάσης ή συντελεστή ισχύος καθώς και η συνήθης πρακτική ελέγχου της δευτερεύουσας τάσης διανομής του μετασχηματιστή και του συντελεστή ισχύος με ΣΑΤΥΦ και εγκάρσιους πυκνωτές αντίστοιχα. Στο κεφάλαιο 4 εξετάζεται η περίπτωση ελέγχου της δευτερεύουσα τάσης διανομής με χρήση εγκάρσιων πυκνωτών, SVC και STATCOM. Τέλος στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται δύο διαφορετικά σενάρια ταυτόχρονου ελέγχου της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας τάσης του μετασχηματιστή. Στο πρώτο σενάριο το ΣΑΤΥΦ ελέγχει τη δευτερεύουσα τάση ενώ εγκάρσιοι πυκνωτές συνδεδεμένοι στη μεριά της μέσης τάσης ελέγχουν τη πρωτεύουσα τάση. Στο δεύτερο σενάριο η δευτερεύουσα τάση ελέγχεται και πάλι από ΣΑΤΥΦ ενώ η πρωτεύουσα ελέγχεται από SVC που συνδέεται στη μεριά της υψηλής τάσης. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας και προοπτικές βελτίωσης και περαιτέρω μελέτης των σεναρίων που εξετάστηκαν.

This work studies the existing alternative voltage and power factor control methods in high/medium voltage substations. Additionally, a comparison is done on how these methods affect the maximum power transfer in a radial network. The devices that are examined are : LTC transformers, shunt capacitors, SVC and STATCOM.

Each control scenario is examined in two stages. In the first stage, the theoretical calculations related to the maximum power transfer and the characteristics of the control and compensation methods are performed. In the second stage, the network is computer simulated in order to show in practice the network response in each control scenario. The computer simulations are done in the MATLAB platform.

This work is divided in 6 chapters. The first chapter is an introduction on power system basics and voltage stability. The mathematics used for the theoretical analysis of the network are presented in chapter 2. In the same chapter, there is an analysis of LTC transformers and the controlling devices considered (shunt capacitors, SVC and STATCOM). In chapters 3, 4 and 5 the considered control scenarios are presented. In chapter 3 the case of a radial network without voltage and power factor control is presented. Also, the usual control method of secondary distribution voltage and power factor with LTC and shunt capacitors respectively is presented. In chapter 4, the secondary voltage control with shunt capacitors, SVC and STATCOM is examined. Finally, in chapter 5 two different scenarios of concurrent primary and secondary transformer voltage control are presented. In the first scenario, the LTC controls the secondary voltage while shunt capacitors at medium voltage side control the primary voltage. In the second scenario, the secondary voltage is controlled by LTC while the primary voltage is controlled by an SVC at the high voltage side. In chapter 6, the conclusions of this study are presented together with recommendations for further research.