Reteaua electrica

Reteaua electrica

Reteaua electrica cuprinde trei parti, fiecare cu un rol diferit (vezi figura 12):

reteaua de inerconectare;

reteaua de transmisie;

reteaua de distributie.

Figura 12: Sectiuni si nivele de tensiune ale retelei

Reteaua de interconectare leaga marile unitati de productie si este proiectata in principal pentru a intra in actiune in cazuri de defectiuni de centrale. Ea opereaza la cele mai inalte nivele de tensiune: 380 si 220 kV. Conexiunile sunt facute cu linii aeriene.

Reteaua de transmisie este localizata iintre unitatile de productie si reteaua de distributie si opereaza la voltaje de 150 kV si 50 kV. Ea se conecteaza la reteaua de distributie la nivelul de de 10 kV. Puterea aparenta a unitatii de transformare este tipic 30-100 MVA la 150/10 kV si 20-60 MVA la unitati de 50/10 kV. La nivelul tensiunilor retelei de transmisie, sunt controlate puterea si distributia puterii reactive. Conexiunile pot fi facute cu linii aeriene sau cabluri. Transportul puterii CA prin cabluri la inalta tensiune este mai putin practica totusi din cauza puterii nominale reactiva a cablurilor, cauzata de natura capacitiva a izolatiei.

Reteaua de distributie conecteaza consumatorii, denumiti sarcini, la reteaua de transmisie. Nivelele normale de tensiune al retelei de distributie sunt 10.5 kV si 380 (→400) V. Conexiunile sunt facute prin cabluri subterane. Urmatorul paragraf descrie doua aspecte importante ale controlului retelei: controlul frecventei si al tensiunii (amplitudinii).

1 Controlul frecventei

Frecventa retelei este rezultatul actiunilor combinate ale tuturor controlerelor din retea, in principal influentate de marile centrale electrice. Frecventa este o variabila globala, adica oriunde ar fi masurata in retea, valoarea va fi aceeasi. Frecventa este determinata de echilbrul dintre puterea solicitata si puterea produsa minus piederile. O nepotrivire in putere va schimba frecventa:

  (15)

cu J momentul de inertie total al tuturor echipamentelor rotative din retea. Atat puterea de sarcina cat si puterea produsa depind de frecventa, vezi figura 1 O scadere a frecventei ar reduce puterea ceruta P_dem, functie de dependenta putere-viteza a instrumentelor mecanice, pompelor, ventilatoarelor si compresoarelor. Sarcinile rezistive nu depind de frecventa, sarcinile inductive sau capacitive depind dar nu consuma putere activa. Puterea produsa P_prod depinde de asemenea de frecventa, aceasta dependenta este implementata intentionat in control din motive de stabilitate. Setarile controlerului determina cat de multa putere va furniza o centrala comparativ cu alte centrale electrice. Pentru conditii de regim stationar, puterile reactive produse si consumate vor trebui de asemenea sa fie egale. Ambele depind de frecventa si voltaj si sunt controlate in tensiune.

Figura 13: Conditia de frecventa in regim permanent

Se disting patru nivele de control de frcventa, de asemenea denumite controlul puterii frecventei:

controlul rapid al frecventei la nivelul unei centrale individuale: linia de cadere;

control integral pentru resetarea frecventei la 50 Hz dupa ce a intervenit on offset;

comutare de productie;

in final, in caz de urgenta: incarcarea rostului, deconectarea de la retea a unor portiuni de retea.

1: Controlul primar al frecventei incearca sa reduca efectul schimbarilor de sarcina asupra frecventei cu costul unui mic offset de frecventa. Offsetul este rezultatul ceracteristicilor controlerelor individuale: o scadere in frecventa (numita cadere) rezulta in crestrea puterii produse (vezi figura 13).

Controlul primar lucreaza repede: in 2-3 secunde dupa o pertubare (nepotrivire in balanta puterilor). Intarzierea de timp este determinata de setarile controlerului si de intarzierile sistemului de injecie de carburant a producatorului. Caderea este incorporata pentru a face impartirea puterii mai usoara intre mai multe unitati. Pantele liniilor caderii nu trebuie sa fie egale pentru a avea o distributie a puterii acceptabila intre diferite unitati, vezi de exemplu figura 14.

Figura 14: Impartirea sarcinii si pasul sarcinii pentru doua  unitati, corectie secundara centrala 1

2: Pe o scala mai lunga a timpului, minute pina la zeci de minute, liniile de cadere a centraleleor electrice sunt decalate vertical, la putere constanta a unitatii de productie, pentru a recastiga frecventa de 50 Hz (vezi figura 14). Decalarea liniilor de cadere pot de asemenea schimba intentionat distributia de putere asupra unitatilor, fie pentru a localiza producerea puterii mai aproape de cerere si astfel reducand costurile, sau sa mentina suficinta capacitate de rezerva la o anumita centrala de productie.

3: Al treilea nivel de control asigura existenta unei cantitati adecvate de "rezerva de rotire" intr-o retea. Aspecte cum ar fi timpii de pornire pentru starturile reci si calde si asteptarile privind cererea de putere si productia independenta joaca un rol important aici. Suplimentar, acest nivel de control vizeaza o optimizare economica a sistemului de productie.

4: In conditii de urgenta, supraincarcare sau pierderea capacitatii de productie din cauza unor defecte tehnice ce rezulta in caderea de frecventa, regiuni din retea sunt deconectate pentru protejarea echipamentului de productie.

2 Controlul tensiunii

Controlul dinamic al tensiunii are loc la nivelul de interconexiune si nivelul de transmitere. Tensiunea este o variabila locala, asta insemnind ca este o valoare dependenta de locatie. Puterea se propaga in mod normal de la nivelul de interconexiune pina la nivelul de transmisie si cel de distributie.

Sarcinile controlului voltajului in retea la nivelul de interconexiune sunt:

de a mentine un voltaj constant la cetralele electrice;

de a mentine o distributie stabila a puterii reactive intre centralele electrice;

de a preveni tensiuni inalte in caz de pirderi de sarcina;

de a mari stabilitatea retelei in situatii de scurt circuit prin cresterea excitatiei si astfel sincronismul retelei (intre timp, rezistentele la scurtcircuit vor fi distruse).

Figura 15: Regulator de tensiune automat a unei masini sincrone(AVR)

Controlul primar al tensiunii retelei este executat de un set de controlere de voltaj ale tuturor generatoarelor sincrone ale centralelor electrice. Figura 15 arata un exemplu de circuit pntru un regulator automat de tensiune (AVR) pentru o masina sincrona. AVR-ul masoara tensiunea si si ajusteaza curentul de camp din rotorul masinii sincrone printr-un excitaor. O crestere in curentul de camp va creste tensiunea stator si defazajul (unghiul dintre componenta fundamentala a sinusoidei tensiunii si curentului). La tensiunea statorului constanta, o crestere a curentului de camp va creste puterea reactiva in retea, cum ar fi impartirea puterii reactive a acestui generator particular. Curentul si defazajul vor creste. Similar controlului primar de frecventa, controlul tensiunii aplica o cadere pentru a obtine un regim stationar bine definit si o distributie a puterii reactive intre diferite centrale electrice (vezi figura 16).

Figura 16: Caracteristica tensiunii AVR

Tipuri de controlere de tensiune regulatorul electronic si regulatorul mixt (de suprafata). Regulatorul electronic compara tensiunea masurata cu o valoare setata si un controler PID ajusteaza curentul de camp al masinii sincrone. La un regulator mixt, cunoscut ca si regulator cu amplificator magnetic, campul este determinat de doua contributii, unul proportional cu tensiunea rectificata si celalalt proportional cu amplitudinea curentului defazat. Cate o data este folosita o combinatie a ambelor tipuri.

Tensiunea unei locatii date in reteaua de distributie depinde de parametrii retelei (reactanta, capacitate si un cat mai mic grad de rezistenta) si curent. Reteaua de distributie nu este controlata, se bazeaza pe o filozofie de design pasiv si presupune propagarea puterii de la partea MV la partea LV. Puterea reflectata ar putea cauza probleme de control. Productia de putere in partea de tensiune mica va avea de asemenea consecinte pentru siguranta sistemului. Spre deosebire de instalatiile de putere conventionale, majoritatea turbinelor eoliene alimenteaza in reteaua de distributie la nivelul 10,5 kV.