CC BY
30
Contribution of FACTS to the Electric Energy Quality in Distribution
Systems Chaki Oana
Energy Systems Department, Faculty of Energetics, University Politehnica
Bucharest, Romania
Abstract. Limitation of electromagnetic disturbances occurring in industrial processes and improving power quality are major concerns of professionals in the energy sector. The goal of the work consists in emphasizing the power quality problems incurred due to equipment, which causes disturbances in electricity distribution networks, and highlightes solutions for their effective functioning. The paper presents an application using specialized software to analyze power grids in order to create an overview of solutions for efficient operation of the distribution system in case when a user determines fluctuations of electrical supply voltage. The work aims verifying the connection of a STATCOM to limit disturbances, the data will be validated by experimental tests. Keywords: flicker, electromagnetic perturbations, STATCOM.
Aportul sistemelor FACTS la functionarea eficienta a sistemelor de distribute a energiei electrice
Ceaki Oana
Departamental Sisteme Electroenergetice, Facultatea de Energetica, Universitatea Politehnica
Bucureijti, Romania
Rezumat. Limitarea perturbador electromagnetice aparute in procesele industríale §i imbunatatirea calita^ii energiei electrice sunt preocupan majore ale speciali§tilor din sectoral energetic avand in vedere problemele create de abaterile de la conditiile normale de funcionare ale sistemului de distribute pentru utilizatorii conectati in aceasta retea. Lucrarea consta in scoaterea in evidenta a problemelor de calitate a energiei electrice aparute datorita echipamentelor care determina perturbatii in retelele electrice de distribute, precum §i in evidentierea unor solutii in vederea functionary eficiente a acestora. ín lucrare este prezentata o aplicatie realizata cu ajutorul unui software specializat in analiza retelelor electrice pornind de la un sistem de distribute real, cu scopul de a crea o imagine generala asupra solutiilor pentru o funcionare eficienta a sistemului de distribute pentru cazul unui utilizator care determina fluctuatii de tensiune in reteaua electrica de alimentare. Lucrarea urmare§te verificarea deciziei privind conectarea unui STATCOM pentru limitarea perturbatiilor, datele obtinute urmand a fi validate prin determinan experimentale.
Cuvinte-cheie: fenomen de flicker, perturbatii electromagnetice, STATCOM
Вклад FACTS в эффективную работу распределительных систем электроэнергии
Чаки Оана
Отделение энергетических систем, Факультет энергетики, Бухарестский политехнический университет,
Бухарест, Румыния
Аннотация. Ограничение электромагнитных помех, возникающих в производственных процессах и повышение качества электроэнергии занимают внимание профессионалов в области энергетики, принимая во внимание проблемы, создаваемые отклонениями параметров режима от нормальных условий работы системы распределения для пользователей, подключенных к этой сети. Работа заключается решении задачи проблемы качества электроэнергии, возникающей из-за работы оборудования, вызывающего сбои в работе распределительных электрических сетей, а также выявлении решения для их эффективного функционирования. В статье описывается приложение, с использованием специализированного программного обеспечения, использованное в реальной системе распределения электроэнергии с целью получения общего представления о технических решениях для эффективного функционирования электрических систем для случая одного пользователя, который создает флуктуации напряжения. Эта работа является обоснованием для установки STATCOM, данные будут подтверждены экспериментальными исследованиями.
Ключевые слова: фликкер, электромагнитные возмущения, STATCOM.
I. INTRODUCERE
Eficienta activitátlor industriale depind de calitatea energiei electrice utilizate.
Echipamentele moderne pot fi afectate de abateri de la calitatea energiei.
Perturbadle electromagnetice din sistemul de distribute sunt o problema pentru utilizatorii sensibili, iar fluctuatiile de tensiune pot afecta
atat eficienta echipamentelor acestora dar pot cauza §i efecte asupra sanatatii utilizatorilor [1].
De§i este imposibil de evitat degradarea parametrilor de calitate a energiei electrice in sistemele de distribute, totu§i nivelul acestora trebuie sa se incadreze in limitele acceptate de standardele in vigoare. In acest sens este necesara identificarea perturbatiilor evaluarea acestora §i adoptarea de decizii pentru limitarea lor [1,2]. Pentru limitarea fluctuatiilor de tensiune aparute in procesele industríale existá solutii tehnice eficiente care necesita investitii ce trebuie sa fie asumate de catre utilizatorii perturbatori. De asemenea pot fi luate in consideratie solutii prin reconfigurarea sistemului de alimentare a utilizatorilor perturbatori [1-3].
Fenomenul de flicker este un efect de jena vizuala asupra ochiului ce poate fi resimtit de anumiti utilizatori de lampi care sunt alimentate de la o sursa unde avem §i o sarcina
perturbatoare. Fluctuate de tensiune sau fenomenul de flicker depind de valoarea curentului de scurtcircuit, variatiile sarcinii perturbatoare §i tipul acestei sarcini in punctul comun de conectare (PCC) [1,2].
Astfel de variatii sunt determinate de functionarea cu §ocuri de putere activa §i reactiva a unor receptoare, cum ar fi cuptoare cu arc electric conectate in retele de distribute. Ca exemplu in figura 1 este prezentata variatia curentului electric absorbit de un utilizator perturbator care include un cuptor cu arc electric. Variatia curentului electric determina la barele de alimentare nivelul de flicker Pst indicat in figura 2.
Fig. 1. Variatia curentului electric absorbit de utilizatorul perturbator.
Fig. 2. Nivelul de flicker determinat de utilizatorul perturbator.
II. SISTEME FACTS PENTRU ÍMBUNÁTÁJIREA CALITÁJII ENERGIEI ELECTRICE
Sistemele actuale bazate pe electronica de putere pot asigura limitarea perturbatiilor sub forma de fluctuatii de tensiune.
Dezvoltarea echipamentelor electronice a permis utilizarea de solupi care sá asigure compensarea ín timp real a puterii reactive care are o pondere importantá ín generarea variapilor de tensiune §i astfel menpnerea calitápi energiei electrice ín limitele impuse.
O reducere semnificativá (de 4-6 orí) a fluctuafiilor de tensiune poate fi asiguratá prin conectarea de echípamente STATCOM [4-7].
Schema de principiu al unuí echipament STATCOM pentru limitarea circulafiei puterii reactive este indicatá în figura 3. Astfel transformatoarele TC, TCCAE de másurare a curentului electric §i transformatorul TT de másurare a tensiunii pun la dispozifie date în blocul de calcul BC pentru calculul puterii reactive necesará cuptorului cu arc electric §i transmit comenzi prin conectarea bateriei de condensatoare C la refeaua electricá invertorului Iv pentru transferul puterii reactive în refeaua electricá [1,5-6].
Utilizarea STATCOM conduce la avantaje din punct de vedere al eficienfei §i economiei pentru întreprindere, precum §i pentru ceilalfi utilizatori conectafi în sistem, oferind solufii pentru încadrarea calitáfii energiei electrice furnizatá în limitele standardizate. Eficienfa STATCOM trebuie sá fie verificatá pentru fiecare configurafie a refelei electrice de alimentare.
III. ANALIZA INFLUENJEI SISTEMULUI STATCOM
Lucrarea constá în analiza influenfei unui sistem STATCOM în punctul comun de conectare al unei instalafii perturbatoare, asupra nivelului fluctuafiilor de tensiune. Se considerá schema de alimentare a unui cuptor cu arc electric §i sistemul STATCOM conectat la tensiunea de 6kV cu o capacitate de compensare de 8 MVAr din figura 4.
Pentru evaluarea nivelului de flicker a fost realizatá simulatá schema unui sistem de distribuye prezentatá în figura 5, având conectatá o sarciná perturbatoare §i un sistem de compensare a puterii reactive §i a fost utilizat programul ETAP 12.6.
In Figura 6 se prezintá amprenta sarcinii perturbatoare asupra fluxului de putere în sistemul de distribuye §i se observá în punctul comun de conectare o scádere a tensiunii cu 6%.
In figura 7 se prezintá amprenta sistemului STATCOM asupra fluxului de putere în sistemul de distribuye, prin compensarea puterii reactive.
CAE
Fig. 3. Schema unei instalayi cu cuptor cu arc electric preväzutä cu STATCOM [1].
20000 Шас
Виз 19
3ua4 110 kV
ВизЮ 110 kV I
CC
Baal 4
110 kV
3ualS ~ 110 kV
Bus 11 110 kV
3usie 110 kV
ЭГАГСОМ
aooo
Lc-adl
aoooo мта
Fig. 5. Scheiina sistemului de distribuée.
иг
îooqq мтазс
Fig. 6. Fluxul de putere în sistemul de distribuée
D2
£0000 MVAsc
Fig. 7. Fluxul de putere in sistemul de distribuye cu STATCOM.
Din analiza proceselor au fost puse in eviden^á circa 20 varia^ii pe minut. Pentru cele 20 de varia^ii, Pst este egal cu 1 pentru AU/U=1,05% (fig. 8).
Valorile inregistrate au pus in eviden^á o variare de tensiune de 6%, ceea ce permite
evaluarea nivelului de flicker Pst prin raportare la variatia de tensiune pentru Pst=1. Rezultä, in acest fel un nivel de flicker la barele utilizatorului Pst =5,71. Aceastä valoare este confirmatä de mäsurärile efectúate cu echipamentul Fluke 434.
NU/U
8
4
3
8
6
5
4 /
3 J
2
0,1 0,2 0,4 0,8 1
2 3 4 6 810 20 40 60 100 Numâr de variatii pe minut
300
1000
10000
Fig. 8. Curba de iritabilitate (Pst = 1), pentru variatii dreptunghiulare çi echidistante.
Prin conectarea echipamentului STATCOM, vezi figura 7, tensiunea în punctul comun de conectare (PCC) a crescut la valoarea 101,73%, astfel câ nivelul de flicker a devenit practic nul.
Concluzii
Sistemele de distribuée actuale includ receptoare care pot determina perturbapi importante ce afecteazâ calitatea energiei electrice furnizatâ utilizatorilor conectap în aceeaçi retea.
Functionarea unui cuptor cu arc electric conectat în reteaua de medie tensiune a unei localitâti urbane determinâ fluctuatii de tensiune care au condus la afectarea utilizatorilor conectati la aceleaçi bare.
Pentru încadrarea nivelului de calitate în limitele acceptate a fost montat un echipament STATCOM pe baza rezultatelor unor verificâri
teoretice prin simulare care au fost validate prin másurári la barele utilizatorului perturbator.
Analiza efectuatá ín cadrul lucrárii a pus ín eviden^á faptul cá existá solupi tehnice eficiente pentru limitarea perturbapilor §i asigurarea nivelului de calitate a energiei electrice pentru utilizatorii conectap la acelea§i bare cu utilizatorul perturbator, acesta trebuind sá í§i asume investipa ín echipamentul de limitare.
Bibliografie
[1] Albert H., Gheorghe §., Golovanov N., Elefterescu L., Porumb R. Calitatea energiei electrice. Contribufii. Rezultate. Perspective, Editura AGIR, Bucure§ti, 2013.
[2] Golovanov N., Iordanescu I., Postolache P., Toader C., Popescu S., Porumb R., Lipan L. Instalafii electroenergetice §i elemente de audit industrial, Editura N'ERGO, Bucure§ti, 2008.
[3] Fuchs, E., F., Masoum, M. - Power quality in power systems and electrical machines, Elsevier Academic Press, 2008.
[4] Mohan, N. - Power electronics and drivers, MNPERE, Minneapolis, USA, 2003
[5] Ionescu, F., Floricäu, D., Nitu, S., Six, J., P., Delarue, P., Bogu§, C. - Power electronics. Static
converters, Technical Publishing, Bucure§ti, 1998
[6] Rashid M. H. Power electronics handbook, Academic Press, 2001.
[7] Power Quality Solutions for Industrial Customers, California Energy Commission: 2000.
Despre autor.
Cheaki Oana - doctorand Faculta^i de Energetica din UPB. Domeniul de cercetare: dispozitivele FACTS bazate pe electrónica de putere, sistemele de conducere prin calculator a sistemelor electroenergetice, protectiile numerice, tehnicile de inteligenta artificiala, dezvoltarea conceptului de retele electrice inteligente conform prioritatilor de cercetare ale Comunitatii Europene, tehnica tensiunilor
