MR – pr.7 Řízení frekvence v krizových stavech

Cíl Zhodnotit jakým způsobem se ES chová v podmínkách kdy není schopna udržet výkonovou bilanci. Definovat jakými prostředky je možno odvrátit kolaps účelové funkce systému – black-out. Zhodnotit použití krizových prostředků pro odvrácení kolapsu účelové funkce systému – rozbor black-outu.

Udržení výkonové bilance = poskytnutí systémové služby ES Udržení účelové (systémové) funkce soustavy v činnosti je základní podmínkou její existence. Provozuschopnost jakéhokoliv systému je v podstatě podmíněna udržením rovnováhy mezi jeho energetickou spotřebou a nutností jejího pokrytí z nějakého zdroje. O to více to platí u energetických systému, kde i krátkodobé narušení energetické nerovnováhy vede k jeho kolapsu. Pro činnost systému v reálném čase je proto nutné aby byla stanoven: Prvek systému odpovědný za udržení účelové funkce – přenosová soustava - PS. Nástroje pro vyhodnocení funkce systému a určení stupně jeho narušení – měření f, U, I. Vymezeny prostředky pro udržení systému v činnosti – regulační energie – RE. Metody pro navrácení, v co nejkratší době, systému do normálního stavu při jeho narušení – frekvenční , odlehčovací plán. Způsob odstavení systému z činnosti, v případě že jsou vyčerpány prostředky pro udržení systému v činnosti tak, aby po odstranění rušivého efektu, bylo možné systém, v co nejkratší době, vrátit do jeho normální činnosti – ostrovní provozy, strategie obnovy. Ad 1, - provozovatel přenosové soustavy – PPS (Transmission System Operator – TSO) Ad 2-5, - systémové služby nutné pro chod soustavy

Systémové služby ES - metody a prostředky Udržování kvalitativních parametrů ES - Narušení výkonové rovnováhy v ES, a tím i kvality systémové funkce, lze vyhodnocovat na základě měření změny parametrů v ES, proto se jím říká kvalitativní parametry ES. Těmito parametry jsou frekvence a napětí v ES. Udržování výkonové rovnováhy v reálném čase - Pro udržení kvality elektřiny v ES se využívají metody, které využívají odpovídající výkonové prostředky - RE. Obnovení provozu – Udržování výkonovýcch prostředků schopných uvést ES do provozu Dispečerské řízení - Řízení soustavy v reálné čase. Výkonové prostředky se uvádějí do činnosti s ohledem k rychlosti změny výkonové rovnice: automaticky ve stanovených místech soustavy podle způsobu regulace která probíhá decentralizovaně nebo centralizovaně z řídícícího místa - dispečinku ES, na vyžádání dispečinku ES. Výkonové prostředky lze klasifikovat tedy podle: rychlosti jejich působení: vteřinové – primární regulace minutové – sekundární regulace hodinové – terciální regulace zda jsou v daný čas v provozu točivé netočivé

Regulační zálohy v ES

Metody a prostředky výkonové rovnice METODY UDRŽOVÁNÍ KVALITY ELEKTŘINY udržování souhrnné výkonové zálohy pro primární regulaci frekvence sekundární regulace f a P sekundární regulace napětí terciární regulace napětí zajištění kvality napěťové sinusovky zajištění stability přenosu kritéria pro posuzování kvality elektřiny vycházejí z platných technických norem PROSTŘEDKY PRO UDRŽOVÁNÍ VÝKONOVÉ ROVNOVÁHY - v reálném čase Služba využívá tyto technicko organizační prostředky: – SEKUNDÁRNÍ REGULACE f a P – TERCIÁRNÍ REGULACI VÝKONU – DISPEČERSKÉ ZÁLOHY: slouží pro pokrývání výkonové nerovnováhy, která vzniká tím, že účastníci trhu (SUBJEKTY ZÚČTOVÁNÍ ODCHYLEK) nejsou dlouhodobě (více než cca 2 hodiny) schopni dodržet plánované odběrové diagramy nebo DIAGRAMOVÉ BODY. pokrývají nedostatek výkonu vzniklého výpadkem zdrojů nebo větším odebíraným výkonem oproti sjednanému odběrovému diagramu, který provozovatelé zdrojů nebo uživatelé nejsou schopni nebo ochotni nahradit vlastními prostředky (např. nákupem elektřiny na VYROVNÁVACÍM TRHU)

Plán a skutečnost DDZ

Schéma působení RE

Provozní stavy ES - 1 PPS je zodpovědný za řízení ES v rámci svého dispečerského řízení ES = udržování výkonové bilance a kvalitativních parametrů – f,U v reálném čase. Činnosti vykonávané dispečinkem přenosová soustavy při dispečerském řízení se liší podle situace která nastává v PS. Normální stav – UDRŽOVÁNÍ KVALITY ELEKTŘINY - běžný provozní stav nevybočující z jmenovitých (limitních) hodnot: dodavatelé i odběratelé plní svoje diagramy. RE je dostatečná na udržení kvalitativních parametrů v povolených mezích. Při tomto stavu se monitoruje se stav soustavy a reaguje na odchýlené hodnoty provozních veličin, a to aktivací podpůrných služeb (PpS), manipulacemi v PS a spoluprací s provozovateli sousedních soustav: udržování souhrnné výkonové zálohy pro PRIMÁRNÍ REGULACI frekvence SEKUNDÁRNÍ REGULACE f a P

Provozní stavy ES - 2 Výstražný stav – UDRŽOVÁNÍ VÝKONOVÉ ROVNOVÁHY -parametry soustavy (f,U) se dostávají mimo toleranční pásma přijímá se opatření provozního charakteru s cílem obnovy normálního stavu: SEKUNDÁRNÍ REGULACE f a P TERCIÁRNÍ REGULACI VÝKONU DISPEČERSKÉ ZÁLOHY: slouží pro pokrývání výkonové nerovnováhy, která vzniká tím, že účastníci trhu (SUBJEKTY ZÚČTOVÁNÍ ODCHYLEK) nejsou dlouhodobě (více než cca 2 hodiny) schopni dodržet plánované odběrové diagramy nebo DIAGRAMOVÉ BODY. pokrývají nedostatek výkonu vzniklého výpadkem zdrojů nebo větším odebíraným výkonem oproti sjednanému odběrovému diagramu, který provozovatelé zdrojů nebo uživatelé nejsou schopni nebo ochotni nahradit vlastními prostředky (např. nákupem elektřiny na VYROVNÁVACÍM TRHU)

Provozní stavy ES - 3 Havarijní stav – STAV NOUZE – parametry se nacházejí ve stavu hrozícím rozpadu soustavy. Za této situace je v rámci odpovědnosti PPS (ČEPS) použito speciálních postupů pro navrácení soustavy do normálního stavu v době co možná nejkratší. Tyto postupy zahrnují: návrat do jmenovitých hodnot - FREKVENČNÍ PLÁN omezení spotřeby (omezení mezinárodních dodávek/odběrů)– VYPÍNACÍ PLÁN –součást frekvenčního plánu schopnost soustavy pracovat v mimo-limitních stavech – OSTROVNÍ PROVOZ

Provozní stavy ES Rozpad soustavy – NARUŠENÍ FUNKČNOSTI ÚČELOVÉ UNKCE – nastává frekvenční kolaps v ES. frekvenční kolaps lze definovat na základě statických charakteristik zdrojů a spotřeby- viz.obr. Pokud se pracovní bod ES bude nacházet v blízkosti Pmax (tj. bude nedostatek točivé rezervy), výkonová rovnováha se s velkou pravděpodobností neobnoví a nastane frekvenční kolaps. K tomu může dojít, jestliže některé bloky nedokážou přejít do ostrovního provozu. schopnost navrátit soustavu zpět do normálního stavu - PLÁN OBNOVY, START ZE TMY

Frekvenční plán ES Frekvenční plán jsou „ruční“ a automatické činnosti, které při vybočení kmitočtu od normálních hodnot mají za cíl: zamezit pádu kmitočtu do hodnot kdy působí systémové automatické frekvenční odlehčování (SAFO) klesá-li dále kmitočet, tak působením SAFO a lokálním automatickým odlehčováním (LAFO) zamezit poklesu kmitočtu do nebezpečných hodnot pro energetická zařízení a udržet části ES v ostrovním provozu nejsou-li předchozí opatření úspěšná, pak zajistit včasné odpojení elektráren do provozu na vlastní spotřebu a tím umožnit rychlou obnovu provozu ES zamezit vzrůstu kmitočtu do nebezpečných hodnot pro energetická zařízení a udržet části ES v ostrovním provozu nejsou-li opatření úspěšná, pak zajistit včasné odpojení elektráren do provozu na vlastní spotřebu a tím umožnit rychlou obnovu provozu ES

Frekvenční plán - výrobny Tři pásma provozu vzhledem k změnám frekvence pro jednotlivé typy elektráren

Frekvenční odlehčování Čtyři stupně systémového frekvenčního odlehčování zátěže pomocí frekvenčních relé instalovaných v rozvodnách 110 kV a 22 kV provozovatelů distribučních soustav v systému frekvenčního odlehčování je připojeno 50 % celkové zátěže ČR. Relé dávají signál k vypnutí příslušnému vypínači bez umělého časového zpoždění.

Jednotlivá opatření při poklesu – vzrůstu kmitočtu 49,8 Hz odpojení bloků od centrálního regulátoru přepnutím do otáčkové regulace (ROP) odpojení sekundární regulace od ARN 49,8 – 49,2 Hz automatické, postupné (s klesajícím kmitočtem) odpojování jednotek PVE z čerpadlového provozu (ČP) a najíždění jednotek do generátorového provozu (GP) EDST (Dlouhé Stráně) je instalována automatika podle projektu, zajišťující postupné (s klesajícím kmitočtem) odepínání z ČP a najíždění do GP EDA (Dalešice) je jednoduché vypínání z ČP všech jednotek při stejném kmitočtu f = 49,8 Hz – připravit návrh na postupné (s klesajícím kmitočtem) vypínání a posléze i automatiku na postupné najíždění do GP 49,0 – 48,1 Hz systémové automatické frekvenční odepínání spotřeby (SAFO) výše 50% z celkové spotřeby ES stanovena UCTE rozdělení do 4 stupňů: (49,0 – 48,7 – 48,4 – 48,1 Hz) koordinováno v rámci CENTREL realizace je prováděna v distribučních společnostech v distribučních společnostech jsou realizována i lokální automatická frekvenční odlehčování spotřeby (LAFO) 48,0 – 47,5 Hz postupné odpojování elektráren (PPE, JE, UE) od sítě na provoz na vlastní spotřebu 50,2 Hz přepnutí do otáčkové regulace (ROP) 51,5 – 53,0 Hz postupné odpojování PVE, PPE, JE a UE na provoz na vlastní spotřebu

Velké Black-outy Postiženo Kde Kdy (mil. obyvatel) 2005 Java-Bali Black-out 100 Indonésie 8.8.2005 1999 Southern Brazil blac-kout 97 Jižní a jihovýchodní část Brazílie 11.3.1999 2009 Brazil and Paraguay black-out 87 Centrální, jižní a jihovýchodní část Brazílie a celá Paraguay 10-1.11.2009 Northeast blackout of 2003 55 Severovýchodní část 14-15.8.2003 Severní Ameriky 2003 Italy black-out 55 Celá Itálie kromě Sardinie 28.9.2003 Northeast blackout of 1965 30 Severovýchodní část 9.11.1965 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_outages

Spouštěcí impuls black-out

ES - Itálie

Paralelní toky vlivem obchodu do Itálie

Průběh poruchy V noci na 28.9.2003 dovážela Itálie 6651 MW. Vlivem vysokého zatížení vedení 380 kV Lavorgo – Mettlen ve Švýcarsku došlo k zvětšení průhybu lan a kontaktu na stromy v koridoru Vedení se nepodařilo znovu zapnout Švýcarský provozovatel žádá a snížení importu o 300 MW, což italský provozovatel do 10 minut provedl Výpadek dalšího vedení – opět zkratem – pak následuje lavinovitý výpadek hraničních vedení Itálie a oddělení od zbytku soustavy UCTE, jak ukazuje obrázek

Příčiny –black-outu Neúspěšné opětné zapnutí vedení po trvajícím jednofázovém zkratu (kontakt lana na vegetaci) Nerozpoznání urgentní situace při přetížení vedení a nedostatečné opatření pro jeho odlehčení (snížení importu jen o 300 MW byla nedostatečná – PVE s výkonem kolem 3000 MW byly ponechány v režimu čerpání). Napěťový kolaps a ztráta statické stability po přechodu Itálie do ostrovního provozu což vedlo k blackoutu. •edostatečné provádění údržby koridorů – ořezávání stromů pro udržování bezpečné vzdálenosti od vodičů. Řada bloků nezvládla přechod do ostrovního provozu a byla předčasně vypnuta

Průběh f v propojených ES - Itálie

Průběh poruchy

Rozpad UCTE do ostrovů

Toky v ES před a po black-outu

Naměřené hodnoty frekvence v ostrovech