Studiul privind schemele de protecție pentru separarea controlată a sistemelor electro-energetice

CAPITOLUL I INTRODUCERE

Energia electrică este produsă de sistemele de curent electric, care sunt infrastructuri critice, ale căror alimentare este vitală pentru economia unei naţiuni. Asigurarea continuă de resurse de energie electrică pentru a întâmpina cererea masivă reprezintă o provocare tehnică complexă. Ea presupune estimarea într-un timp real a stării sistemului, dar şi controlul şi coordonarea unităţilor generatoare, care au ca scop livrarea de curent electric către consumatori într-o manieră sigură.

Ca urmare, siguranţa reţelei sistemului de curent electric reprezintă o grijă majoră în întreaga lume. Totuşi, datorită deregulării, se operează cu sistemele de energie aproape de puterea lor maximă de încărcare.

Pe deasupra, constrângeri legate de protecţia mediului înconjurător împiedică expansiunea reţelelor de transmisie a energiei electrice să preîntâmpine creşterea cererii ulterioare. În consecinţă, sistemele de energie electrică sunt mai vulnerabile la perturbaţii grave, cum ar fi scurt circuite la piesele importante ale echipamentului. Astfel de pertrurbaţii pot cauza eşecuri în lanţ, ce pot duce la întreruperi de curent pe scară largă. De aceea este nevoie de noi scheme de control, ce au ca scop reducerea acestui risc. S-a dovedit faptul că separarea controlată a sistemului este o soluţie bună pentru această problemă.

Pentru a preveni eşecurile în lanţ au fost propuse şi instalate de către fabricanţi mai multe scheme de separare controlată. O bună schemă reduce impactul unei întreruperi către consumatori şi asupra economiei zonei afectate în acelaşi timp cu reducerea posibilităţii perimării echipamentului.

În această muncă de cercetare, se propune o nouă schemă de separare controlată a sistemului într-un timp real, folosindu-se transferul curentului şi sisteme de protecţie. În secţiunile următoare sunt descrise, pe scurt, structura sistemelor de energie electrică, fiabilitatea lor şi stadiile de operare; apoi, sunt prezentate şi discutate obiectivele şi contribuţia acestei teze.

1.1. Structura sistemului energetic

După cum este prezentat în Fig. 1.1, un sistem energetic tipic constă în unităţi generatoare, reţele de transmisie, reţele de distribuţie şi sarcini. Energia electrică este produsă de generatoare sincrone localizate la nivelul centralei electrice, care convertesc sursa primară de energie în energie electrică [1], [2]. În mod tipic, tensiunea energiei electrice produsă variază de la 10kV la 25 kV.

Această tensiune este apoi ridicată la nivele volatice mai mari variind de la 230kV la 765kV cu ajutorul transformatoarelor ridicătoare. Pasul următor îl reprezintă transmiterea energiei electrice la aceste tensiuni înalte prin reţeaua de transmisie. La substaţiile HV-MV, tensiunile sunt coborâte la nivele inferioare.

Aici, energia electrică este distribuită sarcinii prin fidere de distribuţie primare şi secundare, care depind de nevoia de consum de energie a clientului. De exemplu, consumatorii industriali, care au nevoie de o cantitate mare de energie electrică, sunt conectaţi la fiderele primare, în timp ce un grup de consumatori casnici sunt conectaţi la fiderele secundare.

Figura 1.1: Structura de baza a sistemului energetic.

1.2. Fiabilitatea sistemului energetic

Se spune că un sistem energetic este fiabil atunci cand el este capabil sa satisfacă cerinţele sarcinii, cu o continuitate acceptabilă a alimentării la o frecvenţă contractuală şi de calitate a tensiunii. Fiabilitatea sistemului energetic poate fi împărţită în două componente, şi anume, caracterul corespunzator al acesteia şi siguranţa. Caracterul corespunzător se referă la capacitatea sistemului de a genera suficientă energie care să întâmpine cererea sarcinii în fiecare moment.

Pe de altă parte, siguranţa este definită ca abilitatea unui sistem de a face faţă perturbaţiilor anormale, care pot fi cauzate de un scurt circuit sau declanşări neaşteptate ale releului, care rezultă în pierderi ale componentelor majore ale sistemului. Datorită tehnicii de calcul, nivelul de siguranţă N-1 este singurul nivel de siguranţă executat atât de către realizatorii sistemului energetic, cât şi de către operatorii centrului de control. Adică, aceasta funcţie verifică dacă sistemul are suficiente margini de reţinere în transmisie şi în generare pentru a suporta pierderea unei singure piese din echipament supusă condiţiilor de simetrie şi nesimetrie ale sistemului; ultimul include limite ale tensiunilor şi ale curenţilor din reţeua de transmisie.

Consiliul fiabilităţii electrice din America de Nord (NERC) şi diferite Consilii Regionale ale Fiabilităţii au elaborat standarde în planificarea şi operarea sistemelor. Aceste standarde asigură o operare sigură a sistemului energetic; ele au la bază următoarele cerinţe [1]: