N. Dizdarević, Unified Power Flow Controller in alleviation of voltage stability problem - Objedinjeni regulator toka snage u izbjegavanju nestabilnosti napona, doktorska disertacija, Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zavod za visoki napon i energetiku, Zagreb, Hrvatska, listopad 2001. godine
Opis: Problemi prijenosa električne energije i stabilnosti napona elektroenergetskog sustava u posljednjem su desetljeću postali jedan od glavnih izazova pri planiranju i pogonu ees-a. Jedan od osnovnih uzroka povećanog zanimanja svjetske znanstvene i stručne javnosti za probleme stabilnosti napona nalazi se u opasnom približavanju mnogih sustava granicama stabilnosti napona uslijed povećanog opterećenja sustava koje nije praćeno odgovarajućim povećanjem prijenosne moći. Globalna pojava više slomova napona s krajnjom posljedicom raspada ees-a uspostavila je problem stabilnosti napona kao jednu od najznačajnijih i najzanimljivijih grana istraživanja u području analize ees-a. Pokretanjem aktivnosti vezanih uz izradu doktorske disertacije nastoji se doprinijeti ranijem prepoznavanju nadolazećeg sloma napona te prepoznavanju odgovarajućih preventivnih mjera u svrhu njegovog izbjegavanja. U svjetlu preventivnih mjera, problem stabilnosti napona nadopunjen je analizom utjecaja suvremenih FACTS naprava (FACTS, eng. Flexible AC Transmission System), zasnovanih na energetskoj elektronici, koje posljednjih godina pored teorijskih razmatranja doživljavaju i svoje prve praktične primjene. Namjera je analizirati u kojoj mjeri FACTS naprave (posebice UPFC, eng. Unified Power Flow Controller) doprinose povećanju prijenosne moći i stabilnosti napona s dinamičkog i statičkog aspekta.
U razradi teme koristi se računalna analiza stabilnosti elektroenergetskog sustava. U svrhu razmatranja dinamičkih pojava u uvjetima dužih prijelaznih perioda smanjene razine sigurnosti, korištenjem programskog jezika FORTRAN razvijen je računalni program za simulaciju višestrojnog sustava u vremenskoj domeni kombiniranjem dinamičkih i statičkih aspekata analize. Program (cca 30 000 linija koda) kontinuirano se testira i verificira usporedbom s ostalim tržišno dobavljivim programima. Kako je ees po svojoj naravi označen dinamičkim svojstvima, analiza naponske stabilnosti uključuje različite dinamičke fenomenološke pojave. Stoga je dinamički aspekt sustava od primarnog značenja i uključuje modeliranje elemenata na proizvodnoj, prijenosnoj i distribucijskoj razini omogućujući provođenje simulacija u vremenskoj domeni praćenih statičkim metodama analize matrice varijabli stanja diferencijalno-algebarskog modela ees-a. Analiza korištenjem dinamičkog i statičkog aspekta neophodna je za poboljšanje postojećih modela te razvijanje upravljačkih djelovanja čime bi se potpomoglo lociranju relevantnih uređaja i prepoznavanju regulacijskih osobina doprinoseći kako rasvjetljavanju mehanizma sloma napona tako i njegovom izbjegavanju.
U prvoj fazi izrade, u program su uključeni različiti modeli generatora s generičkim upravljačkim sustavima povezani proračunima tokova snaga, modeli statičkih i dinamičkih opterećenja, asinkroni motori, LTC transformatori, prijenosni vodovi i čvorišta... Među metodama proračuna koje su uključene u program uz proračune tokova snaga prema Gauss-Seidel i Jacobi metodama nalazi se i brzi neulančeni proračun prijelaznih tokova snaga, zatim metoda rada s rijetko popunjenim matricama i Runge-Kutta metoda 4. reda pomoću koje se rješavaju diferencijalne jednadžbe korištenjem konstantnog koraka integracije. U drugoj fazi razvoja računalnog programa, statički aspekti lineariziranog modela elektroenergetskog sustava uključeni su u svrhu razmatranja svojstava matrice stanja i proširene Jacobi matrice što se pokazalo vrlo korisnim u općoj analizi stabilnosti (dekompozicija po singularnim i vlastitim vrijednostima i vektorima, analiza osjetljivosti, faktori participacije…). Statički aspekti dekompozicije matrica od velike su pomoći u prepoznavanju problema stabilnosti napona, dok objedinjeni regulator toka snage (eng. Unified Power Flow Controller, UPFC) kao središnji dio projekta predstavlja sredstvo potpore naponu. Stoga je u trećoj fazi razvoja programa iniciran postupak modeliranja FACTS naprava. UPFC se razmatra u svrhu prepoznavanja njegovih potencijalnih mogućnosti sudjelovanja u rješavanju problema stabilnosti napona. Statički i dinamički pristupi korišteni su pri analizi upravljačkog sustava modela UPFC-a koji treba omogućiti funkcije poprečne kompenzacije jalove snage, regulaciju napona, regulaciju toka snage u vodu, serijsku kompenzaciju i regulaciju kuta prijenosa uz istodobno zadovoljavanje višestrukih ciljeva upravljanja. UPFC ima jedinstvenu mogućnost istodobne uzdužne regulacije toka snage kroz prijenosni element i poprečne regulacije napona u čvorištu, dok statički pristup rezultira faktorima participacije uzdužnih prijenosnih elemenata i čvorišta u problemu stabilnosti napona. Korištenjem sličnosti prepoznatih osobina uvelike bi se doprinijelo postupku dimenzioniranja, lociranja i djelovanja UPFC-a u poremećenim stanjima napona. Štoviše, u modelu je primjenjena i metoda prigušenja elektromehaničkog njihanja zasnovana na teoriji funkcije prijelazne energije.
Analiza osjetljivosti minimalne singularne vrijednosti, gubitaka djelatne snage i ukupne proizvodnje jalove snage uslijed prijenosa provodi se u svrhu prepoznavanja kritičnih parametara i točaka u vremenskoj domeni tijekom scenarija sloma napona te razmatranja mogućnosti istodobnog korištenja sva tri regulacijska parametra UPFC-a. Očekuje se da analiza osjetljivosti, u slučaju njezine primjene u poopćenom obliku, rezultira pronalaženjem odgovarajuće lokacije i djelovanja UPFC-a. Mogućnosti potencijalnog korištenja te naprave istražuju se analitički na nekoliko višestrojnih test-sustava uporabom razvijenog računalnog programa. U test-sustavima se osobita pozornost povećuje modeliranju opterećenja, odnosno usporedbi različitih modela tereta (statički - dinamički) s obzirom na njihov doprinos razvoju scenarija sloma napona.
Izvorni znanstveni doprinos doktorske disertacije
U okviru znanstveno-istraživačkog rada, postavljeni su slijedeći općeniti ciljevi:
· objasniti problem stabilnosti napona i mehanizam sloma napona u višestrojnom ees-u,
· razviti analitičke metode korisne pri razmatranju problema, i
· pronaći odgovarajuće preventivne mjere u svrhu rješavanja problema.
Prema postavljenim ciljevima, među vlastitim postignućima koja se smještaju unutar okvira očekivanog izvornog znanstvenog doprinosa moguće je istaknuti slijedeće:
· razvoj vlastitog računalnog programa za simulaciju višestrojnog sustava u vremenskoj domeni kombiniranjem dinamičkih i statičkih aspekata analize, a u svrhu razmatranja dinamičkih pojava u uvjetima dužih prijelaznih perioda smanjene razine sigurnosti,
· razvoj modela i upravljačkog sustava UPFC-a prikladnog za uključivanje u vlastiti računalni program u svrhu definiranja uloge naprave i njenih regulacijskih djelovanja, te u svrhu definiranja metodologije dimenzioniranja i određivanja lokacije i vremena djelovanja naprave uz istodobnu regulaciju sva tri upravljačka parametra obzirom na analizu problema stabilnosti napona,
· razvoj diferencijalno-algebarskog matematičkog modela ees-a prikladnog za kombiniranje dinamičkog i statičkog pristupa analizi putem dekompozicije matrica u svrhu prepoznavanja kritičnih točaka pogona te definiranja funkcija ees-a karakterističnih za nastanak i razvoj problema stabilnosti napona i proračuna njihovih osjetljivosti obzirom na parametre modela UPFC-a i tereta ees-a.