Uvodna razmatranja o upravljanju naponima i reaktivnim snagama

Učestanost i napon naizmenične struje su dva najvažnija razvojna i eksploataciona pokazatelja stanja svakog elektroenergetskog sistema (EES-a) i njegovih sastavnih delova. Pri tome, učestanost je globalni pokazatelj, čija je stacionarna vrednost zajednička u svim delovima sistema koji radi u sinhronizmu, dok je napon promenljiva vezana za čvorove prenosnih i distributivnih mreža, što se u svakom sistemu preslikava na prisustvo više naponskih nivoa. Povezivanje mreža iste učestanosti, a različitih naponskih nivoa vrši se pomoću energetskih transformatora. Održavanje napona je lokalni problem, odnosno održavanje napona u čitavom sistemu svodi se na održavanje napona u pojedinim čvorovima. U mrežama se javljaju padovi napona koji su izazvani tokovima snaga kroz impedanse vodova i transformatora (naročito kroz reaktanse). Padovi napona su naročito izazvani tokovima reaktivnih snaga, što je analogno vezi regulacije učestanosti i aktivnih snaga.

Osnovni zadatak regulacije napona i reaktivnih snaga u normalnom radnom režimu je održavanje napona u čvornim tačkama EES-a, putem podešavanja ravnoteže između proizvodnje i potrošnje reaktivnih snaga za odgovarajući dijagram opterećenja. Međutim, održavanje napona (koje je direktna posledica održavanja ravnoteže proizvedenih i utrošenih reaktivnih snaga) ostvaruje se uz izvesna tolerantna odstupanja unutar nekih dozvoljenih granica promene oko nominalnih napona. Ova tolerantna odstupanja određuju se različito za distributivne i prenosne mreže. U distributivnim mrežama određena su pogonskom sigurnošću potrošačkih aparata, čije konstruktivne karakteristike definišu njihove nominalne radne uslove i dozvoljene tolerancije promena napona. U slučaju prenosnih mreža, osnovni cilj je da se izbegnu veliki prenosi reaktivnih snaga, čime se smanjuju gubici aktivne snage, što poboljšava ekonomičnost i sigurnost sistema, pa su dozvoljene tolerancije promene napona više okrenute zahtevima samog EES-a.

Regulacija napona u EES-ima u suštini se obavlja delovanjem na proizvodnju/potrošnju i tokove reaktivnih snaga. U tu svrhu koristi se veći broj regulacionih resursa i uređaja. Pod regulacionim resursom podrazumeva se sredstvo koje može učestvovati u regulaciji napona i reaktivnih snaga. Pod regulacionim uređajem podrazumevaju se regulatori regulacionih resursa.

Svi regulacioni resursi mogu se podeliti u dve osnovne kategorije:

• •Sredstva za proizvodnju/absorpciju reaktivnih snaga (sinhroni generatori, kompenzatori i motori, otočni kondenzatori i linearni ili zasićeni reaktori, statički kompenzacioni sistemi).
• •Sredstva za preraspodelu tokova reaktivnih snaga u mreži (regulacioni transformatori, redni kondenzatori i reaktori).

Regulacioni uređaji, pridruženi regulacionim resursima, po prirodi svog delovanja prilično su raznovrsni:

• •Brzi regulatori napona (pobude) sinhronih mašina sa kontinualnim dejstvom.
• •Spori relejni regulatori regulacionih transformatora.
• •Regulatori statičkih kompenzacionih sistema: a) kontinualnog dejstva u slučaju tiristorski regulisanih reaktora i transformatora, reaktora sa kontrolisanim zasićenjem uz pomoć jednosmerne struje i reaktora sa samozasićenjem, b) impulsnih regulatora tiristorski preklapanih kondenzatora i reaktora, i c) binarnih regulatora mehanički preklapanih kondenzatora i reaktora.

Regulatori regulacionih resursa nazivaju se primarni regulatori napona i reaktivnih snaga. Na pojedinim naponskim nivoima koriste se sledeći regulacioni resursi:

• •Prenosne mreže vrlo visokih napona: sinhroni generatori i reaktori (priključeni direktno na mrežu, ili na tercijere interkonektivnih transformatora).
• •Mreže visokih napona: sinhroni generatori, sinhroni kompenzatori (priključeni na tercijere interkonektivnih transformatora) i regulacioni transformatori.
• •Srednjenaponske mreže: sinhroni generatori, sinhroni kompenzatori i baterije otočnih kondenzatora. U slučaju velikih industrijskih potrošača koriste se i sinhroni motori i statički kompenzacioni sistemi.

Hijerarhijska struktura upravljanja naponima i reaktivnim snagama

Regulacioni resursi sa svojim primarnim regulatorima (regulacioni uređaji) predstavljaju osnovne elemente za upravljanje naponima i reaktivnim snagama. Primarni regulatori su, po pravilu, regulatori proporcionalnog dejstva, što znači da ne mogu striktno održavati regulisane veličine (napone ili reaktivne snage regulacionih resursa), već je u tu svrhu neophodno primeniti superponirano dejstvo na promene referentnih vrednosti na ulazima primarnih regulatora regulacionih resursa. Ovo dodatno dejstvo naziva se sekundarna regulacija i može biti ručna ili automatska. Ona ima regionalni karakter, tako da je neophodna koordinacija delovanja sekundarnih regulatora na nivou čitavog EES-a, što se postiže tercijernom regulacijom.

Poseban vid sekundarne regulacije je grupna regulacija napona, proizvodnje i raspodele reaktivnih snaga na hidroelektranama sa velikim brojem agregata. Zajednička karakteristika sekundarne i tercijerne regulacije jeste da se realizuje posredstvom regulatora regulacionih resursa, putem delovanja na promene njihovih ulaznih, referentnih podešavanja. Tercijerna regulacija po pravilu je ručna. Koordinacija tri regulacije vrši se putem vremenskog razdvajanja njihovog dejstva, pri čemu je primarna regulacija najbrža, sekundarna sporija i tercijerna najsporija.

• SG – sinhroni generator
• SK – sinhroni kompenzator
• SM – sinhroni motor
• RT – regulacioni transformator

Primarna regulacija

Najvažniji regulacioni resursi su sinhroni generatori (kompenzuju brze i spore promene napona i/ili reaktivnih opterećenja) i regulacioni transformatori (kompenzuju trajne i spore promene napona), dok se statički kompenzacioni sistemi koriste za kompenzaciju brzih promena napona i reaktivnih snaga velikih industrijskih potrošača.

Sekundarna regulacija

Sprovodi se po manjim celinama EES-a (zone ili veće elektrane). Realizuje se ručno ili automatski, uz pomoć sekundarnog regulatora zone. U praksi preovlađuje ručna sekundarna regulacija. Automatska se primenjuje aktivno samo u Francuskoj (EDF) i Italiji (ENEL), ali sada i druge zemlje čine slične pokušaje. Osnovni zadatak sekundarne regulacije jeste koordinacija napona i reaktivnih snaga unutar pojedinih regulacionih zona, što ima povoljan efekat na naponsku i reaktivnu sigurnost i stabilnost.

Tercijarna regulacija

To je globalna sistemska regulacija napona, proizvodnje i tokova reaktivnih snaga, sa osnovnim ciljem koordinacije delovanja sekundarnih regulatora zone. To je off-line proces, bez zatvorene povratne sprege, čiji je glavni zadatak da se odrede željene (referentne) vrednosti podešavanja zonskih sekundarnih regulatora. One se dobijaju na osnovu proračuna optimalnih tokova snaga za čitav EES.

Na nivou tercijerne regulacije odlučuje se o planu angažovanja i programu rada statičkih uređaja za proizvodnju/absorpciju reaktivnih snaga (otočnih kondenzatora i reaktora).

Ako se sekundarna regulacija obavlja ručno, funkcije II i III (sekundarna i tercijarna regulacija) se udružuju u zajednički centralizovani nivo (ručno upravljanje), dok se primarna regulacija naziva lokalni nivo (automatsko upravljanje). Primer za ovakvu organizaciju su EES-i Engleske (CEGB) i Nemačke (RWE).