SE527686C2 - Styrning av elektriskt effektflöde - Google Patents

Description

527 686 2 för undersynkron resonans (subsynchronous resonance. och den är kraftfull även vid låga strömförhållanden.

SSR) Användning av en PST uppvisar emellertid en långsam regler- hastighet. Lindningskopplaren måste gå igenom varje regler- steg i tur och ordning. Varje byte av reglerlindningssteg utförs på i storleksordningen 3-5 sekunder. PST:n kan sålun- da inte delta på ett bestämt sätt i en transient period som följer efter en effektstörning. Ofta förekommande byte av reglerlindningssteg, särskilt vid höga strömförhållanden, ökar vidare behovet av underhåll.

Lindningskopplaren är en mekanisk anordning och sålunda långsam och utsatt för mekanisk förslitning. Den har ett maximalt reglerspänningsområde på 150 kV och det maximala antalet manöversteg är mindre än 35. Den maximala regler- stegsspänningen är i storleksordningen 4000-5000 V mellan två reglersteg och den maximala märkströmen är omkring 3000-4500 A. Den maximala effekthanteringsförmågan är 6000- 8000 kVA/uttag och det finns en termisk gräns för kort- slutning. Små spänningssteg resulterar i ett större antal mekaniska operationer.

Ett annat sätt att styra effektflödet i en växelströmstrans- missionsledning är att använda en styrd seriekompensator (controlled series compensator, CSC). En sådan CSC inne- fattar en eller ett flertal tyristorkopplade induktiva an- ordningar. CSC:n kan även innefatta en eller ett flertal tyristorkopplade kapacitiva anordningar, ofta i kombination med en induktor. Den kapacitiva anordningen eller den in- duktiva anordningen är kopplad i en parallellgren med en tyristorkopplare. Genom att styra tyristorkopplaren kopplas den induktiva eller kapacitiva anordningen till eller från transmissionsledningen. Fasvektororienteringen styrs således genom att koppla in eller ur ett önskat antal eller en öns- kad kombination av induktanser eller kapacitanser. Regle- ringen är snabb eftersom inget mekaniskt kopplingsdon är inblandat. 527 686 3 En CSC är styrbar från full induktiv till full kapacitiv reglering och omvänt inom ett fåtal grundtonsfrekvenscykler och kan således vara en kraftfull styranordning under en transient period som följer efter en effektstörning. I jäm- förelse med den mekaniska lindningskopplaren hos en PST ökar inte behovet av underhåll hos en tyristorstyrd CSC till följd av ofta förekommande regleråtgärder. En CSC är därför lämplig för styrning med återkoppling.

Emellertid finns det vid en krets innefattande en CSC med kapacitiva steg en risk för resonansproblem såsom SSR. CSC:n har en större förbrukning av reaktiv effekt med stora induk- tiva steg i jämförelse med en PST. Vid låga strömförhållan- den har CSC:n liten inverkan på effektflödet.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett huvudändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en effektflödesstyrning av en växelströmstrans- mission som är snabb och som inte medför de nackdelar som förekomer vid den enskilda användningen av antingen en PST eller en CSC.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom en styrappa- rat kännetecknad av särdragen i det oberoende patentkravet 1 eller genom ett förfarande kännetecknat av stegen i det obe- roende patentkravet 15, eller genom en datorprogramprodukt innehållande instruktioner för en dator enligt patentkrav _ 18- Föredragna utförin9$f°rmer beskrivs i ,de beroendepa- tentkraven.

Enligt uppfinningen kombineras en PST innehållande en lind- ningskopplare, en CSC innehållande en styrbar reaktansanord- ning och en styrenhet som styr både PST:n och CSC:n för att bilda en styrapparat för styrning av effektflödet i ett hög- spänningsnät. Till svar på en ändring i lastförhållandena i krafttransmissionen styrs effektflödet genom att för det första reglera CSC:n och för det andra reglera PST:n genom 527 686 4 lindningskopplaren. Under en första tidsperiod utförs styr- ningen enbart av CSC-anordningen och under en andra tids- period utförs styrningen genom en kombinerad reglering av bade CSC-anordningen och PST:n. Genom denna styrning kom- penseras PST:ns långsamma reglerförmága genom CSC:ns snabba förmåga.

För varje byte fràn ett reglerlindningssteg till ett annat hos lindningskopplaren styrs CSC:n för att kompensera för det nya reglersteget. Eftersom CSC:n är snabb och styrs av samma styrutrustning som lindningskopplaren kompenseras varje utfört byte av reglerlindningssteg samtidigt genom CSC:n. Sàlunda kan ett gynnsamt arbetsförhàllande för appa- raten àstadkomas inom styrningsomràdena för både PST:n och CSC:n. Vid en första utföringsform av uppfinningen innefatt- ar CSC:ns styrbara reaktansanordning en tyristorkopplad kon- densatorfunktion. Vid en andra utföringsform av uppfinningen innefattar CSC:ns styrbara reaktansanordning en tyristor- kopplad induktorfunktion. Vid en vidareutveckling av var och en av dessa utföringsformer innefattar CSC:ns styrbara reak- tansanordning en kombination av kopplade kapacitiva och in- duktiva anordningar.

Enligt en första aspekt av uppfinningen àstadkoms ändamålet genom en styrapparat innefattande en PST innehållande en lindningskopplare, en CSC innehållande en styrbar reaktans- anordning och en styrsystem innehållande datormedel innefat- tande en processor för koordinerad styrning av PST:n och CSC:n. Vid en första föredragen utföringsform innehåller CSC:n en styrbar kapacitiv anordning. Vid en vidareutveck- ling av denna utföringsform innefattar den kapacitiva anord- ningen ett flertal styrbara kapacitiva enheter, var och en innefattande en kondensator i parallellkoppling med en tyristorkopplare. Vid en andra föredragen utföringsform innehåller CSC:n en styrbar induktiv anordning. Vid en vi- dareutveckling av denna utföringsform innefattar den styr- bara induktiva anordningen ett flertal induktiva enheter, var och en innefattande en induktor i parallellkoppling med 527 686 en tyristorkopplare. Vid en vidare utföringsform innefattar CSC:n en kombination av styrbara kapacitiva anordningar och induktiva anordningar. Vid ytterligare en vidare utförings- form innefattar den kapacitiva enheten en induktor i serie med tyristorkopplaren. Denna induktor tjänstgör som en kopp- lingsförbättring och den är enbart avsedd för kopplingsända- mal. Styrsystemet innefattar vid en vidare utföringsform en kommunikationsenhet genom vilken styrningen övervakas, styrs eller övergrips av en operatör eller en kund.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen uppnås ändamàlen ge- nom ett förfarande för styrning av effektflödet vid en väx- elströmstransmissionsledning, varvid förfarandet innefattar ett första steg där det nya belastningskravet snabbt regle- ras av CSC:n och ett andra steg där en kombinerad reglering av bade PST:n och CSC:n utvärderas. Vid ett vidare steg àstadkoms en inre reglering av en gynnsam arbetspunkt för bàde PST:n och CSC:n genom att reglera PST:n samordnat med CSC:n sa att den yttre styrningen är opàverkad.

PST:n som regleras i sekventiella steg genom lindningskopp- laren kombineras enligt uppfinningen med en CSC som regleras av tyristorkopplare för att àstadkoma en snabb och adaptiv styrning av effektflödet genom ett gemensamt styrsystem.

PST:ns långsamma styrförmàga kompenseras genom CSC:ns snabba styrning. PST:n blir saledes dynamiskt stödd av CSC:n vid regleringen. Denna dynamiskt stödda PST, som i det följande betecknas DAPST, innefattar en standardmässig lindningskopp- larstyrd fasvridande transformator kombinerad med tyris- torkopplade induktiva och/eller kapacitiva reaktanskretsar.

Varje sådan krets kan innefatta ett flertal induktiva och kapacitiva kretsar som kan kopplas i steg. Det dynamiska stödet av PST:n reducerar antalet regleràtgärder som utförs av lindningskopplaren, vilket dramatiskt ökar lindnings- kopplarens livscykel.

Enligt uppfinningen uppdelas den erforderliga märkeffekten hos en effektflödesstyrenhet (power flow controller, PFC) i l5 527 586 6 två delar, varav den ena delen består av PST:n och den andra består av CSC:n innehållande tyristorkopplade reaktanskret- sar. Möjligheten att samordna styrningen av CSC:n och PST:n medger att märkeffekten hos båda enheterna kan bli mindre än i kretsar där varje enhet arbetar ensam. Som jämförelse skulle en enskild PST-reglerande enhet behöva ha stor märk- effekt och en enskild CSC-enhet skulle behöva ha ett ökat antal reaktanskretsar. Genom kombinationen erhålls en över- gripande förbättring av prestandan jämfört med både PST:n och enbart de tyristorkopplade reaktansstegen.

FIGURBESKRIVNING Andra särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå tydligare för fackmannen genom följande detaljerade beskrivning under hänvisning till bifogade rit- ningar, där: figur l är en principkoppling av en styrapparat enligt upp- finningen, figur 2 är en ensidig diskret funktion hos apparaten, figur 3 är en diskret styrfunktion hos apparaten, figur 4 är en kontinuerlig styrfunktion hos apparaten, figur 5 är ett enkelt nät innefattande apparaten, figur 6 är arbetsområdet vad gäller seriespänning och ström, figur 7 är styrapparaten innehållande en CSC-del innefatt- ande två kapacitiva tyristorkopplade enheter och en induktiv tyristorkopplad enhet, figur 8 är arbetsområdet i rent CSC-läge, figur 9 är arbetsområdet i rent PST-läge, 527 686 7 figur 10 är det stationära arbetsområdet för apparaten, figur ll är apparatens dynamiska omrâde med PST i maximalt reglersteg, figur 12 är det dynamiska omradet med PST i minimalt regler- steg, figur 13 är en apparat kombinerad med shuntkompenseringsme- del, och figur 14 är ett konceptuellt styrschema för apparaten.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En apparat för styrning av effektflödet enligt uppfinningen visas i figur 1. Apparaten innefattar en lindningskopplar- styrd fasvridande transformator (PST) 1, en styrd seriekom- pensator (CSC) 2 och en styrenhet 3. CSC:n innefattar en första reaktansenhet 5 som innehåller en kapacitiv enhet 8 och en tyristorkopplare 7 för in- och urkoppling av den ka- pacitiva enheten. Vid den visade utföringsformen innefattar den första reaktansenheten 5 vidare en induktiv enhet 9 i serie med tyristorkopplaren 7. Den induktiva enheten 9 tjä- nar endast till att förbättra kopplingsprestandan hos den första reaktansenheten. Vid den visade utföringsformen inne- fattar CSC:n 2 vidare en andra reaktansenhet 4 som innehall- er en induktiv enhet 6 och en tyristorkopplare 7 för in- och urkoppling av den induktiva enheten¿ De enskilda kapacitiva och induktiva reaktansenheterna visas som exempel. Det ligg- er inom uppfinningens ram att kombinera vilket antal kapa- citiva och induktiva steg som helst. Således kan den styrda seriekompenseringsanordningen innefatta ett flertal bade ka- pacitiva och induktiva kretsar.

CSC:n kan realiseras i olika konfigurationer. Vid en första utföringsform innefattar CSC:n kopplingsbara kapacitiva en- heter genom vilka CSC:n är styrbar i diskreta steg. Vid en 527 686 8 andra utföringsform innefattar CSC:n en kombination av kapa- citiva och induktiva enheter och är således styrbar i dis- kreta steg. Vid en tredje utföringsform innefattar CSC:n ett flertal boostbara kapacitiva steg och ett flertal induktiva steg som medger att CSC:n är kontinuerligt styrbar. vid en ensidig diskret utföringsform av uppfinningen inne- fattar CSC:n endast kapacitiva enheter. Antag att de tvà ka- pacitiva stegen är tyristorkopplade och att Xc2=2Xa CSC-enheterna har sàledes ett kapacitivt styromràde uppdelat i diskreta steg sàsom illustreras i figur 2.

Styrningen av effektflödet genom PST:n àstadkoms genom styr- ning av lindningskopplaren. Eftersom denna är en mekanisk anordning och styrningen maste utföras i sekventiella steg blir denna styrning làngsam. För CSN:n kan vart och ett av de fyra lägena i figur 2 antas snabbt.

Vid en vidare utföringsform av uppfinningen innefattar CSC:n ett flertal bade kapacitiva och induktiva steg. Den diskreta styrningsförmàgan illustreras pà följande sätt. Antag att bade de tvà kapacitiva stegen och det induktiva steget är tyristorkopplade (dvs ingen förstärkning som alstrar över- toner) och att Xc2=2Xm |XL|=|2XC2| CSC-delarna har sàlunda ett kapacitivt och induktivt styr- omràde uppdelat i diskreta steg sàsom illustreras i figur 3.

En kontinuerligt styrbar utföringsform enligt uppfinningen illustreras pà följande sätt (antalet steg kan naturligtvis ändras). Vid denna utföringsform innefattar CSC:n ett fler- tal induktiva enheter och ett flertal kondensatorenheter som är kontinuerligt styrbara (förstärkningsbara). Antag att de 527 686 9 kapacitiva enheterna kan förstärkas sa att de är kontinuer- ligt styrbara mellan |xg;;|z xm z|xg;';; och ]Xg;;|z xm z|xgg där X3; =zxg“,¿, X3; =2x;;;';, g; =3x;;'; och att den induktiva delen har storleken |XL|=|2X$ CSC-delarna är salunda kontinuerligt styrbara i omradet som illustreras i figur 4.

Styrupplösningen hos apparaten enligt uppfinningen (den konw binerade effekten av lindningskopplare och CSC-styràtgärd) görs vid denna utföringsform oändlig över en stor del av det kombinerade styromràdet.

Vid en vidare avancerad utföringsform av uppfinningen ingar medel för reaktiveffektshuntkompensering sà att den reaktiva effektbalansen hos DAPST:n kan skräddarsys för att uppfylla de särskilda kraven för kraftsystemet. Dessa medel innefatt- ar anordningar sàsom t ex brytarkopplade kondensatorbatteri- er och reaktorer, statiska reaktiva effektkompensatorer (static var compensators, SVC) och STATCOM.

För att illustrera arbetsområdet för en DAPST används ett enkelt nät sàsom visas i figur 5. Nätet innefattar en DAPST enligt cuppfinninqep. parallellkopplad, .med en ekxzi_xzale_n.t_ reak- tans mellan en första nod 14 och en andra nod 15. Ändamålet med en DAPST är att styra effektfördelningen mellan à ena sidan den väg i vilken den är installerad och à andra sidan parallella vägar. De parallella vägarna representeras i figur 5 av den ekvivalenta induktiva reaktansen XW paral- lellkopplad med DAPST:n. Genom att styra seriespänningen Vætæskan fördelningen av effektflödet styras. 527 686 Storheterna med fet stil i figur 5 representerar fasvektorer (med både en storhet och en fas). Strömmar betecknas med I och spänningar med V.

Med detta enkla nät kan arbetsområdet beskrivas i ett dia- gram såsom visats i figur 6, där strömen genom DAPST:n vi- sas på x-axeln och seriespänningen visas på y-axeln.

Vänstra halva planet motsvarar ström (effekt) som flyter från den andra noden 15 till den första noden 14 (kallad import) och det högra halva planet motsvarar ström (effekt) som flyter från den första noden till den andra noden (kallad export). Den första och andra kvadranten motsvarar en minskning av storleken på strömmen (effekten) medan den andra och fjärde motsvarar en ökning av storleken på ström- men (effekten).

En DAPST innefattar en PST 1 och en CSC 2 innefattar ett flertal kopplade enheter, varav två är kapacitiva enheter Sa, 5b och en är en induktiv enhet 4 såsom visats i figur 7.

En sådan DASPT-konfiguration kan drivas i rent styrbart seriekompensatorläge (CSC-läge) med den fasvridande trans- formatorn (PST:n) i ett reglerlindningssteg där inga reg- lerlindningsvarv är inkopplade [i fortsättningen kallat nollreglerlindningssteg]. Detta innebär att endast PST:ns kortslutningsreaktans bidrar till seriespänningen.

Figur 8 åskådliggör arbetsområdet i rent CSC-läge. Längs med förbikopplingslinjen är alla CSC-steg förbikopplade tyris- torn. Linjens lutning beror på PST:ns kortslutningsreaktans.

Med utgångspunkt från förbigångslinjen minskar storleken på spänningen över CSC:n (om suman av PST-kortslutningsreak- tansen och den styrbara reaktansen är induktiv) eller ökar (om summan av PST-kortslutningsreaktansen och den styrbara reaktansen är kapacitiv), och strömmen genom DAPST:n ökar genom koppling i kapacitiva steg. Arbetspunkten rör sig så- ledes längs linjer som är parallella mot pilarna i figur 8 527 686 11 (lutningarna pà pilarna kommer att vara beroende av stor- leken pà Xgg nmt den linje som motsvarar maximal kapacitans.

Genom att ge de kapacitiva stegen olika storlek (t ex binära storlekar) och lägga till ytterligare steg kan styrupplös- ningen göras godtyckligt hög. CSC:n kommer typiskt att di- mensioneras sä att drift tilläts endast för seriespänningar över de enskilda stegen under gränser som är förutbestämda.

Med utgångspunkt fràn förbikopplingsledningen ökas pà lik- nande sätt spänningen över CSC:n och minskas strömmen genom DAPST:n genom omkoppling i induktiva steg. Arbetspunkten kommer således att röra sig längs linjer som är parallella mot pilarna i figur 8 mot den linje som motsvarar den maxi- mala induktansen. När alla induktiva steg är inkopplade kom- mer seriespänningen att minska om strömmen minskar ytterli- gare.

Det kan noteras att för làga strömmar är CSC:n helt kraftlös eftersom knappast någon seriespänning kan àstadkomas även om mycket stora kapacitiva eller induktiva steg vore till- gängliga.

Med CSC-delen förbikopplad (både kapacitiva och möjligen induktiva steg) kan DAPST:n drivas i rent PST-läge. Arbets- punkten kan då se ut som visats i figur 9.

Nollreglerstegsledningen är den samma som förbiströmnings- ledningen i figur 8, dvs dess lutning beror pà kortslut- ningsreaktansen hos PST:n. Med utgångspunkt fràn nollregler- stegsledningen ökar seriespänningen i positiv riktning när lindningskopplaren rör sig mot det mest positiva läget och storleken pà seriespänningen ökar i negativ riktning när lindningskopplaren förflyttas mot det mest negativa läget.

Det kan noteras att denna PST har förmaga att bade minska effektflödet (första och tredje drift i en kvadrant) och öka effektflödet (andra och fjärde drift i en kvadrant) jämfört med nollreglerstegsledningen. Dessutom har PST:n en avsevärd 527 686 12 förmåga att styra effektflödet även vid låga strömförhållan- den.

Figur 10 illustrerar det stationära styrområdet för DAPST:n när både PST- och CSC-områdena kombineras.

Med kapacitiva CSC-steg utökas arbetsområdet i den andra och fjärde kvadranten (motsvarande en ökning av effektflödet) jämfört med det rena PST-läget. Med de induktiva CSC-stegen utökas på liknande sätt arbetsområdet i den första och tred- je kvadranten (motsvarande en minskning av effekten) jämfört med det rena PST-läget.

Med dynamiskt arbetsområde menas den del av arbetsområdet som kan styras tillräckligt snabbt för att mildra konsekven- serna av elektromekaniska transienter i ett kraftsystem. Då den tyristorstyrda CSC:n lätt kan ändra arbetspunkt från ma- ximalt kapacitiv till minimalt kapacitiv (eller maximalt in- duktiv om induktiva steg finns) och omvänt inom en bråkdel av en sekund är den väl lämpad för att bidra till t ex dämp- ning av effektsvängningar som har sitt ursprung i elektrome- kaniska svängningar i synkronmaskiner (generatorer). PST:n å andra sidan, där varje steg tar i storleksordningen fem se- kunder och varje steg måste passeras sekventiellt, är för långsam för att aktivt bidra i den transienta perioden. Den dynamiska delen av arbetsområdet hos DAPST motsvarar med andra ord CSC-delen.

En styrapparat innefattande en PST 1, en CSC 2 och en styr- enhet 3 och vidare innefattande ett shuntkompenseringsmedel visas i figur 13. Ett shuntkompenseringsmedel kan inne- fatta ett kondensatorbatteri och en brytare. När man låter kapacitiv shuntkompensering ingå i styrapparaten kan DAPST:n ges kännetecken som mycket liknar en styrbar seriekondensa- tor, även när det gäller reaktiveffektbalans, utan risk för t ex undersynkron resonans. 527 686 13 Genom att styra lindningskopplaren i läget före störningen kan emellertid de generella kännetecknen för DAPST:n ändras.

Figur 8 ger givetvis det dynamiska området med PST:n i noll- reglerlindningssteg.

I figur ll är PST:n i maximalt reglersteg. Det kan konstate- ras att i importläget (negativa strömmar) har DAPST:n hela det dynamiska området i den andra kvadranten, dvs både kapa- citiva och induktiva steg ger snabb styrning i den generella ökningssituationen. Ett liknande särdrag kan givetvis åstad- kommas i exportläget genom att sätta PST:n i t ex minimalt reglersteg. såsom visats i figur 12.

Det är följaktligen möjligt att ge DAPST:n möjlighet att dynamiskt både öka och minska effektflödet. Den omständig- heten att detta kan uppnås med relativt små kapacitiva CSC- enheter är en stor fördel i system med värmeproduktionsan- läggningar, t ex kärnkraftsanläggningar, med komplexa tur- binsträngar. Som är väl känt kräver installation av stora seriekondensatorer i sådana system omfattande analys och adekvata styrmedel för att undvika risken för undersynkron resonans som kan allvarligt skada produktionsenheterna.

Såsom visats i figur 8, 10-12 kan summan av de kapacitiva stegen göras större än kortslutningsreaktansen hos PST:n.

Vid sådana generella kapacitiva lägen producerar DAPST:n reaktiv effekt oberoende av reglersteg. Detta är en bety- dande fördel för tillämpning av effektflödesstyrning i kraftsystem som är svaga när det gäller spänningsstöd (t ex vid driftsförhållanden under hög last).

De huvudsakliga styrändamålen, dvs orsaken till att man installerar en styrapparat, vilken kan betecknas en dyna- miskt styrbar fasvridande transformator (DAPST), omfattar ett eller fler av följande: 0 Långsam/kvasistationär effektflödesstyrning 0 Effektsvängningsdämpning 527 ¿86 14 0 Förbättring av det transienta uppträdandet genom snabb förändring av transmissionskorridorkarakteristika Långsam/kvasistationär effektflödesstyrning är den långsamma styrningen av fördelningen av effekten mellan ä ena sidan den transmissionsväg i vilken DAPST:n är installerad och à andra sidan parallella vägar. Reglersnabbhetskraven för att uppfylla detta ändamal är tillräckligt laga för att uppfyll- as av bade PST- och CSC-delarna.

Effektsvängningsdämpning är den snabba styrningen av DAPST:n för att minska effektsvängningarna som i typfallet följer pä en störning i kraftsystemet. Frekvensen hos dessa svängning- ar är typiskt i omradet 0,1 - 2,0 Hz och beror i hög grad pà tröghetskonstanterna hos de synkrona maskinerna (typiskt generatorer) eller grupper av maskiner som deltar i sväng- ningen. Reglersnabbhetskravet för att uppfylla detta ändamål kan endast uppfyllas av CSC-delen av DAPST:n.

Genom att snabbt, inom en bråkdel av den transienta perioden som följer efter en störning, ändra arbetspunkten hos CSC- delen av DAPST kan karaktären hos den transmissionsförbin- delse pä vilken DAPST är installerad ändras. I sitt mest kapacitiva läge är förbindelsens totala reaktans vid sitt minimum, vilket ger en ökad effektöverföring över förbin- delsen och en reducerad effektöverföring över parallella vägar. I sitt mest induktiva läge (eller minst kapacitiva) är transmissionsförbindelsens totala reaktans vid sitt maxi- nmnu vilket ger reducerad överföring över förbindelsen och ökad effektöverföring över parallella vägar. I synnerhet om flera DAPST:er är installerade och deras styrningar är ko- ordinerade kan den störda delen av systemet, som t ex upp- lever stabilitetsproblem, snabbt avlastas effektöverföring medan en intakt del av systemet tar upp effektöverföringen.

Genom att làta förmagan ga mellan ändlägen inom, lät oss säga, mindre än 0,5 s efter det att störningen uppträder, kan sälunda det transienta uppträdandet hos det övergripande sammankopplade systemet förbättras väsentligt. PST-delen 527 686 _ agerar för làngsamt inom denna tidsram, men dess arbetspunkt före störningen kommer att pàverka den generella karaktären hos DAPST och därmed transmissionsförbindelsen.

Genom att samordna styrningen av lindningskopplaren och tyristorerna är det också möjligt att làta en eller flera av följande fördelaktiga styrändamäl inga i styrstrategin: 0 Drift av lindningskopplaren vid lägsta möjliga ström 0 Minsta möjliga antal lindningskopplarmanövrer 0 Styrning (begränsning) av reaktiv effektförbrukning 0 Styrning av dynamiskt område Genom att styra DAPST vid höga strömförhällanden sä att CSC- delen främst agerar först för att reducera strömmen och PST:n sedan agerar främst vid lägre strömförhällanden, av- lastas spänningarna pá lindningskopplaren och behovet av underhåll reduceras.

Genom att lata CSC-delen bli sa snabb som möjligt, och brom- sa PST-delen ännu mer än som görs naturligt, kan antalet lindningskopplarmanövrer minskas. Detta àstadkoms då änd- ringar i belastningen med kort varaktighet hanteras av CSC- delen och PST-delen endast agerar på ändringar med lang var- aktighet.

PST-delen förbrukar reaktiv effekt pà grund av dess kort- slutningsreaktans, som bara har en liten variation pà grund av lindningskopplarläget jämfört med CSC:n, vars reaktans av naturen har en betydligt större variation. Till följd av detta kan CSCÅn alstra eller förbruka en avsevärd mängd re- aktiv effekt om alla kapacitiva eller induktiva steg kopplas in. Dä nästan hela arbetsområdet kan nas med olika mixer av PST- och CSC-styràtgärder, kan den generella förbrukningen eller produktionen av reaktiv effekt påverkas. Om t ex kraftsystemet av någon orsak är svagt vad gäller spännings- stöd, dvs spänningarna är laga, är det fördelaktigt att alstra reaktiv effekt eller åtminstone begränsa den gene- rella förbrukningen av reaktiv effekt hos DAPST. Om den öns- 527 686 16 kade seriespänningen kan åstadkommas genom den kombinerade verkan av kapacitiva CSC-steg och PST, är lika mycket CSC- verkan och lika lite PST-verkan fördelaktigt. Om den önskade seriespänningen bara kan àstadkomas genom kombination av induktiva CSC-steg (om de finns) och PST-verkan, är lika mycket PST-verkan och lika lite CSC-verkan fördelaktigt. På liknande sätt är det, om spänningarna är höga, fördelaktigt att förbruka reaktiv effekt eller åtminstone begränsa den övergripande produktionen av reaktiv effekt hos DAPST. Den motsatta styrstrategin är uppenbarligen att föredra, dvs om den önskade seriespänningen kan åstadkommas genom den kombi- nerade verkan av induktiv CSC (om det finns) och PST, är lika mycket CSC-verkan och lika lite PST-verkan fördelak- tigt. Om den önskade spänningen bara kan astadkommas genom kombination av kapacitiva CSC-steg och PST-verkan är lika mycket PST-verkan och lika lite CSC-verkan fördelaktigt.

Dessutom är det möjligt att styra den övergripande reaktiv- effektbalansen om medel för shuntkompensering av reaktiv effekt läggs till DAPST som nämts ovan. Ännu ett fördelaktigt styrändamàl är styrningen av det dyna- miska omrádet vid laga strömförhàllanden. Vid låga lednings- strömmar blir CSC-delens styromráde litet och till och med noll. Genom att styra PST-delen så att det nästan alltid finns en minimal ledningsström tillgänglig finns följakt- ligen en minimalt dynamiskt omràde nästan alltid tillgäng- ligt. Det kan finnas en kort tidsperiod med lag ström när effektriktníngen ändras frán import till export, men denna tidsperiod kan göras mycket kort genom rätt styrning av lindningskopplaren.

Ett styrschema för en DASPT för styrning av effektflödet enligt uppfinningen visas i figur 14. Vid den visade ut- föringsformen innefattar DASPT en PST och en CSC anordnade pä en krafttransmissionsledning 10, en första sluten slinga ll och en andra sluten slinga 12. Den första slutna slingan innefattar en sensor 13 för avkänning av effektflödet pà ledningen 10 mellan en första nod 14 och en andra nod 15. 527 686 17 Vidare innefattar den första slingan en första komparator 16, en proportionell integralregulator (PI-regulator) 17 och en andra komparator 18.

Det uppmätta aktiva effektflödet,P", jämförs med ett bör- värde,I”“, motsvarande det önskade aktiva effektflödet. En skillnadssignal sänds till en PI-regulator med gränser. PI- regulatorn skapar en signal som är proportionell mot den erforderliga reaktansen och som sänds till tyristorstyr- ningen av CSC:n, vilken därigenom styrs för att uppfylla det aktiva effektflödets börvärde. Den diskreta karaktären hos CSC:n kommer i de flesta lägen att resultera i ett styrfel som hanteras genom dödband (ej visade i ritningen).

En kompletterande signal för effektsvängningsdämpning (power oscillation damping, POD) kan läggas till efter PI-regula- torn sà att snabba elektromekaniska effektsvängningar kan mildras genom en CSC-åtgärd.

Den andra slutna slingan för styrning av PST:n innefattar ett làgpassfilter 19, en komparator 20 och en PI-regulator 21. Den signal som är proportionell mot den erforderliga reaktansen sänds genom làgpassfiltret 19 för jämförelse med ett börvärde för reaktansen, i. Làgpassfiltret komer att blockera variationer av x med kort varaktighet. Skillnaden mellan ärvärdet av x och börvärdet 3 sänds till en PI-regu- lator med gränser som skapar en signal som är proportionell mot det önskade uttaget t, som sänds till lindningskopplar- styrningen.

Det är möjligt att àstadkoma alla styrändamál som anges ovan genom att tillämpa styrschemat i figur 14. 0 Långsam/kvasistationär effektflödesstyrning astadkoms uppenbarligen. 0 Effektsvängningsdämpning àstadkoms genom införande av den kompletterande POD-signalen. 0 Snabb ändring av transmissionskorridorkarakteristika kan àstadkomas genom att snabbt ändra börvärdet Pm, 527 686 18 möjligen kombinerat med ändring av förstärkningen av den första PI-regulatorn. 0 Drift av lindningskopplaren vid höga strömförhállanden undviks på följande sätt. Om strömmen plötsligt ökar, särskilt till överlastområdet, kommer CSC:n att först agera för att minska strömmen, och sedan vid lägre strömmar kommer PST:n att verka för att uppfylla bör- värdet i. 0 Antalet lindningskopplarmanövrer minskas genom inför- andet av ett lågpassfilter i lindningskopplarregler- grenen. Detta filter kommer att spärra för ändringar med kort varaktighet och sålunda minska antalet lind- ningskopplarmanövrer. 0 Styrning (begränsning) av reaktiv effektbalans kan rea- liseras på åtminstone två sätt. Genom att ändra börvär- det i kan den reaktiva effektbalansen styras, och ge- nom att införa reaktiveffektgränser i den första PI- regulatorbegränsaren kan den begränsas.

I Styrning av det dynamiska området vid låga strömför- hållanden kan åstadkommas genom styrning av börvärdet P” . Genom att använda en gräns P“"“““ < Pm] kan en mini- mal storlek på ledningsströmen, och sålunda ett mini- malt reglerområde, realiseras i stationärt tillstånd.

Andra styrscheman kan givetvis också användas för att upp- fylla styrändamålen. Även om det är fördelaktigt behöver inte uppfinningsramen begränsas. av de visade utföringsformerna utvan .innehåller även utföringsformer som är uppenbara för fackmannen. Trans- missionsledningen mellan PST:n och SCS:n behöver t ex inte vara kort, sàsom visast i de bifogade figurerna, utan inne- fattar vilken längd som helst dä endast PST:n och CSC:n är seriellt ansluten. Arrangemanget med en sluten slinga i figur 14 behöver inte vara helt sluten. Således kan det under vissa förhållanden vara fördelaktigt för en operatör eller en kund att välja en önskvärd arbetspunkt genom direkt inställning av PST:ns lindningskopplare. Enligt uppfinningen 527 686 19 skulle apparaten automatiskt reagera pá en sådan tvàngsstyr- ning av PST:n genom att inställa CSC:n pà motsvarande sätt.

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 527 686 20 PATENTKRÄV

1. Apparat för styrning av effektflödet i ett högspän- ningsnät, innefattande en fasvridande transformator (PST) (1) med medel för byte av reglerlindningssteg, kånnetecknad av att apparaten vidare innefattar en styrd seriekompensator (CSC) (2) innehållande ett styrbart reaktansmedel samt styr- medel (3) för koordinerad styrning av PST:n och CSC:n

2. Apparat enligt patentkrav 1, varvid det styrbara reak- tansmedlet innefattar ett styrbart kapacitivt medel (5).

3. Apparat enligt patentkrav 1 eller 2, varvid det styrbara reaktansmedlet innefattar ett styrbart induktivt medel (4).

4. Apparat enligt patentkrav 2 eller 3, varvid det styrbara kapacitiva medlet (5) innefattar åtminstone en enhet som innehåller en kondensatoranordning (8) parallellkopplad med en tyristorkopplare (7).

5. Apparat enligt patentkrav 3, varvid det styrbara induk- tiva medlet (4) innefattar åtminstone en enhet innehållande en induktoranordning (6) parallellkopplad med en tyristor- kopplare (7).

6. Apparat enligt patentkrav 2, varvid det styrbara kapa- citiva medlet (5) innefattar åtminstone en enhet bestående av en första gren innefattande en kondensatoranordning (8) och en andra gren som är parallellkopplad med den första grenen och innehåller en tyristorkopplare (7).

7. Apparat enligt patentkrav 6, varvid den andra grenen innefattar en induktoranordning (9) i serie med tyristor- kopplaren (7).

8. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid styrmedlet innefattar en dator innehållande en processor och 10 15 20 25 30 35 527 686 21 minnesmedel samt en sensor (13) för avkänning a effektflödet i nätet.

9. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid styrmedlet innefattar en första slinga (11) för styrning av CSC. '

10. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid styrmedlet innefattar en andra slinga (12) för styrning av PST.

11. ll. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid styrmedlet innefattar medel (16, 18, 20) för att införa styrparametervärden.

12. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid PST:n är belägen vid en första plats och CSC:n är belägen vid en andra plats och att den första och andra platsen är åtskilda genom en distans.

13. Apparat enligt något av föregående patentkrav, varvid apparaten innefattar shuntkompenseringsmedel (25).

14. Apparat enligt patentkrav 13, varvid styrmedlet inne- fattar medel för styrning av shuntkompenseringsmedlet.

15. Förfarande för styrning av effektflödet i ett hög- spänningsnät som har en styrapparat innehållande en fas- vridande transformator (PST), kännetecknat av att under en första tidsperiod inställa reaktansen i styrapparaten genom en styrd seriekompensator (CSC) (2) och att under en andra tidsperiod inställa spänningen hos PST (l) samt reaktansen i styrapparaten för att uppnå en gynnsam arbetsbalans mellan PST Och CSC.

16. Förfarande enligt patentkrav 15, varvid inställningen av CSC innefattar avkänning av effektflödet, jämförelse med ett 10 15 20 527 686 22 - börvärde, inställning genom en PI-regulator och jämförelse med en svängningsdämpande signal.

17. Förfarande enligt patentkrav 15 eller 16, varvid in- ställningen av PST innefattar filtrering av en styrsignal fràn CSC-inställningen, jämförelse med ett reaktansbörvärde och inställning genom en PI-regulator.

18. Datorprogramprodukt som kan lagras pà ett datoranvänd- bart medium innehållande instruktioner för en processor att utvärdera förfarandet enligt patentkrav 15 till 17.

19. Datorprogramprodukt enligt patentkrav 18, tillhandahåll- en àtminstone delvis övre ett nät, sàsom Internet.

20. Datorläsbart medium, kânnetecknat av att det innehåller en datorprogramprodukt enligt patentkrav 18.