s2. cap. 1.1. introducere.pdf

48
Reţele Electrice Conf.dr.ing. Lucian Toma Coordonate: Facultatea de Energertică Catedra Sisteme Electroenergetice Birou EI-113 Tel.: 0724711661 Email: [email protected]

Upload: ilie-marius

Post on 16-Nov-2015

229 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

  • Reele Electrice

    Conf.dr.ing. Lucian Toma

    Coordonate:Facultatea de EnergerticCatedra Sisteme ElectroenergeticeBirou EI-113Tel.: 0724711661Email: [email protected]

  • Petrol convenional

    Petrol neconvenional

    Gaz convenional

    Gaz neconvenional

    CrbuneUraniu

    45 ani

    20 a.

    65 ani

    0 ani

    200 ani100 ani

    70 ani

    30-80 ani

    150 ani

    600 ani

    1300 ani>1000 ani, cu reciclare

    Rezerve n exploatare Rezerve neexploatateCombustibil brut

    27000 TWhConsumul de energie electric

    ri n curs de dezvoltareOECD, Europa de Est

    7,5 mld.6,1 mld.

    4,4 mld.

    Populaia pe glob

    85%

    15%8300 TWh

    1980

    71%

    29%15400 TWh

    2000

    55%

    45%

    2020

    Sursa: Current Trends in Energy & Power Markets. BP Statistical Review of World Energy 2005; BGR

    Consumul de energie electric vs. Populaia globului

    Rezervele de energie n combustibili

  • Dezvoltarea durabil = echilibrul dintre creterea economic i progresul social n condiiile protejrii mediului nconjurtor

    Cretereeconomic

    Progres socialProtejareamediului

    Consumul de energie i dezvoltarea durabil

  • Strategia de la Lisabona pentru dezvoltare durabil

    PIA

    A IN

    TERN

    SECURITATEA ALIMENTRII

    MEDIU

    Liberalizareapieei de energie

    Inovare i competitivitate

    Eficien i costuri reduse

    Conservarea florei i faunei naturale

    Stoparea procesului de schimbri climaterice

    Reducerea polurii

    Disponibilitatea energieiprimare

    Siguran i Calitate a energiei

    Capacitate de livrare

    Strategia de la Lisabonapentru o dezvoltare durabil

  • Tehnic

    Economic

    Social-Mediu

    Tehnic

    Economic

    Social-Mediu Tehnic

    Economic

    Social-Mediu

    Trecut

    Prio

    ritat

    eViziune asupra prioritilor dezvoltrii durabile

    Prezent Viitor

  • Nuclear

    Crbune Gaz saupcur

    Hidro

    Solar

    Eolian

    GeotermalMaree

    Micro-...Bio

    Transportul

    Distribuia

    ENERGIEIELECTRIC

    Baterii

    Reeaua electric ConsumatoriSurse de producie

  • Interconectarea sistemelor electroenergetice

    Tensiune Medie

    Linii electrice, echipamente de comutaie, servicii etc.

    Tensiune nalt

    Linii electrice, echipamente de comutaie, servicii etc.

    TransformatoareTransformatoare bloc,

    transformatoare de putere, transformatoare de distribuie etc.

    Automatizri i ProteciiSisteme de control, sisteme de

    automatizare i protecii, sisteme de telecontrol, calitatea energiei electrice.

    ServiciiConsultan i planificare de reea,

    menenan i managementul activelor de reea, servicii de msurare etc.

  • Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Zone sincrone din Europa

    Cabluri Cabluri HVDCHVDC

    HVDC B2BHVDC B2B

    Linii Linii HVACHVAC

    UCTE

    UPS/IPS

    NORDEL

    UKTSOAATSOI

    CapacitCapacitateate: : 663311 GWGWVrf de sarcinVrf de sarcin: : 390 390 GWGWConsumConsum: : 2525330 0 TWhTWhPopulaPopulaieie: 4: 45050 mlnmln

    CapacitCapacitateate: 9: 944 GWGWVrf de sarcinVrf de sarcin: : 6666 GWGWConsumConsum: : 405 405 TWhTWhPopulaPopulaieie: 2: 244 mlnmln

    CapacitCapacitateate:: 333737 GWGWVrf de sarcinVrf de sarcin::215215 GGWWConsumConsum: 12: 128585 TWhTWhPopulaPopulaieie: 280: 280 mlnmln

    CapacitCapacitateate: : 85 85 GWGWVVrfrf de de sarcinsarcin: : 6666 GWGWConsumConsum: : 400 400 TWhTWhPopulaPopulaieie: : 6565 mlnmln

    Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Dezvoltarea interconexiunilor UCTEasincron

    sincron

    Inelul mediteranean

    Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Solidaritate ncredere Interes comun

    Producie Consum

    Interconectarea sistemelor electroenergetice

  • Curba de sarcin a SEN n data de 20.10.2005

    Preal

    Pprog

    Pnot

    Curba de sarcin a SEN

  • Reglaj primar (automat)

    Regulator de vitez

    Generatoare

    Preglaj primar

    fnom

    Reea interconectat

    Pprogramat Pdispecerizat PprodusPplanificat

    Preglaj teriar

    Preglaj secundar

    Reglaj teriar Reglajulsecundar frecven-

    putere activ

    Frecven comun

    f

    f

    Plinii de interconexiune

    fconsemn

    Pprogramat linii de interconexiune

    +

    -

    + ++

    +

    +

    Reglaj secundar(coordonat direct de OTS)

    Reglajul frecvenei in sistemele electroenergetice

  • 1000 200 300 400 500 t [s]

    1.041.03

    1.051.06

    1.071.081.09

    1.041.03

    1.051.06

    1.071.08

    0 2 4 6 8

    1.041.03

    1.051.06

    1.071.08

    Efectul reglajului primar

    Reglajprimar

    de tensiuneAc

    de tensiune ini iat la = 300 siunea reglajului teriar

    t

    Ac iunea reglajului secundar

    Reea electric de transport

    G

    G

    Reglaj secundarReglaj

    secundar

    Zona de reglaj 1

    Nod pilot

    GG

    GNod pilot

    Zona de reglaj 3

    ReglajsecundarReglaj

    secundar

    Reglaj teriaroptimizat

    Reglaj teriaroptimizat

    Operator de transport i sistemOperator de transport i sistem Mrimi msurate(U, P, Q)Mrimi msurate

    (U, P, Q)

    SemnalizriSemnalizri

    Controlul tensiunii i al puterii reactive

    Reglajul ierarhizat de tensiune

    G

    GNod pilot

    ReglajsecundarReglaj

    secundar

    Zona de reglaj 2

  • Marea varie din SUA-Canada 2003

    Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile?

  • Marea avarie din Italia 2003

    Italia n bezn

    Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile?

  • TTensiunensiuneaea continu continu (HVDC): solu(HVDC): soluia pentru ia pentru interconectarea sistemelor interconectarea sistemelor electroenergeticeelectroenergetice n asincronn asincron

    Legturi HVDC existenteCross Channel 2000 MWSkagerrak 940 MWBaltic Cable 600 MWKontek 600 MWGotland 260 MWFenno Skan 500 MWKonti Skan 550 MWVyborg 355 MWMoyle 2 x 250 MWSwepol 600 MW

    Interconexiuni n curs de realizare

    NorNed 600 MW

    Great Belt 600 MW

    UK-Netherlands 1200 MW

    Norway-UK 1200 MWIceland-UK 1100 MW

    Finland-Estonia 350 MW

    Drnrohr 550 MWWien SO 550 MWEtzenricht 600 MW

    Scoase din funciune (B2B)

    Viking Cable 600 MW

    OpiuniEuro Link 4000 MW (TEN Studies)

    Ireland Wales 400 MW

    (B2B)

  • Pri implicate: Transelectrica i TEA

    Proiectul: Cost: aprox. 290 MEUR,

    excluznd conectarea cu

    reeaua AC i ntrirea acesteia

    Putere nominal: 600-700 MW

    Lungime: >300 km

    Adncimea apei: < 1000 m

    Proiectul legturii la tensiune continu Romania Turcia

  • Hong Kong: 7 mil.Guangzhou: 10 mil

    Shanghai: 19 mil.Hangzhou: 6,7 milNanjing: 7,6 milChangzhou: 3,5 mil

    China un buldozer n ascensiune

    Beijing: 17 mil.Tianjin: 11,7 mil.Shijiazhuang: 9,4 mil.

  • China un buldozer n ascensiune

    Proiectul Three Gorges

  • Proiectul Three Gorges

  • China un buldozer n ascensiune

    Guangdong

    Fujian

    Taiwan

    Sichuan & Chongqing

    Hubei

    Hunan

    Jiangxi

    Heilongjiang

    Inner Mongolia

    Hebei

    Henan Jiangsu

    Shandong

    Anhui

    Guangxi Guizhou

    Beijing Tianjin

    Shanghai

    Jilin

    Gansu

    Shaanxi

    Shanxi

    Qinghai

    Xinjiang

    Xizang

    Ningxia

    Liaoning

    Zhejiang

    Yunnan

    Hainan Nuozhadu-Guangdong800kV, 5000-6000 MW, 2015

    Bangkok

    NW-Sichuan (Baoji Deyang)3000 MW, 2011

    BtB North - Central1000 MW, 2012

    BtB Shandong - East 1200 MW, 2011

    Irkutsk (Rusia) - Beijing800kV, 6400 MW, 2015

    BtB Northeast-North (Gaoling)1500 MW, 2008

    Goupitan - Guangdong3000 MW, 2016

    Rusia

    Jinghong-Thailand3000 MW, 2013

    Ningxia - Tianjing

    3000 MW, 2009

    NWPG

    NCPG

    NEPG

    CCPG ECPG North Shaanxi-Shandong3000 MW, 2011

    Yunnan - Guangdong800kV, 5000 MW, 2009

    SCPG

    Hulunbeir (Inner Mongolia)- Shenyang 3000 MW, 2010

    Xianjiaba Shanghai 800kV, 6400 MW, 2011Xiluodu - Hanzhou

    800kV, 6400 MW, 2015

    Xiluodu - Hubei800kV, 6400 MW, 2014

    Hami C. China800kV, 6400 MW, 2018

    Humeng Jinan (Shandong)800kV, 6400 MW, 2015

    Humeng - Tianjing800kV, 6400 MW, 2016

    Humeng - Liaoning800kV, 6400 MW, 2018

    Jinsha River II East China800kV, 6400 MW, 2016

    Jinsha River II - Fujian800kV, 6400 MW, 2018

    Jinsha River II East China800kV, 6400 MW, 2019

    Jingping East China800kV, 6400 MW, 2012

  • 40.5

    m

    40.1

    m

    Comparaie ntre un stlp de 800 kV AC i un stlp de 500 kV DC, avnd aceeai

    capacitate de transport (2000 MW).

    Transformarea unui stlp de la220 kV AC la 380 kV DC.

    480 MVA 1440 MVA

    220 kV AC 380 kV DC

    acelaie

    i stlpaceeai funda

  • SurSursasa: Mitsubishi Electric Power Produces Inc.: Mitsubishi Electric Power Produces Inc.

    Soluii inteligente prin aplicaii ale electronicii de putere:dispozitive FACTS i legturi HVDC

    Controlul circulaieide puteri

    Controlul tensiuniiMeninerea stabilitii

    mbuntirea calitii energiei electrice

    Interconectarea centralelor eoliene

    Central electric

    Reglajul puterii reactive Creterea capacitiide import

    Creterea capacitiide transport

    Sistemelectroenergetic

    vecin

    Sistemelectroenergetic

    vecin

    Control interzonal

  • Smart Smart evolutionevolution

    Evoluia ctre o infrastructur robust

  • Smart Smart evolutionevolution

    Evoluia de la reelele pasive spre reelele active

    Sisteme de comunicaiiMonitorizare n timp real Acionare de la distan

    Reele pasive =reele dependente de intervenia operatorului uman

    Reele active =reele capabile s rspund (s se adapteze) n timp real la evenimente complexe

  • SMESPile cu combustibil

    Stocare de energie termc

    Central eolian off-shore

    Integrarea surselor de generare: o mare provocare

    Micro-hidrocentrale Central

    fotoelectricHidrocentral

    Panouri fotoelectrice

    Biomas

    Energia valurilor

    Managementul consumului

    CHPStocare de hidrogen

    Stocarede energieelectric

    CTE cu 0 emisii

    Microreea

    Controler local

    Panouri fotoelectrice

    Nod de comunicaie

    Transformator

  • Crearea conceptului de SmartGrids Reele Inteligente

    Aparate inteligente

    Delestaj voluntar de sarcin ca rspuns la dezechilibru de puteri

    Managementul consumuluiLa vrf de sarcin, consumul poate fi

    asigurat din surse proprii pentru a economisi bani

    Locuine

    Sisteme digitale de protecie ce acioneaz n microsecunde

    Procesoare

    Panouri fotoelectrice

    Detecteaz condiii nefavorabile de funcionare i pot semnala

    zone care pot fi izolate -autocicatrizare

    Central eolian Generare distribuitEnergia provenit din surse de

    producie proprie, de mic putere, conduc la creterea independenei

    energetice i la reducerea costurilor

    Senzori

    Cldire industrial

    Central electric de putere mare

    Microrea izolat

    Birouri

    Viziune pentru viitor o reea a microreelelor integrate care se pot monitoriza i auto-cicatriza

    SMARTSMART--GRIDSGRIDS

    Perturbaie n reea

    Energia generat la gol de sarcin poate fi stocat n

    baterii pentru utilizare ulterioar

    Stocare

    FlexibilitateAccesibilitate Siguran Economicitate

  • integrarea a doua infrastructuri

    Reele inteligente (SmartGrids)

    Infrastructura electricInfrastructura electric

    Infrastructura Infrastructura InteligentaInteligenta

  • Structura general a unui sistem energetic

    Sistem electro-energetic

    Combustibil, baraj i lacuri de acumulare

    Centrale electrice

    Reele electrice de transport

    Reele electrice de distribuie

    Consumatori

    Reeaua electric

  • Noiuni introductive

    Sistemul electroenergetic = ansamblu de instalaii energetice care asigur procesul de producere (generatoarele, fr turbinele de antrenare), de transport (liniile i staiile electrice) i consum de energie (receptoarele electrice)

    Sistemul energetic este ansamblul instalaiilor rezultat din adugarea la sistemul electroenergetic, pe partea de centrale i a turbinelor, cazanelor, depozitelor de combustibil (pentru centrale termoelectrice) respectiv pentru centralele hidroelectrice a turbinelor, barajelor i lacurilor de acumulare, iar pe partea consumatorilor alturi de receptoarele de energie se consider i mecanismele antrenate.

  • Noiuni introductive

    Receptor de energie electric: un element de circuit care consum energia electric n scop util sau un aparat care transform energia electric n alte forme de energie (luminoas, mecanic, termic)

    Consumatorul de energie electric: ansamblul instalaiilor electrice pentru alimentarea receptoarelor dintr-o nteprindere, construcii etc.

    Instalaiile electrice dintr-un sistem electroenergetic se pot grupa: Producere a energiei electrice (generatoarele); Transport a energiei electrice (linii electrice aeriene i

    subterane, staii transformatoare) Distribuie (linii electrice aeriene i subterane, posturi de

    transformare, tablouri de distribuie) Instalaii la consumator.

  • Turb

    in

    GEN

    Generatorde abur

    V

    UV

    MT T

    V

    Noiuni introductive

    V - tensiunea de faz

    U - tensiunea ntre faze

  • VVV

    U

    U

    U

    V

    V

    V

    VU 3

    V - tensiunea de faz

    U - tensiunea ntre faze

  • a

    b

    c

    A

    B

    CSecundar

    Primar

  • V = Ufp - tensiunea de faz

    U = Uff - tensiunea ntre fazeVU 3

    Legtura dintre tensiunea de faz V i tensiunea ntre faze U

    a V ca U U ab

    c V bV

    bcU

    a

    c b

    N

  • Tensiunea nominal a sistemului (ca un ntreg) (eng.: nominal voltage of the system) = o valoare a tensiunii utilizat pentru a desemna sau identifica un sistem i la care se refer anumite caracteristici de funcionare

    Tensiune normat (rated voltage) = o valoare cantitativ atribuit, n general, de constructorul de echipamente pentru anumite condiii de funcionare ale unei componente, dispozitiv sau echipament din sistemul electroenergetic. Ex: tensiunea la bornele generatoarelor este diferit de tensiunea reelei electrice este 6,3 kV, 10,5 kV, 24 kV sau 35 kV.

    Definiii

  • Clasificarea reelelor electrice

    dup nivelul de tensiune;

    n funcie de destinaia i extinderea geografic;

    n funcie de topologie;

    n funcie de situaia neutrului fa de pmnt;

    sisteme de transport la tensiune alternativ sau continu

  • Clasificarea RE dup nivelul de tensiune

    Reele de joas tensiune Un 1 kV- n Romnia este folosit tensiunea de 400/230V

    Reele de medie tensiune 1 kV Un < 110 kV Un=10kV;20kV pentru distribuia urban (LES/LEC) Un=20kV pentru distribuie rural (LEA) Un=6kV;10kV pentru distribuie industrial

    (LEC/LES) Reele de nalt tensiune 110 kV Un > 245 kV

    - Rol de repartiie zonal sau de distribuie n cadrul marilor orae

    - Un =110 kV, 220 kV Reele de foarte nalt tensiune Un 245 kV

    - Un =400 kV, 750 kV

  • Dup destinaie: Reele electrice de transport (T, FT) Reele electrice de repartiie (T) Reele electrice de distribuie (MT/JT)

    Dup extinderea geografic: Reele naionale Reele zonale Reele locale

    Clasificarea RE n funcie de destinaie i extinderea geografic

  • Reele radiale, arborescente sau deschise

    Reea radial

    Reea arborescent

    Staie de transformare T MT /

    Posturi de transformare M / T JT

    Clasificarea reelelor electrice n funcie de topologie

  • Structuri de reele buclate

    ~ 2

    ~1

    I

    ntreruptor

    Clasificarea reelelor electrice n funcie de topologie

  • ~

    ~

    I

    I

    ~

    ~

    I

    I

    Reea buclat complex Modificarea topologiei unei reele prin debuclarea n statiile de transformare: a) fr debuclare; b) cu debuclare

    a b

    Structuri de reele complex buclate

    Clasificarea reelelor electrice n funcie de topologie

  • Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

    Reele cu neutrul legat direct la pmnt

    Reele cu neutrul tratat:

    - prin impedan (bobin i / sau rezistor)

    - prin sistem rezonant (bobina Peterson)

    Clasificarea reelelor n funcie de situaia neutrului fa de pamnt

  • Reele electrice cu neutru izolat fa de pmnt

    N

    Z =NPamant

    Transformator

    a V ca U U ab

    c V b V

    a

    c b

    N

    a V

    c V bV

    a

    c b

    N

    Regim normal VN=VP=0

    Regim cu defect (faza a) VN=V VVV cb 3

  • Reele cu neutru tratat prin impedan

    Reele cu neutru legat direct la pmnt

    N

    ZN

    N

    X N = 0

    Clasificarea reelelor n funcie de situaia neutrului fa de pmnt