frekvensavhengig impedans

Teori, simulering og måling av harmonisk støy ved tilknytning av fergeladere

La oss si at vi lurer på hva som skjer når man kobler en fergelader på 5 MW til en svak 22 kV høyspentlinje langt inne i et dalføre.

I teorien kan vi analysere spenningsfall fra fergeladeren med enkle ligninger. Vi kan kontrollere at termiske grenser er overholdt. Og om vi estimerer frekvensavhengig impedans, kan vi anslå hvor store overharmoniske spenninger som fergen vil forårsake. Forholdsvis enkel teori kan brukes for å lage et regneark som kontrollerer alt dette, gitt størrelse på fergeladeren, karakteristikken til nettet (R og X) og typen omformer (ev. data på innmating av harmonisk strøm).

Når en har beregnet dette, kan en også måle innvirkningen i etterkant. Helst skal da teori og praksis stemme overens, og man se at man får de samme resultatene som man beregnet i forkant.

Problemet er at det gjør det ikke alltid. Spenningsfallberegninger treffer erfaringsmessig godt, men målt og beregnet harmonisk spenning stemmer ikke alltid så bra.

Detaljeringsgrad


Problemet i tilfellet over er at når man skal regne innvirkning på harmoniske spenninger estimeres frekvensavhengig impedans basert på retningslinjer fra IEC. Dette er ikke fordi man ikke kan teorien for hvordan det kan regnes ut mer nøyaktig, men fordi detaljerte beregninger er tungvint å implementere i Excel, Python eller tilsvarende. Det er enklere å regne nøyaktig på dette med detaljerte nettmodeller i simuleringsprogrammer som PSCAD, Simulink, osv., men dette er ikke alltid praktisk gjennomførbart.

Kabelkapasitans og kondensatorbatterier sin innvirkning på impedans


I tilfellet med frekvensavhengig impedans spiller spesielt følgende inn:

  • Kabelkapasitans på den aktuelle avgangen, og andre avganger
  • Eventuelle kondensatorbatterier i nettet
  • Dempning fra last i nettet

Om vi bygger noen enkle kretser for å vise innvirkningen av hvert ledd, får vi de fem modellene under:

  1. Inkludert driftskapasitans til kablene
  2. Inkludert et større kondensatorbatteri installert ved trafostasjon og kabelkapasitans
  3. Tradisjonell beregning med R og L
  4. Kondensatorbatteri, kabelkapasitans og last
  5. Kabelkapasitans og last


Resulterende impedans fra modellene er vist i figuren under (nr. i figuren korrelerer med modellnummer i listen over).


Betydning av mer nøyaktig beregninger


Å inkludere kapasitansene i beregningene viser hovedsakelig to ting når en sammenligner med tradisjonelle beregninger:

Det er en (eller flere) resonanstopp(er) i nettet. Det er alltid resonans i nettet, spørsmålet er med hvor stor amplitude og ved hvilken frekvens. Om resonansfrekvensen treffer på en av frekvensene fergen forårsaker støy, er det mer praktisk å se dette i planleggingsfasen, enn etter at fergen er tilknyttet.

Selv uten kondensatorbatteriet tilkoblet er den frekvensavhengige impedansen lavere for høyere frekvenser enn beregnet med den tradisjonelle metoden. Kravene som stilles for disse frekvensene basert på tradisjonelle beregninger er derfor for konservative.

Behov for verifikasjon og RENstøy


Eksempelberegningene som ble gjort her er ikke representative for et reelt nett. Det ble det gjort en rekke forenklinger sammenlignet med et ekte nett:

  • Antatt kun resistiv last
  • Lastene i 22 kV nettet er aggregert, heller enn å modellere nettet fullt ut
  • Neglisjert kapasitans i lavspentnett og i regionalnett
  • Kabelkapasitans på naboavganger er aggregert, heller enn å modellere alle linjer og kabler
  • Antatt kun kabler i nettet (ingen linjer)
  • Det er gjort antagelser for koblingsgrupper, trafotyper, mm.


Å gjøre disse forenklingene gjør at det er enklere å regne frekvensavhengig impedans. Men blir resultatene nøyaktige nok for et gitt nett? Hvor mye kan en forenkle uten at en mister vesentlig nøyaktighet?

I RENstøy prosjektet skal vi se på (blant annet) dette. En skal finne ut hvor mye en kan forenkle nettmodeller og fortsatt få akseptable resultater. Motivasjonen er å kunne bruke forenklede nettmodeller til å gjøre beregninger av frekvensavhengig impedans ved tilknytninger, heller enn å kun benytte Z = R +jWL som er dagens praksis.

Dette vil gi store fordeler ved tilknytning av ulineære laster:

  • En får vite reell innvirkning fra kundens last (dagens beregninger er lite treffsikre)
  • En kan stille mindre konservative krav til kundens innmatede støy
  • En har større forutsetninger for å si om det er nødvendig med kompenseringsutstyr
  • En avdekker ev. problemer med resonans tidlig i tilknytningsprosessen.
  • Det er praktisk gjennomførbart, i motsetning til å gjennomføre detaljerte simuleringer for alle tilknytningsprosjekter.


For å kontrollere arbeidet skal detaljerte simuleringer med full nettmodell sammenlignes mot forenklede simuleringer. Det skal også gjøres målinger i reelle case, for å kontrollere at de detaljerte simuleringene også er korrekte.

Mer info om RENstøy


Dette er kun et av temaene i REN støy. Du kan se en kort beskrivelse av prosjektinnholdet på REN sine nettsider. RENstøy ledes av REN, og seks nettselskap har meldt sin foreløpige interesse. Prosjektsøknaden sendes 15. oktober. PQA og (mest sannsynligvis) SINTEF står for utført FoU.

Tilbake til forsiden

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *