poniedziałek, 21.09.2020 - tydzień (N)ieparzysty
logoPolSl100 logoRE100 logoKESU

Katedra Elektroenergetyki
i Sterowania Układów

IESU - Prace zespołów badawczych

W latach 2010 i 2011 w ramach badań własnych kontynuowano badania związane z aktualnymi aspektami poprawy funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (SEE) na poziomie wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. W ramach zbiorczego tematu badawczego BW-409/RE1/2010 pt. Doskonalenie struktur oraz działania systemów elektroenergetycznych, opracowano 12 podzadań badawczych związanych m.in. z: integracją technologii energetycznych, diagnostyką układów izolacyjnych, planowaniem pracy SEE, optymalizacją sieci rozdzielczych, niezawodnością zasilania, cyfrową automatyką zabezpieczeniową (EAZ), wspomaganiem decyzji z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych, automatyką w elastycznych układach elektroenergetycznych, identyfikacją zakłóceń, zastosowaniami synchrofazorów w EAZ oraz działaniem EAZ w warunkach przyłączania farm wiatrowych.

Większość zadań została zrealizowana w roku 2010, natomiast w roku 2011 ukończono zadania związane z planowaniem pracy i sterowaniem pracą systemu elektroenergetycznego w warunkach rynku energii elektrycznej, nowoczesnymi metodami optymalizacji w eksploatacji elektroenergetycznych sieci rozdzielczych oraz ze sterowaniem oświetleniem.

Planowanie pracy i sterowanie pracą systemu elektroenergetycznego w warunkach rynku energii elektrycznej

Wykonawca:

dr inż. Roman Korab

W 2010 roku kontynuowano badania z zakresu planowania pracy i sterowania pracą systemu elektroenergetycznego w warunkach rynku energii elektrycznej.

W badaniach rozpatrzono problem wyboru właściwego dla warunków polskich modelu systemowego rynku energii. Na prostych przykładach porównano efekty działania dwóch głównych modeli rynku konkurencyjnego funkcjonującego obecnie w KSE modelu „miedzianej płyty” i postulowanego do wdrożenia modelu opartego na koncepcji cen węzłowych LMP. Opublikowane wyniki badań wychodzą naprzeciw zapisom „Polityki energetycznej Polski do 2030 roku”, której jednym z priorytetów jest rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii. W przypadku rynku energii elektrycznej wypełnienie sformułowanego celu upatruje się m.in. w zmianie modelu tego rynku w Polsce i odejściu od uśredniania kosztów (metody „miedzianej płyty”) na rzecz alokowania kosztów na podmioty je powodujące (zastosowania modelu węzłowego).

Kolejne zagadnienie zrealizowane w roku 2010 w ramach badań własnych dotyczyło zarządzania zdolnościami przesyłowymi połączeń transgranicznych KSE na rynku energii. W ramach prowadzonych badań zidentyfikowano główne przyczyny ograniczające możliwość wykorzystania mocy przesyłowych linii międzysystemowych. Stwierdzono, że największą przeszkodą są ograniczenia sieciowe w sieci wewnętrznej KSE, głównie w sieci 110 kV. Przeanalizowano szereg wariantów inwestycyjnych umożliwiających zwiększenie zdolności przesyłowych linii transgranicznych. Najlepsze efekty uzyskano w wariantach zakładających odpowiednią modernizację istniejącej infrastruktury sieciowej oraz budowę odpowiednio zlokalizowanych źródeł wytwórczych.

Wyniki opisanych wyżej badań zostały wykorzystane w monografii habilitacyjnej dr inż. R. Koraba.

Publikacje:

Korab R.: Optymalizacja operatorstwa przesyłowego w krajowym systemie elektroenergetycznym. Monografia habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011

Nowoczesne metody optymalizacji w eksploatacji elektroenergetycznych sieci rozdzielczych

Wykonawca:

dr inż. Edward Siwy

W ramach prac własnych dotyczących problemów optymalizacji struktury sieci rozdzielczych, analizowano przede wszystkim zagadnienia związane z sieciami napowietrznymi 110 kV i SN.

W 2009 r. nastąpiło w Polsce, po kilkuletnim okresie przejściowym, definitywne przejście od normy PN-E-05100-1:1998 do normy europejskiej PN-E 50341-1. Nowa norma wprowadza kilka nowych przypadków obciążeń przyjmowanych do obliczania słupów i innych podzespołów linii, w tym obciążenie kombinowane oblodzeniowo-wiatrowe oraz niesymetryczne oblodzenie przewodów. Wprowadzenie nowej normy zbiegło się w czasie, oraz znalazło swoiste uzasadnienie, m. in. w wystąpieniu zjawiska długotrwałego osadzania się mokrego śniegu na przewodach linii w czasie tzw. awarii szczecińskiej w dniach 7/8 kwietnia 2008 r. oraz wcześniej, w wystąpieniu zjawiska bardzo dużego oblodzenia przewodów w linii 400 kV Krosno–Lemeszany, połączonego z nierównomiernym opadaniem oblodzenia z przewodów linii, a także katastrofalnego oblodzenia będącego przyczyną rozległych i długotrwałych awarii sieci SN na południu kraju (zima 2009).

Norma europejska PN-EN 50341-1 wskazuje w wielu miejscach, jakie wymagania powinny się znaleźć w specyfikacji technicznej linii (w normie jest ona nazywana Specyfikacją Projektową). Wyjaśnia ona m. in. w jaki sposób Inwestor nowej linii może wpływać na niezawodność linii (mechaniczną i elektryczną), ograniczyć zakres awarii postępującej (kaskadowej) w przypadku wystąpienia ekstremalnych zjawisk atmosferycznych, zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa publicznego oraz osobom wykonującym prace na linii, dostosować linię do wymagań przepisów ochrony środowiska itp. Polski załącznik krajowy zawiera w tym względzie wiele wymagań szczegółowych, uściślających zapisy PN-EN 50341, jednak w wielu miejscach odsyła również do Specyfikacji Projektowej.

W ramach badań zajmowano się m.in. procedurami obliczeniowymi, jakie mogą być zastosowane w obliczeniach mechanicznych podzespołów linii w celu uzyskania wymaganej niezawodności linii, w tym także w celu skoordynowania nośności głównych podzespołów linii. Zastosowanie ma tutaj, zgodnie z normą europejską PN-EN 50341, metoda stanów granicznych w połączeniu z metodą współczynników częściowych. Ponieważ w obliczeniach tych wchodzi się w zakres bardzo dużych obciążeń mechanicznych przewodów i słupów, konieczne jest zwłaszcza uwzględnienie nieliniowości charakterystyk rozciągania przewodów. Podstawę do takich obliczeń stanowi Broszura Techniczna nr 324 CIGRE oraz wyspecjalizowane programy komputerowe.

Przedstawione nowe, na gruncie europejskim, metody obliczania naciągów i zwisów przewodów są dobrze znane i powszechnie stosowane od wielu lat w Ameryce Północnej, co ułatwiło tam opracowanie i zastosowanie w liniach przesyłowych nowych rodzajów przewodów roboczych, nazwanych ogólnie przewodami wysokotemperaturowymi HTLS (High Temperature Low Sag). Przewody HTLS można wykorzystywać zwłaszcza do modernizacji termicznej wybranych linii przesyłowych i 110 kV pozwalającej na znaczny wzrost zdolności przesyłowych linii.

W zakresie badań poddano analizie model obliczeniowy obciążalności prądowej (cieplnej) przewodów w różnych stanach: ustalonym, nieustalonym i zwarciowym, wykorzystywany w Polsce. Model ten oraz wykonane kilka lat temu wspólnie z EPRI (USA) badania terenowe pozwoliły opracować nowe tabele obciążalności prądowej linii przesyłowych dla różnych przedziałów temperatury otoczenia. Obciążalność ta (dynamiczna obciążalność termiczna) oparta została na długotrwałym monitoringu warunków atmosferycznych oraz zwisów w wytypowanych linach 220 kV za pomocą kilku zestawów urządzeń monitorujących CAT-1. Tabele powyższe są stosowane przez operatora krajowej sieci przesyłowej (PSE Operator) oraz przez niektórych operatorów sieci dystrybucyjnych (w tym przez Vattefall Distribution Poland).

Tabele (wykresy) powyższej obciążalności stanowią wygodne narzędzie, pozwalające na bieżące określanie aktualnych możliwości przesyłowych linii oraz na prognozowanie tej zdolności np. w cyklu dobowym. W tym celu potrzebna jest jedynie temperatura powietrza (w cieniu), która jest wielkością stosunkowo stabilną wzdłuż trasy linii, a także na większych obszarach (np. obszar zakładu elektroenergetycznego). Dodatkowo dyspozytorzy ruchu znają także możliwości przesyłowe linii w stanach n-1 systemu (w okresie do kilku dni) oraz przeciążalność linii w stanach awaryjnych (do 10÷15 minut).

Prowadzone prace służyły m.in. identyfikacji ograniczeń w sieciach napowietrznych oraz opracowaniu metod pozwalających na zwiększenie termicznej zdolności przesyłowej linii, poprzez ich monitorowanie lub modernizację termiczną. Prowadzą one do likwidacji wielu często pozornych ograniczeń sieciowych, wynikających z niepełnego rozpoznania ich rzeczywistej zdolności przesyłowej. W efekcie podjęcia tych działań należy oczekiwać w przyszłości lepszego funkcjonowania polskiego rynku energii elektrycznej.

Publikacje:

Kubek P., Siwy E., Żmuda K.: Likwidacja ograniczeń przesyłowych ważnym problemem na polskim rynku energii. Rynek energii. Zeszyt tematyczny I, 2011

Sterowanie oświetleniem

Wykonawca:

dr inż. Mirosław Kiełboń

W bieżącym roku badania objęte zadaniem BE „Sterowanie oświetleniem” skupiły się na ekonomicznych i formalno-prawnych aspektach tego zagadnienia. Zajmowano się tematyką oszczędności, jakie może przynieść wprowadzenie automatyki sterowania oświetleniem, w znaczeniu nie tylko oszczędności energii, ale i w znaczeniu innych wymiernych korzyści, np. podniesienia parametrów charakterystyki energetycznej budynku. Prace powyższe zaowocowały cyklem szkoleń z zakresu opracowywania charakterystyk energetycznych budynków, prowadzonych na studiach podyplomowych (na różnych Wydziałach Politechniki Śląskiej).

Publikacje:

W. Goc, M.Kiełboń, A. Przygrodzki: Elementy Audytu Oświetlenia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010