Friðrik Rafn Ísleifsson. Spændingsstyring og reaktiv effektbalance i slukkespolejordede

Transkript

1 Friðrik Rafn Ísleifsson Spændingsstyring og reaktiv effektbalance i slukkespolejordede kv net Eksamensprojekt, marts 2006

2

3 Friðrik Rafn Ísleifsson Spændingsstyring og reaktiv effektbalance i slukkespolejordede kv net Eksamensprojekt, marts 2006

4 Spændingsstyring og reaktiv effektbalance i slukkespole-jordede kv net, Rapporten er udarbejdet af: Friðrik Rafn Ísleifsson Vejleder(e): Arne Hejde Nielsen, CET Ørsted DTU Ørsted DTU Center for Elteknologi (CET) Danmarks Tekniske Universitet Elektrovej Bygning Kgs. Lyngby Denmark Tel: (+45) Fax: (+45) cet@oersted.dtu.dk Udgivelsesdato: 8.marts 2006 Klasse: 1 (offentlig) Udgave: 1. udgave Bemærkninger: Denne rapport er indleveret som led i opfyldelse af kravene for opnåelse af graden Civilingeniør på Danmarks Tekniske Universitet. Rettigheder: Friðrik Rafn Ísleifsson,

5 ABSTRACT The distribution company ENV in northern Jutland is obligated to comply with certain MVAr-rules, according to which exchange of reactive power between ENV s 60 kv grid and the 150 kv grid must be within a specific MVAr-band. In the next ten years ENV will be replacing ca. 150 km of overhead lines with underground cables. This will yield a change in the 60 kv grids reactive power balance and alter the voltage distribution in the grid. In this project calculations for ENV s reactive power balance are carried out, for ENV s current grid and the planned cable grid. A model of ENV s grid is set up in a load-flow calculation program which is then used to perform calculations of reactive power balance and voltage distribution in the 60 kv grid. Methods for compensation of potential shortage or excessive reactive power are discussed and tested in calculations and simulations. ENV s 60 kv grid is earthed trough arc suppression coils and since the increase in cable mass in the planned grid will raise the capacitive earth fault current during such faults, an estimation of the required compensation is made. Possibilities for compensation of the capacitive earth fault current are discussed and evaluated with respect to currently installed arc suppression coils and the loadability of current transformers star point. 3

6 RESUMÉ Distributionsselskabet ENV Net i Hjørring er underlagt en MVAr-ordning, ifølge den skal udveksling af reaktiv effekt mellem ENV s 60 kv net og 150 kv nettet ligge indenfor et bestemt MVAr-bånd. Over de næste 10 år skal ENV udskifte ca. 150 km luftledninger for jordkabler, dette medfører ændring af nettets reaktive effektbalance, samt ændringer af spændingsforholde i nettet. I dette projekt udføres der beregninger af den reaktive effekt balance i ENV s nuværende og fremtidige net, med et load-flow beregningsprogram og spændingsforholdene i de to forskellige net er undersøgt. Metoder for kompensering af eventuelle reaktiv effekt under eller overskud diskuteres og afprøves ved simuleringer og beregninger. ENV s 60 kv net drives slukkespolejordet og idet den øgede kabelmasse i det fremtidige net vil også medføre ændringer af den kapacitiv jordslutningsstrøm i fejlsituationer, vurderes behøv for kompensering af fejlstrømme i det fremtidige kabelnet. Muligheder for kompensering af kapacitiv jordslutningsstrøm diskuteres og vurderes med hensyn til de i nettet nuværende transformeres nulpunktsbelastningsevne og installeret slukkespoleeffekt. 4

7 INDHOLDSFORTEGNELSE Abstract... 3 Resumé... 4 Liste over figurer... 7 Liste over tabeller... 9 Symbolliste Indledning Problemformulering Metode Afgrænsning og forudsætninger ENV s 60 kv net Beskrivelse af ENV s net Modellering Nettets komponenter Aktiv og reaktiv effekt Strøm Aktiv effekt Reaktiv effekt Tilsyneladende effekt Forbrug og produktion af reaktiv effekt i nettet Beregning af reaktiv effekt Belastning i 10 kv nettet kv kabelnet Kraftvarmeværker Vindmøller Reaktiv effektbalance under station Starbakke Reaktiv effektbalance under station Bredkær Delkonklusion Kompensering for reaktiv effekt Shunt reaktor og shunt kondensator

8 Indholdsfortegnelse 5.2 SVC Off tap transformere og brug af reserve transformere Delkonklusion Spændings regulering Spændingsforholde Beregning af spændingsforholde i nettet under station Starbakke Ind og udkobling af lange kabelstrækninger Delkonklusion Jordingsformer Direkte jordet nulpunkt Isoleret nulpunkt Slukkespolejordet nulpunkt Jordslutningsstrømme Jordslutningsstrøm i det nuværende net Jordslutningsstrøm i det fremtidige net Transformernes nulpunktsbelastning Delkonklusion Kompensering af kapacitiv jordslutningsstrøm Delkonklusion Løsningsforslag Forbrug og produktion af reaktiv effekt i det kompenserede net Spændingsforholde i det kompenserede net Delkonklusion Konklusion Perspektivering...78 Referencer...79 A Data fra ENV...81 B Beregningsresultater

9 LISTE OVER FIGURER Figur 3-1: Strøm fordelt i aktiv komposant, I P og reaktiv komposant, I Q Figur 3-2: Kurveforme for strøm, spænding og aktiv effekt Figur 3-3: Kurveforme forstrøm, spænding og r eaktiv effekt Figur 4-1: Den ved beregningerne anvendte fortegnskonvertion Figur 4-2: Minimalt forbrug under station Starbakke, målt den 4. september Der er meget lidt kraftvarme og vindproduktion Figur 4-3: Maksimalt forbrug under station Starbakke, målt den 16. februar Der er meget lidt vindproduktion og 8 MW produktion i kraftvarme værker Figur 7-1: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i højlast situation i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke Figur 7-2: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i lavlast situation og uden vind eller kvv. Produktion i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke Figur 7-3: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i lavlast situation og med vindproduktion og fuld kvv. produktion ved tanφ=0,4 i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke Figur 7-4: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i "no-load" situation og uden vind eller kvv. Produktion i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke Figur 7-5: Spænding på 60 kv skinner i Hedebo, HDB og Ålbæk, ÅBK ved udkobling af kabel B15 i højlast situation Figur 7-6: Spænding på 60 kv skinner i Hedebo, HDB og Ålbæk, ÅBK ved indkobling af kabel B15 i lavlast situation Figur 8-1: Vektor diagram for spændinger og strømme ved enfaset jordslutning Figur 8-2: Kompensering af kapacitiv jordslutningsstrøm med en slukkespole Figur 8-3: Strøm i en udligningsvikling ved jordslutning

10 Liste over figurer Figur 10-1: Shunt reaktore tilsluttet ledning, samt ledningens kapacitans repræsenteret af kapacitore...66 Figur 11-1: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i lavlast situation og uden vind eller kvv. Produktion i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke med kompensation for reaktiv effekt Figur 11-2: Spænding på 60 kv siden af 60/10 kv transformere i højlast situation i ENV s net under 150/60 kv transformerstation Starbakke med kompensation af reaktiv effekt

11 LISTE OVER TABELLER Tabel 4-1: Højlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion Tabel 4-2: Højlast situation for fremtidig net under station Starbakke belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion Tabel 4-3: Lavlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion Tabel 4-4: Lavlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Kvv. produktion ved tanφ=0, Tabel 4-5: Lavlast situation for fremtidig net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion Tabel 4-6: Lavlast situation for fremtidig net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Kvv. produktion ved tanφ=0, Tabel 4-7: Højlast situation for nuværende net under station Bredkær, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion Tabel 4-8: Højlast situation for fremtidig net under station Bredkær, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion Tabel 4-9: Lavlast situation for nuværende net under station Bredkær, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion Tabel 4-10: Lavlast situation for fremtidig net under station Bredkær belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion Tabel 9-1: Jordslutningsstrømme fra kabler i ENV's nuværende net Tabel 9-2: Jordslutningsstrømme fra kabler i ENV's fremtidige net Tabel 9-3: Størrelse af nuværende slukkespoler og transformeres nulpunktsbelastningsevne i ENV's nuværende net. FKE s transformere og slukkespoler er skrevet med kursiv Tabel 11-1: Størrelse af reaktorer til kompensering Tabel 11-2: Lavlast situation for fremtidig net under station Starbakke med kompensation af reaktive effekt overskud, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. Produktion

12 Liste over tabeller Tabel 11-3: Højlast situation for fremtidig net under station Starbakke med kompensation af reaktive effekt underskud, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion Tabel 11-4: Højlast situation for fremtidig net under station Starbakke med kompensation af reaktive effekt underskud, belastning 50 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion

13 SYMBOLLISTE Symbol Enhed Definition C Farad [F] Kapacitans f Hertz [Hz] Frekvens I Ampere [A] Strøm i Ampere [A] Momentant værdi af strøm j - Den komplekse operator 1 90 L Henry [H] Induktans P Watt [W] Aktiv effekt Q Voltampere reaktiv [VAr] Reaktiv effekt R Ohm [Ω] Resistans S Voltampere [VA] Tilsyneladende effekt U Volt [V] Spænding v Volt [V] Momentant værdi af spænding Z Ohm [Ω] Impedans φ Grader [º] Fasevinkel ω rad/s Vinkelhastighed 11

14

15 1 INDLEDNING Fra er alle netselskaber der driver net på spændingsniveau fra 60 kv og lavere, underlagt en såkaldt MVAr-ordning der skal begrænse udveksling af reaktiv effekt med transmissionsnettets 150 kv niveau. Distributionsselskabet ENV Net, der operer på 60 kv spændingsniveau og lavere, står overfor at skulle kabellægge ca. 150 km på 60 kv niveauet, med tilhørende forandring af den reaktive effektbalance i nettet. ENV Net ønsker derfor undersøgt hvad der skal til, for opretholdelse af reaktiv effektbalance og hvordan en funktionel spændingsstyring og overholdelse af MVAr-ordningen fra ENV Nets side sikres. Kabellægningen af 60 kv nettet medfører større kapacitiv nulstrøm ved enfasede jordslutninger. Idet ENV Nets 60 kv net drives slukkespolejordet medfører kabellægningen store kompenserende nulstrømme gennem 60/10 kv transformernes stjernepunktstilsluttede slukkespoler. 1.1 Problemformulering Med udgangspunkt i overholdelse af MVAr-ordningen og ændringer ved udbygning af ENV s 60 kv net kan følgende spørgsmål opstilles for det nuværende samt de fremtidige net: Hvor store er eventuelle over og underskud af reaktiv effekt? Hvordan kan reaktiv effekt over og underskud kompenseres? Kan der opstå problemer med spændingsforholde i nettet? Hvordan kan spændingsforholdene forbedres? 13

16 Indledning Kan ENV s nuværende slukkespoler kompensere for kapacitive jordslutningsstrømme i fremtiden? Kan ENV s nuværende transformere belastes med den i fremtiden nødvendige slukkespole effekt? Er der mulighed for kompensering af kapacitiv jordslutningsstrøm uden at installere flere/store slukkespoler og uden at udskifte 60/10 kv transformere? Er nettets kompensering tilstrækkelig i forhold til ovenstående med de valgte løsninger? Disse spørgsmål undersøges i de følgende afsnitte, og der forsøges at finde løsninger på dem. Disse løsninger er så drøftede i konklusionen bagerst i rapporten. 1.2 Metode Der tages udgangspunkt i worst-case situationer for den reaktive effekt balance, hvor situationerne er definerede på baggrund af måledata fra ENV. Analyse af reaktiv effektbalance og spændingsforholde udføres i beregningsprogrammet PowerFactory fra DIgSILENT. Beregninger af kapacitiv jordslutningsstrøm, slukkespole størrelser og transformeres nulpunktsbelastningsevne er udførtei henhold til almindelig praksis. 1.3 Afgrænsning og forudsætninger Det forudsættes for beregninger af reaktiv effektbalance, spændingsforhold og slukkespolestrøm, at nettet er i normalt koblingstilstand, det vil sige at det i nettet givne normale skillesteder er åbne. Derfor undersøges ikke muligheder for forbedring af MVAr udveksling, spændingsforholde, eller kompensering af jordslutningsstrøm ved at bruge koblingsmuligheder mellem nærliggende nette, såvel mellem distributionsselskaber og indenfor ENV. Dette skulle ikke have stor betydning for resultaterne, idet der normalt ikke er forbindelse mellem nærliggende nette i normaldrift. Desuden forventes resultaterne at indebære løsninger som kan håndteres på samme måde som de kompenserings metoder der er i brug i dag, ved omlægninger i nettet. 14

17 2 ENV S 60 KV NET Elforsyningen Nordvendsyssel, ENV er et elselskab, der forsyner elforbrugere i den nordligste del af Jylland. De driver 60 kv, 10 kv og 0,4 kv distributionsnette og forsyner ca forbrugere. 2.1 Beskrivelse af ENV s net 60 kv nettet er opbygget som to uafhængige maskenet i normale driftssituationer, med mulighed for sammenkoblinger mellem de to 60 kv nette ved driftsforstyrrelser eller lignende. Hver del af 60 kv nettet forsynes via to 150/60 kv transformere i transformerstationerne Bredkær, BDK og Starbakke, SBA. Under de to 150/60 kv transformerstationer er der 20 stk. 60/10 kv transformerstationer og 288,5 km langt 60 kv ledningsnet, fordelt på 145,5 km af jordkabler og 143 km af luftledninger. 10 kv nettet består udelukkende af jordkabler, i alt på km og dertil sluttes stk. 10/0,4 kv transformerstationer. Endvidere er der 6 stk. 60/10 kv transformerstationer under 150/60 kv transformerstationen i Starbakke, disse 6 transformerstationer tilhører Frederikshavn Kommunale Elforsyning, FKE, samt en del 10 kv ledninger og 10/0,4 kv transformerstationer. Over det næste 10 år har ENV planlægt udskiftning af alle 60 kv luftledninger med jordkabler. Det brugte jordkabel bliver tre 400 mm 2 PEX isolerede enledere fra NKT. I beregninger for ENV s fremtidige kabelnet bruges dette kabel i stedet for alle nuværende luftledninger. Beregninger i dette projekt er for det meste udført på nettet under Starbakke, hele ENV s 60 kv net er dog opstillet i beregningsprogrammet og i nogle tilfælde sammenholdes beregnings resultater og løsningsforslag fra SBA med BDK. Oversigtskort over ENV s 60 kv net er vist på side 83 i appendiks A.1 og et skematisk netdiagram findes på side 85, i appendiks A.2. 15

18 ENV s 60 kv net 2.2 Modellering For beregning af reaktiv effektbalance i nettet er der opstillet et model der indeholder data for luftledninger, kabler transformere og generatore. Appendiks A.3 indeholder disse data. Det brugte beregningsprogram er PowerFactory fra DIgSILENT. Programmet viste sig at være meget avanceret og effektivt til enkle såvel som indviklede simulationer og beregninger. Selvom programmets bruger-interface er enkelt og selvforklarende, tog det alligevel en del tid at gøre sig fortrolig med de mange funktioner og parametre og få en fornemmelse for hvordan den objektiv orienterede database er opbygget og hvordan den skal bruges. 2.3 Nettets komponenter Opbygning på 60 kv nettet under Starbakke og Bredkær er foretaget i programmet PowerFactory, hele 60 kv nettet med generatorer, 60/10 kv transformere, 150/60 kv transformere og belastninger i 60/10 kv stationer er opbygget i et netdiagram. Netdiagrammet deles så op i to dele, den ene er nettet under Starbakke og den anden nettet under Bredkær. Dette er gjort på grund af beregnings programmets begrænsninger for studenter udgaven som kun tillader beregninger udført på systemer der er opbygget af 50 skinner eller færre. Nettet under Starbakke er to delt, hvor den ene del tilhører ENV og den anden Fredrikshavns kommunale elforsyning, FKE. I beregninger af reaktive effektbalance behandles de to dele som en helhed idet hele nettet og dets belastninger bidrager til den reaktive effektbalance. Fremgangsmåden ved opbygning af modellen er som følgende: Skinner (150, 60 og 10 kv) er opstillet og kabler mellem skinner på samme spændingsniveau er tilsluttet. Transformere mellem skinner tilsluttet. Generatorer og belastninger koblet til relevante skinner. Data for komponent typer indtastet i komponent database(linje konstanter, transformerdata, data for generatorer osv.). 16

19 ENV s 60 kv net Komponent typer definerede for individuelle komponenter og disse linket til tilhørende komponenter. Individuelle parametre indtastet for hver komponent (linjelængde, transformer jording osv.). Skalering af belastningers effektforbrug og tanφ. Tabeller laves for styring af generatorernes effekt og tanφ. Data for komponent type er for eksempel modstand, reaktans og kapacitet pr. km for en bestemt kabeltype, dette behøves kun defineret engang for alle kabler af en bestemt type, for eksempel for en 400 mm 2 PEX isoleret kabel med aluminiums leder. Derefter kan alle linier i nettet som består af 400 mm2 PEX-AL kabler vælges som denne type og der behøves derfor kun at indtaste længden af ledningen for de enkelte liniestrækninger. For transformere er fremgangsmåden tilsvarende, dog med den undtagelse at der er lavet en type for hver enkelt transformer idet nøjagtige data for transformer tabene var tilgængelige for de fleste transformere i nettet. Generatorerne er indstillet til at producere ved deres mærkeeffekt og med justerbar tanφ på 0, 0,3 og 0,4. Der er også lavet en funktion for styring af alle generatorer samtidigt, altså værende producerende eller ej. Således kan alle generatorer ud eller indkobles samtidig, i stedet for at vælge en ad gangen og ud eller indkoble denne. For belastningerne, som alle er på 10 kv skinnerne, er der lavet en skaleringstabel for styring af belastningen i nettet. Således kan alle belastninger skaleres samtidigt som en procentdel af deres tilhørende 60/10 kv transformeres mærkelast. Dette kan gøres i værdier på 0, 20,30, 50, 70, 80 og 100 %. Desuden er det gjort muligt at justere på tanφ, for alle belastninger idet der laves en tabel med forskellige værdier af tanφ og den tilføjes til alle belastninger i nettet. 60/10 kv transformeren er opstillet således at den transformer som er mest i brug over året ifølge oplysninger fra ENV er den som er tilsluttet i modellen. 150/60 kv transformerne er 2 i parallel i hver 150/60 kv station og de er begge tilsluttet og drives i parallel. 17

20 ENV s 60 kv net Vindmøller Vindmøllerne er til dato kun delvist fuldlast kompenserede og delvist ukompenserede. Inden de nærmest fremtid skulle alle vindmøller være fuldlastkompenserede, dette er dog ikke ensbetydende med at de ikke bidrager til udvekslingen af reaktiv effekt. De fleste vindmøller er nemlig kompenserede med kondensatorbatterier og disse batterier kan ikke være 100 % kompensation af begge produktion og forbrug af reaktiv effekt. Endvidere er kondensatorbatterierne ikke særlig driftssikre. Det er derfor vanskelligt at modellere vindmøllerne nøjagtig og det ville tage unødvendig lang tid at gøre det. Derfor er de ikke med i beregningerne med modellen af nettet, men er behandlet generelt ved hvert belastnings tilfælde. 18

21 3 AKTIV OG REAKTIV EFFEKT Transmission af elektrisk energi er elsystemets hovedopgave, denne transmission kan med fordel forklares ved hjælp af begreberne aktiv-, reaktiv-, og tilsyneladende -effekt. I følgende afsnit forklares begreberne aktiv og reaktiv-effekt og deres indflydelse i et transmissionssystem. Endvidere er der en kort redegørelse for tilsyneladende effekt og power faktor. 3.1 Strøm Reaktiv effekt er betegnelse for den effekt der opstår når strøm og spænding i et vekselstrømssystem ikke ligger i fase med hinanden, men er faseforskudt i forhold til hinanden. Strømvektoren kan opløses i en komposant i fase med spændingen og en komposant vinkelret på spændingen. Den komposant der er i fase med spændingen giver sammen med spændingen den aktive effekt, P, mens den komposant der er vinkelret på spændingen giver sammen med spændingen den reaktive effekt, Q. I P V I Q I Figur 3-1: Strøm fordelt i aktiv komposant, I P og reaktiv komposant, I Q Forholdet mellem den komposant af strømmen der er i fase med spændingen og den komposant af strømmen der er vinkelret på spændingen er således også forholdet mellem aktiv og reaktiv effekt, eller forholdet mellem sinus og cosinus til fasevinklen, φ, mellem strøm og spænding, dette kan skrives som: Q tan ϕ = P ( 3.1) 19

22 Aktiv og reaktiv effekt Det kan være en fordel at bruge tanφ frem for det ellers almindeligt brugte forhold cosφ som udtryk for faseforskydningen, fordi tanφ som forholdet mellem aktiv og reaktiv effekt giver en mere direkte fornemmelse af den fysiske størrelses orden. 3.2 Aktiv effekt Aktiv effekt er den effekt forbrugt af en rent reaktiv belastning, denne effekt kan konverters til lys, varme, mekanisk effekt og så videre. I et kredsløb hvor belastningen er rent resistiv er strømmen i fase med spændingen og den aktive effekt beregnes som multiple af spænding og strøm. Effekten er målt i enheden watt. For nærmere forklaring for beregning af aktiv effekt, kan der tegnes kurver for spændingen og strømmen (Figur 3-2). På figuren ses der at peakværdierne for spænding og strøm er henholdsvis 2 V og 2 I hvor V og I er effektive værdier. Figur 3-2: Kurveforme for strøm, spænding og aktiv effekt Den aktive effekt varierer mellem 0 og peakværdien, 2 P = 2 V 2 I = 2 V I, altså altid positiv og med en frekvens på det dobbelte af netfrekvensen. Det at effekten altid er positiv betegner at effekten altid går fra generator til belastningen, dette er hvad der betegner aktiv effekt, det at selvom den varierer fra nul og maksimum, ændres retningen af effektoverførslen ikke. Det er denne effekt som skal transporteres i gennem elnettet, fra produktionsenheder til forbrugere. Dette kan dog ikke lade sig gøre uden at reaktiv effekt bliver produceret og brugt diverse steder i nettet. 20

23 Aktiv og reaktiv effekt 3.3 Reaktiv effekt Reaktiv effekt kan ikke konverteres til at udføre arbejde som at give lys, varme eller mekanisk effekt som aktiv effekt, men alle induktive komponenter, f.eks. transformere, asynkron motorer og transmissionslinier bruger reaktiv effekt. For bedre at kunne forstå hvordan reaktiv effekt forholder sig til spændingen og strømmen i et kredsløb kan kurveformerne for spændingen og strømmen tegnes op og ved multiplikation af strøm og spænding kan så kurveformet for den reaktive effekt indtegnes, Figur 3-3 viser kurveformene. Figur 3-3: Kurveforme forstrøm, spænding og r eaktiv effekt Det at den reaktive effekt skiftevis er negativ og positiv betegner at effekt retningen konstant skifter, således at to komponenter, f.eks. en generator og en induktor skiftevis producere og bruge reaktiv effekt. For at skelne mellem aktiv og reaktiv effekt bruges enheden Volt-Ampere reaktiv, forkortet VAr, for reaktiv effekt. Grunden til at transport af reaktiv effekt er uønsket er at det medfører forøgede aktive tab i nettet. Disse tab koster penge, og idet transport af reaktiv effekt desuden optager en del af nettets overførings evne er det nødvendigt at kompensere for denne transport af reaktiv effekt. 3.4 Tilsyneladende effekt Der bliver ofte gjort brug af begrebet tilsyneladende effekt, S, når der beregnes med effekter. Som kompleks størrelse defineres tilsyneladende effekt som: 21

24 Aktiv og reaktiv effekt S = P + j Q ( 3.2) Hvor S er den tilsyneladende effekt, P er aktiv effekt, Q er reaktiv effekt og j er Forbrug og produktion af reaktiv effekt i nettet Transmission af reaktiv effekt medfører stigende aktive og reaktive tab i ledninger som fremgår af formlerne for aktivt og reaktivt tab i en ledning: 2 2 P + Q P = R ( 3.3) 2 U 2 2 P + Q Q = X ( 3.4) 2 U Hvor P er aktiv effekt, Q er reaktiv effekt, U er spændingen, R er ledningens modstand pr. km og X er ledningens reaktans pr. km. Af formel (3.4) ses det at det reaktive tab er proportionalt med belastningen i anden potens og med ledningens reaktans, som for luftledninger er større pr. km en for jordkabler. Som eksempel på reaktive tab giver overføring af 10 MW og 3 MVAr over en 10 km lang 60 kv luftledning reaktive tab på ca. 0,5 MVAr, mens overføring af samme effekt over en 10 km lang 60 kv jordkabel giver reaktive tab på 0,15 MVAr. Dertil kommer det at alle ledninger har en vis kapacitet til jord og producerer derfor en vis mængde reaktiv effekt. Kapaciteten pr. km for jordkabler er langt større end kapaciteten for luftledninger. Som eksempel kan det nævnes at en 10 km lang 60 kv luftledning producerer ca. 0,1 MVAr, mens et 10 km lang 60 kv jordkabel producerer ca. 2 MVAr. Af ovenstående fremgår det at et 60 kv luftledningsnet vil generelt give et reaktivt underskud ved normale belastninger, hvor modsat er overvejende kabellagt net vil give reaktivt overskud. Idet det reaktive nettab er proportionalt med belastningen i anden potens, men den reaktive egenproduktion i nettet er uafhængig af belastningen, vil en stigende belastning i nettet forøge et eventuelt reaktiv effekt underskud, hvorimod en faldende belastning kan give anledning til et reaktiv effekt overskud i nettet. Af formel (3.3) kan det ses at transmission af effekt med tanφ=0,3 medfører ca. 10 % større tab end transmission af effekt med tanφ=0. Dertil kommer det at den reaktive effekt også optager en del af ledningens overføringsevne. Det er på grund af disse tab og for at optimere ledningernes overføringsevne som det er ønskeligt at kompensere for transport af reaktiv effekt, dels for direkte at spare penge 22

25 Aktiv og reaktiv effekt ved at minimere tab og del for bedre at kunne udnytte de komponenter som bruges til overføring af aktiv effekt. Denne kompensering af reaktiv effekt transport foregår ved at producere eller optage, i hvert fald en del af den reaktive effekt tæt på forbrugs eller produktionsstedet. 23

26

27 4 BEREGNING AF REAKTIV EFFEKT På baggrund af MVAr-ordningen der sætter begrænser på udveksling af reaktiv effekt over 150/60 kv transformerne er der lavede beregninger af reaktiv effektbalance i ENV s net. Udvekslingen måles på 150/60 kv transformernes 150 kv side, retninger der betegner effekt udvekslingens fortegn er vist i Figur 4-1. Figur 4-1: Den ved beregningerne anvendte fortegnskonvertion. For at undersøge forholdene omkring reaktiv effekt balance er der lavet en model til beregning af load flow i Power Factory, som beskrevet i kapitel 2.2. For at vurdere udvekslingen af reaktiv effekt over 150/60 kv skillefladen er der opstillet forskellige driftssituationer, disse er høj last og lav last og beregningerne er udført på to modeller. Den ene model er ENV s nuværende net og den anden model er for det fremtidige net hvor alle luftledninger har været udskiftet med kabler. 25

28 Beregning af reaktiv effekt 4.1 Belastning i 10 kv nettet Højlast og lavlast situationer er definerede med udgangspunk i ENV s data for belastningen i deres net i år Figur 4-2 viser den samlede belastning, målt på 10 kv siden på 60/10 kv transformerne, under station Starbakke den 4. september Dette er en dag hvor forbruget var minimalt samtidigt med at vindmølleproduktion og kraftvarmeværkernes produktion var minimal. Sum MW og MVAr Starbakke området MW MVAr tanφ 0,45 0,4 0,35 0,3 MW/MVAr ,25 0,2 0,15 0,1 0,05 tanφ :00 Figur 4-2: Minimalt forbrug under station Starbakke, målt den 4. september Der er meget lidt kraftvarme og vindproduktion. 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 Det mindste forbrug af aktiv effekt er på knap 6 MW og mest 13.2 MW. Det reaktive forbrug er nogenlunde konstant på 2 MVAr. Tanφ er 0,25 i gennemsnit over denne dag. Dette forbrug er forbruget under station Starbakke udelukkende målt på ENV s 60/10 kv transformere og derfor skal der også tages højde for forbrug fra FKE s 60/10 kv stationer ved beregning af udveksling af reaktiv effekt over 150/60 kv transformeren. Sættes belastningerne på 10 kv skinnerne til at være 15 % af 60/10 kv transformernes mærkeeffekt og tanφ=0,25 er den samlede 10 kv belastning på 23 MW. Dette er måske lidt i overkanten i forhold til det målte data af mindste forbrug i ENV s net, men vurderes dog for at være en rimelig størrelse for beregning af det mest forekommende overskud af reaktiv effekt. 26

29 Beregning af reaktiv effekt For beregninger i højlast situationer er der taget udgangspunkt i ENV s målinger den 16. februar 2005, en dag hvor forbruget er ret stort, dog ikke det meste forbrug målt, men hvor der også ikke er meget vindproduktion eller produktion fra kraftvarmeværker. Figur 4-3 viser ENV s målinger, som før målt på 60/10 kv transformernes 10 kv side. Sum MW og MVAr Starbakke området MW MVAr tanφ 0,45 0,4 0, ,3 MW/MVAr 15 0,25 0,2 tanφ 10 0,15 5 0,1 0, :00 Figur 4-3: Maksimalt forbrug under station Starbakke, målt den 16. februar Der er meget lidt vindproduktion og 8 MW produktion i kraftvarme værker. 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 Det største forbrug er på 25 MW og 7 MVAr og tanφ er ca. 0,28 gennemsnitligt over døgnet. Dette forbrug er som før kun forbruget i ENV s net og derfor skal forbruget fra FKE s net tillægges, antages forbruget i FKE s net for værende lige stort i forhold til 60/10 kv transformernes mærkeeffekt kan der tillægges yderlige 20 MW for at få det samlede forbrug under station Starbakke. Forbruget beregnes derfor på 45 MW. Dette svarer til 30 % belastning af 60/10 kv transformerne. Idet dette ikke anses for at være særlig høj belastning af nettet, er der valgt at sætte belastningen til 50 % i beregningerne og bruge en tanφ på 0, kv kabelnet Belastningen målt på 60/10 kv transformerne inkluderer, udover forbruget i 10 kv nettet, også 10 kv nettets egenproduktion af reaktiv effekt. ENV s 10 kv net er udelukkende kabellagt og der er under stationerne i Starbakke og Bredkær 1453 km af 10 kv kabler. 27

30 Beregning af reaktiv effekt Gennemsnits tværsnit af 10 kv kablerne er ca. 150 mm 2, denne kabeltype har en kapacitet 0,44 µf pr. km pr. fase, og regnes der med 1453 km af denne kabeltype er 10 kv nettets reaktive effekt egenproduktion på ca. 20 MVAr, som så fordeles mellem transformerer stationerne i Starbakke og Bredkær. Idet belastningerne i 10 kv nettet er målt på 60/10 kv transformernes 10 kv side er denne reaktive effekt produktion i 10 kv nettet inkluderet målingerne. Derfor er der i beregningerne for reaktiv effektbalance i ENV s net, valgt at inkludere dette bidrag fra 10 kv nettet i belastningerne på 10 kv skinnerne. 4.3 Kraftvarmeværker Ved vurdering af underskud af reaktiv effekt er kraftvarmeværkerne indstillet værende ude af drift, idet det værste tilfælde af underskud er når reaktiv effekt ikke genereres lokalt. Kraftvarmeværkerne kan levere reaktiv effekt hvis der er behov for det, men når der er overskud af reaktiv effekt ønskes dette selvfølgelig ikke. Endvidere ville kraftvarmeværker der producerer aktiv effekt uden at producere reaktiv effekt bidrage til reducering af reaktiv effekt overskud ved at øge belastningen af linier og kabler. Dette ville medføre at luftledningers og kablers reaktiv effekt forbrug ville mindskes og udveksling over 150/60 kv transformerne ville være mindre. Derfor skulle produktionen også være ude af drift i højlast situationen for at få det værste tilfælde af reaktiv effekt. Idet styringen af kraftvarmeværkerne ikke altid er optimal kan det forekomme at de producerer reaktiv effekt, selvom der ikke er behov for det. Derfor beregnes overskud af reaktiv effekt med og uden bidrag fra kraftvarmeværkerne. 4.4 Vindmøller Vindmøllernes bidrag til udvekslingen af reaktiv effekt behandles separat for hvert tilfælde, dette er simplere end modellering af vindmøllerne i Power Factory og skulle ikke have markant indflydelse på beregningerne, især fordi installeret vindmølle effekt i nettet under station Starbakke ikke er stor. I efterfølgende er beregninger først foretaget på ENV s nuværende net, som er blanding af luftledninger og kabler, derefter på ENV s fremtidige net hvor alle luftledninger er blevet udskiftet med cm 2 PEX-isoleret aluminiums enledere. 28

31 Beregning af reaktiv effekt 4.5 Reaktiv effektbalance under station Starbakke Beregningerne er foretaget i Power Factory, hvor løsningen på load flow et er fundet med Newton Raphson classical metoden. Tilfælde for højlast og lavlast er fundne fra ENV s måledata og komponenter er indstillede på den måde at de enten bidrager mest muligt eller mindst muligt til den reaktive effekt balance ENV s nuværende net Belastninger er indstillet på 50 % af 60/10 kv transformernes mærkelast og tanφ på 0,30. Der er ingen kraftvarme produktion. Resultaterne er vist i appendiks B.1. Tabel 4-1 viser det mest relevante resultater. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,66-18,75 Tab i 60/10 kv transformere 0,36 4,35 Tab i 150/60 kv transformere 0,07 4,15 Belastninger på 10 kv skinner 76,64 22,94 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 77,73 12,69 Tabel 4-1: Højlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion. Resultaterne i Tabel 4-1 viser at produktion af reaktiv effekt i kabler og luftledninger i ENV s nuværende net, i denne belastnings situation, nærmer sig at ophæve den reaktive del af belastningen på 10 kv skinnerne. Der står dog efter 12,69 MVAr og idet MVAr båndet for station Starbakke er på maksimal 5 MVAr forbrug af reaktiv effekt er der et underskud af 7,69 MVAr. Installeret effekt af vindmøller under station Starbakke er på 9,75 MW, Ragnes der med at 90 % af vindmøllerne er fuldlastkompenserede, som opgivet fra ENV, er der 8,775 MW fuldlastkompenserede og 0,975 MW tomgangskompenserede vindmøller. Regnes der med tanφ på 0,27 for tomgangskompenserede møller og fuldlastkompenserede vindmøller antages værende fuldlastkompenserede, kan vindmøllerne bidrage yderligere med ca. 0,26 MVAr. 29

32 Beregning af reaktiv effekt ENV s kabelnet Belastninger er indstillet på 50 % af 60/10 kv transformernes mærkelast og tanφ på 0,30. Der er ingen kraftvarme produktion. Resultaterne er vist i Appendiks B.2. Tabel 4-2 viser det mest relevante resultater. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,50-29,57 Tab i 60/10 kv transformere 0,36 4,42 Tab i 150/60 kv transformere 0,07 4,20 Belastninger på 10 kv skinner 76,64 22,94 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 77,57 1,99 Tabel 4-2: Højlast situation for fremtidig net under station Starbakke belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion. Tabel 4-2 viser fordelingen af effekt i ENV s net når alle luftledninger har været udskiftet for kabler. Nu er bidraget fra kablerne steget med -10,82 MVAr, fra -18,75 MVAr i det blandede luftlednings og kabelnet, til at være -29,57 MVAr i det rene kabelnet. Transformertaberne er så godt som uændrede fra de forrige beregninger for blandet kabel og luftledningsnet og samme belastningssituation. Størrelsen af belastningerne er den samme som i beregningerne for samme belastningssituation for det blandede luftlednings og kabelnet. Som følge af den øgede produktion af reaktiv effekt i nettet er forbrug af reaktiv effekt kommet ned på ca. 2 MVAr og er nu indenfor MVAr båndet tildelt station Starbakke. Som i det forrige tilfælde kan vindmøllerne yderlige bidrage til underskuddet med ca. 0,26 MVAr. 30

33 Beregning af reaktiv effekt ENV s nuværende net Belastninger er indstillet på 15 % af 60/10 kv transformernes mærkelast og tanφ på 0,25. Der er ingen kraftvarme produktion. Resultaterne er vist i appendiks B.3. Tabel 4-3 viser det mest relevante resultater. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,08-19,65 Tab i 60/10 kv transformere 0,14 0,39 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 0,50 Belastninger på 10 kv skinner 23,28 5,84 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 23,54-12,92 Tabel 4-3: Lavlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion I Tabel 4-3 vises resultater for beregning af overskud af reaktiv effekt i station Starbakke. Produktion af reaktiv effekt fra kabler og luftledninger er af samme størrelses orden som ved højlast, dog én smule større pga. mindre overførsel af aktiv effekt og dermed mindre reaktiv forbrug i luftledninger og kabler, pga. højere spænding i nettet er den reaktive effekt produktion i luftledninger og kabler også lidt større. Det samlede reaktive tab i 150/60 kv og 60/10 kv transformere er kun på 0,89 MVAr, pga. den relativt lille belastning på 10 kv skinnerne. Produktionen af reaktiv effekt i kabler og luftledninger overgår det reaktive tab i transformere og det reaktive forbrug fra 10 kv nettet med -12,92 MVAr. MVAr båndet for station Starbakke er på maksimalt -9 MVAr i produktion fra 60 kv nettet, målt på 150 kv siden af 150/60 kv transformerne. Der er derfor -3,92 MVAr i overskud i denne belastningssituation. Idet vindmøllerne kun ville bidrage til reduktion af overflødig reaktiv effekt indgår de ikke i beregningerne for overskud af reaktiv effekt. 31

34 Beregning af reaktiv effekt Andet gælder for kraftvarmeværkernes produktion, de kan producere reaktiv effekt, hvis der er behøv for mere reaktiv effekt. Med en uhensigtsmæssig styring af kraftvarmeværkernes produktion af reaktiv effekt kan de derfor bidrage til overskuddet af reaktiv effekt. Tabel 4-4 viser resultaterne for beregning af reaktiv effekt overskud i nettet under station Starbakke ved samme forhold som før for belastningen men nu med maksimal kraftvarme produktion og fuld produktion af reaktiv effekt med kraftvarme værkernes tanφ indstillet på 0,4. Nøjagtigere resultater findes i appendiks B.4. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,23-19,37 Generatore -42,51-17,07 Tab i 60/10 kv transformere 0,28 3,30 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 0,77 Belastninger på 10 kv skinner 23,28 5,83 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer -18,68-26,54 Tabel 4-4: Lavlast situation for nuværende net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Kvv. produktion ved tanφ=0,4. Her ses det at overskud af reaktiv effekt kan gå helt op til -26,54 MVAr, altså -17,54 MVAr under båndet, ved en dårlig styring af kraftvarmeværkernes tanφ. 32

35 Beregning af reaktiv effekt ENV s kabelnet Belastninger er indstillet på 15 % af 60/10 kv transformernes mærkelast og tanφ på 0,25. Der er ingen kraftvarme produktion. Resultaterne er vist i appendiks B.5. Tabel 4-5 viser det mest relevante resultater. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,11-30,30 Tab i 60/10 kv transformere 0,13 0,40 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 0,80 Belastninger på 10 kv skinner 23,28 5,83 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 23,56-23,27 Tabel 4-5: Lavlast situation for fremtidig net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion. Tabel 4-5 viser resultater for beregning af effektbalancen i nettet under station Starbakke når alle luftledninger har været udskiftet med kabler. Som i beregningerne for højlast situationen for det rene kabelnet er kablernes produktion på ca. -30 MVAr, dog nu en anelse højere pga. mindre overførsel af aktiv effekt og lidt højere spænding i nettet. Transformertaberne er blevet mindre pga. mindre belastning på 10 kv skinnerne. Produktion af reaktiv effekt er på -23,27 MVAr, hele -14,27 MVAr under båndet på -9 MVAr. Som før indgår vindmøllerne ikke beregninger for overskud af reaktiv effekt. 33

36 Beregning af reaktiv effekt Tabel 4-6 viser den samme situation for overskud af reaktiv effekt, nu med bidrag fra kraftvarmeværker. Der kan ses at produktion af reaktiv effekt er op på hele -39,81 MVAr og dermed -30,81 MVAr under båndet, ved uhensynsmæssig styring af kraftvarmeværkernes tanφ. Appendiks B.6 indeholder også disse resultater. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,25-31,13 Generatore -42,51-17,07 Tab i 60/10 kv transformere 0,28 3,25 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 1,29 Belastninger på 10 kv skinner 23,28 5,83 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer -18,66-37,81 Tabel 4-6: Lavlast situation for fremtidig net under station Starbakke, belastning 15 % og tanφ=0,25. Kvv. produktion ved tanφ=0,4. Det ses her at hvis kraftvarmeværkernes tanφ ikke styres nøjagtigt efter behovet skal der være yderligere kompensering for 17 MVAr. Det er derfor at foretrække at denne styring er indstillet efter behovet og skal ikke afvige meget fra det ønskede. 4.6 Reaktiv effektbalance under station Bredkær Der laves samme beregninger for nettet under station Bredkær som for nettet under Starbakke. MVAr båndet er fra -12 til +10 MVAr for station Bredkær for år For undersøgelse af den reaktive effektbalance i højlast situation sættes belastninger ti at være 50 % af transformernes mærkelast ved en tanφ=0,3. Der er ingen decentral produktion i nettet. Uddrag af Resultaterne er vist i Tabel 4-7, resultaterne findes i appendiks B.7. 34

37 Beregning af reaktiv effekt MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,42-15,16 Tab i 60/10 kv transformere 0,29 3,73 Tab i 150/60 kv transformere 0,06 2,99 Belastninger på 10 kv skinner 65,14 19,50 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 65,91 11,06 Tabel 4-7: Højlast situation for nuværende net under station Bredkær, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion. Den reaktive effekt produktion i nettets ledninger dækker ca. 75 % af reaktiv effekt forbrug, der er dog en manko på ca. 1,058 MVAr, hvis MVAr-båndet på 10 MVAr for Bredkær tages i betragtning. Der er installeret vindmøller under station Bredkær på ca. 45 MW. Forudsættes at 10 % af dem er tomgangskompenserede kan der yderlige 1,2 MVAr tillægges til underskuddet af reaktiv effekt, idet der regnes med en tanφ=0,27 for tomgangskompenserede møller. Beregninger for højlast situation i nettet under Bredkær, når alle luftledninger er udskiftet med jordkabler, Tabel 4-8 viser udrag af beregningerne som findes i appendiks B.8. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,22-34,36 Tab i 60/10 kv transformere 0,29 3,71 Tab i 150/60 kv transformere 0,06 3,08 Belastninger på 10 kv skinner 65,14 19,50 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 65,71-8,07 Tabel 4-8: Højlast situation for fremtidig net under station Bredkær, belastning 50 % og tanφ=0,3. Ingen kvv. produktion. Der er nu yderligere ca. -19 MVAr der produceres af kablerne i nettet, det bidrager til den reaktive effekt balance således at der nu er overskud af reaktiv effekt. Bidrag fra vindmøllernes reaktive effekt forbrug ville kun forbedre balancen, således at de tages ikke med i beregningerne. 35

38 Beregning af reaktiv effekt MVAr-båndet for overskud af reaktiv effekt i station Bredkær ligger på -12 MVAr, der er derfor plads til -3,9 MVAr mere overskud. Beregninger for underskud af reaktiv effekt i nettet under Bredkær er foretaget for ENV s nuværende net og det fremtidige rene kabelnet. Tabel 4-9 og Tabel 4-10 viser uddrag af resultater for henholdsvis det nuværende net og det fremtidige net. Hele resultaterne findes i appendiks B.9 og B.10. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,06-15,83 Tab i 60/10 kv transformere 0,11 0,34 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 0,35 Belastninger på 10 kv skinner 19,79 4,97 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 20-10,19 Tabel 4-9: Lavlast situation for nuværende net under station Bredkær, belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion. MW MVAr Tab i kabler og luftledninger 0,06-34,37 Tab i 60/10 kv transformere 0,11 0,34 Tab i 150/60 kv transformere 0,04 0,94 Belastninger på 10 kv skinner 19,79 4,97 Total udveksling på 150 kv side af 150/60 kv transformer 20-28,14 Tabel 4-10: Lavlast situation for fremtidig net under station Bredkær belastning 15 % og tanφ=0,25. Ingen kvv. produktion. Her fremstår det igen at kabellægningen vil medføre produktion af yderligere ca. -19 MVAr, et underskud på -10,19 MVAr, dvs. indenfor MVAr-båndet på -12 MVAr bliver til underskud på -28,14 MVAr, -16,14 MVAr under båndet. 36

39 Beregning af reaktiv effekt 4.7 Delkonklusion Der er beregnet hvor meget under og overskud af reaktiv effekt kan forekomme i nettene under 150/60 kv transformerstationerne i Starbakke og Bredkær, ved forskellige driftssituationer. Beregningerne viser også hvilke indflydelser den fremtidige kabellægning har på den reaktive effektbalance i nettet, og i hvilke driftssituationer der kan forventes overskridelse af MVAr-båndet. 37

40

41 5 KOMPENSERING FOR REAKTIV EFFEKT Kompensering af reaktiv effekt transport foregår ved at producere eller optage reaktiv effekt tæt på forbrugs eller produktionsstedet. I et rent 60 kv kabelnet som ENV s fremtidige net vil blive, er forbrug af reaktiv effekt størst i belastningerne i underliggende net, i 60/10 kv transformerne og en mindre del i vindmøller. Vindmøllerne skulle i den nærmeste fremtid være fuldt kompenserede og derved yde mindre til reaktiv effekt udveksling. Reaktiv effektforbrug i det underliggende net og reaktive tabe i transformerne er varierende, afhængigt af belastningen, denne reaktive effekt forbrug er normalt dækket af generatorerne i nettet og i nogle tilfælde af kondensatore eller lignende komponenter. Produktion af reaktiv effekt foregår normalt på kraftværker, hvor synkron generatorerne kan undermagnetiseres for at producere reaktiv effekt forbrugt i nettet Desuden produceres en betydelig del reaktiv effekt af selve kabelnettet, denne produktion er normalt langt større end kabelnettets egenforbrug af reaktiv effekt i kablernes reaktans. Derfor kan der i situationer hvor reaktiv effekt forbrug og transformertabe er lave, nemlig i lavlast situationer, være et overskud af reaktiv effekt i nettet. I ENV s net under station Starbakke her ENV ikke kontrol over produktionsenheder for at kunne dække et eventuelt underskud af reaktiv effekt og idet der ikke er et krav på at produktions enheder skal kunne optage reaktiv effekt kan de heller ikke bruges for at dække et eventuelt overskud af reaktiv effekt fra 60 kv nettet. Af beregningerne i kapitel 4 for reaktiv effekt balance i ENV s 60 kv net under 150/60 kv transformerstationen i Starbakke, fremstår det at der kan forekomme tilfælde med over eller underskud af reaktiv effekt i 60 kv nettet. Der findes flere forskellige komponenter der kan bruges til kompensering af reaktiv effekt udveksling mellem spændingsniveauer, herunder følger en beskrivelse af de væsentligste muligheder for kompensering af reaktiv effekt. 39

42 Kompensering for reaktiv effekt 5.1 Shunt reaktor og shunt kondensator Reaktorer kan bruges for at optage reaktiv effekt og kondensatore kan bruges til at producere reaktiv effekt. Disse to komponenter udgør det simpleste og oftest biligste form for kompensering af reaktiv effekt transport, hovedsagligt er der to varianter, den ene er hvor reaktorer eller kondensatorer er forbundet som en enhed uden nogen form for finjustering af den reaktive effekt der produceres eller optages, den anden variant er hvor reaktorerne eller kondensatorerne er opdelte og kan tilkobles nettet i mindre trin og dermed kan der reguleres på mængden af den reaktive effekt produceret eller optaget, dog begrænset af størrelsen og antallet af trinene. Kompensering med shunt reaktorer og shunt kondensatorer kan også udføres således at de kobles direkte til ledninger i nettet, ideelt opdelt i to enheder og tilsluttet hver sin ende, eller fordelt jævnt over ledningen der skal kompenseres. For lange luftledninger på de højere spændingsniveauer bruges ofte shunt reaktorer for at ophæve en del af luftledningens egenproduktion af reaktiv effekt. Dette kan principielt også bruges for kompensering af jordkabler på lavere spændingsniveauer, hvor jordkablernes egenproduktion af reaktiv effekt kan være betydelig. Der skal dog tages højde for at shunt reaktorer kan formindske en lednings overføringsevne ved høj belastning. Shunt kondensatorer kan på samme måde bruges til at kompensere for en linies forbrug af reaktiv effekt ved høj last, men idet et jordkabel normalt vil producere langt mere reaktiv effekt end den selv bruger, er dette sjældent nødvendigt. 5.2 SVC SVC, eller static Var compensators, kan også bruges til kompensering af reaktiv effekt. SVC s kan producere eller optage reaktiv effekt efter behov, dette gøres ved hjælp af shunt kondensatorer og en thyristor styret shunt reaktor. SVC s har den fordel at de kan styres ret præcist efter behovet af reaktiv effekt og de er meget hurtige at regulere på. Denne form for kompensering af reaktiv effekt er dog dyrere end kompensering med shunt kondensatorer og shunt reaktorer. 5.3 Off tap transformere og brug af reserve transformere Indkobling af reserve transformer i situationer hvor der er underskud af reaktiv effekt vil medføre formindskede reaktive tabe i de to parallelkoblede transformere. Dette kræver at transformernes kontrol udstyr og programmer er dimensioneret for parallel drift af transformerne. Det er kun ved parallel drift af 60/10 kv transformerne som der kan opnås reduktion af reaktive tab, idet 150/60 kv transformerne er normalt i paralleldrift. Det er dog dyrt at ændre kontrol udstyr for at kunne køre 60/10 kv transformerne i parallel og usandsynligt at det er økonomisk at foretrække. 40

43 Kompensering for reaktiv effekt Der er muligt med to transformere i paralleldrift at indstille deres viklingskoblere således at de ikke står i samme trin. Derved opstår der cirkulationsstrømme i transformerne og det medfører øgede reaktive tab i transformerne. Således kan større forbrug af reaktiv effekt i et net opnås og eventuelt overskud af reaktiv effekt formindskes. Dette kræver at transformernes kontrol udstyr kan regulere på viklingskoblerne således at den i nettet ønskede spænding holdes, såvel som den ønskede mængde af reaktiv effekt optages i transformerne. Dette kræver dyr kontrol udstyr og er ikke særlig hensynsmæssigt på grund af stor stigning i aktive tab i transformerne sammen med optag af reaktiv effekt. 5.4 Delkonklusion Forskellige muligheder for kompensering af reaktiv effekt er blevet beskrevet. I forhold til de i kapitel 4 beregnede størrelser af reaktiv effekt under og overskud, vil det mest passende valg af kompensation være shunt reaktorer og/eller shunt kondensatorer. Af grunde som beskrevet i kapitel 10 kan der være flere fordele ved at bruge shunt reaktorer til kompensering af reaktiv effekt overskud. 41