Exam text content

1/3

DEE-24010 Sähkövoimajärjestelmän säätö ja käyttö J. Bastman
MY Tentti 18.10.2017

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta. Kaikki tehtävät ovat 6 p. arvoisia

1) Vastaa seuraaviin kysymyksiin
a) Miksi jännitteiden kulman ja siirtyvän pätötehon välillä on voimakas riippuvuus?
b) Mitä tarkoitetaan käsitteellä verkon kineettinen energia ja mikä vaikutus sillä on pysyvän tilan
taajuusvirheeseen?
c) Selosta mitkä verkon komponentit tuottavat stabiilisuuslaskennassa ratkaistavia differentiaa-
liyhtälöitä?
d) Luettele keinoja nostaa siirtokapasiteettia?

2) Kaksi sähkövoimajärjestelmää A ja B on kytketty toisiinsa yhdysjohdolla, jossa kulkee 400
MW teho A:sta B:hen. Järjestelmän A säätövoima on Ka = 3000 MW/Hz ja järjestelmän B
säätövoima K+ = 1000 MW/Hz. Alueella B kuorma kasvaa äkillisesti 400 MW:ia.

a) Selosta aikajärjestyksessä mitä taajuudelle ja yhdysjohdon teholle tapahtuu ja miksi
b) Laske pysyvän tilan taajuuden arvo ja yhdysjohdon uusi teho

Järjestelmä A Järjestelmä B

       
 

Ky=1000MW/Hz

K4=3000MW/Hz j

Kuva 1.

3) 250 km pitkä (pitkän johdon yhtälöitä ei käytetä) 400 kV avojohto on tyypiltään 3-Finch,
jonka r = 0.017 9/km, x = 0.29 O/km, b = 4.0 jiS/km. Johdon loppupäässä on vakiona py-
syvä jännite 400 kV ja vakiokuormitus 600 MW ja 100 MVAr.

a) Laske johdon alkupään pätö- ja loisteho

b) Johto sarjakompensoidaan siten, että kompensointiaste on 70 %. Laske johdon alkupään jän-
nite, kun loppupään jännite pysyy edelleen arvossa 400 kV.

c) Laske b-kohdassa johdon luonnollinen teho

4) Vastaa seuraaviin kysymyksiin.
a) Miten 400 kV avojohtojen suojaus on toteutettu Suomessa?
b) Milloin tasajännitteen käyttäminen sähkönsiirtoon on edullisempaa kuin vaihtojännitteen?
c) Miten PV-käyriä (nose curve) voidaan hyödyntää jännitestabiilisuuden tutkimisessa?
5) Generaattori on liitetty jäykkään verkkoon kuvan 2 mukaisesti. Kuvassa on esitetty suhteellis-
arvoilla komponenttien reaktanssit. Generaattorin napajännitteen itseisarvo (piste A) pysyy
vakiona arvossa 1.04 pu. Jäykän verkon jännite on 1.0 pu ja sinne syötetään pätöteho 0.8 pu.
Toisella kaksoisjohdolla tapahtuu 3-vaiheinen vikavastukseton oikosulku aseman B välittö-
mässä läheisyydessä. Suojaus on järjestetty siten, että viallinen johto kytkeytyy irti pysyvästi.
Muodosta tilannetta kuvaava tehokulmayhtälö

a) ennen vikaa
b) vian aikana
c) vian jälkeen

Jäykkä-
verkko

 

Kuva 2.
w
5

Keskipitkän johdon m-sijaiskytkennän siirtovakiot

+
Yl |A BIIV, 2 < | 1Ke
1; € DI|Z, [+] = 1,

Tehonsiirron yhtälöt siirtovakioiden A= 4/a, B= B/B ja D= D/o avulla ilmaistuna. Kulma
ö on alku- ja loppupään jännitteiden välinen kulma s.e. Vs= Vs/6 ja VrR= Vr /0*.

Alkupään tehoille

<lllrf eos(B-a)- 1"

 

 

z
5] sin(B-a)-

   

 

 

Loppupään tehoille

 

 

 

  

 

   

 

p,- Philos 8)- J estä n
0, = Asa 5)- E | sin8-0
E

 

Symmetristen komponenttien muunnokset abc => 120 ja 120 => abc

 

K, 1 a a ||”, Vv, 1 1 111k,
1 2

Vn =3|! a a ji V, V, = a! a 1 Vn

Pol 111 1115 Vv] |a a 111K

1-vaiheisen vikavirran lauseke on alla. Ea on a-vaiheen Thevenin jännite ja Ia1, Ia2 ja Iao ovat myötä-
» vasta- ja nollaverkon virrat a-vaiheessa. Z1, Z2, Zo ovat myötä-, vasta- ja nollaverkon impedanssit
ja Z' on vikaimpedanssi.

E 3E
=lo=lw=3> 3" > vikavirta l=3li1= +.
TT 2,42, +2,+3Z ” = 2;42,+2,+32

Heilahteluyhtälö, o, = tahtikulmanopeus, H = hitausvakio s
211. 0%
(ON or

 

= p?" pm

m

Kineettinen energia, Sn = koneen nimellisteho

1 W.
W, =-Jo? toisaalta H=—[s
k 2 o S [s]