Exam text content

7

Opiskelija saa viedä tenttipaperin mukanaan

DEE-24010 Sähkövoimajärjestelmän säätö ja käyttö J. Bastman
TDM Tentti 30.11.2016

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta

1) Vastaa seuraaviin kysymyksiin
4) Selosta mitkä verkon komponentit tuottavat tstabiilisuuden laskennassa ratkaistavia differen-
tiaaliyhtälöitä? Huom! PSCAD-ohjelmaa ei yleensä käytetä stabiilisuuden tutkimiseen.
b) Mitä tarkoittaa voimajärjestelmän luonnollinen säätövoima?
c) Verkon kineettinen energia eräänä hetkenä oli 100 GWS ja taajuuden laskunopeudeksi alku-
vaiheessa mitattiin 0.15 Hz/s. Laske kuinka iso tuotantoyksikkö irtosi verkosta.

2) Kaksi sähkövoimajärjestelmää A ja B on kytketty toisiinsa yhdysjohdolla, jossa kulkee 600
MW teho B:stä A:han. Järjestelmän A säätövoima on Ka = 4000 MW/Hz ja järjestelmän B
säätövoima Kv =1000 MW/Hz. Alueella B kuorma kasvaa äkillisesti 200 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

   
  
 

4=4000MW/Hz G=1000MW/Hz

  

Kuva 1.

3) 400 km pitkä 400 kV avojohto on tyypiltään 3-Finch, jonka r = 0.017 9/km, x = 0.29 O/km,
b = 4.04 uS/km. Johdon loppupäässä on kuormitus, jonka pätöteho on 600 MW ja cosp =
0.98ina. Pitkän johdon yhtälöitä ei tarvita.

a) Laske johdon alkupään jännite ja virta, jos loppupään jännite on 400 kV.

b) Johto sarjakompensoidaan kytkemällä johdon keskelle joka vaiheeseen kapasitanssi, joka on
suuruudeltaan 40 uF/vaihe. Laske johdon alkupään jännite ja virta. Loppupään jännite ja te-
hokerroin pysyvät a-kohdan arvoissa.

4) Alueiden A ja B välillä on kuvan 2 mukaisesti 4 johtoa. Yhden johdon kokonaisreaktanssi on
80 92. Alku- ja loppupään jännitteiden oletetaan pysyvän vakiona arvossa 400 kV.
a) Laske siirrettävissä oleva teho, kun tehokulma saa olla korkeintaan 40"
b) Laske kuinka suuri siirtokyky alueiden välillä on teoriassa, jos noudatetaan (n-1) -periaa-
tetta ja varmuusmarginaali olisi 100 MW
o) Mitkä tekijät muuttaisivat todellisuudessa c kohdan vastausta?

 

Kuva 2.

Käännä

 

 

 

 

 

 
Opiskelija saa viedä tenttipaperin mukanaan

5) 400 kV sähköasemalla on 4 lähtevää johtoa (kuva 3). Halutaan tutkia erilaisia symmetrisiä ja
epäsymmetrisiä vikoja tilanteessa, jossa yhdelle johdoista asennetaan sarjakondensaattori.
Tätä varten tarvitaan kuvan mukainen sijaiskytkentä, jossa kolmen kompensoimattoman joh-
don edustaman verkko kuvataan ideaalisella jännitelähteellä ja taustaverkon impedanssilla.
Laske taustaverkon impedanssi, jonka nämä kolme johtoa muodostavat.

Kun tutkittava (sarjakompensoitava) johto on kytketty pois ja asemalle on vikavirtaohjelmalla
laskettu vikavirtoja, on saatu seuraavat arvot:

31, =2800/-92*4 1-v.maasulkuvirta
I', = 52004984 3-v.vikavirta

Jännite ennen vikaa U =415/-10*%V

 

Kisko
Tutkittava johto
Näiden johtojen taustaverkon
myötä- ja nollaimpedanssi halu-
taan tietää
Haluttu sijaiskytkentä Kisko
Zi, Zo Tutkittava johto
|
Kuva 3.
Opiskelija saa viedä tenttipaperin mukanaan

Keskipitkän johdon n-sijaiskytkennän siirtovakiot

ZY
oloa 2] [dä = [|r
2] java] [1 1|1+4£) Ha

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

 

 

 

 

  

 

   

 

Alkupään tehoille
= D] [r.f coste=0)- pll cos(B+65)
a [a
auf sin(B- a) "I je
Loppupään tehoille
ala o) Auf cos(B-a)
EI
a Pas ö)- a 2] sin(p—0)
ja
Symmetristen komponenttien muunnokset abc => 120 ja 120 => abe
Pal || a &||V, kse! 101 P
Yalos|t a al|r, V,|=|a? a 11:1V,,
V aj 1 45 14JE Fla a 1||7,

1-vaiheisen vikavirran lauseke on alla. Ea on a-vaiheen Thevenin jännite ja Ia1, 1a2 ja Iso ovat myötä-
» vasta- ja nollaverkon virrat a-vaiheessa. Z1, Z2, Zo ovat myötä-, vasta- ja nollaverkon impedanssit
ja Z' on vikaimpedanssi.

 

3E
1-1 =. vikavirta — 1,=31, =-—t—"
e N => 216. (357
Heilahteluyhtälö, &, = tahtikulmanopeus, H = hitausvakio s
2
2H 2 Ö pm pm
0, 01007 =

Kineettinen energia, Sn = koneen nimellisteho

W, = E 7 toisaalta H = Ps
5 S