UNITROL Appareil autonome de stabilisation des oscillations polaires

UNITROL® Appareil autonome de
stabilisation des oscillations polaires
Votre contribution à une meilleure stabilité du réseau
en équipant les alternateurs existants
But et manière de stabiliser les oscillations polaires
Causes et sortes d’oscillations de puissance
Stabilisation des oscillations polaires IEEE 2A/2B
Les oscillations de puissance actives sont provoquées
par des dérangements du réseau ou par une exploitation proche de la limite de stabilité du réseau et stimulent un échange réciproque entre les alternateurs et le
réseau. Ces oscillations électromécaniques du rotor se
laissent amortir par une influence adéquate sur le courant d’excitation. Il faut différencier les oscillations de
puissance entre:
La plupart des applications travaillent avec une stabilisation des oscillations polaires utilisant l’algorithme selon
IEEE Standard 421.5 PSS 2A/2B. La puissance électrique
Pe et la variation de la vitesse de l’angle polaire ∆ω sont
calculées à partir de la tension et du courant de l’alternateur. En service stationnaire, on utilise les écarts de la
puissance électrique pour élaborer le signal de stabilisation optimal en grandeur et en phase via un filtre
Lead/Lag. Sans mesures particulières, la stabilisation
des oscillations polaires réagit à une modification de la
puissance de la turbine. Cet effet non désiré est éliminé
en introduisant la vitesse angulaire du rotor comme
grandeur additionnelle (détermination de la puissance
d’accélération).
• Les oscillations locales entre un alternateur et les
autres machines de la même centrale. Fréquence
d’oscillation typique: 0,8 … 2,0 Hz
• Oscillations entre des centrales voisines, fréquence d’oscillation typique: 1,0 … 2,0 Hz
• Oscillations entre des réseaux régionaux comprenant chacun plusieurs machines. Fréquence d’oscillation typique: 0,2 … 0,8 Hz
• Oscillations globales, caractérisées par balancement
en phase de toutes les machines des réseaux interconnectés. Fréquence d’oscillation typique: inférieur
à 0,2 Hz
Le but de la stabilisation (Power System Stabilizer
– PSS) est de détecter les oscillations de puissance et
d’élaborer un signal qui permet d’influencer la consigne
du régulateur de tension.
Une plus grande absorption de puissance réactive et
une amélioration de la stabilité du réseau
Les nouveaux systèmes d’excitation pour alternateurs
de haute et moyenne puissance sont livrés aujourd’hui
presque intégralement avec une stabilisation intégrée
des oscillations. Pour les centrales existantes où le remplacement des systèmes d’excitation n’est pas encore
planifié, il existe de bonnes raisons pour équiper les
régulateurs de tension existant avec une stabilisation
des oscillations.
• Les exploitants de réseaux exigent fréquemment
des producteurs d’énergie une contribution active à
l’amélioration de la stabilité du réseau.
• Dans bien des cas, il est possible de cette manière
d’augmenter le domaine de travail de l’alternateur en
ce qui concerne sa capacité d’absorption d’énergie
réactive.
L’appareil de stabilisation des oscillations (Stand-alone
PSS) d’ABB a été spécialement développé pour ces
applications. Bien entendu, il s’adapte parfaitement
comme complément aux systèmes d’excitation non seulement d’ABB mais aussi à ceux d’autres constructeurs.
Après l’utilisation de différents genres de stabilisation
des oscillations polaires, ces derniers temps une concentration s’est cristallisée sur les types décrits ci-après.
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Stabilisation des oscillations polaires multibande
(MB-PSS)
Pour le MB-PSS selon IEEE Standard 421.5 PSS 4B les
influences dues aux modifications de la puissance de
la turbine sur le signal de stabilisation sont également
éliminées. Contrairement au principe de stabilisation
des oscillations décrit si dessus, le signal de stabilisation
est élaboré non seulement à partir de la variation de
la vitesse angulaire du rotor mais aussi depuis la puissance électrique. Au lieu d’un, il est utilisé trois filtres
Lead/Lag indépendants, chacun étant optimisé à l’amortissement d’oscillations locales, d’oscillations entre les
réseaux interconnectés et d’oscillations globales.
L’algorithme de cette stabilisation a été développé par
Hydro Québec (Canada).
VBmax
B
∆ω
KB
FB
Speed
Transducers
VBmin
VImax
KI
I
Pe
Speed
Synthesis
H
+
FI
VImin
+
+
VSmax
VSL
VSmin
VHmax
KH
FH
VHmin
Fig. 1: Représentation schématique du traitement des signaux
pour une stabilisation multibande des oscillations polaires
La solution optimale d’ABB
Basé sur la pratique avec des milliers de systèmes
UNITROL F resp. d’UNITROL 5000 et de plus de 30 ans
d’expérience dans le domaine de l’amortissement des
oscillations de puissance via le système d’excitation,
ABB a développé un appareil autonome pour la stabilisation des oscillations polaires de machines synchrones.
L’unité compacte peut être montée dans une armoire ou
au voisinage du système d’excitation existant. L’appareil est livrable en deux variantes avec les fonctions de
transfert décrites ci-dessus.
ABB
Intégration facile dans le système existant
Le raccordement de l’appareil de stabilisation des
oscillations polaires demande, au système d’excitation
existant, uniquement une entrée analogique. L’adaptation nécessaire du signal (impédance, niveau, polarité)
se fait du côté de l’appareil de stabilisation.
Les valeurs mesurées triphasées de la tension et du courant de l’alternateur existent en général dans le système
d’excitation existant et peuvent sans problème à cause
de la très faible consommation être utilisées pour l’appareil de stabilisation des oscillations polaires.
Mise en service sans problème
Les stabilisations des oscillations sont optimalisées pour
des configurations critiques des réseaux. Ces configurations de réseau se produisent en général qu’en cas de
dérangement et ne peuvent ainsi pas être simulées pendant la mise en service. Il est fortement déconseillé de
faire un ajustage empirique des valeurs de paramètres.
ABB travaille avec un programme d’optimalisation, dont
les valeurs des paramètres sont déterminées offline. Les
travaux pendant la mise en service se limitent à vérifier
les valeurs des paramètres et a comparer l’amortissement des oscillations de puissance avec ou sans stabilisation des oscillations polaires.
sans PSS
IE
UG
IG
UNITROL PSS
UE
PSS out
avec PSS
UNS 4882
UG
PT
IG
CT
AVR
SES
3
Fig. 2: Diagramme de principe pour l’intégration de l’appareil de
stabilisation des oscillations polaires dans un système
d’excitation existant (SES) avec régulateur de tension
automatique (AVR)
Système d’excitation statique
En influençant directement le courant rotorique, l’effet
de la stabilisation des oscillations polaires est immédiat
et donc très efficace. Les oscillations de puissance provoquées par des changements de charge soudaines sont
rapidement amorties. La contribution des alternateurs à
la stabilité du réseau est ainsi très élevée.
Régulateur de tension (avec excitatrice)
Malgré que la constante de temps de l’excitatrice limite
l’effet de la stabilisation des oscillations polaires, l’introduction d’un stabilisateur se justifie dans beaucoup
de cas. Ceci concerne particulièrement les alternateurs
avec excitatrice à courant alternatif (avec diodes stationnaires ou tournantes) dont la fréquence à cause de la
réduction de la constante de temps est très souvent un
multiple de la fréquence du réseau.
ABB
Fig. 3: Fonctionnement de la stabilisation des oscillations polaires.
Les données sont reprises de la mémoire et visualisées
avec le logiciel CMT 5000 (1 s/div)
Caractéristiques de la stabilisation des
oscillations polaires d’ABB
• Stabilisateur d’oscillation digital basé sur
microprocesseur avec une fonction de transfert selon
IEEE Standard 421.5 PSS 2A/2B resp. PSS 4B
• Activation autonome sur la base de critères ajustables
• Ajustage facile des paramètres grâce à un panneau
local de commande (standard) ou avec un Laptop et
logiciel CMT 5000 (option)
• Mémoire intégrée de données (Data Logger) à
6 canaux à 1000 points chacun
• Mémoire d’événements intégrée (Event Logger) avec
timbrage de l’heure pour 99 événements
• Auto-surveillance étendue
• Communication vers le contrôle-commande supérieur
via un coupleur de bus (MODBUS, MODBUS+, Profibus
– option)
• Logiciel de mise en service et de maintenance
(CMT 5000) pour une mise en exploitation, un entretien
et une optimisation facilitée (option)
• Intégration LAN (TCP/IP) via un adapter Ethernet pour
diagnostic à distance (option)
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Données techniques
Alimentation
Tension d’alimentation
Us 24 VCC
Plage de tension admissible
21,6 … 24,4 V
Consommation
0,5 A
Appareil d’alimentation pour d’autres tensions
option
Sortie +24 V, limitée en courant
Tension d’entrée nominale Us
Plage de la tension d’entrée
Tension de sortie
Courant permanent max. +24 V Out
24 VCC
20,5 … 28 VCC
Us – 1 V
≤ 40 mA
Entrées / Sorties
Entrées de la tension de l’alternateur (triphasé)
Tension nominale (entre phase)
100 …110 …120 VCA
Plage de tension admissible: 0 …1,5 p.u.
0 …180 VCA
Fréquence nominale
16 2/3 , 50, 60 Hz
Plage de fréquence
10 …120 Hz
Environnement
Température ambiante admissible
En maintenant les données techniques
Fonctionnement possible
Température de stockage
0 ... + 55 °C
0 ... + 70 °C
– 25 ... + 85 °C
IP 20
Données mécaniques
Encombrement (H x L x P)
420 x 273 x 195 mm
225
24 VCC
20,5 ... 28 VCC
< 10 VCC
> 18 VCC
6 mACC ±10 %
Sortie à relais
Tension de coupure CA/CC
Courant d’enclenchement
Courant permanent
option
Terminals
≤ 250 V
≤ 16 A
≤ 2A
ABB Suisse SA
Systèmes d’excitation statique, régulateurs de tension
et appareils de synchronisation
CH-5300 Turgi / Suisse
Téléphone:
+41 (0) 58 589 24 86
Télécopieur:
+41 (0) 58 589 23 33
Email:
[email protected]
Internet: www.abb.com / unitrol
Dans l’intérêt du développement technique, nous nous réservons le droit à toutes modifications.
UNITROL
400
COB
MUB
± 10 V
≤ 4 mA
for screws M6
SPA
Panel
170
SIO
Sortie analogique
Plage de la tension de sortie
Courant de sortie
Convertisseur de mesure avec
séparation galvanique
R = 262
420
Entrées numériques
Tension d’entrée nominale
Plage nominale de la tension d’entrée
Tension d’entrée logique „0“
Tension d’entrée logique „1“
Courant d’entrée à 20,5 V
Classe de protection
Selon DIN 40050
143
Signal terminals
273
195
Imprimé en Suisse (0311-PDF)
Tensions d’entrées analogiques
Plage nominale des tensions d’entrée Un –10 … +10 VCC
Admissible en permanence
1,5 × Un
Résistance d’entrée
220 kOhm
Plage nominale du courant d’entrée In
–20 ... +20 mACC
Admissible en permanence
1,5 × In
Contraintes mécaniques
Test de vibration selon IEC 60255-21-1
Test de résponse, classe 2
2…150 Hz, a=2 g
Test d’endurance, classe 2
2…150 Hz, a=2 g
Test sismique 2…35 Hz selon
IEC 60255-21-3, classe 2
et IEEE Standard 344-1987
2 g dans chaque axe
IEEE Standard 344-1987
5 g dans chaque axe
3BHT 490 395 R0007
Entrées courant alternateur (triphasé)
Courant nominal
1 AAC / 5 ACA
Domaine des courants admissibles:
0 … 2,5 p.u.
2,5 / 12,5 ACA
Fréquence nominale
16 2/3 , 50, 60 Hz
Plage de fréquence
10 …120 Hz
Précision
< 0,5 %