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e & i Elektrotechnik und Informationstechnik

, Volume 121, Issue 12, pp 455–460 | Cite as

High voltage series reactors for load flow control

  • K. PappEmail author
  • G. Christiner
  • H. Popelka
  • M. Schwan
Originalarbeiten

Abstract

Liberalization efforts are continuing in electricity markets all over the world. The change from monopolistic to free market structures leads to a significant increase in the trading of electrical energy. Since current power plant operation is driven by price aspects, the load flows in the networks are mainly determined by the economic situation and are no longer driven by the technical design of the networks. However, as the networks were built according to the former monopolistic market conditions and requirements, the desired load flows resulting from energy trading in the free market might cause problems when forced into the physical limitations of the actual networks, such as overloading, loop flows or stability/security limit violations. Also within the Austrian transmission grid, the effects of liberalization have led to bottlenecks caused by changes in the load flow due to the new power plant regime. To ensure a safe grid operation Verbund-Austrian Power Grid (APG), the Austrian transmission system operator, must apply cost-intensive measures for congestion management (CM). APG plans to build new 380 kV overhead lines to overcome the bottleneck situations, but the erection of new lines is delayed by extensive authorisation procedures and strong opposition by the public. In general, there are a number of approaches to overcome or mitigate load flow problems, including the instaliation of high voltage (HV) dry-type series reactors. The paper describes in some detail the design and construction of HV series reactors. It focuses on dry-type air core reactors which have become the technology of choice for many applications because of their design features and their cost effectiveness. Based on the actual situation in the Austrian transmission grid, the relevance for load flow control in the APG network is analyzed. The result shows that the present high loading of the 220 kV north to south lines within Austria can be reduced by installation of HV series reactors on condition that operational limits (e.g. node voltages and voltage angles) are kept within a certain range. Especially in combination with other measures, like the usage of phase shifting transformers and special switching conditions within the grid, the installation of (switchable) series reactors becomes an attractive option for power flow control. The comparison of cost for power plant re-dispatch versus the investment cost for series reactors provides a good reason to consider the installation of series reactors if the intended extension of the 380 kV grid cannot be realized in the short term.

Keywords

load flow control series reactor congestion management loop flow 

Einsatz von seriellen Hochspannungs-Drosselspulen zur Lastflusssteuerung

Zusammenfassung

Die Liberalisierung der elektrischen Energiemärkte schreitet weltweit voran. Der Übergang von monopolistischen zu freien Marktstrukturen führt dabei zu einer deutlichen Zunahme des Handels mit elektrischer Energie. Da heute der Einsatz der Kraftwerke hauptsächlich nach Marktpreisen erfolgt, werden die Leistungsflüsse in den Netzen vorwiegend von ökonomischen Bedingungen und nicht mehr von technischen Auslegungskriterien bestimmt. Die Netze sind jedoch entsprechend den technischen Anforderungen der früheren regulierten Marktbedingungen konzipiert worden, so dass durch den forcierten freien Energiehandel nunmehr regional, abhängig vom Ausbauzustand, die betrieblichen Grenzen der Netze erreicht werden. Engpässe, ungewollte Parallelflüsse oder Verletzungen von Stabilitäts- und Sicherheitsgrenzen des Netzes können die Folge sein. Auch im österreichischen Übertragungsnetz kam es im Zuge der Liberalisierung zu einer Veränderung der Lastflüsse und zu markanten Engpässen auf den 220-kV-Nord-Süd-Leitungen. Der Netzbetreiber Verbund-Austrian Power Grid AG (APG) ist zur Wahrung des sicheren Netzbetriebes verpflichtet, kostenintensive Engpassmanagement-Maßnahmen einzusetzen. APG plant zur Beseitigung der Engpässe die Errichtung neuer 380-kV-Leitungen, wobei jedoch durch umfangreiche Genehmigungsverfahren und öffentliche Widerstände entsprechende Verzögerungen entstehen. Um Lastflussproblemen entgegenzuwirken, gibt es mehrere Möglichkeiten, zu denen auch der Einsatz von Hochspannungs-Drosselspulen in Serie zu Übertragungsleitungen zählt. Dieser Beitrag gibt einen Einblick in die Technik solcher Drosselspulen — es werden die Bauweise und die Vorteile von eisenlosen, trockenisolierten Spulen beschrieben, die für diese Anwendungen aufgrund der technischen Eigenschaften und Kostenvorteile vorzugsweise zum Einsatz kommen. Die Möglichkeit des Einsatzes von Drosselspulen zur Lastflusssteuerung im Netz der APG wurde untersucht. Das Ergebnis der ersten diesbezüglichen Berechnungen bestätigt, dass der hohe Nord-Süd-Lastfluss innerhalb Österreichs mit seriellen Drosselspulen reduziert werden kann. Dabei sind betriebliche Grenzen (z. B. Knotenspannungen und Spannungswinkel) zu berücksichtigen. Im Besonderen würde die Installation von (schaltbaren) Spulen in Kombination mit weiteren Maßnahmen, wie dem Einsatz von Phasenschiebertransformatoren oder bestimmten Netzumschaltungen, attraktive Varianten für die Lastflusskontrolle bieten. Der Vergleich der Investitionskosten mit den Kosten anderer Engpassmanagement-Maßnahmen zeigt, dass Überlegungen zum Einsatz von Drosselspulen im Falle von Verzögerungen beim 380-kV-Netzausbau interessante Möglichkeiten darstellen.

Schlüsselwörter

Lastflusssteuerung serielle Drosselspulen Engpassmanagement Ringflüsse 

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References

  1. Bacher, R., Näf, U. (2003): Bericht über den Stromausfall in Italien am 28. September 2003. Report des Bundesamts für Energie, Schweiz, November 2003.Google Scholar
  2. European Parliament and Council (2003): Directive 2003/54/EC concerning common rules for the internal market in electricity and repealing Directive 96/92/EC.Google Scholar
  3. Renz, B. A., Keri, A. J. F., Mehraban, A. S., Kessinger, J. P., Schauder, C. D., Gyugyi, L., Kovalsky, L. J., Edris, A. A. (1998): World’s first unified power flow controller on the AEP system. CIGRE, 1998, paper 14–107.Google Scholar
  4. Union for the Coordination of Transmission of Electricity (UCTE) (2003): Interim Report of the Investigation Committee on the 28 September 2003 blackout in Italy. UCTE report, October 2003.Google Scholar

Copyright information

© Springer 2004

Authors and Affiliations

  1. 1.Trench Austria GmbHLinz-LeondingÖsterreich
  2. 2.Verbund-Austrian Power Grid AGWienÖsterreich
  3. 3.Forschungsgemeinschaft für elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e. V.MannheimDeutschland

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