Exjobb inom elnät

Arbetsuppgifter

Optimering av lastfördelning i dubbeltransformatorstationer för minimering av nätförluster

Bakgrund
I många region- och lokalnätsstationer finns två transformatorer som matas från samma överliggande nät via separata kabelförband. Transformatorerna försörjer varsin skensektion, där skensektionerna kan sammankopplas via en skenkopplare.

Stationerna drivs ofta med hög fokus på leveranssäkerhet och redundans, medan förlustoptimering sällan är en aktiv del av driftstrategin. Samtidigt utgör transformatorers tomgångsförluster och belastningsförluster en betydande del av elnätets totala energiförluster.

En central frågeställning är därför hur lasten bör fördelas mellan transformatorerna för att minimera de totala energiförlusterna i stationen. Är det optimalt att alltid fördela lasten lika mellan transformatorerna och kan det vid låg belastning vara mer energieffektivt att driva endast en transformator medan den andra frånkopplas?

Problemformulering
När två transformatorer är i drift uppstår tomgångsförluster i båda transformatorerna, samtidigt som belastningsförlusterna minskar genom att lasten delas mellan dem.

Om endast en transformator används elimineras tomgångsförlusterna från den andra transformatorn, men belastningsförlusterna ökar eftersom all last överförs genom en transformator.

Det är därför inte självklart vilken driftstrategi som ger lägst total energiförlust.

Den övergripande frågan är:

Hur bör lasten fördelas mellan två parallella transformatorer i en dubbelmatad station för att minimera de totala energiförlusterna samtidigt som krav på driftssäkerhet och nätdrift beaktas?

Syfte
Syftet med examensarbetet är att utveckla en metod för att bestämma optimal driftstrategi för stationer med två transformatorer och sammankopplingsbara skenor.

Målet är att identifiera vid vilka belastningsnivåer det är mest energieffektivt att:

• Driva en transformator,
• Driva två transformatorer parallellt,
• Omfördela lasten mellan transformatorerna,
• Använda eller inte använda skenkopplaren.

Frågeställningar
Arbetet kan exempelvis besvara följande frågor:

1.Hur påverkar transformatorernas tomgångs- och belastningsförluster den optimala lastfördelningen?

2.Vid vilken lastnivå övergår optimal drift från en transformator till två transformatorer?

3.Hur påverkar inkommande kabeldata och skenkonfiguration de totala förlusterna?

4.Hur stor energibesparing kan uppnås jämfört med traditionell drift?

5.Hur påverkas resultaten av olika lastprofiler över dygn och år?

6.Hur påverkas optimeringen om N-1-krav eller redundanskrav inkluderas?

Metod
Arbetet kan genomföras enligt följande:

1. Litteraturstudie

• Transformatorförluster
• Lastdelning mellan parallella transformatorer
• Förlustberäkningar i elnät
• Driftstrategier i region- och lokalnät

2. Modellering
Utveckla en beräkningsmodell innehållande:

• Transformatorernas tomgångsförluster
• Belastningsförluster
• Kabelimpedanser
• Effektflöden
• Lastvariationer

3. Simulering Utvärdera olika driftfall:

• En transformator i drift
• Två transformatorer i drift
• Olika lastfördelningar (50/50, 60/40, 70/30 etc.)
• Öppen respektive sluten skenkopplare

4. Analys Beräkna:

• Momentana effektförluster
• Årliga energiförluster
• Potentiella energibesparingar
• Ekonomiska konsekvenser

Förväntat resultat
Arbetet förväntas resultera i:

• En modell för optimal lastfördelning mellan transformatorer
• Identifiering av brytpunkter där drift med en respektive två transformatorer är mest effektiv
• Rekommendationer för praktisk drift av dubbeltransformatorstationer
• Uppskattning av möjlig energibesparing och reducerade nätförluster

Industriell relevans
Resultaten kan användas av nätägare för att minska energiförluster och driftkostnader utan behov av större investeringar i ny utrustning. Arbetet ligger även väl i linje med branschens ökade fokus på energieffektivisering och minskade nätförluster.

Vill du veta mer?
Är du intresserad och vill ha mer information, välkommen att kontakta Andreas Åkerman, Gruppchef Nätuveckling, 013-20 81 68.

Tekniska verken-koncernen bedriver samhällsviktig verksamhet, och det kan därför bli aktuellt med en säkerhetsprövning i vissa rekryteringsprocesser. När det ska genomföras så informerar vi alltid kandidaterna om detta.