Measure ‐Control ‐Switch Solutions for HV‐MV · PDF fileMSR –Upgrading Existing HV...

52
Measure ‐ Control ‐ Switch Solutions for HV‐MV Power VIZIMAX INC – Confidential – July 7, 2017

Transcript of Measure ‐Control ‐Switch Solutions for HV‐MV · PDF fileMSR –Upgrading Existing HV...

Measure ‐ Control ‐ SwitchSolutions for HV‐MV Power

VIZIMAX INC – Confidential – July 7, 2017

2

High performance measurement of Frequency, ROCOF, Phasors Standalone Analog Merging Units

Utility Grade Solutions for HV‐MV Power

Measure

Control

Switch

Inrush current limiters for power transformers and reactive loadsNew approaches for improved PFC and VAR/Voltage Control

Substation automation, remote operation, asset monitoring Switchgear Control Units

3

RightWON Satellite/Plus/Engine :  Smart Substation ControllerAutomation + Monitoring + Alarm/Event management + Data gatewayFull support of industrial, energy, power gen and utility protocols Integrated web HMI + local SCADA functionality

SynchroTeq Plus/MV Controlled switching and monitoring for All HV & MV switchgearsInrush Current Limiters for power transformers & reactive loadsAdvanced  switching of reactive loads in VAR compensation, Volt/VAR control, PFC, FACTS, in SVC, STATCOM and standalone applications 

PMU / AMUIEEE C37.118  / IEC 61850‐9‐2LE compliant, IEC 61850 , IEC 60870‐5‐10x and  ModBus TCP/UDP with RightWON companion product Resilient to harmonics, high‐performance in stressed power systemsFast & stable ROCOF calculation: 1.2 to 2 cycles typical, 3 cycles max.For local control, single phase, Micro‐Grid, islanding, PMS, power quality

Utility Grade Solutions for HV‐MV PowerMeasure

Control

Switch

4

Applications and Markets 

Grid Connection of RES Wind, Solar & more

Metal, Mining, Cements, FurnacesAC‐DC Railways, HST

Power Generation:Hydro, CCGT, Coal, Genset

Power Electronics SVC/Statcom, Rectifiers, 

Inverters, DrivesOil & Gas

On‐shore/Off‐shoreHV/MV SwitchgearsPower Transformers

TSO & DSO: Grid Stability,   Efficiency,  Power Quality, Clean Connection of 

Consumers/GeneratorsEnergy & Battery Storage

Power Generation Power Grids

IndustryHV- MV Equipment

HV/MV Transfo & FACTSHVDC Substations

6

RightWON Satellite/Plus/Engine :  Smart Substation ControllerAutomation + Monitoring + Alarm/Event management + Data gatewayFull support of industrial, energy, power gen and utility protocols Integrated web HMI + local SCADA functionality

SynchroTeq Plus/MV Controlled switching and monitoring for All HV & MV switchgearsInrush Current Limiters for power transformers & reactive loadsAdvanced  switching of reactive loads in VAR compensation, Volt/VAR control, PFC, FACTS, in SVC, STATCOM and standalone applications 

PMU / AMUIEEE C37.118  / IEC 61850‐9‐2LE compliant, IEC 61850 , IEC 60870‐5‐10x and  ModBus TCP/UDP with RightWON companion product Resilient to harmonics, high‐performance in stressed power systemsFast & stable ROCOF calculation: 1.2 to 2 cycles typical, 3 cycles max.For local control, single phase, Micro‐Grid, islanding, PMS, power quality

SWITCH – MV Switchgear and HV CB ControllersMeasure

Control

Switch

7

Energizing MV and HV Power transformersMitigate inrush currents, voltage dips and transientsPreserve assets: stress‐free energizations, improved service life  

Capacitor bank switching (MSC/MSCDN/FLT)Mitigate inrush currents and voltage transientsFast‐switching: immediate availability / no need for discharging

Shunt reactor switching (MSR)Avoid CB re‐ignition and DC asymmetry

VAR Compensation/PFCEnable cost‐effective SVC and Hybrid‐Statcom designs

Transmission lines & cablesDecrease overvoltage, control auto‐reclosing operation Prevent “non‐zero crossing current”

Limit CAPEX – Get the most of existing assets

SWITCH ‐ SynchroTeq Controlled Switching Devices

8

Upgrade, control, monitor MV switchgears and HV CBs OPEN and/or CLOSE at any precise electrical instantsOperation times: accurate prediction & compensation   

Target switching angles aredynamically determined for

optimal resultswith a variety of load types

and applications

CLOSE command

Interceptionuntil 3ms

before nextzero-crossing

Zero-crossingSync/Start

ControlDelay

SwitchgearOperation time

SWITCH ‐ SynchroTeq Controlled Switching Devices

(1) Screenshot :  SynchroTeq Waveform/Digital Analyzer (Freeware) 

ControlOutput

9

SWITCH ‐ SynchroTeq System Components 2017

SynchroTeq MV

VIZIMAX Unified Communication Services

SynchroTeq Simulation LibrariesPower Studies

Implementation

Controllers

Configuration Suite

Networking

SynchroTeq Plus

10

SWITCH – Solutions for HV Switchgears

For new or existing circuit breakersof all brands, types, voltagesUltimate Inrush Current LimiterFor control, monitoring, and asset  managementTransformers, FACTS, Lines, Cables

11

SWITCH – Solutions for HV SwitchgearsFor New or Existing Circuit BreakersCPU‐demanding Apps and Complex Models

Transmission linesNumerous compensation channelsFast‐switching of reactive loads

Strong Engine, Web‐based OperationStores 2,000‐events and waveforms

Best‐in‐Class HV Transformer Energization:Residual Flux Calculation ModulesBushing Sensors for transformer voltage measurements

Additional Modules and Tools:Bypass / Redundancy ModuleDual SPSBO : dual supply DC outputsAdvanced CB‐and‐a‐half modesOPC UA Server for SCADA and DCS inSubstations or in Central Sites

12

SWITCH – Solutions for MV Switchgears

«NOW FOR

MV SWITCHGEARS

Ultimate Inrush Current LimiterFor Transformers and Reactive Loads up to 66kV

13

SWITCH – Solutions for MV SwitchgearsFor All MV Switchgears up to 66kV:

3‐p operated, w/ and w/o pole staggering1‐p operated

Various Apps and Loads:Reactive Loads, Single‐Phase Transformers, Three‐Phase Transformers and Advanced  Switching of Reactive Loads

Strong Engine, Web‐Based Operation:500‐events and waveform storageSupports partially charged reactive loadsFast‐Switching of capacitor banks and filters

Best‐in‐Class MV Transformer Energization:MVX version w/ Residual Flux CalculationFor 1‐p and 3‐p operated Switchgears

OPC Server, Data Transfer for SCADA/DCS in Substations and Central Sites

14

Vp

np ns

Current

Flux

SWITCH – Flux in Power Transformers

15

Transformer Voltage

Core Flux Opening

Residual FluxClosing

Like if there was no interruption!

SWITCH – Flux in Power TransformersResidual Flux and Re‐energization Strategy

16

SWITCH – Energizing HV Transformers – 1‐p CBs

2 PU

4 PU

Delayed control strategyUncontrolled switching Switching at peak voltage

SynchroTeq™ Plus

BC Hydro – Canada – Hydro Power Generation

17

SWITCH – MV Transformers & 3‐p Switchgears

SynchroTeq™ MVX

Three-Pole Operated Single-Pole

Operated

18

Grid Connection of RES – Wind, Solar & More

Seamless Connection to MV‐HV GridsNew VAR/Voltage Control TechniquesFast Restoration of Voltage SupportAvoid Risks of Voltage Depression 

Fast & Stable Freq, ROCOF, U, I Phasors Secure Data Aggregators & GatewaysSubstation AutomationRemote Operation, Monitoring

19

SynchroTeq MVX for WTG or PV Solar Inverter

3p Switchgear as perIEC 62271‐200/100MV TransformerResidual Flux Mngt

Ideal for:Wind TurbinesPV Solar InvertersMV Energy StorageContainerized Substations

Clean Connection to MV Grid ‐ No Inrush Current , No Voltage Disturbance 

20

12.5 MVA on‐shore Wind FarmConnection to 36kV power gridSynchroTeq MVX

Grid Connection of RES – MV Power TransformersTodmorden Moor Wind Farm ‐ UK

21

1,55 MVA Transformers ENEDIS 15,5 kV GridTransformer Inrush Current =  7 PUApprox. 1 PU with SynchroTeq MVX

Grid Connection of RES – MV Power TransformersPV Solar Farms ‐ France

22

Grid Connection of RES – Volt/VAR/PF ControlMont Rothery Wind Farm ‐ Canada

37 x 2 MW WTGs, 34.5 kV collector system2 MVAr Cap Bank and 2 MVAr Shunt ReactorEnergizing a 90 MVA / 34.5‐161 kV step‐up Transformer

Control Mode (Voltage, Power Factor or MVAr)Voltage/PF/Mvar SetpointDroop Gain Septoint 0‐10%Min. MW Start‐up/Shutdown Ramp (2‐60 min)Max. MW

23

Grid Connection of RES – Volt/VAR/PF ControlMont Rothery Wind Farm ‐ Canada

16 ms control loopMeasuring and filtering by FastProcessing PMU± 0.5 p.u. (± 37 MVAr)Ultra‐fast ROCOF: within 1.2 ~2 cycles typ. (3.25 max)IEC61850, ModBusoutputHV TFO switchingcontrolled by SynchroTeq Plus

Voltage error on 161kV processed by RightWON Plus UnitRightWON Plus sends setpoints to:

WTG ControllerCap BankShunt Reactor

TSO

IPP

TSO SCADA 

IPP SCADA

24

Grid Connection of RES – HV Power TransformersRivière du Moulin Wind Farm ‐ Canada

Connecting 345 kV TFOs to local TSO’s HV network2 x 150 MVA Transformers in parallel, one single HV C/BTransformer Re‐energizationAdvisory System (TRAS)Zero Inrush Current, zerostress on primary equipment, no impact on power gridGrid Code compliance

25

Grid Connection of RES – HV Power TransformersOff‐shore Wind: Luchterduinen, Veja Mate (TSO: TenneT)

2x80 MVA and 2x200 MVA Transformers Submarine cablesSynchroTeq Plus with Residual Flux MngtElimination of Inrush Currents and Voltage Dips in very low SCC conditions.

26

Power Generation – HV Power TransformersPietrafitta CCGT Power Plant ‐ Italy

500‐MVA CCGT Plant (existing substation)Energizing three HV power transformers in parallel via a single circuit breakerUnsurpassed flexibility: 1, 2, 3 active transformers, preservation of mission‐critical assetsElimination of Inrush Currents and stress on transformers and C/BGrid connection with no impact on TSO’s HV power grid

27

Power Generation – HV Power TransformersHydro Power Generation ‐ Hydro‐Québec (Canada)

Large Step‐up Transformers  ‐ Hydro Power Plants in Québec Northern Regions.Preservation of  Costly AssetsEliminate Voltage and Current Transients on long HV Transmission LinesPHES: Enable seamless and stress‐free switching operations

28

Power Grid – HV Power TransformersJinBei 1000kV Substation – StateGrid of China 

500 kV‐1000 kV Transformers Energizing from both Transformer sidesHighest Voltage ever for Energizing Power Transformers with Controlled SwitchingSynchroTeq Plus with Residual Flux Mngt

29

Power Grid – HV Power TransformersBina Substation – PGCIL (India)

1200 kV !Back‐to‐back 400kV / 1200 kV Transformer Configurations

30

Power Grid – HVDC SubstationsFACTS and Transformers in HVDC Substations ‐ Canada 

USA – Canada and Inter‐Provinces HVDC BridgesRedundant SynchroTeq Plus ConfigurationsControl over IEC 61850  InfrastructureFACTS Power Transformers with Residual Flux Mngt

31

Power Grids – FACTSMSR – Upgrading Existing HV Circuit Breakers – India

CAPEX limitationOver 300 SynchroTeq Plus units applied to existing C/Bs with shunt reactor loads on     400kV and 765kV transmission gridControlled switching of ABB, Alstom, Siemens, BHEL and CG Global HV circuit breakersAsset Management: addition of real‐time monitoring and event/waveform recordingOPENING: avoid C/B re‐ignitions and issues related to very high energy dissipation:

C/B contact erosionC/B catastrophic failure

CLOSING: suitable for Y grounded & floating Y reactor configurations and avoid:

DC current asymmetryFalse protection trippingReactor saturation and mechanical stress

32

MV Shunt ReactorsRapidly evolvingislanded gridSynchroTeq MVR

Industry – VAR Compensation & PFC MSR ‐ Duqm Distribution Substation ‐ Oman

33

Industry – VAR Compensation – SVC/StatcomMSC, MSR, FLT ‐ Fast Switching of Capacitors

Typical Hybrid SVC / STATCOM Operating Ranges (50% or 60% of the steady state reactive power produced by the capacitors and reactors)

6 or 13kV

CB1 CB2 CB3 CB4 Convertor

6 or 13kV

CB2CB1 Convertor

Double switched capacitor / reactor

Single switched capacitor / reactor

100% Reactive Lead(0.95 leading PF atRated MW)

100% Reactive Lag(0.95 lagging PF atRated MW)

100% Reactive Lead(0.95 leading PF atRated MW)

100% Reactive Lag(0.95 lagging PF atRated MW)

Unity PF

Unity PF

CB2&4 Closed

CB2 Closed

All CB’s Open

CB1 Closed

CB1&3 Closed

All CB’s Open

CB2 Closed

CB1 Closed

TSO ‐ UK ‐ Typical Steady State Operating Methodology

Advanced Switching of Capacitors & Filters Allowing for:

Hybrid, cost‐effective, and highly responsive VAR Compensation or PFC or harmonic filtering designsFast‐switching of Capacitors  Secure switching of discharged and partially charged CapacitorsInstantaneous restoration of reactive capacity after DAR cycle and at re‐energization

34

Power Grids – FACTS MSC, MSR, FLT with fast switching in large SVC ‐ France

France’s high rated power SVCs (±250 MVAr) to secure the supply of energy in areas subject to high ranges in voltage variation.Frequently committing / de‐committing massive reactive power blocks within few tens of milliseconds.All with floating neutral

35

735 kVWorld’s first and North America’smost extensive UHV grid. Over 170 SynchroTeq CSDs at this voltage level

Power Grids – UHV TransmissionHydro‐Québec “800kV” Power Grid – Canada

36

20kV to 63kV Transformers with Flux Management3‐p operated MV SwitchgearsInrush Currents up to 10 PU when randomly energizedInrush Currents down to 2 PU with SynchroTeq MVX2 MVA Rectifier Transformers and up to large 63 kV AC Traction Transformers

Industry ‐ Transportations Railways – Transformers in Traction Substations ‐ France

37

Industry – Metal & Mining MV Transformers and Switchgears for EAFs and Rectifiers

SynchroTeq for AC/DC Furnaces and Heating processesInrush‐free and disturbance‐free power transformer switchingDramatically improves the lifespanof switchgears and transformersAvoid downtimes and facilityshutdown for maintenance or refurbishment of MV equipmentPreserve power quality and securityof supplyIncrease production uptime

38

SCADA/DCS Interface via OPC UA Server

39

Outstanding Benefits of Inrush Current Limiters

Increase Topline, Capacity & Revenues

Secure Electrical Energy Supply & Preserve Prod/Service Uptime Increase the Capacity of Existing Infrastructure and HV‐MV AssetsDecrease the Occurrence & Duration of Shutdowns or Downtimes

Decrease Operational & Maintenance Costs

Leverage IoT Data to Streamline Maintenance and Operational PracticesHave a New Look at Mission Critical Assets: Monitor & Take Control

Limit Capital Expenditures

Decrease Costs of Ownership & Preserve Existing HV‐MV AssetsRefurbishing or Investing in HV‐MV Equipment? Let’s Talk Modernization!

40

RightWON Satellite/Plus/Engine :  Smart Substation ControllerAutomation + Monitoring + Alarm/Event management + Data gatewayFull support of industrial, energy, power gen and utility protocols Integrated web HMI + local SCADA functionality

SynchroTeq Plus/MV Controlled switching and monitoring for All HV & MV switchgearsInrush Current Limiters for power transformers & reactive loadsAdvanced  switching of reactive loads in VAR compensation, Volt/VAR control, PFC, FACTS, in SVC, STATCOM and standalone applications 

PMU / AMUIEEE C37.118  / IEC 61850‐9‐2LE compliant, IEC 61850 , IEC 60870‐5‐10x and  ModBus TCP/UDP with RightWON companion product Resilient to harmonics, high‐performance in stressed power systemsFast & stable ROCOF calculation: 1.2 to 2 cycles typical, 3 cycles max.For local control, single phase, Micro‐Grid, islanding, PMS, power quality

MEASURE – Phasor Measurement Unit – PMU Measure

Control

Switch

41

MEASURE – Phasor Measurement Unit – PMU 

High accuracy, ultra‐fast calculation and performance in stressed power systemsResilient to harmonics: ultimate results in single‐phase, micro‐grids, islanding apps Extended Kalman Filtering for substantial improvement of response timeAdvanced rejection of harmonics, inter‐modulation, sub and hyper‐synchronous resonance

42

IEEE C37.118 (2005 and 2011) & IEC 61850‐90‐5 compliant.

Exceeds requirements for M & P measurement class accuracy.

Inputs: 4 CTs (20 bits) & 4 PTs (16 bits) ‐ Sampling rate 19,200/sec From 1 and up to 240 frames per second.Time sync via IRIG‐B, IEEE PTP 1588 / PPS signal  NTP from time server or via internal, 100ns precision GPS receiver. Time sync server & GM clock/PPS generator capable (w/ GPS receiver).Web based configurator and viewer.10 x Built‐in Digital Inputs, ModBus TCP & Serial, GOOSE Messaging.IEC 61850‐9‐2 / IEC 61869‐9 enabled ‐ Two concurrent reporting rates.Dual C37.118 output streams with independent parameter sets.Dual Ethernet ports (copper/fiber) and hardware PRP support. 

MEASURE – PMU – Highlights

43

MEASURE – PMU – Communication Ports

Communication Ports:

Console Port A, RS 232/485 port B (p. 2‐32)IRIG‐B 000 UN‐MODULATED OR PPS IN Port D (p. 2‐33ETHERNET Ports E, F (100Base‐T, or 100Base‐FX, or 100Base‐LX10) manufacturing opt.LOCAL ETHERNET SERVICE Port GUSB Port H (p. 2‐35)

44

MEASURE – PMU – Benefits

Improve the grid reliability and resiliency Earlier detection and identification of causes of potentially dangerous grid conditions 

Allows operators and planners to gain awareness

Avoid frequent minor and major outages  

Reduce equipment & labor costsOnline testing and modeling

Enables conditional maintenance

Identify fault location and root cause faster 

Operate the grid more efficientlyManage grid congestion & dynamic line loading

Optimize utilization of existing transmission assets

Manage RE production efficiently without compromising reliability: Reduce fossil fuel generation

Core component of PMU‐based SIPS                                                        ( SIPS = System Integrity Protection Schemes )

Taylor your power system to today’s needs

45

PMU ‐ Frequency Class M ‐ Latency Comparison

46

PMU ‐ Rate Of Change Of Frequency (ROCOF)

47

PMU – Frequency – Class P with OOB 

48

PMU – ROCOF – Class P with Out Of Band (OOB) 

49

• 3 Ethernet ports (one 100BASE‐TX/RJ‐45 maintenance port + 2 configurable ports in either 100BASE‐TX or 100BASE‐FX or 100BASE‐LX mode)

• Sampling frequency 80 per cycle (for protection) or 256 per cycle (measurements)

• Supports PRP for redundancy• Supports IEC61850‐9‐2LE & IEC61869‐9• Configurable to send GOOSE messages

• 4 CT inputs (20 bit accuracy)• 4 PT inputs (16 bit accuracy)• Sampling rate up to 19,200/sec. per 

channel• Power supply 24, 48, 125 & 220VDC• Built‐in Web based configurator and 

viewer• Time synch via IEEE PTP 1588 or PPS 

signal, GPS or from NTP from time server• 4 signalling outputs (one reserved for 

health status)• 10 built‐in digital inputs• Option: GPS receiver making it possible to 

time sync local IEDs or controllers

AMU Communication Features AMU Characteristics

MEASURE – Standalone Analog Merging Unit – AMU

50

MEASURE  ‐ AMU ‐ Sampled Measured Values

51

MEASURE – AMU – Benefits

Asset protectionExtend the service life of existing PTs, CTs and CVTs

International standards compliance: interoperabilityReduce installation & maintenance costs

Many copper cables replaced with few optical cables

Solves cable duct congestion 

Simplifies system commissioning & troubleshooting Improved system performance

Improve substation safety by eliminating open current circuit condition

Improve accuracy by eliminating CT saturation

Improve the flexibility of the protection system

Top measurement & time precision accuracy

Enhanced measurements: Flexible & evolutive systems

ABS Electro

North AmericaLongueuil, QcCanadaT: +1 450 679‐[email protected]

EMEA + RussiaBrusselsBelgiumT: +32  2 669 [email protected]

IndiaHyderabadIndiaT: +91 [email protected]

ChinaBeijingChinaT: +86 950 4047 [email protected]

Latin AmericaMedellín, AntioquiaColombiaT: +57 315 595‐[email protected]

Vizimax Inc. proprietary and confidential

Central EuropeBohinjska BistricaSloveniaT: +43 676 549 0499+386 70 191 555

[email protected]

[email protected]

Laurent Poutrain