Monitoring i ocena jakości energii w sieciach elektroenergetycznych

Transkrypt

Politechnika Wrocławska
Wydział Elektryczny
Monitoring i ocena jakości energii w sieciach
elektroenergetycznych z udziałem generacji
rozproszonej
Tomasz Sikorski
Konwersatorium Smart Grid, AGH, 16.05.2014r
Zawartość
Studia literaturowe
¾problematyka
integracji źródeł rozproszonych z siecią
¾jakość energii elektrycznej w eksploatacji sieci
¾jakość energii elektrycznej jako element kryteriów przyłączenia
Cel badań
Opracowany system monitoringu
Realizacja celów i zakresu badań
¾opracowanie
i weryfikacja procedury oceny wpływu mikroźródła
na jakość energii elektrycznej
¾rzeczywiste profile zakłóceń jakości energii elektrycznej
towarzyszące pracy źródeł rozproszonych
¾badania obszarowe jakości energii elektrycznej w sieciach
elektroenergetycznych z generacją rozproszoną
¾Podsumowanie
2
Studia literaturowe
Zagadnienia współpracy źródeł rozproszonych z
Definicje
siecią elektroenergetyczną
Generacja rozproszona
(Distributed Generation, Dispersed
Generation, Distributed Resources,
Embedded Generation)
CIGRE SC C6:
jednostki wytwórcze do 50-100MW
niepodległe centralnej dyspozycji mocy
Grządzielski, Kacejko, Paska:
do 150 MW, usytuowanie w sieci
dystrybucyjnej bądź sieci rozdzielczej
oraz wyłączenie z centralnej dyspozycji
mocy:
mikrogeneracja ( 1W-5kW )
mała generacja ( 5kW-5MW )
średnia generacja ( 5MW-50MW )
duża generacja ( 50MW-150MW )
nN:
Ustawa OZE, (IRiESD)
mikroinstalacja - system generacji
(jednostka lub zespół jednostek
wytwórczych) do 40kW mocy osiągalnej
mała instalacja – system generacji
(40÷200kW)
PN-EN 50438:2010, (IRiESD)
mikrogenerator (mikroźródło) o prądzie
znamionowym do 16A
mikrogeneracja – wytwarzanie w
systemie generacji z mikrogeneratorów
(mikroźródeł)
VDE-AR-N-4105:2011
jednostka generacji
system generacji
3
Studia literaturowe
Zakres współpracy
¾warunki
napięciowe,
¾obciążalność torów prądowych,
¾warunki zwarciowe,
¾stabilność, regulacja,
podtrzymanie pracy systemu,
¾praca wyspowa,
¾koncepcje inteligentnych sieci
elektroenergetycznych,
¾interoperacyjność elementów
sieci,
¾jakość energii elektrycznej
4
Studia literaturowe
Przegląd literatury – wybrane
¾ ACKERMAN
T., ANDERSSON G., SODER L., Distributed generation: a definition,
Electrical Power System Research, vol. 57, s. 195-204, 2001.
¾ BOLLEN M., HASSAN F., Integration of distributed generation in the power systems,
Wiley and IEEE Press, 2011.
¾ DUGAN R.C. McDERMONTT E. et al, Distributed Generation, IEEE Industry
Application Magazine, 2002.
¾ FRERIS L., INFIELD D., Renewable energy in power systems, John Wiley & Sons,
2010.
¾ JENKINS N., Embedded generation – Tutorial, Power Engineering Journal, s. 145150, 1995.
¾ KACEJKO P., Generacja rozproszona w systemie elektroenergetycznym,
Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2004.
¾ PASKA J., Generacja rozproszona, Elektroenergetyka nr 4, 2002.
¾ SOBIERAJSKI M., ROJEWSKI W., Próba pracy wyspowej EC Legnica, Wiadomości
Elektrotechniczne, R.78, nr 8, s.31-36, 2010.
5
Studia literaturowe
Przegląd literatury - wybrane
¾ CIGRE
Influence enhanced distributed generation on power system, TF 37.23
Report, Paris 1998.
¾ CIGRE Task Force C6.04.01 Connection criteria at the distribution network for
distributed generation, Brochure 313, February 2007
¾ IEEE Std. 1547 - Series of Interconnection Standards, IEEE SCC21 Standards
Coordinating Committee on Fuel Cells, Photovoltaics, Dispersed Generation, and
Energy Storage, 2005-2011.
¾ IEEE Std. 2030 - Smart Grid Interoperability Series of Standards, IEEE SCC21
Standards Coordinating Committee on Fuel Cells, Photovoltaics, Dispersed
Generation, and Energy Storage, 2011.
¾ ENTSO-E: Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all
Generators, 26 June 2012.
¾ PN-EN 61850 Systemy i sieci komunikacyjne w stacjach elektroenergetycznych,
¾ PN-EN 60870 Elektroenergetyczne Systemy Sterowania i Nadzoru. Urządzenia i
systemy telesterowania.
¾ PN-EN 61970 Interfejs aplikacji systemów zarządzania energią (EMS-API)
6
Studia literaturowe
Umiejscowienie jakości energii elektrycznej w
eksploatacji sieci elektroenergetycznych
¾Jakość
energii – jakość
energii elektrycznej –
jakość technicznych
parametrów zasilania,
jakość napięcia
¾ PN-EN
50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach
rozdzielczych, 2010.
¾ PN-EN 61000-4-30: 2011 Metody pomiaru jakości energii.
¾ Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie
szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, ze
zmianami 21 sierpnia 2008 r. (Dz.U. 2008 nr 162 poz. 1005).
¾CEER, 5th Benchmarking report on quality of electricity supply, report 2011.
¾URE – I Krajowy raport benchmarkingowy nt. jakości dostaw energii elektrycznej do
odbiorców przyłączonych do sieci przesyłowej i dystrybucyjnej, 2009.
7
Studia literaturowe
Jakość energii elektrycznej jako element kryteriów
Parametry jakościowe jako
przyłączeniowych źródeł
¾zmiana
wielkości kryterialne
napięcia ∆Ua , (∆ua w procentach UN)
¾nagła zmiana napięcia ∆Umax, (∆umax w procentach UN)
¾migotanie światła Pst, Plt
¾harmoniczne i interharmoniczne
¾asymetria napięcia ku2
¾zakłócenia komutacyjnych dkom
¾zakłócenia transmisji sygnałów
¾Inne:
¾Projekt ustawy OZE:
9mikroźródło, mikrogenerator
9instalacja OZE
do 16A
9mikroinstalacja do 40kW
9jednostka generacji
9mała instalacja 40-200kW
9system generacji
8
Studia literaturowe
przyłączeniowych źródeł nN
Kierunek standaryzacyjny
Normy bezpośrednio odnoszące się do mikrogeneracji nN:
PN-EN 50438:2010 Wymagania dotyczące przyłączania mikrogeneratorów do publicznych
sieci rozdzielczych (mikrogenerator, prąd ≤16A)
VDE-AR-N 4105:2011-8 Power generation systems connected to the low-voltage distribution
network – technical minimum requirements for the connection to and parallel operation with
low-voltage distribution networks, 2011.
IEC/TR 61000-3-15:2011 Electromagnetic compatibility (EMC). Limits. Assessment of low
frequency electromagnetic immunity and emission requirements for dispersed generation
systems in LV Network.
¾ CIGRE
Task Force C6.04.01 Connection criteria at the distribution network for
distributed generation, Brochure 313, February 2007.
¾ STADLER I., Study about International Standards for the connection of Small
Distributed Generation to the power grid, Cologne University of Applied Science,
2007.
¾ IRiESD zwłaszcza w zakresie dodatkowych wymagań dla mikroźródeł
współpracujących z siecią
9
Studia literaturowe
Normy powiązane dotyczą środowiska:
PN-EN 61000-2-2 Poziomy kompatybilności zaburzeń
przewodzonych małej częstotliwości i sygnałów przesyłanych w
publicznych sieciach zasilających niskiego napięcia.
Normy powiązane dotyczą emisji zakłóceń wprowadzanych przez odbiorniki:
Oceniany parametr
Oznaczenie Dopuszczalna wartość Dopuszczalna wartość
dla mikrogeneratorów
dla sieci nN
Poziomy
dopuszczalne:
Odchylenie napięcia
∆ua
Ograniczanie zmian napięcia,
Szybkie zmiany (wahania)
wahań napięcia i migotania
61000-3-3 (≤ 16 A)
∆umax
światła w publicznych sieciach
napięcia.
61000-3-11(≤ 75 A)
zasilających niskiego napięcia,
Pst
powodowanych
przez
Uciążliwość migotania światła
Plt
odbiorniki.
Poziomy
dopuszczalne:
61000-3-2 (≤ 16 A)
Poziomy dopuszczalne emisji
Emisja harmonicznych prądu
In/I1
61000-3-12 (≤ 75 A)
harmonicznych prądu.
Asymetria napięcia
PN-EN 61000-2-2
ku2
Zaburzenia (załamania)
komutacyjne
Zakłócenia transmisji sygnałów
fT - stosowana częstotliwość
transmisji
dkom
IEEE Std 519-1992
PN-EN 61800-3
przyrost
tłumienia
fT±5Hz
fT±100Hz
PN-EN 61000-2-2
Elektryczne układy napędowe
mocy o regulowanej prędkości
-- Część 3: Wymagania
dotyczące EMC i specjalne
metody badań.
10
Studia literaturowe
Oceniany parametr
Oznaczenie
Odchylenie napięcia
Szybkie zmiany (wahania)
napięcia.
∆ua
Dopuszczalna wartość
dla mikrogeneratorów
3,0%
∆umax
3,0%
Uciążliwość migotania światła
Pst
Plt
Emisja harmonicznych prądu
In/I1
1,0
0,65
wg. tabeli wartości
dopuszczalnych
Harmoniczne w napięciu
Un/U1
-
Asymetria napięcia
Zaburzenia (załamania)
komutacyjne
Zakłócenia transmisji sygnałów
fT - stosowana częstotliwość
transmisji
ku2
2,0%
wg. tabeli wartości
dopuszczalnych
2,0%
dkom
5%
5%
< 5%
< 5%
0,1%UN
0,3%UN
0,1%UN
0,3%UN
przyrost
tłumienia
fT±5Hz
fT±100Hz
dla sieci nN
10%
5%,
kilka razy na dobę 10%
1,0
-
11
System certyfikatów
12
AC
Wyprowadzenie
energii
wyprodukowanej
Sieć elektryczna
A
Rejestrator
wielkości
elektrycznych
Przekształtnik z
układem regulacji
AC/DC
Regulowane
(programowalne)
źródło napięcia
zmiennego
B
Impedancja
referencyjna
testowa
DC
C
Absorbcja energii
wyprodukowanej
Regulowane
(programowalne)
źródło napięcia
stałego
Absorbcja energii
wyprodukowanej
Ekwiwalent systemu
Badane źródło typu PV
13
Algorytm oceny oraz badań poprzedzających przyłączenie urządzenia do sieci pod względem
wahań napięcia i migotania światła
NIE
<=16A
PN-EN 6100-3-11
TAK
Badania dla Zref
wg 61000-3-3
NIE
3f
TAK
Badania dla
Ztest=0.15+j0.15
NIE
Spełnia
limity
Badania dla
Ztest=0.25+j0.25
Spełnia
limity
TAK
NIE
TAK
Można zadeklarować
zgodność z
61000-3-3
Przykład standaryzacji
badań emisji wahań
napięcia w oparciu o
podejście stosowane dla
odbiorników
Przyłącz
zgodność z
61000-3-11
Wyznaczenie
Zmax
zgodność z
61000-3-11przy
zachowaniu warunku
Odpowiedzialność
producenta urządzenia
Odpowiedzialność
użytkownika urządzenia/
OSD
Obciążalność
>=100A
TAK
Przyłącz
NIE
Umowa pomiędzy NIE
OSD a
użytkownikiem
ZkPCC<=Zmax
TAK
Przyłącz
14
PN-EN 50438 w zakresie
mikrogeneratorów do 16A:
W zakresie dopuszczalnej
emisji harmonicznych dla
mikroźródeł o prądzie do 16A
znajdują zastosowanie zapisy
normy PN-EN 61000-3-2:2007
z ulokowaniem układów
mikrogeneracji jako urządzeń
klasy „A”.
Rząd harmonicznej
n
Maksymalny dopuszczalny prąd
harmonicznej
[A]
Harmoniczne nieparzyste
3
2,30
5
1,14
7
0,77
9
0,40
11
0,33
13
0,21
15<n<39
0,15•(15/n)
Harmoniczne parzyste
Przykład standaryzacji
badań emisji harmonicznych w
prądzie w oparciu o podejście
stosowane dla odbiorników
2
1,08
4
0,43
6
0,30
8≤n≤40
0,23•(8/n)
15
Kierunek skojarzony z PCC
Punkt przyłączenia PCC
SkPCC – moc zwarciowa w PCC
ZkV=RkV+jXkV – impedancja zwarciowa w PCC
Cechy i charakterystyki źródła:
SEmax – osiągalną moc pozorną
jednostki generacji
IaE - prąd rozruchowy jednostki
generacji
IrE - znamionowy prąd ciągły
jednostki generacji
k – współczynnik rozruchu
RkPCC =
k=
VDE-AR-N 4105:2011-8
S kPCC
S E max
I aE
I rE
16
Charakterystyka przyłączonego źródła
Dopuszczalny obszar pracy jednostek generacji o mocy
SEmax>13.8kVA
w reżimie stałego współczynnika mocy
P>0 – wytwarzanie mocy czynnej
Q>0 – wytwarzanie mocy biernej
Q/PEmax
cosφind>0.9
tgφ<0.48
φind<25.8o
0.48
0.2
P/PEmax
1
-0.48
cosφpoj>0.9
tgφ>-0.48
φpoj<25.8o
P>0 – wytwarzanie mocy czynnej
Q<0 – pobór mocy biernej
VDE-AR-N 4105:2011-8
17
VDE-AR-N 4105:2011-8
18
przyłączeniowych źródeł
RkPCC
S
= kPCC
S E max
I
k = aE
I rE
Oszacowanie w oparciu o warunki zwarciowe w PCC
oraz tryb pracy źródła
S Emax (RkV cos | ϕind | + X kV sin | ϕind |)
100%
U n2
S (R cos | ϕ poj | − X kV sin | ϕ poj |)
Δua = Emax kV
100%
U n2
S (R )
Δua = Emax 2 kV 100%
Un
S
S
I
Δumax = k E max ; Δumax = k E max cos(ψ kV − ϕ ) ; k = aE
SkPCC
I rE
SkPCC
U
S
ku 2 = 2 ≈ 1E max
U1 SkPCC
Wskaźnik jakościowy
Δua =
zmiana napięcia ∆Ua,(∆ua)
nagła zmian napięcia ∆Umax, (∆umax)
asymetria napięcia ku2
np. k=1,2 – dla jednostek generacji przyłączanych przez inwerter, jak np. układy fotowoltaiczne
19
Pomiary i obliczenia
VDE AR-N-4105:2011-08
wprowadza się dla mikroźródła
przyłączanego w PCC
wartości dopuszczalne
harmonicznych prądu ivzul
podane w [A/MVA], odniesione
do mocy zwarciowej w punkcie
przyłączenia SkPCC.
Przykład oceny emisji harmonicznych
w prądzie w oparciu o warunki w
punkcie przyłączenia
Numer harmonicznej (n IRiESD)
(v – harmoniczne, μ interharmoniczne VDE),
harmonicznej odniesiona do mocy
zwarciowej w PCC
ivzul [A/MVA]
Nieparzyste harmoniczne
3
3
5
1,5
7
1
9
0,7
11
0,5
13
0,4
17
0,3
19
0,25
23
0,2
25
0,15
25< v <40
0,15-25/v
Parzyste harmoniczne
v,μ<40
1,5/ v
42<v,μ<178
4,5/ v
20
Studia literaturowe - podsumowanie
9Brak
spójności w zakresie kryteriów przyłączeniowych źródeł
rekomendowanych w różnych krajach
9Brak zeszytów norm zharmonizowanych z dyrektywą CE
poświęconych procedurze testowania źródeł w zakresie emisji
zakłóceń (odniesienie do odbiorników)
9Brak sposobu weryfikacji warunków przyłączeniowych w
przypadku wielu źródeł zainstalowanych we fragmencie sieci
Działania, motywacje
9Potrzeba
opracowania procedury pomiarowej weryfikacji
wpływu źródła na pracę sieci w warunkach terenowych, jako
propozycji procedury odbiorczej
9Rozszerzenie oceny jakości energii o dodatkowe narzędzia
analizy danych
9Potrzeba praktycznych studiów przypadku pracy źródeł w
stanach dynamicznych współpracy z siecią
21
Cel badań
9Celem
badań jest z jednej strony opracowanie i weryfikacja
procedury oceny wpływu generacji rozproszonej na
jakościowe parametry energii na podstawie pomiarów w
punkcie przyłączenia, z drugiej zaś zebranie charakterystyk
rzeczywistych profili zakłóceń jakości energii
towarzyszących dynamicznym stanom pracy źródeł w
ujęciu obszarowym.
9Celem
dodatkowym jest zbadanie możliwości zastosowania
wybranych technik analizy danych jako narzędzi
wspomagających detekcję i analizę zaburzeń jakości energii w
zastosowaniu do problematyki współpracy źródeł
rozproszonych z siecią elektroenergetyczną.
22
Opracowanie mobilnego systemu
monitoringu jakości energii
¾spełnienie
wymagań
poprawności akwizycji
danych pomiarowych,
synchronizacji czasu,
zdalnej transmisji, ochrony
dostępu i autoryzacji
zarządzania
¾weryfikacja w warunkach
laboratoryjnych i
terenowych
¾zastosowanie w badaniach
obszarowych
23
Realizacja celów badań:
Opracowanie i weryfikacja procedury oceny
wpływu mikroźródła na jakość energii na
podstawie pomiarów w punkcie przyłączenia
Badawczy
System
Fotowoltaiczny
Wydziału
Elektrycznego
Politechniki
Wrocławskiej
powstały ze
środków
Funduszu
Nauki i
Technologii
Polskiej
24
Procedura oceny wpływu mikroźródła na
jakość energii w PCC
Rozszerzenie klasycznej metody oceny jakości energii o:
¾uzupełnienie definicji reprezentatywnego okresu pomiaru o
uwzględnienie pracy pozostałych źródeł zainstalowanych w
danym obszarze sieci
¾uwzględnienie w ocenie wpływu charakterystyk pracy źródła
na wskaźniki jakościowe
¾zastosowanie narzędzi korelacyjnych
Korelacja dodatnia
rx = 0
0< rxy <0.1
0.1< rxy ≤0.4
0.4< rxy ≤0.7
0.7< rxy ≤0.9
rxy ≥0.9
Korelacja ujemna
rxy = 0
-0.1<rxy<0
-0.4< rxy ≤-0.1
-0.7< rxy ≤-0.4
-0.9< rxy ≤-0.7
rxy ≤-0.9
Opis poziomu korelacji
brak korelacji
nikła korelacja
słaba korelacja
zauważalna korelacja
wysoka korelacja
silna korelacja
25
Weryfikacja procedury oceny
PV1(SEmax=5kVA),MONO, 135º (południowy
wschód)
Panele monokrystaliczne (MONO)
27
modułów
SUNTECH
STP190S-24/Ad+
(190W/36,5V)
Nachylenie 40º, azymut 135º (południowy
wschód)
Inwerter beztransformatorowy
PV2(SEmax=5kVA), CIGS, 135º (południowy
L2
wschód)
Panele cienkowarstwowe (CIGS)
56 modułów Q.CELLS Q.SMART 90 (90W/60,8V)
Nachylenie 40º, azymut 135º (południowy
wschód)
Inwerter
transformatorowy
z
separacją
galwaniczną od strony DC
PV3(SEmax=5kVA), POLI, 255º (południowy
L3
zachód)
Panele polikrystaliczne (POLI)
21 modułów SOLAR FUTURE ENERGY PF-6:240
(240W/30V)
Nachylenie 40º, azymut 225º (południowy zachód)
Inwerter beztransformatorowy
L1
¾weryfikację
wykonano w
Badawczym Systemie
Fotowoltaicznym Wydziału
Elektrycznego PWr 15kVA
¾badany system generacji
składa się z trzech
jednofazowych systemów
fotowoltaicznych o mocy
5kVA różniących się
technologią paneli
¾jeden z systemów
usytuowany jest w innym
kierunku geograficznym
26
Przykład analizy zmian napięcia
PL2
PL3
QL1
Psum
14
12
10
Q[kvar]
P[kW]
8
6
4
2
0
-2
So
N
Pn
Wt
Śr
Cz
Pt
So
12-09-01 12-09-02 12-09-03 12-09-04 12-09-05 12-09-06 12-09-07 12-09-08
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
9odnotowanie
QL2
QL3
Qsum
Psum
500
50.00
400
45.00
300
40.00
200
35.00
100
30.00
0
25.00
-100
20.00
-200
15.00
-300
10.00
-400
5.00
-500
0.00
P[kW]
PL1
So
N
Pn
Wt
Śr
Cz
Pt
So
12-09-01 12-09-02 12-09-03 12-09-04 12-09-05 12-09-06 12-09-07 12-09-08
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
realizacji standardowej charakterystyki cosφ(P)
27
∆ua
Ocena
L2
L3
[%]
[%]
[%]
0
0.5
1.1
1.5
0
0.5
1.2
1.6
0
0.6
1.2
1.7
DeltaUL2
Psum
3
50.00
45.00
2
40.00
35.00
1
Dopuszczalna
wartość dla
mikrogeneratorów
Dopuszczalna
wartość dla
sieci nN
3,0%
√
10%
√
30.00
25.00
0
P[kW]
Oznaczenie
L1
DeltaU[%]
STATYSTYKA
ZMIAN
NAPIĘCIA
min
średnia
|∆ua10min|
P95
max
DeltaUL1
DeltaUL3
20 okr. śr. ruch. (DeltaUL1)
20.00
-1
15.00
10.00
-2
5.00
-3
0.00
So
N
Pn
Wt
Śr
Cz
Pt
So
12-09-01 12-09-02 12-09-03 12-09-04 12-09-05 12-09-06 12-09-07 12-09-08
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
9ocena
ogólna względem poziomów dopuszczalnych
28
DeltaUL1
DeltaUL2
DeltaUL1
DeltaUL2
DeltaUL3
Psum
DeltaUL3
Psum
Qsum
Qsum
3
11.00
3
2
9.00
2
1
7.00
1
4.00
5.00
-1
3.00
-2
1.00
3.00
2.50
2.00
1.50
0
1.00
-1
P[kW], Q[kvar]
0
DeltaU[%]
P[kW], Q[kvar]
DeltaU[%]
3.50
0.50
0.00
-2
-0.50
-3
-1.00
Wt
12-09-04
00:00
Pobór mocy biernej
Śr
12-09-05
00:00
[Wt 2012-09-04] - doba o wysokim poziomie wytwarzania
9uzupełnienie
-3
-1.00
So
12-09-01
00:00
Brak poboru mocy biernej
N
12-09-02
00:00
[So 2012-09-01] - doba o niskim poziomie wytwarzania
oceny o wpływ charakterystyki pracy źródła
29
UL2=f(PL2) - doba o niskim poziomie wytwarzania
Liniowy (UL1=f(PL1) - doba o niskim poziomie wytwarzania)
245
245
243
243
243
241
239
-0.50
241
239
237
237
235
0.00
235
0.00
0.50
1.00
1.50
-0.50
PL1[kW]
241
239
237
0.50
1.00
1.50
-0.50
235
0.00
PL2[kW]
0.50
1.00
1.50
PL3[kW]
UL1=f(PL1) - doba o wysokim poziomie wytwarzania
UL2=f(PL2) - doba o wysoki poziomie wytwarzania
UL3=f(PL3) - doba o wysokim poziomie wytwarzania
Liniowy (UL1=f(PL1) - doba o wysokim poziomie wytwarzania)
Liniowy (UL2=f(PL2) - doba o wysoki poziomie wytwarzania)
Liniowy (UL3=f(PL3) - doba o wysokim poziomie wytwarzania)
245
245
243
243
243
241
239
UL3[V]
245
UL2[V]
UL1[V]
UL3[V]
245
UL2[V]
UL1[V]
241
239
241
239
237
237
237
235
-1.00 0.00
1.00
2.00
PL1[kW]
3.00
4.00
5.00
235
0.00
1.00
2.00
3.00
5.00
-1.00
235
0.00
PL2[kW]
Współczynnik korelacji pomiędzy
poziomem napięcia a mocą generowaną
a) doba o niskim poziomie wytwarzania
b) doba o wysokim poziomie wytwarzania
9uzupełnienie
4.00
1.00
2.00
3.00
4.00
PL3[kW]
L1
[-]
0.67
0.59
L2
[-]
0.70
0.57
L3
[-]
0.74
0.38
oceny o wpływ charakterystyki pracy źródła
30
Przykład: testy ruchowe systemu – szybka zmiana
napięcia spowodowana wyłączeniem systemu
∆umaxL1
∆umaxL2
∆umaxL3
Psum
80 okr. śr. ruch. (∆umaxL1)
1
18.0
16.0
0.5
14.0
0
12.0
-1
8.0
P [kW]
10.0
6.0
-1.5
4.0
-2
2.0
-2.5
0.0
5.0
4.8
4.5
4.3
4.1
3.9
3.7
3.5
3.3
3.1
2.9
2.7
2.5
2.3
2.1
1.9
1.7
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
-2.0
0.2
-3
0.0
∆umax[%]
-0.5
t[min]
Szybka zmiana napięcia
|∆uamax200ms|
L1
[%]
2.1
L2
[%]
2.4
L3
[%]
1.4
31
Przykład: testy ruchowe systemu - gradient mocy
w procesie ponownego włączania systemu
PL1
PL2
PL3
Psum
18
16
14
12
P[kW]
10
8
6
4
2
0
36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
-2
t[s]
32
Zaproponowana procedura pozwala ocenić m.in.:
9 wpływ
przejść pomiędzy trybami
pracy charakterystyki cosφ(P) a
efektem migotania światła
PstL1
PstL2
PstL3
Psum
50.00
2
45.00
40.00
1.5
35.00
Pst[-]
25.00
P[kW]
30.00
1
20.00
0.5
15.00
10.00
0
5.00
-0.5
So
12-09-01
00:00
N
12-09-02
00:00
Pn
12-09-03
00:00
Wt
12-09-04
00:00
Śr
12-09-05
00:00
Cz
12-09-06
00:00
Pt
12-09-07
00:00
0.00
So
12-09-08
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
9Metodę
można uznać jako propozycję procedury odbiorczej w
zakresie oceny wpływu źródła na jakości energii w PCC
33
ku2
PL1
PL2
PL3
0.4
12.00
0.35
10.00
9 efekt
0.25
8.00
0.15
6.00
P[kW]
0.2
ku2[%]
asymetrii napięciowej
wnoszonej przez odmienne
usytuowanie geograficzne
jednofazowych jednostek generacji
0.3
0.1
4.00
0.05
0
2.00
-0.05
-0.1
So
12-09-01
00:00
N
12-09-02
00:00
Pn
12-09-03
00:00
Wt
12-09-04
00:00
Śr
12-09-05
00:00
Cz
12-09-06
00:00
Pt
12-09-07
00:00
0.00
So
12-09-08
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
9Metodę
34
THDIL1
THDIL2
THDIL3
Psum
35
50.00
30
45.00
40.00
25
35.00
30.00
15
25.00
P[kW]
THDI[% n01]
20
10
20.00
9 wpływ
poziomu emisji
harmonicznych w prądzie w
odniesieniu do charakterystyki
cosφ(P)
5
15.00
0
10.00
-5
5.00
-10
So
12-09-01
00:00
N
12-09-02
00:00
Pn
12-09-03
00:00
Wt
12-09-04
00:00
Śr
12-09-05
00:00
Cz
12-09-06
00:00
Pt
12-09-07
00:00
0.00
So
12-09-08
00:00
[So 2012-09-01 - So 2012-09-08]
9Metodę
35
Realizacja celów pracy:
Badania i ocena rzeczywistych profili
zakłóceń jakości energii towarzyszących
pracy źródeł rozproszonych
36
Rzeczywiste profile zakłóceń jakości energii
Przykład oceny pracy farmy wiatrowej
Poziom dystrybucji 110kV
S FW 110kV ≈ PFW 0.4kV + jQFW 0.4kV
Poziom generacji 0.4kV
S FW 0.4 kV = PFW 0.4 kV + jQFW 0.4 kV
−Δ PTrafo30 / 0.4kV − j ΔQTrafo30 / 0.4kV
+ jQ pojkabli 30kV
Farma typu FCI z generatorami
synchronicznymi
Straty mocy w transf. blokowym
Generacja mocy biernej pojemnościowej
+ jQ pojkabli30 kV
Konsumpcja mocy biernej pojemnościowej
− jQdlawik
Straty mocy w transf. sieciowym
−Δ PTrafo110 / 30kV − j ΔQTrafo110 / 30 kV
0.4kV
SG
WEC
FACTS
WEC
FACTS
+
STATCOM
− jQdlawik
System
Transformator
blokowy
30/0.4kV
Linie
kablowe
Dławik
kompensacyjny
Transformator
sieciowy
110/30kV
9 15
elektrowni wiatrowych firmy Enercon typ E70 – E4 o mocy 2 MW każda.
Elektrownie połączone wewnętrznymi liniami kablowymi 30 kV,
podzielonymi na dwa promienie po 7 oraz 8 elektrowni E70. W każdym
promieniu jedna elektrownia doposażona w układ STATCOM.
9 Moc znamionowa osiągana przy prędkości wiatru 12,7 m/sek.
9 Generacja na poziomie 0.4kV, skojarzenie z siecią wewnętrzną przez układ
WEC (ang. Wind Energy Converter) wykorzystujący przekształtnik
częstotliwości AC-DC-AC w obwodzie stojana, przez transformator 30/0.4kV
9 Kompensacja mocy biernej w sieci kablowej farmy – dławik kompensacyjny
37
Ocena regulacji mocy
Poziom dystrybucji 110kV
S FW 110kV ≈ PFW 0.4kV + jQFW 0.4kV
Poziom generacji 0.4kV
S FW 0.4kV = PFW 0.4kV + jQFW 0.4kV
+ jQ pojkabli 30kV
Farma typu FCI z generatorami
synchronicznymi
Straty mocy w transf. blokowym
Generacja mocy biernej pojemnościowej
−Δ PTrafo30 / 0.4kV − jΔQTrafo30 / 0.4kV
+ jQ pojkabli30 kV
Konsumpcja mocy biernej pojemnościowej
− jQdlawik
Straty mocy w transf. sieciowym
0.4kV
WEC
FACTS
System
WEC
FACTS
+
STATCOM
Transformator
blokowy
30/0.4kV
Q>0
Q exp
Linie
kablowe
Dławik
kompensacyjny
Transformator
sieciowy
110/30kV
Obszar pracy Q-P farmy wiatrowej z regulacją mocy
realizowanej przez układy
Poziom rozdzielni 110kV PCC
- wpływ transf. blokowych, pojemności sieci kablowej
dławika kompensacyjnego oraz transf. sieciowego
0.5 QFW
(15Mvar)
cosφind = 0.4
P exp
P>0
0.2 PFW
(6MW)
0.8 PFW
(24MW)
PFW
(30MW)
-0.5 QFW
(-15Mvar)
cosφ
po
j
QFW [Mvar]
SG
− jQdlawik
= 0.4
Q imp
S FW 110 kV ≈ PFW 0.4 kV + jQFW 0.4 kV
Q<0
−Δ PTrafo30 / 0.4 kV − j ΔQTrafo30 / 0.4 kV
ΔP
+ jQ pojkabli30kV
− jQdlawik
−Δ PTrafo110 / 30kV − j ΔQTrafo110 / 30kV
38
Klasyfikacja zdarzenia
Zapad napięcia
Wzrost prądu
Wzrost prądu
Wzrost prądu
Przekroczenie harmonicznej n=2
Przekroczenie THDU
Faza
VL1
IL1
IL2
IL3
V L1
V L2
Czas trwania zdarzenia
159.90[ms]
599.51[ms]
599.51[ms]
599.51[ms]
199.77[ms]
199.77[ms]
Wartości graniczne
40.260[kV]
107.1[A]
108.7[A]
108.4[A]
1.095 [%]
3.043 [%]
39
9 Ocena
pracy farmy w PCC 110kV podczas zakłócenia podnapięciowego od
strony sieci w odniesieniu do charakterystyki U=f(t) IRiESD, IRiESP
40
[kV]
Ocena warunków napięciowych podczas zwarcia 1-f w sieci ze względu na charakterystykę U=f(t)
wymaganego zakresu pracy elektrowni w przypadku zakłóceń w sieci wg IRiESD, IRiESP
[V/V]
ul1
63.5
uL2
1
uL3
UVRT
57.2
0.9
50.8
0.8
44.5
0.7
38.1
0.6
31.7
U
0.5
=63.508kV
NL1
-1
0
1
2
3
4
5
czas [s]
9 Ocena
pracy farmy w PCC 110kV podczas zakłócenia podnapięciowego od
strony sieci w odniesieniu do charakterystyki U=f(t) IRiESD, IRiESP
41
Ocena załączania farmy ze względu na wymagany gradient średni w okresie 1 minuty
wg IRiESD, IRiESP na przykładzie pomiarów z minuty o największym przyroście mocy
[%PN] [MW]
podczas załączania
16.6
5
15.0
4.5
13.3
4
11.6 3.5
PFW[MW]
10.0
3
prmsL1
Wymagane:
gradP
=30%Pn/min
1min
=10MW/min
prmsL2
prmsL3
psum
Wynik pomiaru:
gradP
=16.9%Pn/min
1min
=5.08MW/min
gradP
=55%Pn/min
max
=16.5MW/min
grad
grad max
8.3 2.5
6.6
2
5.0
1.5
3.3
1
1.6 0.5
0
0
4.0
PN =30MW
9 Ocena
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
t [min]
4.6
4.7
4.8
4.9
5
pracy farmy w PCC 110kV podczas ponownego włączania do sieci
42
Dyskusja nad profilami napięciowymi FRT
Generatory synchroniczne (Synchronous Generating Unit)
węgiel, gaz, woda
Farmy wiatrowe, fotovoltaiczne (Power Park Module)
1,1
1,1
PSE Operator
ENTSO-E
1
ENTSO-E
1
0,9
0,9
0,85
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,25
0,2
0,2
0,1
0,1
0,15
0
0,15
0,25
0,3
0,45
0,6
0,7
0,75
0,9
1,05
1,2
1,35
1,5
1,65
1,8
0,25
0
0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25 2,4 2,55 2,7 2,85
t [s]
1,1
1,1
ENTSO-E
1
Napięcie
w PCC
Moc
osiągalna
≥0.4 kW
U<110 kV
≥100 kW
≥10 MW
ENTS
O-E
A
B
C
3
t [s]
ENTSO-E
1
0,9
0,9
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0,15
0,05
U≥110 kV
-
D
0
0,15
0,25
0,3
0,45
0,6
0,
7
0,75
t [s]
0,9
1,05
1,2
1,35
1,5
1,65
1,8
0
0,4
0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25 2,4 2,55 2,7 2,85
3
t [s]
9 ENTSO-E:
Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all
Generators.
43
¾awaria
w układzie falownika
systemu PV
44
¾reakcja
MEW z generatorem
asynchronicznym przy
zakłóceniu od strony sieci
45
Mała elektrownia wodna 160kW
¾reakcja
generatora
asynchronicznego MEW
przy zaniku napięcia
46
¾załączanie
generatora
asynchronicznego z pracy w
układzie 3 par biegunów na
2 pary biegunów
47
Realizacja celów pracy:
Badania obszarowe jakości energii w sieci
z generacją rozproszoną
48
Badania obszarowe jakości energii w sieci z
generacją rozproszoną
R-20kV R-10kV
T-2
EC
100MW
EC
100MW
110
kV
Praca sieci dystrybucyjnej z blokiem EC 100MW
49
Przykład: włącznie, wyłączanie bloku EC
A - załączanie bloku EC
9 po
stronie EC
odnotowano
krótkie oscylacje
łączeniowe
9 brak wyzwolenia
zdarzeń po
stronie 10kV
Rejestrator
Linia blokowa
110kV
Powiązanie z EC
Brak wyzwolenia zdarzenia w rejestratorze pole
transformatora 110kV
transformatora 10kV
B - wyłączanie bloku EC
Rejestrator
Linia blokowa
110kV
Powiązanie z EC
transformatora 110kV
transformatora 10kV
50
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL3[A]
iL2[A]
iL1[A]
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL1[A]
iL2[A]
iL3[A]
Przykład: reakcja na zakłócenie w sieci 110kV
51
rms 10ms
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL3[A]
iL2[A]
iL1[A]
Rejestrator
Pole transformatora
T-2 10kV
uL12[kV]
iL1[A]
iL2[A]
uL23[kV]
iL3[A]
uL31[kV]
oscylogramy
Klasyfikacja zdarzenia w polu transformatora 10kV
Zapad napięcia
Czas trwania 29.92ms, napięcie w zapadzie 85.83kV,
głębokosć zapadu 89.6% napięcia referencyjnego 10.5kV
52
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL3[kA]
iL2[kA]
iL1[kA]
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL1[A]
iL2[A]
iL3[A]
53
Praca sieci zakładowej
z generacją biogazową 635kW
9 moduł
kogeneracyjny z generatorem
synchronicznym firmy Stanford
635kW/0.4kV napędzany silnikiem
spalinowym firmy Jenbacher na
biogaz powstający w procesie
produkcji
9 na wspólnym wale napędzanym
silnikiem umieszczony jest generator
główny, prostowniki rotacyjne
doprowadzające prąd stały, oraz
dodatkowy generator z magnesami
trwałymi (PMG), stanowiący zasilanie
dla regulatora – rozwiązanie
obcowzbudne
54
Przykład: testy ruchowe generatora
różnica ciśnienie biogazu w kadzi
przepływ gazu
obroty generatora
180
Start automatycznego
wyłączenia generatora
2000
245
1500
240
1000
235
Start automatycznego
załączania generatora
UL3
Psum
Qsum
1300.00
1150.00
1000.00
120
0
700.00
225
550.00
60
P[kW],Q[kvar]
80
230
U[V]
500
100
DeltaU[%]
850.00
400.00
-500
220
40
250.00
t[min]
Zmiany podstawowych wielkości
nieelektrycznych: ciśnienie w kadzi biogazu,
przepływ biogazu, obroty generatora
40
37
33
30
27
23
20
17
0
-50.00
13
210
10
-1500
100.00
7
215
40
37
35
32
30
27
25
22
20
17
15
12
10
7
5
3
0
0
-1000
3
20
9
UL2
140
obroty [rpm]
różnica ciśnienia w kadzi biogazu [mbar]
przepływ biogazu [m3/h]
160
UL1
t[min]
9
Zmiany podstawowych wielkości
elektrycznych: zmiana napięcia, zmiana
mocy czynnej i biernej
55
Przykład: testy ruchowe generatora
Psum
Qsum
600
500
P[kW], Q[kvar]
400
300
200
100
0
13.0
12.0
11.0
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
-100
1.0
Zmiany mocy podczas
procesu włączania
generatora biogazowego
do sieci
0.0
9
t [min]
56
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL3[A]
iL2[A]
iL1[A]
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL1[A]
iL2[A]
iL3[A]
Przykład: reakcja na awarię w sieci 220kV
57
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL3[kA]
iL2[kA]
iL1[kA]
uL31[kV]
uL23[kV]
uL12[kV]
iL1[A]
iL2[A]
iL3[A]
Przykład: reakcja na awarię w sieci 220kV
58
generacją rozproszoną - podsumowanie
9Badania
rozproszone pozwalają wnioskować o kierunkowości
zakłócenia napięciowego na podstawie porównania
parametrów zakłócenia np. czasu trwania i głębokości zapadu
9Zarejestrowane zaburzenia napięciowe wykazują gradację
procentową w kierunku źródła zaburzenia
9Dedukcje te znalazły potwierdzenia w dziennikach
operatorskich
9W wyniku badań rozproszonych odnotowano również
pozytywny wpływ lokalnej generacji na warunki napięciowe w
miejscu przyłączenia
59
Podsumowanie osiągniętych celów
¾Opis
stanu wiedzy i udział w dyskusji w zakresie poziomów
dopuszczalnych zaburzeń jakości energii wprowadzanych do
sieci przez mikroźródła
¾Dyskusja w zakresie kryteriów przyłączeniowych mikroźródeł
nN
¾Opracowanie i przetestowanie procedury oceny wpływu
mikroźródła na jakości energii na podstawie pomiarów w
punkcie przyłączenia
¾Wykonanie mobilnego systemu monitoringu jakości energii
¾Badania i ocena profili jakościowych stanów dynamicznych
źródeł rozproszonych
¾Analiza aktualnego stanu wiedzy i konfrontacja zapisów
kodeksów sieciowych w odniesieniu do zasad podtrzymania
pracy jednostek wytwórczych w warunkach podnapięciowych
60
Podsumowanie osiągniętych celów
¾Zbiór
analiz jakościowych rzeczywistych stanów
zakłóceniowych zarejestrowanych w PCC źródeł
rozproszonych, a także obejmujących rejestracje obszarowe i
rejestracje synchroniczne
¾Analiza, przegląd i ocena funkcjonalności systemów
monitoringu jakości energii
¾Wykonanie narzędzia programowego do standaryzacji danych
pomiarowych z różnych rejestratorów
61
Dziękuję za uwagę
Monitoring i ocena jakości energii w sieciach
elektroenergetycznych z udziałem generacji
rozproszonej
Uwagi, komentarze, pytania
62

Monitoring i ocena jakości energii w sieciach elektroenergetycznych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Mobile + Kontekst Otoczenia

Microsoft PowerPoint - Podstawy edukacji