Технически университет София ИПФ –...

35
Технически университет София ИПФ – Сливен КАТЕДРА «ЕЛЕКТРОТЕХНИКА,ЕЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА» маг.инж.Светослав Адалбертов МАРТОН Анализ на качеството на електрическата енергия в разпределителни мрежи с децентрализирани енергийни източници АВТОРЕФЕРАТ на дисертационен труд за присъждане на научната и образователната степен „ДОКТОР” по научна специалност „Eлектрически мрежи и системи ” в професионално направление 5.2. “Eлектротехника, електроника и автоматика” Научен ръководител: проф. д-р инж.Стефка Иванова Неделчева Научно жури: проф. д-р инж. Стефка Иванова Неделчева проф. дтн. инж. Румен Иванов Каров доц.д-р инж. Антон Георгиев Андонов доц. д-р инж. Пенчо Венков Георгиев доц. д-р инж. Таня Иванова Пехливанова 24.10.2013 г. гр.Сливен

Upload: others

Post on 15-Mar-2020

21 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Технически университет София ИПФ – Сливен

КАТЕДРА «ЕЛЕКТРОТЕХНИКА,ЕЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА»

маг.инж.Светослав Адалбертов МАРТОН

Анализ на качеството на електрическата енергия в разпределителни мрежи с децентрализирани

енергийни източници

АВТОРЕФЕРАТ

на дисертационен труд за присъждане на научната и образователната степен „ДОКТОР”

по научна специалност „Eлектрически мрежи и системи ” в професионално направление 5.2. “Eлектротехника, електроника и автоматика”

Научен ръководител: проф. д-р инж.Стефка Иванова Неделчева

Научно жури: проф. д-р инж. Стефка Иванова Неделчева проф. дтн. инж. Румен Иванов Каров доц.д-р инж. Антон Георгиев Андонов доц. д-р инж. Пенчо Венков Георгиев доц. д-р инж. Таня Иванова Пехливанова

24.10.2013 г. гр.Сливен

Page 2: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 2 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Дисертационният труд е разработен в обем от 350 страници, онагледени с 358 фигури и 83

таблици. В библиографията са включени 67 литературни източника, като 30 от тях са на латиница,

30 на кирилица, а останалите 7 са WEB сайтове.

Проучванията, наблюденията и анализи в изследването са извършени при реални

експлоатационни условия на работа на електрическите съоръжения – електрически мрежи и

електроцентрали от ВЕИ.

Докторантът работи като инженер-енергетик в „ЕВН България Електроразпределение” ЕАД

гр.Пловдив, група „Планиране и развитие на електрическата мрежа” към отдел „Мрежов

инженеринг-електричество”.

Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита от катедра “Електротехника, електроника и

автоматика” на Инженерно-педагогически факултет – Сливен при Технически университет-София на

заседание на катедрения съвет, състояло се на 09.07.2013 г.

Защитата на дисертационния труд е насрочена със заповед на ректора на ТУ-София - ОЖ-254 от

09.07.2013 г. и ще се състои на 24.10.2013 г. от 10:00 ч. в зала 1104 в сградата на ТУ-София,ИПФ,

гр.Сливен, бул.”Бургаско шосе” №59 на открито заседание на научното жури в състав:

1. проф. д-р инж.Стефка Иванова Неделчева – Председател;

2. проф. дтн инж.Румен Димитров Каров – Научен секретар;

3. доц. д-р инж.Антон Георгиев Андонов – Член;

4. доц. д-р инж.Пенчо Венков Георгиев – Член;

5. доц. д-р инж.Таня Иванова Пехливанова – Член;

Резервни членове:

1. доц. д-р инж.Живко Асенов Даскалов – Член;

2. доц. д-р инж.Свилен Радославов Рачев – Член;

Материалите по защитата са публикувани в интернет страницата на ТУ-София на адрес:

www.tu-sofia.bg, също така са на разположение в катедра „Електротехника, електроника и

автоматика” в ИПФ-Сливен, а при поискване – [email protected]

Page 3: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 3 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

СЪДЪРЖАНИЕ

Обща характерисика на дисертационния труд – стр.5

Актуалност на проблема – стр.5

Цел и проблем на изследванети – стр.5

Основна цел на изследването – стр.6

Основна цел на изследването – стр.6

Използвани научноизследователски методи – стр.7

Апробация на резултатите – стр.7

Практическа полза от изследването – стр.7

Публикации по темата на дисертационния труд – стр.7

Одобрение на дисертационния труд – стр.7

Обем и структура на дисертационния труд – стр.7

Глава първа – Определяне на влияещите фактори върху качеството на електрическата енергия при

присъединяване на ВЕИ към електрическата мрежа – стр.8

Глава втора – Методика за изследване на показателите на качество на електроенергията,

произвеждата от фотоволтаична електроцентрала – стр.16

Глава трета – Софтуерна симулация на режимите на електрическата мрежа с генериращи източници

– стр.20

Глава четвърта – Изследване показателите на качество на ел.енергията, произвеждана от малък

ветрогенераторен парк, присъединен към мрежа СрН – стр.23

Глава пета – изследване показателите на качество на ел.енергията, произвеждана от малка

фотоволтаична централа, присъединена към мрежа НН – стр.29

Приноси на дисертационния труд – стр.33

Списък на публикациите по дисертационния труд – стр.34

Резюме на английски език – стр.35

Page 4: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 4 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Изказвам моята сърдечна благодарност към научния си ръководител проф. д-р инж.Стефка

Неделчева за всеотдайното ръководство, за съветите, за ползотворната критика, за търпението и

разбирането и за цялата помощ, която ми оказа при разработката на този дисертационен труд.

Признателен съм на всички членове на научното жури за тяхното добро отношение, насочващи

бележки и коментари.

Page 5: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 5 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Актуалност на проблема

По своята същност електроенергията е търговски продукт, който трябва да има необходимото качество.

Масово използваното понятие “качество на електроенергията” - PQ (Power Quality) означава доставяне без

прекъсване на електроенергия на потребителите, като параметрите на мрежовото напрежение са в

определени граници, позволяващи нормалното функциониране на свързаните към мрежата електрически

товари. Идеално електрозахранване означава мрежовото напрежение никога да не се прекъсва, неговата

стойност и честота да са в допустимите от действащия стандарт граници и да има чисто синусоидална форма

без насложени шумове и смущения.

На значението на PQ се обръща сериозно внимание още от самото създаване на електрическите

мрежи, но днес то е още по-важно по две основни причини. Те са свързани с наличието на множество

съвременни типове товари, които от една страна се нуждаят от добро PQ, а от друга го влошават поради

естеството на своето действие. Като пример е достатъчно да се споменат импулсните захранвания, използвани

в голяма част от компютърните, комуникационните и други електронни устройства, и управляващите блокове

на постояннотоковите и променливотоковите електродвигатели с променлива честота на въртене.

Масовото напоследък присъединяване на възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) към обществените

електроснабдителни мрежи на всички нива на напрежение доведе до още по-голямо влошаване на PQ.

Прекомерното изграждане и присъединяване на електроцентрали от ВЕИ доведе до увеличаване на

електрическите съоръжения в електроенергийната система (ЕЕС). Голяма част от тях се явяват нелинейни и

несиметрични от електрическа гледна точка, характеризиращи се с бързо изменящо се натоварване във

времето. Особеното при работата на тези електрически централи е това, че генерират електромагнитни

смущения, които влошават показателите на качество на електрическа енергия на електроснабдителните

системи. Тези смущения водят до изкривяване на синусоидалната форма на токовете и напреженията, поява

на несиметрия между тях и поява на колебания в напрежението, изразяващи се в пропадания и увеличане на

напрежението в точката на присъединяване. Всичко това води до съществено усложнение в процесите,

протичащи в електроснабдителните системи и потребителите на електрическа енергия. В тези случаи се

засилва взаимното влияние, което води до влошаване на показателите на качество на електрическа енергия,

увеличаване на електрическите загуби, намаляване на надеждността на електрическите уредби, снижаване на

пропускателната способност по активна мощност на електропреносните системи и др.

Поддържането на показателите за качество на електрическа енергия в определени нормирани граници

води до ефективна експлоатация на електрическите уредби. При превишаване на тези показатели в редица

случаи е необходимо да се вземат организационни или технически мерки за да се поддържат в нормативно

установените граници. Ограничаване на диапазона на изменение на пределните стойности на показателите за

качество на електрическата енергия при присъединяване на ВЕИ води до същото във вътрешната мрежа на

потребителите, което е напълно оправдано действие тъй като тяхното влошаване над нормите има негативни с

нищо не оправдани технико-икономически последици.

Цел и проблеми на изследването.

Възобновяемите енергигийни източници ВЕИ, към които спадат малки водни централи (МВЕЦ),

фотоволтаичните електроцентрали (ФВЕЦ) и вятърни електроцентрали ВяЕЦ предимно се присъединяват към

Page 6: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 6 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

електроразпределителните мрежи за ниско напрежение (НН) и средно напрежение (СрН). Включването на

голям брой ВЕИ към дадена електропроводна линия води до влошаване на показателите за качество на

електрическа енергия.

Задачата на изследването е да се натрупат реални данни за показателите на качество на

електроенергията от експлоатацията на разпределителни мрежи с ВЕИ, като се използва записващо устройство

data logger, регистриращо слънчевата радиация и температура при ФВЕЦ и скорост и посока на вятъра при

ВяЕЦ. Това записващо устройство работи съвместно с мрежови анализатор, монтиран в РУ 20 kV на

електроцентралите присъединени към мрежа СрН или в ГРТНН на електроцентралите присъединени към мрежа

НН. Мрежовият анализатор измерва показателите на качество в точката на присъединяване на съответната

електроцентрала – ВяЕЦ или ФВЕЦ.

Стойности за мрежовите параметри в началото на електропровода ще бъдат взети от балансовото му

мерене в захранващата подстанция. Анализирането на всичките тези данни ще позволи резултатите да се

сравнят с теоретично получените стойности, с моделираните режимни параметри в съотвените мрежи с

използване на специализиран софтуер и да се намерят корелационните зависимости, като се отсеят най –

съществените влияещи фактори върху показателите за качество на електрическата енергията по време на

експлоатация на съоръженията.

Основна цел на изследването

Целта на изследването е да се конкретизират влияещите фактори върху показателите за качество на

напрежението в електрическите мрежи за СрН и НН по данни от експлоатацията и да се оптимизират

режимните параметри в присъединителните клонове.

По-съществените проблеми при достигане на целта са следните:

Необходимо е да се състави методика за оценка на въздействие на влияещите фактори върху

показателите на качество на напрежението;

В методиката за анализ на въздействието на ДЕИ върху показателите за качеството на напрежението

трябва да се използват възможностите за следене и анализиране на показателите на качество на

напрежението в експлоатационни условия, като се отчитат техническите особенности на съответната

електрическа централа.

Задачите за решаване в настоящото изследване са:

Конкретизиране на влияещите фактори върху показателите на качеството на електроенергията в

електрически мрежи с ДЕИ;

Съставяне на методика за оценка на въздействието на влияещите фактори върху показателите на

качество на напрежението.

Адаптация на методиката за анализ на въздействието на ДЕИ върху показателите за качеството на

напрежението с ползване на възможностите за тяхното следене и анализиране в експлоатационни

условия, като се отчитат техническите особенности на фотоелектрически и вятърни централи.

Сравнение на получените резултати при различните методи и отчитане на грешката.

Набелязване на мероприятия за оптимизиране на работата на ДЕИ с оглед подобряване на

показателите за качество на напрежението в присъединителните мрежи.

Page 7: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 7 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Използвани научноизследователски методи

При разработване на дисертационния труд, както на емпирично, така и на теоретично ниво са използвани

статистически методи, методите анализ и синтез, индукция и дедукция, многокритериално оптимизационни

методи, математическо моделиране, имитационно моделиранне и др.

При оформянето на някой идеи авторът се е възползвал както от опита на западноевропейски университети, в

които е специализирал неколкократно, така и на чужди организации и електроразпределителни предприятия,

благодарение на което са формулирани конкретни предложения за постигане на по-голяма точност на

разработваната методика.

Апробация на резултатите

Идеите и вижданията, които са развити в дисертационния труд са обсъждани и защитавани на две национални

научни конференции:

1. Научна конференция на Русенския университет „Ангел Кънчев” 29-30 окт.2010 г.

2. Научна конференция „Сливен 2013”;

Практическа полза от изследването

Разработената методика е използвана при предпроектното проучване и проектиране на общо над 100 MW

различни електроцентрали от ВЕИ, изградени и действащи към момента, присъединени към ЕРМ на ниво НН и

СрН. Също така значителна група проектанти на електрически мрежи и ВЕИ електроцентрали са възприели

част от метода и го използват в работата си.

Публикации по темата на дисертационния труд

Основните теоретични, симулационни и експериментални резултати от дисертационния труд са представени в

9 публикации (8 бр. в списание „Известия на ТУ-Сливен и 1 бр. в Научни трудове на Русенския университет

Одобрение на дисертационния труд

Дисертационния труд е докладван и одобрен на научен семинар на катедра „Електротехника, електроника и

автоматика” на ИПФ-Сливен, проведен на 09.7.2013 г.

Обем и структура на дисертационния труд

Дисертационният труд е разработен в обем от 350 страници. Състои се от въведение, пет глави, заключение,

библиография с включени 67 литературни източника, като 30 от тях са на латиница, 30 на кирилица, а

останалите 7 са WEB сайтове.

Page 8: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 8 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

ГЛАВА 1 - ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ВЛИЯЩИТЕ ФАКТОРИ ВЪРХУ КАЧЕСТВО НА ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА ЕНЕРГИЯ ПРИ

ПРИСЪЕДИНЯВАНЕ НА ВЪЗОБНОВЯЕМИ ЕНЕРГИЙНИ ИЗТОЧНИЦИ КЪМ ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА МРЕЖА

1.1 Характеристики на напрежението на електрическата енергия

1.1.1 Общи положения

Съвкупността от тези характеристики на захранващата система, при които консуматорите на

електрическа енергия могат да изпълняват заложените в тях функции се определят от общото понятие

качество на електрическа енергия. Две са основните компоненти на качеството на електрическа енергия:

непрекъснатост на електроснабдяването и показатели за качеството на електроенергията (ПКЕ). Понятието

качество на електрическа енергия често се използва за да се опише специфични характерстики на

захранващото напрежение. Най-важните ПКЕ са:

пропадания на напрежението и кратки прекъсвания на напрежението;

несиметрия на напрежението в трифазните системи;

моментни пренапрежения;

хармоници на тока и напрежението;

флуктуации на напрежението, особено тези причиняващи фликер;

отклонения и колебания на захранващото променливо напрежение;

Насищането на разпределителните мрежи с електроенергия от ВЕИ води до влошаване на качеството на

електрическа енергия. Влошават го и мощните консуматори, използващи регулируеми полупроводникови

задвижвания, мощни електродъгови пещи, електронни преобразуватели и др. Нормалната работа на

електрическите консуматори зависи от качеството на електрическата енергия на захранващата мрежа. Това

взаимно влияние на електрическите консуматори, електроцентрали от ВЕИ и захранващата система се

определя с понятието електромагнитна съвместимост.

1.1.2. Международен стандарт EN50160

Този европейски стандарт е разработен от техническия комитет на CELENEC BTTF – Физични

характеристики на електрическата енергия и определя главните характеристики на напрежението на изводите

за захранване на потребителите в обществените електроразпредели-телни системи за НН и СН при нормални

условия на работа. Стандартът дава границите или стойностите на характеристиките, които всеки потребител

може да очаква, но не определя типичните случаи на присъединяване на потребител към обществените

електроразпределителни мрежи. Обект на този стандарт е определяне и описание на характеристиките на

захранващото напрежение, отнасящо се до:

честота;

големина;

форма на вълната;

симетрия на трифазните напрежения.

1.1.3. Причинители за влошаване на качеството на електрическа енергия

Качеството на доставяната електроенергия е сред приоритетите във високоразвитите страни. В

последните години и в България започна да се обръща сериозно внимание на дейностите по осигуряване на

контрол на ПКЕ. От това вече са заинтересовани не само електроразпределителните предприятия (ЕРП), но и

потребителите, които все по често започват да изразяват своите претенции, обусловени било от осъзнаване на

Page 9: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 9 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

техните права, било от внедряване на съвременни съоръжения, функционирането на които е свързано с

изисквания към качеството на електрическата енергия.

Табл.1.2. Най-вероятен причинител за влошаване на качеството на ел.енергия

Показател за качеството на ел.енергия Най-вероятен причинител Отклонение на честотота Електроразпределителното предприятие (ЕРП) Отклонение на напрежението Електроразпределителното предприятие (ЕРП) Колебание на напрежението Потребители с променливо натоварване Несинусоидалност на напрежението Потребители с нелинейно натоварване Несиметрия на напрежението Потребители с несиметрични товари Импулсно напрежение Електроразпределителното предприятие (ЕРП) Пропадане на напрежението Електроразпределителното предприятие (ЕРП) Временно пренапрежение Електроразпределителното предприятие (ЕРП)

1.1.4. Норми на показателите за качество на електрическата енергия

Нормите на показателите за качество на електрическа енергия зa електроразпределителни мрежи НН и СрН,

съгласно БДС EN50160 са дадени в табл.1.3 в дисертацията.

1.2. Технически изисквания, правила и условия за присъединяване на възобновяеми енергийни

източници (ВЕИ) към EРМ за СрН

Настоящите технически изисквания, правила и условия са задължителни при присъединяване на ВЕИ към

преносната и разпределителните електрически мрежи. Те са регламентирани на база измервания и

наблюдения върху работата на такива генериращи източници в екплоатационни условия и възприети от ЕРП

при указване начина на присъединяване на нова генераторна мощност към ЕРМ.

1.2.1. Технически особености на ВяЕЦ

Съществуват няколко типа вятърни генератори, които технологично непрекъснато се усъвършенстват.

Вятърните генератори се променят основно в две посоки: размери на турбината и усъвършенстване на

електронните преобразуватели (конвертори) за синхронна работа с ЕЕС. Типови схеми на различните ВяЕЦ са

показани на фиг. 1.2 – 1.4 в дисертацията.

1.2.2. Технически особености на ФВЕЦ

За разлика от ВяЕЦ, различните видове ФВЕЦ се различават по типа на използваните фотоволтаични

панели и начина на насочване към слънцето, а не по тип на възбудителната система и система за

синхронизиране. При всички видове ФВЕЦ се използват инвертори за преобразуването от постоянен в

променлив ток, които при работата си влошават качеството на електрическа енергия PQ, изразяващо се най-

вече в емитиране на хармоници. Тези хармоници са в резултат на режима на отсечка при който работят

мощните електронни преобразуватели, от които са изградени инверторите. Принципна блокова схема на

типична ФВЕЦ е дадена на фиг.1.5.

Фиг.1.5 – Блокова еднолинейна схема на ФВЕЦ, присъединена към мрежа СрН

Page 10: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 10 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

1.2.3. Въздействие върху ЕРМ

Генерираната мощност от ВяЕЦ и ФВЕЦ се променя във времето, като производството съществено се

различава от това при конвенционалните централи. Това води до въздействие върху

електроразпределителната мрежа, влияейки на следните аспекти:

Потокоразпределението и напрежението във възлите на електрическите мрежи;

Схемите на релейните защити и автоматики (РЗА), големината на токовете на к.с. и типа на

електрическите уредби;

Качеството на електрическата енергия (основно - хармонични изкривявания и фликер).

1.2.4.Технически изисквания към ВяЕЦ и ФВЕЦ за присъединяване към ЕРМ.

Устройство на ВяЕЦ

Повечето ВяЕЦ са съставени от следните електрически агрегати и възли, показани на схемата на

фиг.1.7 и изброени по-долу:

Фиг.1.7 – Блокова схема на ВяЕЦ

Блок Генератор–Изправител–Инвертор;

Блок система за контрол и управление;

Синусоидален филтър;

По-подробно описание относно предназначението на тези агрегати и възли са дадени в дисертацията.

1.2.5. Технически изисквания за присъединяване към мрежа НН и СрН

Изискванията за присъединяване на ВяЕЦ и ФВЕЦ са регламентирани в нормативната уредба и са

подробно описани в дисертацията.

1.2.9. Схеми на присъединяване на ВЕИ към електроразпределителната мрежа

На фиг.1.10-1.13 са представени възприетите от ЕРП и ЕСО еднолинейни схеми на присъединяване на ВЕИ

към мрежата със съответно ниво на напрежение. Показани са типични случаи на лъчисто присъединяване на

ВяЕЦ и ФВЕЦ към мрежа НН, СрН и ВН, като работния проект на дадена електроцентрала от ВЕИ трябва да

използва някоя от тези концепции.

Фиг.1.12– Еднолинейна схема на присъединяване на ФВЕЦ към ЕРМ за НН, съгласувана с ЕРП

Схемите за присъединяване на ВяЕЦ и ФВЕЦ към мрежа СрН и ВН са показани на фиг.1.10,1.11 и 1.13.

Page 11: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 11 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

1.3. Методика за определяне на влиящите фактори върху ПКЕ

В тази точка e представен алгоритъм за определяне на влияещите фактори при присъединяване на ВЕИ към

електрическата мрежа. Ще се изследват четири режима на работа при различни входни величини – при

абсолютен максимум, средно максимални, средни и минимални с цел да се определят:

Мощност на късо съединение;

Изменение на напрежението в точката на присъединяване;

Нива на напрежение по участъци;

Пропускателна способност на електропровода;

Фликер;

Емисия на хармоници – THD;

1.3.1.Мощност на късо съединение

Това е условна величина, изчислена с началната ефективна стойност на тока на късо съединение Ik” [kA] и

номиналното напрежение на мрежата [kV].

1.3.2. Изменение на напрежението в точката на присъединяване.

1.3.2.1.Краткотрайни промени на мрежовото напрежение

Дефинират се със стандарт [IEEE -95], както следва:

- Краткотрайни пропадания на напрежението;

- Краткотрайно повишаване на напрежението;

1.3.2.2.Продължително изменение на напрежението

Продължителното изменение на напрежението се получава в резултат на постоянна работа на мощни

консуматори и/или генератори от ВЕИ. То може да бъде определено, тъй като параметрите на захранващите

мрежи, трансформатори и режимните параметри на дадения консуматор или генератор могат да бъдат

дефинирани. Продължителното изменение на напрежението се разглежда в два аспекта:

Понижаване на напрежението;

Повишаване на напрежението;

При работата си генераторите от ВЕИ повдигат напрежението Ui в точката на присъединяване. Винаги

съществува загуба на напрежение ΔU по линията от тях до подстанцията. Ако мощността им е достатъчна, те

захранват консуматорите по линията и връщат останалата енергия в РУ 20 kV на подстанцията. При спиране на

работата на генераторите от ВЕИ, консуматорите по линията започват да се захранват по нормална схема от

подстанцията, като напрежението Ui се понижава според пада (загубата) на напрежение ΔU.

Фиг.1.19 – Изменение на напрежението в точката на присъединяване при вкл. и изкл.генератор от ВЕИ за мрежа СрН

Page 12: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 12 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

а. Определяне на загубата на напрежение в мрежа СрН

В мрежи до 35 kV се определя чрез израза:

,....

. 00

Н

jijijijiL

o Hji U

xlQrlPdllz

UU

[V],

Допустимата загуба на напрежение ДU се изчислява в именовани единици, като стойността за

дU се определя за съответната мрежа от табл.6 в дисертацията:

100%. Нд

ДUUU

, [V];

1.3.2.1.Напрежение в точката на присъединяване

Номиналните напрежения, според които се оразмеряват мрежите и съоръженията на територията на

Р.България са определени съгласно в съответствие със стандарт БДС IEC 60038:

- за мрежа НН – 230/400 V;

- за мрежа СрН – 6,3; 10,5; 21 kV

При изчисляването на напрежението в точката на присъединяване се разглеждт два отделни случая:

когато моментната мощност на присъединените генератори от ВЕИ е по-голяма от тази на

консуматорите по линията - Kg PP . В този случай неусвоената от консуматорите

електроенергия се пренася по електропроводната линия до захранващата подстанция.

Напрежението в точката на присъединяване iU се определя чрез :

][,100

. VUdUU HHi

,

когато моментната генерирана мощност на присъединените генератори от ВЕИ е по-малка от

товара по линията. Тогава потокоразпределението на мощностите се обръща и захранването

на товара се осъществява от подстанцията, като се предизвиква пад на напрежение до точката

на присъединяване. Моментното напрежение iU се изчислява с:

][,100

. VUUUU HHi

,

Фиг.1.22 – Потокоразпределение на мощностите в случаи на Pg<Pт и Pg>Pт

1.3.3. Фликер (Flicker)

Фликерът изразява визуалния дискомфорт, причинен от повтарящи се промени на яркостта на

осветлението, дължащи се на колебания на захранващото напрежение. Ако са известни коефициентът на

Page 13: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 13 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

фликер на системата с и фазовия ъгъл на фликерефекта f на генератора, заедно с мрежовите данни може да

се изчисли допустимата стойност емисията на фликера в точката на присъединяване:

fKK

glt S

ScnP .cos... max, ,о.е.

1.3.4. Висши хармоници

Хармониците представляват нежелани ел.токове, които са със съставни кратни на базовите честоти

(50 Hz). Проблемът с тях е, че могат да претоварят проводниците и трансформаторите, като предизвикват

силно отделяне на топлина, а в някои случи – и пожари. Един от основните ефекти на хармониците е

увеличаването на тока в системата. Това по-специално се наблюдава при третия хармоник, който предизвиква

остро увеличение в нулевата фаза на синусоидата на тока и следователно увеличава тока в неутралния

(нулевия) проводник. Този ефект е от значение при създаването на електрически системи с нелинеен товар.

1.3.5. Пропускателна способност на електропроводите

Изчисляването на максималната преносна способност на електропроводните линии е необходимо за

проверка на присъединяването на ВЕИ от гледна точка на електрическа съвместимост, без да се очакват

недопустими изменения на напрежението в мрежата на потребителите и повреди в електрическите мрежи и

уредби.

Необходимо е да се определят два параметъра:

максимално допустимо изменение на напрежението в точката на присъединяване. Както беше вече

споменато, максимално допустимата стойност, възприета от мрежовите оператори е 2% за

мрежа СрН и 3% за мрежа НН.

максимално токово натоварване. Препоръчителното токово натоварване на кабелите и

проводниците е до 90% от максималния им ток, посочен в табл.1.4. Задължително условие е

да се избере максимален работен ток, кореспондиращ на най-малкото сечение по

магистралната линия.

Пълната мощност, която може да се пренесе по електропровода, спазвайки критерия за допустимо изменение

на напрежението се намира със следния израз:

][,100.cos

.max kVAdSS

K

K

,

1.4. Определяне на разчетните данни и режими на работа

Изходните данни и схеми за изследванията в настоящата дисертация се вземат от диспечерските схеми и

структурни данни за мрежата, към която е присъединен дадения генератор от ВЕИ. Освен това се използват

реални товарови графици, данни за активната, реактивната и пълната мощност в захранващата подстанция в

РУ СрН, а от там и фактора на мощността cosφ. Moщностите и режимите на генераторите от ВЕИ към мрежата

ще бъдат определени чрез метеорологичните данни, получени от метеостанциите им.

1.4.1. Определяне на изходната мощност на ВяЕЦ чрез отчитане на ветровия потенциал

За определяне на ветровия потенциал се дефинира понятието плътност на мощността на вятъра Pw.

Плътността дава разполагаемата мощност на вятъра, пресичащ единица повърхност. Мястото се оценява с

програма в Matlab среда по средногодишната плътност на мощността - WP_

:

Page 14: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 14 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

_

1

3..5,0

n

iiiW V

nP , [W/m2;], където:

WP_

е плътност на мощността , W/m2, n е броят на измервания за годината, ρ e плътността на въздуха, kg/m3,

V e хоризонталната компонента на скоростта на вятъра, m/s.

Плътността на въздуха се преизчислява с програмата за всяко измерване по формулата :

iTRzg

ii e

TRP .

.0 ..

, където:

Ро=101 325 Pa – нормално атмосферно налягане, g=9.8 m/s2 е земното ускорение, z – надморската височина в

метри,R=287 Jkg-1K-1 – специфична газова константа,Т е температурата на въздуха по скалата на Келвин;

1.4.2. Определяне на изходната мощност на ФВЕЦ чрез отчитане на слънчевия потенциал

Оценката на електрическите характеристики на един фотоелемент от ФВЕЦ се получава при

предположението, че той се описва с опростената заместваща схема. На по-долната фигура е показана

опростената еквивалентната схема на фотоелемент. Еквивалентната схема на фотоклетка е изградена от диод

и от източник на ток, които са свързани в паралел. Източникът на ток генерира фототок IpV, който e

пропорционален на слънчевото облъчване Е. P-N преходът на слънчевата клетка е еквивалентен на голям диод,

който също участва в схемата.

а)Опростена схема б) Пълна еднодиодна схема

Ток,получен от фотоволтаичната клетка:

;.

1.

.exp.0 I

RRIU

UmRIU

IIR

S

T

SSpV

,0 IIII RDpV при положение, че: R

S

R

DR R

RIURUI .

Фиг.1.29– Еквивалентна заместваща схема на фотоволтаична клетка.

1.4.3. Товаров график на засегнатата електропроводна линия

Товаровият график е съставен от данни за консумацията по електропровода, за всеки час в продължение

на една година или общо 8760 часа. Данните са свалени от паметта на електромера за балансово мерене на

консумираната електроенергия по електропровода в захранващата подстанция. С помощта на вече

споменатата специално разработената за настоящото изследване програма, работеща в Matlab среда, данните

се обработват и показват в графичен вид. По този начин могат да бъдат симулирани различни режими на

работа.

1.4.4. Електрически режими на работа на генераторите от ВЕИ

В настоящата разработка ще бъдат изследвани нормалните и гранични режими на работа на генераторите

от ВЕИ. За нуждите на разработката, както вече беше споменато, са изследвани четири основни режима на

работа на мрежата.

Абсолютно максимален режим на натоварване – при този режим ще бъдат изчислени граничните

стойности, които могат да бъдат постигнати в системата при определени условия. В този случай ще се разгледа

най – лошия вариант за системата, а именно – максимална генерация max)( gP при нулева консумация по

електропровода )0( kP и най-ниска стойност на фактора на мощността cosφ.

Page 15: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 15 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Максимален режим на натоварване – режим при който мощността на генераторите от ВЕИ е

максимална max)( gP , а консумацията по електропровода е минимална min)( kP - отчита се минималната

стойност от товаровия график). За факторът на мощността cosφ се отчита най-ниската стойност.

Среден режим на натоварване – при този режим изчисленията се извършват със средните

стойности на генераторната мощност и консумация по електропровода. Избира се и средна стойност за фактора

на мощността - CPcos .

Минимален режим на натоварване – разглежда се в случаите когато генераторите от ВЕИ са

изключени и не генерират никаква електроенергия в ЕРМ )0( gP , а консумацията на потребителите е

максимална max)( kP . За фактора на мощността cosφ се избира минималната стойност.

Табл.10– Режими на натоварване на системата

Режимът на абсолютен максимум е изходен за определяне на очакваното максимално натоварване на

електроразпределителната мрежа при работа по нормална диспечерска схема и за определяне на очакваните

максимални напрежения, а режимът на минимална мощност е граничен за изчисляване на минималното

напрежение което е възможно да се получи при потребителите.

Забележка: При бъдещо присъединяването на генератори от ВЕИ към ЕРМ трябва да се отчита факта, че

очаквания период на работа на съоръжението е поне 20-25 години. През този период от време могат да се очакват

изменения на товаровия профил на мрежата към която е присъединен дадения генератор от ВЕИ, особенно в

бързоразвиващите се региони, както и тези при които тенденцията е обратна. Затова при дългосрочно планиране на

мрежата, изчисленията на режимните параметри при бъдещо присъединяване на генератори от ВЕИ се правят без да се

отчита товара на консуматорите. За изчисляване на режимните параметри на мрежата за кратък момент, товарът на

консуматорите трябва да се отчита.

1.5. Изводи

Всички прекъсвания, краткотрайна липса на напрежение, поява на пренапрежения, отклонения и

колебания на напрежението, хармоници на тока и напрежението и други влошават качеството на

електроенергията. Присъединяването на ВЕИ към ЕРМ също може да влоши качеството на доставяната

енергия, ако точката на присъединяване не е добре планирана.

Присъединяването на ВЕИ към електрическата мрежа е стриктно указано в нормативната уредба и

вътрешните правила на ЕРП и ЕСО. Използват се типови схеми на присъединяване, възприети от съответните

мрежови оператори.

Присъединяването на ВЕИ към електрическите мрежи изисква специални мерки за подобряване на

показателите за качество на напрежението: намаляване на предизвикваните колебания и фликер на

напрежението, а също недопускане на хармоници в мрежата, защото тези показатели са нормирани.

Режим на натоварване ][, kWPG

][, kWPk

cos

Абсолютно максимален mаx 0 min

Максимален mаx min min

Среден ср. ср. ср.

Минимален 0 mаx min

Page 16: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 16 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ГЛАВА 2 - МЕТОДИКА ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПОКАЗАТЕЛИТЕ НА КАЧЕСТВО НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЯТА,

ПРОИЗВЕЖДАНА ОТ ФОТОВОЛТАИЧНА ЕЛЕКТРОЦЕНТРАЛА

2.1. Въведение

Целта във втора глава е да се състави методика за изследване на показателите на качество на

електроенергията, произвеждана от фотоволтаична електроцентрала. Набелязват се следните задачи:

Конкретизиране на показателите за качество на електроенергията, които трябва да бъдат

изследвани;

Съставяне на методика за изследване на показателите на качество на електроенергията,

произвеждана от фотоволтаична електроцентрала;

Адаптация на методиката за ФВЕЦ с мощност 2 MWp.

2.3. Методика за изчисляване на режимните параметри при установен режим на

разпределителната мрежа с ВЕИ

Изследването на режимните параметри в присъединителни електропроводи за СрН при различен товар и

различни режими на работа на електрическата централа от ВЕИ се извършва за четири режима на работа при

различни входни величини: при абсолютен максимум (това е режимът на максимална генерация от ВЕИ и

нулев товар на потребителите в клона), максимален, среден и минимален товар с цел да се определят:

Фиг.2.1 – Структура на изчислителната част

2.4. Адаптация на методиката за изследване на показателите на качество на електроенергията в

електроразпределителна мрежа с присъединена ФВЕЦ с мощност 2 MWp

2.4.1. Описание на обекта за изследване

Съгласно предписанията на мрежовия оператор, фотоволтаичната електроцентрала с мощност 2MWp е

присъединена към съществуващ СрС №207 на изследваната ВЛ 20 kV. На стълба е изграден въздушно-кабелен

преход (ВКП) с РОММ и вентилни отводи.

Въздушна линия 20 kV захранва с електроенергия потребители от 3 средноголеми села. Типът

проводник, с който е изграден електропроводът е 3хАС95 с обща дължина на магистралата около 25 км.

Разстоянието от подстанцията до фотоволтаичния парк е около 21 км.

Page 17: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 17 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

2.4.2.Определяне на разчетните данни

За да бъде направен анализ на режимните параметри на ВЛ 20 kV е необходимо определяне на

разчетните данни. В изчислителната част ще бъдат разгледани четири режима на работа – абсолютно

максимален, номинален, среден и минимален. Тези режими ще бъдат изчислени на база предоставени данни

от измервателната система на фотоволтаичния парк. Предоставени са също и почасови графици за

консумацията на електроенергия по електропровода и факторът на мощността cosφ в шини 20 kV на

подстанцията. От пиранометъра на метеорологичната станция на фотоволтаичния парк са свалени данни за

слънчевата радиация за цялата година с които ще се определи отдаваната към мрежата мощност в

различните режими на работа.

2.4.2.1.Определяне изходните режими на фотоволтаичния парк на база измерени данни за

една година

За определяне режимите на работа на фотоволтаичния парк изхождайки от данните, измерени за една

година е използван швейцарския софтуерен продукт PVSyst. На база входните данни е направена софтуерна

симулация и получените резултати ще се използват за по-нататъшните изчисления. Изчисленията се правят

на база разполагаемата електрическа енергия на изводите на фотоволтаичните панели, която зависи от

влизащата енергия и загубите на енергия: Tсвe EEE

Фиг.2.2 – Разпределение на слънчевата радиация Фиг.2.11– Еквивалентна диспеческа схема на ВЛ20kV с

над терена за една година – Matlab отбелязани само най-крайните точки на консуматорите

ВЛ 20 kV е представена с нейната еквивалентна заместваща схема, като са представени само най-крайните и

отдалечени консуматори с цел облекчаване на мрежовите изчисления на режимните параметри.

Фиг.2.14 – Еквивалентна заместваща схема на изследваната ВЛ 20 kV

Page 18: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 18 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

2.4.2.4. Обобщени изходни данни при различните режими на работа

Обобщените стойности на различните параметри, които са използвани в изчислителната част са са дадени в

табл.2.3. Табл.2.3 Изходни изчислителни стойности

2.4.3.3. Фликер

Допустимата стойност на интензитета на дълготраен фликер ltP (2-часов интервал), общо за четирите

инвертора SMA SC500HE на ФВЕЦ, в точката на присъединяване е: 46,0max ltP .

Фиг.2.18– Резултаиращи нива на фликер при различни режими:

1 – абсолютно максимален режим, 2 – максимален режим, 3 – среден режим;

2.4.3.6. Резултати

В тази точка са представени под формата на диаграми, хистограми и таблици резултатите от изследването на

режимните параметри на засегнатите електрическите съоръжения.

а) При включен генератор б) При изключен генератор

Фиг.2.39– Резултиращи стойности на напрежението в различните точки

Режими на работа Параметър Абс.макс Макс. Среден Мин. Uн,[kV] 21 21 20,66 20 cosφ 1 0,87 0,9 0,93 Ppv,[kW] 2000 1672 512 0 Pk,[kW] 0 400 1000 2000

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

1 2 3

cos ph=1cos ph <1

Page 19: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 19 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Максимален режим

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4

U,[V

] ONOFF

Пад на напрежение при различни режими

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4

Участъци

U,[V

]

ON-макс.OFF-макс.ОN-сред.OFF-сред.минимал.

Фиг.2.51 – Връзка между пад на напрежение при вкл. Фиг.2.53 – Връзка между пад на напрежение в магистрал- и изключен генератор при работа в максимален режим ната част при различни режими

Фиг.2.40 – Връзка между изменението на напрежение в различните обменни точки при различни режими

Фиг.2.43– Загуби на напрежение ΔU в различните участъци при Фиг.2.22 Връзка между хармониците по отношение

различни режими при включен генератор на тока при различните режими

2.4.3.7. Изводи и препоръки

След направените изчисления и анализ на различните режимните параметри на ЕЕС, се установи:

Относно поддържане на постоянно напрежение в електроразпределната мрежа подаваното от

фотоволтаична електроцентрала напрежение отговаря по норма на стандарта EN50160. Няма

получени стойности извън норма.

По отношение на фликер качеството на енергията може да се определи като удовлетворително.

По отношение на общия коефициент на нелинейност – няма превишение на нормите. Няма и

моментни превишавания на отделни хармоници.

Препоръки:

От приложените диаграми става видно, че най-голямо изменение на напрежението се получава в участък 1 –

ЖР стълб №126 при минимален режим. Тъй като основната мощност е концентрирана именно в този участък,

то съответното електроразпределително дружество може да предприеме действия по кабелиране на

електропровода с кабел със сечение 185 мм 2 или изграждане на втора тройка фазови проводници на една

стълбовна линия в съществуващия сервитут, работеща в паралел с първата.

Page 20: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 20 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ГЛАВА 3 – СОФТУЕРНА СИМУЛАЦИЯ НА РЕЖИМИТЕ В ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА МРЕЖА С ГЕНЕРИРАЩИ ИЗТОЧНИЦИ

За установяване точността на използвания изчислителен метод от глава 2, резултатите ще бъдат сравнени с

тези, получени при софтуерна симулация на работата на електрическата мрежа с присъединени генериращи

източници. За целта в използвания софтуер се въвеждат същите разчетни стойности, с които е проведена

изчислителната част в глава 2. За тази симулацията се използва софтуерния продукт - jpelec 3.0.01.

3.1. Моделиране на електрическата мрежа с присъединени генериращи източници

Въвеждането на данни за елементите от мрежата и за генериращите източници от ВЕИ е представено в

приложенията към дисертационния труд.Всеки елемент от еквивалентната диспечерска схема е заместен със

съответния символ от програмата. Мощността на генератора и консуматорите се въвежда почасово.

Фиг.3.2 – Напрежения в различните възли на страна СрН и НН при включен фотоволтаичен генератор в нормален

експлоатационен режим на работа на електрическата мрежа

3.2. Резултати от симулацията

3.2.1. Напрежения в отделните възли

На следващите диаграми е изобразен очаквания денонощния товаров профил на електропровода на страна НН

при работещ и неработещ фотоволтаичен генератор.

Фиг.3.4 Фиг.3.6 Фиг.3.8

Фиг.3.5 Фиг.3.7 Фиг.3.9

На фиг.3.4, 3,6 и 3.8 са изобразени очакваните напрежения при работещ генератор, а на фиг.3.5, 3.7 и 3.9 –

тези при неработещ генератор. Видимо е как напрежението е с по-висока стойност в часовете през които

електроцентралата генерира мощност към електроразпределителната мрежа.

Page 21: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 21 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

По същия начин е построен и 24 часов товаров профил за мрежа СрН в отделните възли, като фигурите са

приложени в дисертацията.

Пределните стойности за напреженията, съгласно нормите по ЕN50160 са както следва:

за мрежа НН;

Umax = 253 V за фазните напрежения и 438 V линейните напрежения;

Umin = 207 V за фазните напрежения и 358,1 V за линейните напрежения;

за мрежа СрН;

Umin = 18 kV (линейнo напрежениe);

Umax = 22 kV (линейнo напрежениe);

3.3. Анализ на режимните параметри на електрическата мрежа

3.3.1. Описание на измерането

Във връзка с провеждане на настоящото изследване е извършено измерване с вградената в релейната защита

Sepam S40 на фотоволтаичната централа функция за измерване и записване на мрежовите параметри.

Настоящият анализ се отнася за клеморедните групи за вторичните вериги на РЗ, намиращи се в КРУ 20 kV

„кабелен въвод/извод с елегазов прекъсвач” в БКТП на фотоволтаичната електроцентрала.

Целта на измерването е анализ, свързан с качеството на енергията в мрежа СрН и съпоставка на резултатите

от реалното измерване с тези от софтуерната симулация и аналитично получените такива. Релейната защита е

свързана трифазно към мрежа СрН чрез токови и напреженови трансформатори, пълна схема. Записаните

резултати са анализираи и обработени в Matlab среда както резултатите са показани по-долу.

Фиг.3.57– Линейно напрежение L1 – L3 – целогодишно Фиг.3.70 – Акт. мощност към мрежата от PV централа за 1г.

От фиг.3.57 става ясно, че през цялата година не са наблюдавани параметри на напрежението извън стандарта

БДС EN50160. Наблюдава се едно единствено изключване на ВЛ 20 kV за около 12 мин. което е допустимо

според показателите за случайни изключвания SAIFI и SAIDI.

Фиг.3.71 – Връзка между сл. радиация и произведена мощност Фиг.3.74– Честота

Page 22: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 22 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

3.4. Сравнителен анализ, изводи и препоръки

3.4.1.Сравняване на резултатите

В тази точка е направен сравнителен анализ на получените по всички методи резултати, като е оценен

точността на използвания математически модел. Сравнени са граничните стойности, получени при измерването

на мрежата, софтуерната симулация и мрежовите изчисления във всеки възел от електроразпределителната

мрежа. В по-долу представените графики е направено сравнение на резултатите, получени по различните

методи в произволна точка от ВЛ 20 kV, в случая т.3 – ТП „Юг” село-2.

Фиг.3.87 – Сравнение на граничните стойности на напр. Фиг.3.88 – Сравнение на граничните стойности на

при различните методи в т.3 (УСН на ТП Юг село-2) напр.при различните методи в т.3 (УНН на ТП Юг село-2)

Резултатите от сравнението във всеки възел на ел.мрежата са представени освен в графичен, така и табличен

вид. На табл.3.4. са представени стойностите на очакваните гранични напрежения в т.3 на ВЛ 20kV.

Табл.3.4 – Резултиращи стойности на напрежението в т.3 (TП „Юг” село-2)

3.4.2.Aнализ на получените резултати

След анализ на получените резултати от работата на изследваната фотоволтаична електроцентрала и

електроразпределителна мрежа във всички режими на работа се установи, че:

Качеството на мрежата относно поддържане на постоянно ниво на напрежение отговаря на

нормите. Няма показания извън норма.

По отношение на фликер качеството на ел. енергията е удовлетворително. Няма

измервания и резултати извън норма;

По отношение на общия коефициент на нелинейност няма превишаване на нормите. Няма

измерени стойности на постоянни или моментни нива над допустимата граница 8%;

По отношение на асиметрия, качеството на ел.енергията също е удовлетворително. Има

регистрирани моментни нива от 8,28% по време на кратковременни събития, но като цяло

нормата на периода е спазена;

Възел Параметър Аналитичен метод Софт.симулация Измерване т.3 Umax(CpH),[V] 21526 21490 21500 ТП "Юг" Umin(CpH),[V] 19220,35 19075 19200 Село-2 Umax(НН),[V] 430,52 429,8 430 Umin(НН),[V] 384,4 381,5 384 d,[%] 2,50% 2,33% 2,38% dU,[%] 6,40% 6,95% 6,38% ∆U,[%] 3,90% 4,62% 4,00%

Page 23: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 23 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

По отношение на кратковременни събития качеството на ел.енергията е удовлетворително.

За целия период на измерване от една година има регистрирано само едно кратковременно

събитие в трите фазни напрежения.

За периода на измерване няма регистрирани голям брой преходни процеси;

Заключение

Няма данни за подавана на консуматорите ел.енергия с влошено качество дори и в най-отдалечените точки

на изследваната ВЛ 20 kV. От извършеното изследване и анализ може да се заключи, че присъединяването на

фотоволтаичен парк с максимална инсталирана мощност 2 MWp към ЖР стълб №207 от ВЛ 20 kV е напълно

допустимо. Всички потребители по електропроводната линия получават качествено напрежение през цялата

година на измерване при всички режими на работа на ЕЕС. И в най-крайните точки на линията могат да бъдат

захранени с качествено напрежение промишлени потребители с оборудване, чийто процес на работа не търпи

изменения на напрежението или фликер.

1.5. Извод

От направения сравнителен анализ на трите метода се вижда, че разликата в получените резултати е съвсем

минимална. Тя може да се обясни в разликата в алгоритъма на използвания софтуер в сравнение с този на

изчислителния метод. Също така при изчислителния метод се използват параметри на т.н. „идеална мрежа” с

данни за проводниците от производителя, като не се отчитат контактните съпротивления на мостовите

проводници , изтъняване на проводника и др.

Въпреки това може да се каже, че използвания изчислителен метод е със задоволителна точност и може да се

използва от мрежови оператори за практически цели.

ГЛАВА 4 – ИЗСЛЕДВАНЕ ПОКАЗАТЕЛИТЕ НА КАЧЕСТВО НА ЕЛ.ЕНЕРГИЯТА, ПРОИЗВЕЖДАНА ОТ МАЛЪК

ВЕТРОГЕНЕРАТОРЕН ПАРК, ПРИСЪЕДИНЕН КЪМ МРЕЖА СрН

Целта на изследването в четвърта глава е да се създаде алгоритъм за определяне на показателите за

качество на напрежението в мрежи с присъединени ВЕИ генератори и да се провери точността на изчисленията

посредством тяхната съпоставка с измерените им стойности в реални експлоатационни условия.

Проблеми – Правени са редица изследвания относно изменението на показателите за качеството на

електроенергията в присъединителния клон на ВЕИ генератори. Има анализирани конкретни случаи на

влошаване на показателите за качеството на електроенергията. Няма публикувани данни за аналитично

изследване на показатели за качеството на електроенергията в мрежи с ВЕИ генератори и съпоставката им с

реалните стойности.

Задачи

Да се предложи математичен модел за аналитично изследване на показателите за качество на

напрежението в мрежи с присъединени ВЕИ генератори.

Да се проведат изчисления на показателите за качество на напрежението в присъединителния клон с

избрания математичен модел за конкретна вятърна електроцентрала.

Да се измерят реалните стойности на изчислените параметри и да се анализират получените резултати.

Page 24: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 24 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

I. Описание на отделните елементи

В настоящото изследване ще се използват данни и информация, събрани от работата на съществуващ малък

вятърен парк, състоящ се от два броя вятърни електроцентрали, присъединени към електроразпределителната

мрежа за СрН. Едната вятърна електроцентрала Enercon E-32 със aсинхронен генератор с мощност 300 kW, а

втората е Micon NM43 с асинхронен генератор с мощност 600 kW.

1. Устройство на ветропарка

1.1. Функционална схема

Ветропаркът се състои от две ВяЕЦ, с обща инсталирана мощност 900 kW. За достигане на

напрежението на разпределителната е използван един БКТП с две трафомашини, работещ основно като

повишаваща подстанция от 0,69/20kV и обща РУ 20 kV. Захранването на силовите трансформатори се

осъществява от ВяЕЦ, като произведената електроенергия се инжектира в разпределителната мрежа.

Ветропаркът е съвкупност от елементи на техническата инфраструктура, включващ:

1 – Генератори

2 – Кабели НН

3 – БКТП 0,69/20kV

4 – Kaбел СрН

1.2. Вятърни електроцентрали ВяЕЦ-1 и ВяЕЦ-2

И двете вятърни електроцентрали са доставени комплектовани с електрическо оборудване, включващо

компютър, табло НН и генератор, както и кабелите помежду им. В основата на кулата или стоманорешетъчната

конструкция се намира табло за управление и компютър, който следи за режима на работа на съответния

генератор, параметрите на мрежата, скоростта на вятъра и управлява генерацията. Режимът на работа е

автоматичен. Генераторите на ВяЕЦ са асинхронни, които не могат да работят без да бъдат включени към

електроразпределителната мрежа. При изключване на ВЛ 20 kV от прекъсвача в подстанцията, генераторите

се самоизключват. Повторното включване е 10 минути след нормализиране на напрежението на мрежа 20 kV.

2. Електроразпределителна мрежа СрН

2.1. Oбяснителна записка

Съгласно предписанията на мрежовия оператор, вятърните генератори ще се присъединят към съществуващ

СрС №7 на отклонението от СрС №45 на ВЛ 20 kV. Засегната въздушна линия 20 kV захранва с електроенергия

потребители от само едно село с население около 500 души. Типът проводник, с който е изграден

електропроводът е 3хАС70 с обща дължина на магистралата около 5,5 км. Въздушното отклонението от СрС

№45 е изпълнено с проводник 3хАС50. Крайната точка на електропровода е TП-1 село-1.

2.2. Диспечерска схема на електроразпределителната мрежа в района на ВяЕЦ

Показана е в дисертацията – фиг.3.6.

Вятърните генератори с обща инсталирана максимална мощност 900 kW са лъчисто присъединени към ЖР

стълб №7 на отклонение от ЖР стълб №45 на засегнатата ВЛ 20 kV. В случай на работа на генераторите с

мощност по-голяма от мощността, която се консумира от потребителите по електропровода, присъединени към

УНН на ТП-1, то тогава част от произведената енергия ще захранва потребителите, а останалата част се връща

на шина 20 kV в подстанцията.Такива режими на работа ще има голяма част от експлоатациония период на

Page 25: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 25 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

генераторите, тъй като средния товар на потребителите е около 65% от общата инсталирана генераторна

мощност. Енергията, която се връща към подстанцията, изминава въздушния електропровод по цялата му

дължина от генератора, след което се разпределя в РУ 20kV към другите въздушни и кабелни изводи от

подстанцията.

2.3. Еднолинейна схема

На еднолинейната схема са дадени параметрите които са използвани при изчисленията. Това са електрическо

и индуктивно съпротивление 0r и 0x , дължини на отделните участъци – l . С буквите А,B,C,D и Е са отбелязани

отделните участъци по електропровода. При изчисление на режимните параметри на ВЛ 20 kV поради малката

преносна способност и дължина са направени следните допускания:

падът и изменение на напрежението, както и загуби на мощност по електропровода се изчислява със

средните измерени опорни напрежения, а не с действителните;

не се отчитат загубите на активна и реактивна мощност при изчисленията на режимните параметри

на засегната ВЛ 20 kV;

2.4. Електрически показатели

В тази точка в табличен вид са показани електрическите показатели на кабелите и проводниците, изграждащи

засегнатата ВЛ 20 kV.

2.5. Заместваща схема

Изчисляването на режимните параметри на засегната ВЛ 20 kV в по-голямата част от случаите се

свежда до изследване върху заместващата схема на неговите елементи. Заместващата схема е математически

модел на реалните елементи, които съставят така получената ЕЕС – трансформатори, кабел, проводници и

генератор. Тя възпроизвежда точно процесите и явленията които протичат, т.е. разпределението на токовете и

нивата на напреженията, като се описват със същите уравнения, както и тези в реалната изследвана мрежа.

Елементите на заместващата схема ( 0r и 0x ) са пасивни и за всеки от тях могат да се съставят три схеми – на

правата, на обратната и на нулевата последователност. Тъй като почти всички установени режими са

симетрични, при проведените изчисления на ЕЕС, ще се прилагат само схемите на правата последователност.

Релейната защита и автоматика на отделните елементи не допуска работа в непълнофазен режим, двуфазно

или еднофазно к.с. и поради това не се налага използване на схемите за обратна и нулева последователност.

Самата заместваща схема е показана на фиг.3.9 в дисертацията.

3. Подстанция 110/20kV

В тази точка е направено кратко описание на електрическата част на захранващата подстанцията. Основно са

представени някой от най-важните параметри на силовите трансформатори, необходими за изчислителната

част. Представена е и еднолинейна електрическа схема на ОРУ 110 kV.

II. Определяне на разчетните данни

За да бъде направен анализ на режимните параметри на ВЛ 20 kV е необходимо определяне на разчетните

данни. В изчислителната част са разгледани три режима на работа на ЕЕС – абсолютно максимален среден и

минимален. Тези режими ще бъдат изчислени на база измерени стойности. Предоставени са почасови графици

за консумацията на електроенергия по електропровода и факторът на мощността cosφ в шини 20 kV на

Page 26: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 26 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

подстанцията. От анемометъра на втория генератор са взети данни за скоростта на вятъра с които ще се

определи отдаваната към мрежата обща мощност на двата генератора при различните изследвани режими.

Целта е да се определят граничните стойности на напрежението в различни точки по електропровода при

различни режими на работа на ЕЕС и да се провери дали то отговаря по качество на стандарта БДС EN50160.

Табл.3.5 – Обобщени изчислителни параметри в различните режими

III. Изчисляване на режимните параметри при установен режим на ЕЕС

В тази точка аналитично са изследвани режимните параметри на засегната ВЛ 20 kV при три режима на

работа при различни входни величини. Всички изчисления са направени на база алгоритъма, представен в

Глава-1.

9. Резултати

В тази точка са представени графично и таблично стойностите на някой от по-важните параметри, получени

при изчисленията. Вниманието е фокусирано върху измененията на напрежението по цялата линия. В по-долу

представената таблица са показани резултиращите очаквани стойности на напрежението в различните точки

на ВЛ 20 kV.

Табл.3.10 – Напрежения при различни режими

Фиг.3.32 – Гранични напрежения по въздушната линия

Параметър Минимален режим

Среден режим

Maксимален режим

Фактор на мощността cosφ 0,93 0,9 0,87

Мощност на консуматорите- ][, kWPk 1000 420 0

Мощност на генераторите- ][, kWPG 0 300 900

Скорост на вятъра V, m/s 0 6,55 30,97

Опорно напрежeние U,[kV] 20,4 20,6 21

Абс.максимален режим Среден режим Минимален режим

][, VU i ][,3 VФUi ][,1 VФUi ][, VU i

][,3 VФUi ][,1 VФUi ][, VU i ][,3 VФUi ][,1 VФUi

т.А 21,04 420,8 243,2 20,6 412 238,15 20,4 408 235,8

т.B 21,16 423,2 244,6 20,59 411,8 238,03 20,37 407,4 235,4

т.С 21,19 423,8 244,97 20,57 411,4 237,8 20,22 404,4 233,7

т.D 21,21 424,2 245,2 20,58 411,6 237,9 20,22 404,4 233,7

т.Е 21,16 423,2 244,6 20,55 411 237,5 20,17 403,4 233,1

Page 27: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 27 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Фиг.3.33 – Напрежение и изменение му в т.D Фиг.3.34 – Напрежение и изменение му в т.E

Фиг.3.48 – Откл.на напрежението в т.D Фиг.3.49 – Откл.на напрежението в т.Е Фиг.3.50 – Откл.на напрежението в т.B

Извод

След анализ на проведените изчисления и получените резултати може да се отбележи, че обратните

въздействия са в допустимите граници. Няма данни за режим на работа на ЕЕС при нива на напрежението

извън стандарта БДС EN50160. Качеството на мрежата относно поддържане на постоянно ниво на напрежение

отговаря на нормите. Най-високата стойност относно изменение на напрежението е 4,72% при допустими 10 %.

От направените изчисления можем да заключим, че присъединяването на ВяЕЦ към ЕРМ е напълно

допустимо, от гледна точка на обратни въздействия. В някой случаи дори генератора влияе положително на

мрежата – при среден режим на работа се вижда, че изменението на напрежение dU е по-малко при включен

генератор, отколкото при изключен. Това от своя страна води и до по-малка загуба на електроенергия по

мрежата.

Относно мрежата – не се налага подобрение, реконструкция или усилване, тъй като няма критични участъци.

Интерес буди следния факт – изменението на опорното напрежение в подстанцията е около 600 V (2,85%).

Предвид краткия период на измерване, това изменение може да се определи като значително. Добре би било

ако експлоатационното дружество, стопанисващо съответната подстанция вземе мерки по отношение

поддържането на постоянно ниво на напрежение на шини СрН в ЗРУ 20kV.

IV. СОФТУЕРНА СИМУЛАЦИЯ НА РЕЖИМНИТЕ ПАРАМЕТРИ За установяване точността на използвания изчислителен метод, получените резултати ще бъдат сравнение с

тези, получени при софтуерна симулация на работата на ЕЕС. Извършена е софтуерна симулация с jpelec на

работата на системата при трите изследвани режима на работа (минимален, среден и абсолютно максимален)

като резултатите отново са сравнени с аналитично получените.

V. АНАЛИЗ НА МРЕЖАТА Във връзка с разработването на настоящото изследване беше извършено измерване на показателите за

качество на напрежението в точката на присъединяване на вятърния парк. Настоящият анализ се отнася за

Page 28: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 28 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

клеморедната група за вторичните вериги. Целта на измерването беше анализ, свързван с качеството на

напрежението в мрежа СрН.

1. Описание на измерването

Измерването се извърши с мрежов анализатор с който могат да се запишат измервани величини за

електричеството в продължителен период. Измервателният уред отговаря на нормата IEC 61000-4-30

(измервания за качество на напрежението). Записани бяха трите фазни напрежения, както и линейното L1-L3.

Допълнително бяха записани всички стойности за фликер, хармонични съставки от висш порядък, както и

фактори на изкривяване и бързи изменения на напрежението. Диаграмите и хистограмите от измерването са

показани в дисертацията.

Табл.3.13– Гранични стойности на напрежението в точката на присъединяване на ВяЕЦ, получени при различните методи

Фиг.3.78 – Напрежение в точката на присъед. на ВяЕЦ към ЕРМ при различните методи

Заключение:

Относно изчислителния модел

След проведените изчисления, измерване и анализ отново се доказва, че предложения математичен модел за

аналитично изследване на показателите за качество на напрежението в мрежи с присъединени ВЕИ генератори

е достатъчно точен и може да се използва за практически цели от ЕРП или оператори на ВЕИ централи.

Разликата, която се е получила между изчисленото и измереното напрежение е във връзка с това, че по време

на измервателния период системата не е влязла в граничен режим нито веднъж.

Относно присъединяването

От получените резултати е видимо, че няма стойности на режимните параметри на мрежата в дълготраен

период извън стандарта БДС EN50160. Има завишена норма на краткотрайните събития, но те не са свързани с

работата на ветропарка. Причината е в електроразпределителната мрежа и може да се дължи на включване и

изключване на мощен консуматор. Като цяло може да се заключи, че при работа на настоящите ВяЕЦ

качеството на напрежение не се променя и отговаря на стандарта, т.е. присъединяването на този ветропарк

към тази мрежа е напълно допустимо.

точка на максимално U,[kV] минимално U,[kV]

измерване aналит. софт. измерено aналит. софт. измерено УСН на ВяЕЦ 21,21 21,21 21,18 20,21 20,21 20,30

Page 29: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 29 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ГЛАВА 5– ИЗСЛЕДВАНЕ ПОКАЗАТЕЛИТЕ НА КАЧЕСТВО НА ЕЛ.ЕНЕРГИЯТА, ПРОИЗВЕЖДАНА ОТ МАЛKA

ФОТОВОЛТАИЧНА ЦЕНТРАЛА, ПРИСЪЕДИНЕНА КЪМ МРЕЖА НН

Общи положения

Предмет на настоящото изследване е качеството на напрежението в мрежа НН, към която е присъединена

малка фотоволтаична централа с обща инсталирана мощност 30 kWp. Необходимите изходни данни за

настоящото изследване са събрани на база каталожни данни, проектна документация, мрежови измервания и

диспечерски схеми на мрежа НН. Произведената от фотоволтаичната централа електроенергия се изнася към

съществуващата разпределителна мрежа НН, захранваща и потребителите в района. Мрежа НН е изцяло

въздушна, захранвана от трафопост селски тип с въздушен вход.

I.ОПИСАНИЕ НА ОТДЕЛНИТЕ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СЪОРЪЖЕНИЯ

В настоящата точка ще бъдат подробно описани структурните данни на електрическите съоръжения,

изграждащи разглежданата ЕЕС. Като цяло системата се състои от три основни елемента:

1 - Трафопост, захранващ мрежата;

2 - Електрическа мрежа НН (в т.ч. и консуматорите по нея);

3 - Генератор (в случая – фотоволтаична електроцентрала);

Всеки един от тези три елемента са подробно описани, като изходните изчислителни данни са съобразени с

конкретната особенност на участващите в схемата електрически съоръжения.

Фиг.3.11. Схема на мрежа НН

II. ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА РЕЖИМНИТЕ ПАРАМЕТРИ ПРИ УСТАНОВЕН РЕЖИМ НА ЕЕС В тази точка аналитично ще бъдат изследвани режимните параметри на ВЛ 0,4 kV ТП-2 при два режима на

работа – минимален и максимален. При минимален режим на работа на системата, товарът не се отчита, т.е.

той ще е нулев, а генерацията от фотоволтаичната централа – максимална. При максимален режим ще е точно

обратното – генератора ще е изключен, а товарът по линията – максимален. Целта на изследването при тези

режими е да се определят граничните стойности на напреженията в различните точки по електропровода и да

се установи дали то отговаря на стандарта БДС EN50160.

За нуждите на изследването са определени стойностите на някой параметри по използваната вече методика:

Мощност на късо съединение;

Изменение на напрежението в точката на присъединяване;

Нива на напрежение по участъци;

Пропускателна способност на електропровода;

Фликер;

Емисия на хармоници – THD;

Page 30: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 30 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Фиг.3.22. Загуба на напрежение между отделните възли

6. Резултати

В тази точка са представени графично и таблично стойностите на някой от по-важните параметри, получени

при изчисленията. Вниманието отново е фокусирано върху измененията на напрежението по цялата линия в

двата различни режима на работа на системата.

Фиг.3.23. Гранични стойности на изменението на напрежение в присъединителните възли

На фиг.3.23 е показано повишаването и понижаване на напрежението по цялата електропроводна линия в

двата режима на работа. Видимо е,че стойността на ∆U e по-голяма от d, поради по-голямата мощност на

консуматорите от тази на фотоволтаичната централа. Всички резултиращи стойности за изменение на

напрежението са дадени в следната таблица:

Табл.3.7 – Резултатите от изчисленията в табличен вид

Мощност на к.с.[MVA] пад на напрежение повишаване Участък при cosφ=1 при cosφ≠1 ∆U,[V] ∆U,[%] d,[V] d,[%] ТП-А 2,255 2,142 10,5 2,53 5,37 1,29 ТП-B 1,371 1,318 2,8 0,67 7,16 1,72 TП-С 1,12 1,071 2,8 0,67 10,75 2,59 ТП-D 0,799 0,799 1,39 0,33 14,34 3,46 ТП-Е 0,685 0,685 1,4 0,34 7,16 1,72 ТП-PV 0,685 0,685 1,4 0,34 16,14 3,9 трафо ТМ160 - 2,72 0 0 0 0

Page 31: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 31 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Фиг.3.78. Гранични напрежения във всички присъединителни възли в участъка от трафопоста ТП до фотоволтаичния

генератор при минимален и абс.макс. режим при аналитичния метод и софт.симулация

На фиг.3.78 могат да се видят резултиращите напрежения по участъци получени при аналитичния метод и

софтуерната симулация с jpelec, а в табл.3.10 са изведени разликите в резултатите.

Табл.3.10 – Разлики в резултатите при двата режима на работа на системата. Сравняване на грешката.

IV. АНАЛИЗ НА МРЕЖАТА

Във връзка с присъединяването на централата към електроразпределителната мрежа за НН беше извършено

измерване на показателите за качество на напрежението в точката на присъединяване на фотоволтаичната

централа. Настоящият анализ се отнася за качество на напрежението в електромерното табло на централата,

монтирано на имотната граница.

1.Описание на измерването

Измерването отново е извършено с мрежови анализатор, отговарящ на IEC 61000-4-30 (измервания на

качеството на ел.енергията). Записани бяха линейното и трите фазни напрежения. Допълнително бяха

записани всички величини за фликер, хармонични съставки от висш порядък, фактори на изкривяване, както и

бързи изменения в напрежението.

Всички измерени стойности са представени в дисертацията под формата на диаграми, хистограми и таблици.

В края на изследването са сравнени и резултатите, получени по трите метода и са представени в табл.3.12.

Грешка при минимален режим Грешка при абс.максимален режим Възел U,[V] U,[%] U,[V] U,[%] УНН на ТП 0,1 0,02 0,1 0,02 СбС3 0,5 0,12 0,17 0,04 СбС4 0,6 0,14 0,26 0,06 СбС6 0,5 0,12 0,45 0,1 СбС8 0,81 0,19 0,54 0,13 СбС9 0,81 0,19 0,86 0,2 СбС4/1 0,7 0,16 0,26 0,06 СбС4/5 0,81 0,19 0,26 0,06

Page 32: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 32 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

Табл.3.12 – Стойности на напреженията в точката на присъединяване на фотоволтаичната централа, получени по

аналитичен и софтуерен начин, сравнени с реално измерените

Изводи:

След проведените изчисления, измерване и анализ отново се потвърждава, че предложения математичен

модел за аналитично изследване на показателите за качество на напрежението в мрежи с присъединени ВЕИ

генератори е достатъчно точен и може да се използва за практически цели от ЕРП или оператори на ВЕИ

централи.

Препоръки:

След анализа на мрежата се вижда, че най-голям пад на напрежение се получава в участъка между ТП и СбС-3,

тъй като най-голяма мощност протича именно през този участък. Препоръчва се на ЕРП, стопанисващо тази

мрежа, да изгради КЛ НН между УНН на ТП и СбС-3 със сечение 185 мм2, като замести съществуващата

въздушна връзка, изградена с проводник АС3х35+35. Дължината на трасето ще бъде 90 м.,а дължината на

кабела около 115 м. По този начин загубата на напрежение през този участък ще бъде намалена от 10,5 V

(2,53%) на 1,98 V (0,48%), а ще се увеличи мощността на к.с. KS по цялата линия. Това от своя страна ще

намали общото изменение на напрежението по цялата линия и най-вече в крайните точки.

точка на максимално U,[V] минимално U,[V] хармоници ТHD(i) измерване aналит. софт. измерено aналит. софт. измерено aналитично измерено ЕТ на PV 430,14 431 429,9 396,51 395,7 395 Imax(3)=9,11A 9,02А

Page 33: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 33 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ПРИНОСИ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

По-важните приноси в дисертационния труд са следните:

Конкретизирани са влияещите фактори върху показателите на качеството на електроенергията в

електрически мрежи с ДЕИ;

Съставена е методика за оценка на въздействието на влияещите фактори върху показателите на

качество на напрежението. Разработен е Excel и Matlab калкулатор за бързо пресмятане, базиран на

тази методология.

Съставен е алгоритъм за определяне на влияещите фактори при присъединяване на ВЕИ към

електрическата мрежа в четири режима на работа при различни входни величини – при абсолютен

максимум, средно максимални, средни и минимални с цел да се определят режимните параметри:

мощност на късо съединение; напрежения във възлите на присъединяване; изменението на

напрежението по участъци; пропускателна способност на електропровода; фликер; емисия на

хармоници.

Адаптирана е методиката за анализ на въздействието на ДЕИ върху показателите за качеството на

напрежението с ползване на възможностите за тяхното следене и анализиране в експлоатационни

условия, като се отчитат техническите особенности на фотоелектрически и вятърни централи.

Съпоставят се аналитично получените резултати за показателите на качеството на електроенергията в

реални мрежи с фотоелектрични централи с тези, получени от компютърната симулация и резултатите

от измерванията при реална експлоатация на съоръженията. Получените резултати потвърждават

правилността на избраниите модели за оценка на показателите за качеството на електроенергията в

присъединителните клонове на фотоелектрични централи.

Предложен е математичен модел за аналитично изследване на показателите за качество на

напрежението в мрежи с присъединени вятърни генератори. Проведени са изчисления на показателите

за качество на електроенергията в присъединителния клон с избрания математичен модел за конкретна

вятърна електроцентрала.

Направена е съпоставка между изчислените и реалните измерени стойности на параметрите и са

анализирани получените резултати.

Набелязват се мероприятия за оптимизиране на работата на ДЕИ с оглед подобряване на показателите

за качество на напрежението в присъединителните мрежи, в зависимост от резултатите от

изчисленията за всеки конкретен случай.

Предложеният математичен модели за аналитично изследване на показателите за качество на

напрежението в мрежи с присъединени ВЕИ генератори е достатъчно точен и може да се използва за

практически цели от ЕРП или оператори на ВЕИ централи.

Page 34: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 34 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

СПИСЪК НА ПУБЛИКАЦИИТЕ ПО ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

1. Мартон, С.А. Схеми за присъединяване на вятърни централи и фотоелектрични системи към електрическата

мрежа. “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 6, 2012,стр.38-47

2. Мартон, С.А. Анализ на напреженията в присъединителните възли на електрически централи от

възобновяеми енергийи източници. “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 3, 2009,стр.47-53

3. Неделчева, С.И., С.А.Мартон. Анализ на показателите за качество на напрежението на еднофазна

фотоелектрична система. “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 3, 2009, стр.34-44.

4. Неделчева, С.И., С.А.Мартон. Анализ на показателите за качество на напрежението в трансформаторен

пост, към който е присъединена фотоелектрична система. “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 4,

2009, стр.16-30.

5. Неделчева, С.И., С.А.Мартон. Сравняване на показателите за качество на напрежението при

присъединяването на фотоелектрична система. “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 2, 2010, стр.34-

40.

6. Неделчева С., С.Мартон, Н.Колев, Симулиране на производството на електрическа енергия от

фотоелектрична система, “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920, № 2, 2008, стр.27-32.

7. Неделчева С., Ф.Поджи, С.Мартон. Адаптация на симулатора за електрически изчисления на

разпределителни мрежи с децентрализирани източници в Корсика, “Известия на ТУ-Сливен", ISSN 1312-3920,

№ 1, 2008, стр.26-31.

8. Стефка Неделчева, Светослав Мартон, Веселин Чобанов, Сравняване на варианти за автономно

електрозахранване на битови потребители с фотоелектрични системи. Научна конференция Сливен

29.06.2013 г.

9. Неделчева С.И, М.Мацанков, С.Мартон, Вероятностен подход при определяне на напреженията във възлите

на разпределителните мрежи, гр.Русе, Научни трудове на Русенския университет - том 49, серия 3.1, 2010,

стр.16-20

Page 35: Технически университет София ИПФ – Сливенkonkursi-as.tu-sofia.bg/doks/SL/ns/2346/avtoreferat.pdf · автоматика” в ИПФ-Сливен,

Автореферат на дисертационен труд на тема „Анализ на качеството на ел.енергия в разпределителни мрежи с ДЕИ”

ТУ-София, ИПФ-Сливен Стр. 35 от 35 гр.Сливен маг.инж.Светослав Мартон 24.10.2013 г.

ANALYSIS OF THE QUALITY OF THE ELECTRIC POWER IN DISTRIBUTION GRIDS WITH

CONNECTED DECENTRALIZED ENERGY SOURCE

The main purpose of this research is to specify the influencing factors upon the indicators for quality of the

voltage in the electric grid for MV and LV by datas of operation and to optimize the parameters modes into

connecting branches.

More significant problems by reaching the purpose are as follows:

- It is necessary method for evaluation on the impact of the influencig factors upon the indicators

of voltage quality;

- In the method for analysis on the impact of decentralized energy source (DES) upon the

indicators of quality of the voltage must using the opportunities for tracking and assaying of the quality

indicators of the voltage in operating conditions, taking into account the technical characteristics of the

relevant electric plant.

The tasks to solve in the present study are:

- Projection of the impact factors upon indicators for quality of the electricity into electric grid

with DES;

- Compilation methodology to evaluation of the impact of influencing factors upon quality

indicators of the voltage;

- Adaptation of the method for analysis of the influence of RES upon the indicators for quality of

the voltage with using of opportunities for their following and assaying in operating conditions, taking into

account the tehnical caracteristics of the photovoltaic power plant and wind generators.

- Identify events for optimizing DES work in order to improve of indicators quality of the voltage

into connecting grids.

In the first part of the research is specify the influencing factors upon the indicators for quality of the

electric energy into distribution grids with connected DES. Is composed metodology for evaluation of the

impact of influencing factors upon the quality voltage. Is developed Excel and Matlab calculator for quick

calculation, based on this metodology. In second third and fourth part is making a quantitave assessment over

the quality indicators of the voltage in particular electric – distribution grid LV and MV, to wich it is

connected existing Photovoltaic power plant and wind generators.

Metodological are showing the opportunities for following and analysing of the quality indicators of the

voltage in the operating conditions as taking into account the technical features of the relevant power plant.

Compared to analytical obtained results with these, obtained by computer simulation and the measurement

results by real exploatation on the equipments.

In the last part are making conclusions, comparisons and recommendations for raising of the quality of the

grid, and optimization of affected equipments.