Problemy z pracą mikroinstalacji w sieciach wiejskich studium przypadku

Transkrypt

1 Problemy z pracą mikroinstalacji w sieciach wiejskich studium przypadku Grzegorz Widelski ENERGA-OPERATOR SA

2 WYBRANE PROBLEMY Z PRACĄ MIKROINSTALACJI W SIECI nn 2

3 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Spadek napięcia w sieci powodowany przez przepływ prądu do odbiorców wymaga podniesienia napięcia w stacji transformatorowej powyżej znamionowego tak aby utrzymać napięcie u odbiorców w granicach normatywnych (±10%). 3

4 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Jeżeli w sieci pojawi się dodatkowo generacja, która może istotnie przewyższać zapotrzebowanie na energię odbiorników, napięcie w sieci może przekroczyć górną wartość dopuszczalną. 4

5 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Środki zapobiegania wzrostowi napięcia: -zwiększanie przekrojów przewodów, skracanie długości obwodów nn dla zmniejszenia rezystancji linii -obniżanie napięcia w głębi sieci za pomocą transformatorów regulacyjnych - jednoczesny pobór mocy biernej przez źródła dla skompensowania wzrostu napięcia (wykorzystanie zdolności źródeł w tym zakresie) 5

6 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Najprostszym rozwiązaniem jest jednoczesny pobór mocy biernej, powodując powstanie spadku napięcia na reaktancji sieci. 6

7 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn W 2014 roku do zbioru Polskich Norm dodano normę PN- EN 50438: Wymagania dla instalacji mikrogeneracyjnych przeznaczonych do równoległego przyłączania do publicznych sieci dystrybucyjnych niskiego napięcia. Norma dotyczy instalacji o prądzie znamionowym do 16A tj. o mocy do 3,6 kw w wersji 1-fazowej i 11 kw wersji 3- fazowej. W zakresie wymaganej regulacyjności cos φ norma wymaga, aby mikrogeneracja połączona z siecią przez falownik miała zdolność pracy z cos φ od 0,9 ind do 0,9 poj przy generacji powyżej 20% P n. 7

8 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn (pobór mocy biernej) (generacja mocy biernej) Zdolność do generacji mocy biernej w obciążeniowym układzie odniesienia wg wymagań normy PN-EN 50438:

9 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Dodatkowo norma ta wymaga, aby mikrogenerator był zdolny do pracy w następujących trybach sterowania mocą bierną: -Q(U) -cos φ zadany, stały -cos φ (P) Według normy rodzaj sterowania określa OSD. Jeśli OSD nie ogłosi wymaganej charakterystyki krzywej, mikrogenerator powinien pracować ze stałym cos φ=1. 9

10 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Dlaczego pobór mocy biernej wg wymagań normy może być niewystarczający dla utrzymania napięcia w granicach dopuszczalnych? Przypadek modelowy: odbiorca z mikroinstalacją generującą moc czynną, spełniającą wymagania normy w zakresie poboru mocy biernej. Założono dwa przypadki: 1.Odbiorca przyłączony do sieci 4xAL 70 mm 2 o długości 1000 m 2.Odbiorca przyłączony do sieci AsXSn 4x70 mm 2 o takiej samej długości W każdym przypadku odbiorca ma zainstalowaną mikroinstalację 1-fazową o mocy 4 kw, moc pobierana w tym samym czasie przez odbiorniki na tej fazie wynosi 0,5 kw. 10

11 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn U f Poza zakresem napięcia dopuszczalnego, zadziała zabezpieczenie nadnapięciowe falownika U dop =253 V Bardzo niska reaktancja linii izolowanej z przewodami AsXSn powoduje słabsze oddziaływanie poboru mocy biernej jako środka przeciwdziałającego wzrostowi napięcia. 11

12 Wybrane problemy z pracą mikroinstalacji w sieci nn Porównanie parametrów elektrycznych linii z przewodami AL i AsXSn. Przewód R X R/X Ω/km Ω/km - 4xAL 50 mm 2 0,5917 0,32 1,85 AsXSn 4x50 mm 2 0,641 0,085 7,54 4xAL 70 mm 2 0,4166 0,32 1,30 AsXSn 4x70 mm 2 0,443 0,083 5,34 12

13 STUDIUM PRZYPADKU analiza teoretyczna 13

14 Studium przypadku Do analizy wybrano realny przypadek prosumenta, który przyłączył na zgłoszenie jednofazowe źródło PV o mocy 3,68 kw Moc przyłączeniowa klienta wynosi 15 kw Prosument zgłosił problem częstego wyłączania się mikroinstalacji wskutek zbyt wysokiego poziomu napięcia w sieci Prosument zamieszkuje we wsi Wrześnica, gm. Sławno Prosument posiada falownik Steca Grid 3600 o zdolności do regulacji mocy biernej w zakresie od cos φ=0,95 ind do cos φ=0,95 poj, jednakże wg informacji producenta ustawienia dla Polski nie przewidują żadnej regulacji mocy biernej, praca w trybie cos φ zadany, stały. Aby falownik umożliwiał regulację mocy biernej należy wybrać z listy inny kraj posiadający takie wymagania (!). 14

15 Studium przypadku 15

16 Studium przypadku stacja transformatorowa nr 0632 prosument 16

17 Studium przypadku 4xAL 50 mm m AsXSn 4x50 mm m AsXSn 4x35 mm m PV YDY 5x4 mm 2 25m W obliczeniach założono skrajny przypadek braku poboru mocy czynnej przez innych odbiorców podłączonych do tego obwodu 17

18 Wykres napięcia fazowego u odbiorcy przy poborze przez niego mocy czynnej na jednej fazie, bez generacji mocy czynnej i biernej U max =253 V Wartość napięcia w stacji mogłaby być kilka woltów wyższa aby utrzymać u odbiorców napięcie w granicach normatywnych przy obciążeniu mocą przyłączeniową U min =207 V 18

19 Wykres napięcia fazowego u odbiorcy przy generacji przez mikroinstalację mocy czynnej, przy braku poboru mocy czynnej U f Napięcie przy generacji powyżej 2000 W przekracza wartości dopuszczalne U max =253 V P gen 19

20 Wymaganie w zakresie poboru mocy biernej w funkcji generowanej mocy cos φ (P) wg VDE-AR-N-4105 dla mikroinstalacji o mocy ponad 3,68 kw do 13,8 kw cos φ poj 0,2 0,5 1 1 P/P max 0,95 cos φ ind 20

21 Wykres napięcia fazowego u odbiorcy przy generacji przez mikroinstalację mocy czynnej i przy jednoczesnym poborze mocy biernej wg charakterystyki cos φ (P). Brak poboru mocy czynnej przez odbiorniki. U f Krzywa napięcia bez poboru mocy biernej U max =253 V Wartość napięcia mimo poboru mocy biernej w dalszym ciągu przekracza wartości dopuszczalne. Powodem jest niska reaktancja sieci, szczególnie przewodów izolowanych AsXSn. P gen 21

22 Propozycja zwiększenia reaktancji indukcyjnej sieci poprzez włączenie na przyłączu do odbiorcy dławika szeregowego o indukcyjności 1 mh (reaktancja 0,314 Ω). 22

23 Wykres napięcia fazowego u odbiorcy przy generacji przez mikroinstalację mocy czynnej i przy jednoczesnym poborze mocy biernej wg charakterystyki cos φ (P) przy zainstalowanym dławiku 1 mh (0,314 Ω). Brak poboru mocy czynnej przez odbiorniki. U f Krzywa napięcia bez poboru mocy biernej U max =253 V Wartość napięcia na zaciskach mikroinstalacji przy włączonym szeregowo dławiku jest niższa ale nadal istotnie przekracza wartości dopuszczalne. P gen 23

24 STUDIUM PRZYPADKU badania obiektowe 24

25 Eksperyment 1 montaż dławika szeregowego o reaktancji 1 mh (X=0,314 Ω) 25

26 Eksperyment 1 montaż dławika szeregowego o reaktancji 1 mh Instalator OZE przestawił falownik StecaGrid 3600 z cos φ=1 na cos φ (P) według następującej krzywej cos φ poj 1 0,6 1 P/P max 0,95 cos φ ind 26

27 Eksperyment 1 montaż dławika szeregowego 1 mh Teoretycznie krzywa napięcia powinna być następująca: Przy obciążeniu fazy odbiornikami o mocy 1 kw, napięcie powinno utrzymać się w granicach normatywnych U max =253 V 27

28 Eksperyment 1 montaż dławika szeregowego 1 mh Niestety teoretyczne założenia nie sprawdziły się, okazało się, że falownik w dalszym ciągu wyłącza się z powodu zbyt wysokiego napięcia. Przyczyny: Teoretyczna obliczona impedancja L-PEN bez dławika powinna wynosić 0,76 Ω (R=0,75 Ω, X=0,13 Ω). Zmierzona impedancja wyniosła 1,04 Ω (R=1,01 Ω, X=0,25 Ω), co jest wartością o 37% większą od obliczonej! 28

29 Eksperyment 1 montaż dławika szeregowego 1 mh Skalując impedancję obliczeniową do wartości pomierzonej, wykres U(P gen ) przy zainstalowanym dławiku jest następujący: U max =253 V Napięcie w warunkach rzeczywistych może przekraczać wartości dopuszczalne już przy generacji 1500 W 29

30 Eksperyment 2 montaż urządzenia Voltage Controller (ENSTO) 30

31 Eksperyment 2 montaż urządzenia Voltage Controller Po zainstalowaniu urządzenia Voltage Controller napięcie na falowniku nawet przy pełnej generacji (3680 W) nie przekraczało wartości 233 V V, dzięki czemu możliwa stała się jego bezprzerwowa praca. Jednakże należy mieć świadomość, że napięcie na tym urządzeniu od strony zasilania może przekraczać 260 V, w związku z czym zainstalowanie jego jest możliwe wyłącznie u odbiorców przyłączonych na końcach obwodów, oddalonych od najbliższych sąsiadów, tak aby nie występowało u nich zbyt wysokie napięcie. 31

32 Wnioski 1. Mikroinstalacje przyłączone do sieci wiejskiej mogą bardzo istotnie wpływać na jej profil napięciowy. 2. W niniejszym przypadku cykliczne wyłączanie się mikroinstalacji (kilkadziesiąt razy w ciągu doby) powodowało ciągłe zmiany napięcia w sieci w granicach V. 32

33 Wnioski 3. Ograniczanie wzrostu napięcia poprzez pobór mocy biernej jest możliwe w szczególnych przypadkach sieć nieizolowana, zdolność falownika do poboru mocy biernej cos φ =0,9, odbiorca na końcu linii bez sąsiednich odbiorów, być może konieczne włączenie dodatkowej reaktancji indukcyjnej. 4. Zastosowanie autotransformatorów obniżających napięcie skuteczne, ale drogie i możliwe przy braku w najbliższym sąsiedztwie odbiorców. 33

34 Wnioski 5. Instalowane przez prosumentów falowniki często nie spełniają wymagań obowiązujących norm, w szczególności w zakresie zdolności do regulacji mocy biernej, mimo poświadczania przez instalatorów OZE iż wszelkie wymagane normy są spełniane. Próba rozmów z firmą Steca na temat parametrów technicznych falownika pokazała, że producent traktuje Polskę jako rynek, który kupi wszystko co się zaoferuje, parametry techniczne są sprawą drugorzędną. 34

35 Wnioski 6. Tryb zgłoszeniowy przyspiesza proces przyłączeniowy o około miesiąc, ale pozbawia operatora możliwości oceny czy sieć jest zdolna do odbioru energii z mikroinstalacji. Operator może reagować wyłącznie na reklamację prosumenta o problemach z pracą mikroinstalacji. 7. Sieć wiejska w Polsce to głównie sieć napowietrzna, o długich obwodach i stosunkowo małym przekroju. Zmiana jej na znacznie sztywniejszą sieć kablową to proces wieloletni. 35

36 Przykład rozłożenia zabudowy wsi polskiej 36

37 Przykład rozłożenia zabudowy wsi niemieckiej 37

38 Dziękuję za uwagę