Wykorzystanie farm wiatrowych do operatywnej regulacji parametrów stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykorzystanie farm wiatrowych do operatywnej regulacji parametrów stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv"

Maciej Dąbrowski
6 lat temu
Przeglądów:

1 VII Konferencja Przyłączanie i współpraca źródeł OZE z systemem elektroenergetycznym Warszawa r. Wykorzystanie farm wiatrowych do operatywnej regulacji parametrów stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv Ireneusz Grządzielski, Krzysztof Marszałkiewicz, Politechnika Poznańska Bogumiła Strzelecka, Czesław Kolterman, Janusz Budzyń ENEA Operator Sp. z o.o.

1. Wprowadzenie Na V Konferencji przedstawiono referat nt. Regulacyjność farm wiatrowych przyłączanych do sieci średniego napięcia. (ukazał się także na łamach czasopisma WE nr 11,2015, ss.

2 1. Wprowadzenie Na V Konferencji przedstawiono referat nt. Regulacyjność farm wiatrowych przyłączanych do sieci średniego napięcia. (ukazał się także na łamach czasopisma WE nr 11,2015, ss.21-25); Na VI Konferencji przedstawiono referat nt. Sterowanie farmą wiatrową przyłączoną do sieci dystrybucyjnej 110 kv rozwiązania zaawansowane (ukazał się także na łamach czasopisma WE nr 8,2017, ss.3-12 Dzisiaj prezentowany referat przedstawia tematykę wykorzystania farm wiatrowych do operatywnej regulacji stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv ENEA Operator. Referat w części zawierającej przykłady oparto na doświadczeniach sterowania operatywnego Autorów z ENEA Operator Sp. z o.o. (dalej ENEA Operator)

3 2. Nadrzędny system sterowania farmą wiatrową (SSFW)- rozwiązania zaawansowane

4 Zadania realizowane przez nadrzędny system sterowania farmą wiatrową (SSFW)

5 Przykładowa struktura farmy wiatrowej o mocy 30,6 MW odwzorowana w systemie SCADA Syndis ENEA Operator

6 Przykładowy panel sterowania farmą wiatrową z poziomu systemu SCADA Syndis ENEA Operator

3. Bilans mocy czynnej zapotrzebowanie/ generacja z farm wiatrowych dla obszaru ENEA Operator Moc znamionowa farm wiatrowych przyłączonych aktualnie do sieci dystrybucyjnej

7 3. Bilans mocy czynnej zapotrzebowanie/ generacja z farm wiatrowych dla obszaru ENEA Operator Moc znamionowa farm wiatrowych przyłączonych aktualnie do sieci dystrybucyjnej ENEA Operator kv : 593,5 MW ( 15 farm) - SN : 430 MW Przykładowe moce znamionowe farm przyłączonych do sieci 110 kv ENEA Operator - 14 MW - 26 MW - 30 MW - 47,5 MW - 63 MW

Oznacza to, że mogą pojawiać się sytuacje pokazane na rysunku poniżej w wietrzne dni świąteczne moc czynna zapotrzebowana przez odbiorców ENEA Operator może być w znacznym stopniu pokrywana przez

8 Oznacza to, że mogą pojawiać się sytuacje pokazane na rysunku poniżej w wietrzne dni świąteczne moc czynna zapotrzebowana przez odbiorców ENEA Operator może być w znacznym stopniu pokrywana przez generację wiatrową. W podanym przykładzie moc minimalna zapotrzebowana była na poziomie 737 MW, moc generowana przez farmy wiatrowe była na podobnym poziomie, a jej wartość maksymalna dochodziła do ok 900 MW. Bilans mocy czynnej zapotrzebowanie/generacja z farm wiatrowych dla przykładowego tygodnia dla ENEA- Operator.

9 Sytuacja taka może powodować konieczność redukcji mocy czynnej farm. Można to wykonać w trybie regulacji mocy czynnej P. Funkcja ta na razie nie była wykorzystywane w trybie operatywnym przez dyspozytorów CDM ENEA Operator. Dodatkowo: Pkt IRiESD: Operator systemu ma prawo ograniczyć czasowo bez konsekwencji finansowych moc farmy wiatrowej, do wartości nie mniejszej niż 5% mocy znamionowej farmy wiatrowej. Ograniczenie mocy może być zadawane przez sygnał zewnętrzny w MW lub % aktualnej mocy farmy wiatrowej, lub też w postaci zależności od częstotliwości i/lub napięcia sieci. Algorytm regulacji mocy czynnej farmy wiatrowej musi być dostosowany do realizacji tego wymagania. Szybkość zmniejszania mocy w celu osiągnięcia zadanej wartości powinna wynosić co najmniej 10% mocy znamionowej farmy wiatrowej na minutę.

10 Sterowanie i regulacja mocy P w trybie wolnych zmian P - gradient <10%P n /min. 63 MW 38 MW

11 4. Sterowanie i regulacja napięcia oraz mocy biernej farmy wiatrowej Fakty w zakresie bilansu mocy biernej dla współczesnej farmy wiatrowej: Współczesne elektrownie wiatrowe niezależnie od zastosowanego typu generatora - asynchroniczny dwustronnie zasilany (DFIG) lub synchroniczny (FCI) - mogą generować lub pobierać moc bierną praktycznie niezależnie od generowanej mocy czynnej. Jednocześnie często na farmie, w zależności od potrzeb, instalowane są dodatkowo takie urządzenia jak dławiki, baterie kondensatorów a także urządzenia FACTS. Poza tym w bilansie mocy biernej należy uwzględnić moc bierną kablowych SN tworzących sieć połączeń farmy wiatrowej pojemnościową linii

12 Zdolność generacji lub poboru mocy biernej oferując następujące tryby regulacji: jest kontrolowana przez nadrzędny SSFW tryb regulacji napięcia - zapewnienie utrzymanie warunków napięciowych w punkcie przyłączenia farmy wiatrowej zgodnie z rysunkiem kolejny slajd ; krzywa parametryzowana jest w zależności od wielkości farmy i miejsca przyłączenia. tryb regulacji mocy biernej zapewnia utrzymanie generacji i poboru mocy w zakresie wartości wskazanych przez operatora sieciowego, tryb regulacji stałego współczynnika mocy - posiadanie zdolności do generacji mocy biernej, o wartości wynikającej z wymaganego, dla mocy osiągalnej (P os ), współczynnika mocy w punkcie przyłączenia farmy wiatrowej w granicach od cos φ = 0,95 o charakterze indukcyjnym do cos φ = 0,95 o charakterze pojemnościowym.

Tryb regulacji napięcia U Strefa nieczułości Standardowa charakterystyka statyczna regulacji napięcia farmy wiatrowej przyłączonej do sieci NN,WN a także SN parametryzowana zgodnie z kodeksami

13 Tryb regulacji napięcia U Strefa nieczułości Standardowa charakterystyka statyczna regulacji napięcia farmy wiatrowej przyłączonej do sieci NN,WN a także SN parametryzowana zgodnie z kodeksami sieciowymi -IRiESD, IRiESP [ 1,2 ] W [1] poszczególnym parametrom nadano następujące wartości (dotyczy sieci 110 kv): U min = kv, U max = ( ) kv, U prog1 = (99-110) kv, U prog2 = ( ) kv, U z = (99-120) kv Podstawowym wskaźnikiem kwalifikującym daną farmę do udziału w procesie regulacji napięcia może być wartość maksymalnej zmiany napięcia U max% powodowanej zmianą maksymalnej generowanej mocy biernej przez farmę [6].

14 W [6] proponuje się przyjąć, że jeżeli U max % : 5% farmę wiatrową należy zakwalifikować do pracy w trybie regulacji mocy biernej zadanej Q z lub zadanego współczynnika mocy cosφ z, 5% w przypadku współpracy z układami ARST/ARNE praca w trybie regulacji zadanej mocy biernej Q z, przy pracy autonomicznej w trybie regulacji zadanego napięcia U z (wartość napięcia zależy od struktury systemu przylegającego do danego węzła, pracujących pobliskich źródeł itp.) Charakterystyki statyczne zmian mocy biernej farmy wiatrowej o mocy znamionowej czynnej ok. 60 MW w zależności od zadawanych poziomów napięć; badania przeprowadzono dla trzech poziomów generacji mocy czynnej. Zmiany napięcia od ok. 4 do 4,4 kv przy zmianach mocy biernej ± 20 Mvar.

Tryb regulacji napięcia mocy Q i współczynnika mocy cos φ Regulacja napięcia w ciągu liniowym 110 kv zasilanym jednostronnie z trzema farmami wiatrowymi (oznaczonymi dalej jako farma A, farma B i

15 Tryb regulacji napięcia mocy Q i współczynnika mocy cos φ Regulacja napięcia w ciągu liniowym 110 kv zasilanym jednostronnie z trzema farmami wiatrowymi (oznaczonymi dalej jako farma A, farma B i farma C) przyłączonymi do 110 kv; do sieci SN GPZ-ów ciągu przyłączone są również elektrownie wiatrowe. Przedmiotowy ciąg liniowy 110 kv zasilany jest aktualnie jednostronnie. Wynika to z remontu linii 110 kv zasilającej ciąg z drugiej strony ze stacji redukcyjnej NN/110 kv. Układ jest więc elastyczny powodując duże zmiany napięcia zasilającego 110 kv w zależności od poboru mocy zapotrzebowanej oraz generowanej przez farmy wiatrowe

16 Zmiany napięcia zarejestrowane w ciągu godziny w węźle ZKO 110 kv ; regulacja napięcia za pomocą farmy A z poziomu 110 kv do 113 kv przy minimalnej (na poziomie 1 MW) generacji mocy czynnej przez farmę Zmiana generacji mocy biernej przez farmę A z poziomu 0 Mvar do poziomu 2 Mvar powodująca zmianę napięcia wskazaną na rysunku obok

17 Zmiany napięcia zarejestrowane w ciągu kilku godzin w węźle ZKO 110 kv ; z powodu wysokiego napięcia na poziomie 121 kv zastosowano regulacja napięcia za pomocą farmy A zwiększono pobór mocy przez farmę A z poziomu 0 Mvar do 4 Mvar przy minimalnej generacji mocy czynnej przez farmę. Zmiana poboru mocy biernej przez farmę A z poziomu 0 Mvar do poziomu 4 Mvar powodująca obniżenie napięcia w węźle ZKO 110 kv.

18 Zmiany napięcia zarejestrowane w ciągu godziny w węźle ZKO 110 kv ; regulacja napięcia za pomocą farmy B poprzez zmianę cosφ farmy Zmiana współczynnika mocy cosφ farmy B z poziomu 1 do 0,97, a tym samym generacji mocy biernej powodująca zmianę napięcia wskazaną na rysunku obok

19 5. Wnioski 1. Współczesne farmy wiatrowe mają duże możliwości zmian generacji i poboru mocy biernej. W wielu przypadkach istnieje pełna dostępność mocy biernej bez generacji mocy czynnej. Moc ta może być z powodzeniem wykorzystywana przez operatora sieciowego do lokalnego bilansowania mocy biernej na poziomie sieci dystrybucyjnej 110 kv. W przypadku elektrowni wiatrowych pracujących w sieci SN moc ta może być wykorzystana do kompensacji centralnej i grupowej. 2. Regulacja napięcia w sieci dystrybucyjnej 110 kv przez farmy wiatrowe nie zawsze będzie zadawalająca. Możliwości regulacyjne zależą od relacji maksymalnej generacji mocy biernej przez farmę wiatrową oraz mocy zwarciowej w punkcie przyłączenia PCC/PoI. 3. Przeprowadzane testy i próby eksploatacyjne potwierdzają, że gradienty zmian mocy czynnej prowadzące do ograniczeń generacji (zarówno w stanach normalnych jak i zakłóceniowych) są znacznie korzystniejsze niż w przypadku źródeł konwencjonalnych. Po odstawieniu farmy wiatrowej jej ponowne uruchomienie może odbywać się bardzo szybko.

20 5. cd. Wnioski 4. Podstawowym problemem w przypadku farm wiatrowych pracujących autonomicznie będzie skoordynowanie nastaw regulatorów farm pracujących w niewielkich odległościach (elektrycznie ) od siebie. Przy braku takiej koordynacji może dojść do niekontrolowanych przepływów mocy biernych między poszczególnymi farmami. Jedynym rozwiązaniem tej sytuacji jest szybki rozwój obszarowych systemów regulacji trójnej napięcia i mocy biernej. 5. Wydaje się celowe, aby w ramach taryf zachęcić właścicieli farm wiatrowych do rynku różnych usług systemowych realizowanych przez sterowanie farmami wiatrowymi dla poprawy niezawodności pracy sieci.

21 Wykorzystanie farm wiatrowych do operatywnej regulacji parametrów stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv Dziękuję za uwagę 21

Podobne dokumenty

Wybrane zagadnienia pracy rozproszonych źródeł energii w SEE (J. Paska)

Wybrane zagadnienia pracy rozproszonych źródeł energii w SEE (J. Paska) 1. Przyłączanie rozproszonych źródeł energii do SEE Sieć przesyłowa 400 kv (80 kv) S zw = 0 0 GV A Duże elektrownie systemowe Połączenia międzysystemowe Przesył na znaczne odległości S NTW > 00 MV A Duże