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

Transkrypt

1 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 farmy wiatrowe morskie (offshore) S NT = 0,8 1 GV A Sieć przesyłowa 0 kv S zw = 10 5 GV A Elektrownie systemowe Połączenia i przesył S NT = 0, 0,6 GV A S NT = MV A Sieć rozdzielcza 110 kv S zw = 7,5 GV A Przesył i rozdział S NT = MV A S NTW = MV A Farmy wiatrowe Rys. 1. Możliwości włączenia źródeł rozproszonych w system elektroenergetyczny na przykładzie elektrowni wiatrowych: S NTW znamionowa moc pozorna elektrowni (farmy) wiatrowej, S ZW moc zwarciowa, S NT moc znamionowa transformatora sprzęgającego Sieci rozdzielcze SN (0 kv, 0 kv, 10 kv, 6 kv) S zw = MV A Lokalny przesył i rozdział S NT = kv A S NTW = 0, 5 MV A Turbozespoły wiatrowe lub grupy TW Sieci rozdzielcze nn (0,4 0,8 kv) S zw < 0 MV A Zasilanie odbiorców S NTW < 500 kv A Małe TW lub grupy TW Rys.. Sposób przyłączenia do sieci niskiego napięcia źródła rozproszonego: a) układ nie przystosowany do pracy na wydzielone odbiory, b) układ przystosowany do pracy na wydzielone odbiory; L p łącznik zapewniający stworzenie widocznej przerwy izolacyjnej, L g łącznik dostosowany do obciążenia generatora i warunków zwarciowych 1

2 Rys.. Sposób włączenia źródeł lokalnych (rozproszonych) do sieci rozdzielczej SN: G1 generator pracujący w układzie bez możliwości pracy na odbiory wydzielone, G - generator pracujący w układzie z możliwością pracy wyspowej. Wymagania techniczne i warunki pracy źródeł rozproszonych według IRiESP i IRiESD, na przykładzie farm wiatrowych Wymagania techniczne dla farm wiatrowych o mocy znamionowej, w miejscu przyłączenia, równej 50 MW lub wyższej, które są przyłączone do sieci zamkniętej, dotyczą: a) regulacji mocy czynnej, f) dotrzymywania standardów jakości energii b) pracy w zależności od częstotliwości i napięcia, elektrycznej, c) załączania do pracy i wyłączania z sieci zamkniętej, g) elektroenergetycznej automatyki d) regulacji napięcia i mocy biernej, zabezpieczeniowej, e) pracy farm wiatrowych przy zakłóceniach w sieci h) systemów monitorowania i telekomunikacji, zamkniętej, i) testów sprawdzających. Wymagania techniczne dla farm wiatrowych, o których mowa wyżej, mogą obowiązywać również farmy wiatrowe o mocy znamionowej, w miejscu przyłączenia, niższej niż 50 MW, w przypadku gdy: a) suma mocy znamionowych farm wiatrowych przyłączonych do jednej rozdzielni o napięciu znamionowym 110 kv poprzez transformatory 110/SN przekracza 50 MW, b) suma mocy znamionowych farm wiatrowych przyłączonych do linii promieniowej o napięciu znamionowym 110 kv i wyższym przekracza 50 MW, c) suma mocy znamionowych farm wiatrowych przyłączonych do ciągu liniowego o napięciu znamionowym 110 kv, łączącego co najmniej dwie stacje elektroenergetyczne przekracza 50 MW, d) suma mocy znamionowych farm wiatrowych przyłączonych przez wydzielony transformator NN/110 kv przekracza 50 MW. O obowiązku spełnienia powyższych wymagań decyduje operator systemu właściwy dla miejsca przyłączenia do sieci w wydanych warunkach przyłączenia. Farma wiatrowa powinna być wyposażona w system sterowania i regulacji mocy umożliwiający pracę w następujących reżimach: a) praca bez ograniczeń, odpowiednio do warunków wiatrowych, b) praca interwencyjna według wymagań odpowiedniego operatora systemu, w sytuacjach zakłóceń i zagrożeń w pracy systemu elektroenergetycznego, c) udział w regulacji częstotliwości (dotyczy farm wiatrowych o mocy znamionowej 50 MW). Farma wiatrowa powinna mieć możliwość pracy w następującym zakresie częstotliwości: a) przy 49,5 Hz f 50,5 Hz farma wiatrowa musi mieć możliwość pracy trwałej z mocą znamionową, b) przy 48,5 Hz f < 49,5 Hz farma wiatrowa musi mieć możliwość pracy z mocą większą niż 90% mocy wynikającej z aktualnej prędkości wiatru, przez co najmniej 0 minut, c) przy 48,0 Hz f < 48,5 Hz farma wiatrowa musi mieć możliwość pracy z mocą większą niż 85% mocy wynikającej z aktualnej prędkości wiatru, przez co najmniej 0 minut., d) przy 47,5 Hz f < 48,0 Hz farma wiatrowa musi mieć możliwość pracy z mocą większą niż 80% mocy wynikającej z aktualnej prędkości wiatru, przez co najmniej 10 minut, e) przy f < 47,5 Hz farmę wiatrową można wyłączyć z sieci zamkniętej ze zwłoką czasową uzgodnioną z OSP, f) przy 50,5 Hz < f 51,5 Hz farma wiatrowa musi mieć możliwość trwałej pracy z mocą ograniczaną wraz ze wzrostem częstotliwości, do zera przy częstotliwości 51,5 Hz, g) przy f > 51,5 Hz farmę wiatrową należy wyłączyć z sieci zamkniętej w ciągu maksymalnie 0, s, o ile właściwy operator systemu nie określi inaczej w warunkach przyłączenia do sieci. Farma wiatrowa powinna przekazywać do właściwego operatora systemu sygnał informujący o aktualnym stanie jej jednostek wytwórczych. Sygnał o stanie jednostek wytwórczych powinien być generowany na podstawie identyfikacji stanu i przyczyn odstawienia jednostki. Sygnał informujący o stanie jednostek wytwórczych

3 oraz lokalne pomiary częstotliwości i napięcia sieci są uwzględniane w algorytmach załączania farmy wiatrowej do pracy, uzgadnianych w umowie o przyłączenie. Wyposażenie farmy wiatrowej musi być tak dobrane aby zapewnić utrzymanie określonych w warunkach przyłączenia warunków napięciowych w miejscu przyłączenia do sieci i stabilność współpracy z KSE. Farma wiatrowa musi mieć możliwość regulacji współczynnika mocy lub napięcia w miejscu przyłączenia do sieci. Operator systemu w warunkach przyłączenia do sieci określi wymagania w tym zakresie i może zażądać zastosowania automatycznej regulacji zdalnej. Podczas produkcji mocy czynnej farma wiatrowa musi mieć możliwość pracy ze współczynnikiem mocy w miejscu przyłączenia do sieci w granicach od 0,975 o charakterze indukcyjnym do 0,975 o charakterze pojemnościowym, w pełnym zakresie obciążenia farmy. W zależności od warunków napięciowych w miejscu przyłączenia farmy wiatrowej do sieci właściwy operator systemu może w trybie operatywnym zmieniać zakres regulacji współczynnika mocy, o którym mowa wyżej, lub wymagać pracy z określonym stałym współczynnikiem mocy. Dla farm wiatrowych o mocy znamionowej 50 MW zmiana parametrów regulacji powinna odbywać się w sposób zdalny, dla pozostałych farm wiatrowych warunki są określone w umowie o przyłączenie. Dla farm wiatrowych o mocy znamionowej, w miejscu przyłączenia, 50 MW należy zapewnić system zdalnego sterowania napięciem farmy i mocą bierną z zachowaniem możliwości współpracy z nadrzędnymi układami regulacji napięcia i mocy biernej w tym także z istniejącymi układami regulacji napięcia na stacji ARST. Farmy wiatrowe powinny być przystosowane do utrzymania się w pracy w przypadku wystąpienia zwarć w sieci skutkujących obniżką napięcia w punkcie przyłączenia do sieci. Krzywa przedstawiona na rys. 4 przedstawia obszar, powyżej którego jednostki wytwórcze farmy wiatrowej nie mogą być wyłączane. W niektórych lokalizacjach, operator systemu może wymagać by farmy wiatrowe podczas zakłóceń w systemie produkowały możliwie dużą, w ramach ograniczeń technicznych, moc bierną. Wymaganie to określa operator systemu w warunkach przyłączenia do sieci. Rys. 4. Charakterystyka wymaganego zakresu pracy farmy wiatrowej w przypadku wystąpienia zakłóceń w sieci Dotrzymanie standardów jakości energii elektrycznej (IRiESP) Farma wiatrowa nie powinna powodować nagłych zmian i skoków napięcia przekraczających %. W przypadku gdy zakłócenia napięcia spowodowane pracą farmy wiatrowej mają charakter powtarzający się, zakres jednorazowej szybkiej zmiany wartości skutecznej napięcia nie może przekraczać,5% dla częstości do 10 zakłóceń na godzinę i 1,5% dla częstości do 100 zakłóceń na godzinę Wymagania powyższe dotyczą również przypadków rozruchu i wyłączeń jednostek wytwórczych. Wskaźniki krótkookresowego (P st ) i długookresowego (P lt ) migotania napięcia farm wiatrowych przyłączonych do sieci zamkniętej nie powinny przekraczać odpowiednio wartości: a) średnio za okres 10 min: P st < 0,5 dla koordynowanej sieci 110 kv i P st < 0,0 dla sieci o napięciu znamionowym równym 0 kv lub wyższym, b) średnio za okres godz.: P lt < 0,5 dla koordynowanej sieci 110 kv i P lt < 0,0 dla sieci o napięciu znamionowym równym 0 kv lub wyższym. Farmy wiatrowe, przyłączone do sieci o napięciu znamionowym równym 0 kv lub wyższym, nie powinny powodować w miejscu przyłączenia do sieci emisji pojedynczych harmonicznych napięcia rzędu od do 50 większych niż 1,0%. Współczynnik dystorsji harmonicznych THD w miejscu przyłączenia do sieci powinien być mniejszy od 1,5%. Farmy wiatrowe, przyłączone do koordynowanej sieci 110 kv, nie powinny powodować w miejscu przyłączenia emisji pojedynczych harmonicznych napięcia rzędu od do 50 większych niż 1,5%. Współczynnik dystorsji harmonicznych THD w miejscu przyłączenia do sieci powinien być mniejszy od,5%. Podane powyżej wartości współczynników jakości energii powinny być spełnione w okresie tygodnia z prawdopodobieństwem 99%.

4 Farmy wiatrowe o mocy znamionowej 50 MW, przyłączone do jednego ciągu liniowego, powinny być wyposażone w system pomiaru i rejestracji parametrów jakości energii (pomiar migotania oraz harmonicznych napięcia i prądu), oraz system teletransmisji danych do właściwego operatora systemu. Współczynnik zakłóceń harmonicznymi telefonii THFF dla miejsc przyłączenia farm wiatrowych do sieci zamkniętej powinien być poniżej 1%. Ze względu na ochronę urządzeń telekomunikacyjnych poziom zakłóceń powodowany przez farmę wiatrową w miejscu przyłączenia do sieci zamkniętej powinien spełniać wymagania odpowiednich przepisów telekomunikacyjnych. Występujące wyżej wskaźniki jakości napięcia THD, P st i P lt są zdefiniowane następująco: 1 P THD =, lt = 1 40 U h h= i= 1 sti P (1) gdzie: h rząd harmonicznej, U h wartość względna napięcia w procentach składowej podstawowej; P sti i-ta wartość wskaźnika krótkookresowego migotania napięcia (światła); P lt - wskaźnik długookresowego migotania napięcia, obliczany na podstawie sekwencji 1 kolejnych wartości wskaźnika krótkookresowego migotania napięcia P st (mierzonych przez 10 minut) występujących w okresie godzin. Właściciel farmy wiatrowej ponosi odpowiedzialność za projekt i instalację zabezpieczeń chroniących farmę przed skutkami prądów zwarciowych, napięć powrotnych po wyłączeniu zwarć w systemie, pracy asynchronicznej tej farmy i innymi oddziaływaniami zakłóceń systemowych. Operator systemu, do którego sieci przyłączona jest farma wiatrowa, musi mieć zapewnioną dostępność do sygnałów pomiarowych i parametrów rejestrowanych, wg zasad uzgodnionych z właścicielem farmy. Minimalny zakres udostępnianych operatorowi systemu pomiarów wielkości analogowych z farmy wiatrowej obejmuje wartości chwilowe: a) mocy czynnej, b) mocy biernej, c) napięcia w miejscu przyłączenia do sieci, d) średniej dla farmy prędkości wiatru. Minimalny zakres udostępnianych operatorowi systemu danych dwustanowych obejmuje: a) aktualny stan jednostek wytwórczych farmy, w tym liczbę jednostek pracujących, gotowych do pracy, b) stan układu regulacji częstotliwości, c) inne fakty mogące skutkować wyłączeniem farmy wiatrowej, na warunkach uzgodnionych w umowie o przyłączenie. Wg art. 7 pkt. 8e ustawy PE: W przypadku urządzeń, instalacji lub sieci przyłączanych bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym wyższym niż 1 kv sporządza się ekspertyzę wpływu tych urządzeń, instalacji lub sieci na system elektroenergetyczny, z wyjątkiem przyłączanych jednostek wytwórczych o łącznej mocy zainstalowanej nie większej niż MW, lub urządzeń odbiorcy końcowego o łącznej mocy przyłączeniowej nie większej niż 5 MW. Przedsiębiorstwo energetyczne zajmujące się przesyłaniem lub dystrybucją energii elektrycznej zapewnia sporządzenie ekspertyzy. Rys. 5. Procedura określania warunków przyłączenia dla farm wiatrowych przyłączanych do sieci 110 kv (przed zmianą ustawy PE) 4

5 W ekspertyzie dotyczącej farmy wiatrowej powinny znaleźć się następujące elementy: 1. Specyfikacja techniczna farmy wiatrowej Ogólna charakterystyka farmy wiatrowej zawierająca m.in. moc farmy, schemat elektryczny farmy, typy turbin (zgodnie z Wnioskiem). 1.. Informacje dotyczące lokalizacji farmy wiatrowej względem istniejących elementów infrastruktury sieciowej, wraz z mapą topograficzną (w skali 1:5000 lub dokładniejszej) z naniesioną farmą wiatrową. 1.. Wytyczne w zakresie stacji SN/110 kv farmy wiatrowej Układ stacji GPZ-FW (Główny Punkt Zasilania - stacja SN/110 kv Farmy Wiatrowej) Parametry transformatorów mocy Informacje w zakresie sieci SN farmy wiatrowej Rodzaj sieci: kablowa, napowietrzna Sposób pracy punktu neutralnego sieci Przewidywana struktura powiązań pomiędzy turbinami wiatrowymi a GPZ-FW Układ połączeń pomiędzy GPZ-FW a stacją OSD.. Analiza rozpływów mocy czynnej i biernej..1. Analiza układów elektroenergetycznych normalnych i awaryjnych (kryterium n-1) w zakresie: a. sposobu zasilania istniejących stacji 110kV/SN zlokalizowanych w pobliżu planowanej farmy wiatrowej, b. parametrów układu elektroenergetycznego i obciążeń sieci na tle obciążalności długotrwałej elementów sieci. Obliczenia należy wykonać dla: szczytu zimowego, szczytu rannego letniego oraz doliny letniej... Analiza winna obejmować niezbędny zakres sieci dystrybucyjnej i przesyłowej, umożliwiający: a. właściwą ocenę ewentualnych zagrożeń wynikających z przyłączenia planowanej farmy wiatrowej, b. wyprowadzenie pełnej mocy z farmy wiatrowej w stanach normalnych i n-1.. Wahania napięcia w sieci elektroenergetycznej wynikające z pracy farmy wiatrowej..1. Ocena możliwości wprowadzenia mocy do węzła będącego miejscem przyłączenia farmy wiatrowej w zakresie dopuszczalnych stanów pracy (wartości napięć) sieci... Analiza zmian statycznych napięcia w miejscu przyłączenia farmy wiatrowej (PCC) z uwzględnieniem jej charakterystyk. Obliczenia należy wykonać: szczytu zimowego, szczytu rannego letniego oraz doliny letniej... Analiza zmian dynamicznych napięcia w miejscu przyłączenia farmy wiatrowej wywołanych przyłączeniem do sieci planowanej farmy wiatrowej.4. Analiza wpływu zmian napięcia spowodowanych zmianami wprowadzanej do sieci mocy czynnej i biernej w aspekcie pracujących w najbliższych węzłach automatyk SCO i SNO. Wpływ pracy farmy wiatrowej na warunki pracy tych automatyk w warunkach zachwianej stabilności systemu elektroenergetycznego..5. Jednoznaczna ocena wpływu pracy farmy wiatrowej na możliwość wprowadzania mocy czynnej i biernej istniejących jednostek wytwórczych przyłączonych do sieci SN tego samego węzła..6. Analiza wpływu regulacji mocy biernej farmy wiatrowej na poziomy napięć w miejscu przyłączenia. 4. Współczynniki uciążliwości migotania światła w PCC. Analiza winna być przeprowadzona dla następujących stanów pracy farmy wiatrowej: a. praca ciągła P st = P lt b. operacje łączeniowe przy startowej prędkości wiatru, c. operacje łączeniowe przy znamionowej prędkości wiatru. 5. Harmoniczne prądów i napięć. 6. Obliczenia zwarciowe i ocena wpływu przyłączanej farmy wiatrowej na moce i prądy zwarciowe w sieci elektroenergetycznej Obliczenia zwarciowe winny uwzględniać: a. minimalne i maksymalne poziomy mocy zwarciowych, b. wartości prądów zwarcia -fazowego i 1-fazowego, X 0 c. wartości współczynników. X1 w miejscu przyłączenia planowanej farmy wiatrowej (PCC) oraz w stacjach NN/110 kv i 110 kv/sn. Należy wyznaczyć moce maksymalne i minimalne, które mogą wystąpić w analizowanym obszarze. 7. Uwagi końcowe. 5