Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Kompensacja mocy biernej w układach SN zasilających elektrownie wiatrowe

Reactive power compensation in medium voltage wind farms power grids
Artykuł przedstawia zagadnienia związane z kompensacją mocy biernej linii kablowej SN zasilającej elektrownie wiatrowe przy wykorzystaniu modelu komputerowego oraz danych pomiarowych.
Artykuł przedstawia zagadnienia związane z kompensacją mocy biernej linii kablowej SN zasilającej elektrownie wiatrowe przy wykorzystaniu modelu komputerowego oraz danych pomiarowych.
Rys. redakcja EI

Odbiorniki elektryczne przyłączone do elektroenergetycznej sieci przesyłowej pobierają w większości przypadków oprócz mocy czynnej również moc bierną. Pobór mocy biernej i współczynnik mocy zależą przede wszystkim od charakteru pracy odbiorników oraz budowy sieci elektroenergetycznej.

W artykule:

• Dobór układu kompensacyjnego na podstawie pomiarów
• Dobór układu kompensacyjnego na podstawie symulacji komputerowej
• Podsumowanie wyników badań i wnioski końcowe

Przepływy mocy biernej w liniach elektroenergetycznych oprócz zwiększania strat transformacji, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, zwiększają także spadki napięcia (pogorszenie warunków pracy odbiorników energii elektrycznej) oraz ograniczają możliwości przesyłu mocy czynnej liniami (przesyłając zamiast niej moc bierną).

W przypadku, kiedy elektrownia wykorzystuje do przesyłu (lub odbioru) energii elektrycznej kabel elektroenergetyczny, może wówczas wystąpić oddawanie do sieci mocy biernej pojemnościowej – wówczas tg φ< 0.

Przekompensowanie sieci, oprócz skutków ekonomicznych, może również powodować podwyższenie wartości napięcia występującego w sieci elektroenergetycznej. Dlatego Operator Systemu Dystrybucyjnego, na podstawie rozporządzenia [1] oraz innych aktów prawnych [2, 3] żąda, aby wartość współczynnika mocy (tg φ), osiągniętego podczas normalnej pracy urządzeń wytwórczych, mieściła się w przedziale 0,00÷0,40 i była o charakterze indukcyjnym.

Rys. 1. Schemat przyłączenia farmy wiatrowej do stacji elektroenergetycznej 110/15 kV; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 1. Schemat przyłączenia farmy wiatrowej do stacji elektroenergetycznej 110/15 kV; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

W liniach kablowych SN pracujących przez pewien okres przy bardzo małych obciążeniach (można przyjąć, że obciążenia nie występują, gdy generator wiatrowy nie pracuje) należy przewidzieć kompensację mocy biernej pojemnościowej.

Rys. 2. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 2. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 3. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 3. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 4. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości tg j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 4. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości tg j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 5. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości cos j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 5. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości cos j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas postoju farmy wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 6. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy czynnej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 6. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy czynnej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 7. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 7. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej trójfazowej na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 8. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 8. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości mocy biernej w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 9. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości tg j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 9. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości tg j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 10. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości cos j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 10. Tygodniowy przebieg zarejestrowanych wartości cos j w poszczególnych fazach na szynach 15 kV stacji 110/15 kV podczas pracy elektrowni wiatrowej; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

Moc urządzeń kompensujących powinna zapewnić pokrycie zapotrzebowania na moc bierną pojemnościową, wynikającą z prądu ładowania linii kablowej przy biegu jałowym.

Moc tych urządzeń powinna być dobierana oddzielnie dla każdej jednostki wytwórczej, ponieważ dobór mocy urządzenia kompensacyjnego, oparty na szacunkach długości oraz danych katalogowych linii, może być obarczony znacznym błędem.

W celu poprawnego określenia mocy urządzenia kompensującego, należy wykonać zarówno symulacje komputerowe pracy danego fragmentu systemu elektroenergetycznego, jak również pomiary przepływów energii biernej w różnych stanach pracy generatora wiatrowego.

W artykule przedstawiono porównanie wyników badań terenowych z wynikami obliczeń symulacyjnych wykonanych dla jednej z farm wiatrowych.

Analizie poddano farmę wiatrową, złożoną z trzech elektrowni typu Fuhrlander FL MD 70/77–1500 kW o mocy znamionowej 1500 kW, przyłączoną bezpośrednio do GPZ za pomocą linii kablowych 15 kV. Schemat ukazujący sposób przyłączenia analizowanej farmy wiatrowej do stacji 110/15 kV przedstawiono na rys. 1.

Dobór układu kompensacyjnego na podstawie pomiarów

Do rejestracji wykorzystano przenośny analizator jakości zasilania MAVOWATT 240 firmy GOSSEN METRAWATT, posiadający certyfikat kalibracji wydany przez Laboratorium Drantez.

Analizator ten przeznaczony jest do pomiarów i rejestracji parametrów pracy jednofazowej lub trójfazowej sieci elektroenergetycznej zgodnie z najwyższymi przyjętymi na świecie standardami, takimi jak: IEC 61000-4-30 Klasa A (wszystkie wielkości mierzone), IEC 610004‑7 (harmoniczne), IEC 61000-4-15 (migotanie światła – flicker), IEEE 1159, IEEE 519 i IEEE 1453 i pozwala na wykonywanie pomiarów w instalacjach o kategoriach CAT III i CAT IV.

Rejestrację parametrów energii elektrycznej prowadzono po stronie 15 kV, przy wyłączonej i załączonej farmie wiatrowej, w czasie jednego tygodnia, z 10 minutowym uśrednianiem oraz zapisem wyników pomiarów.

Na rys. 2, rys. 3, rys. 4, rys. 5, rys. 6, rys. 7, rys. 8, rys. 9 i rys. 10 przedstawiono zarejestrowane w polu liniowym 15 kV stacji 110/15 kV przebiegi zmian wartości mocy biernej (czynnej) oraz współczynników mocy (cos φ, tg φ) przy wyłączonych (rys. 2 , rys. 3, rys. 4 i rys. 5) oraz załączonych (rys. 6, rys. 7, rys. 8, rys. 9 i rys. 10) generatorach wiatrowych.

Zestawienie wyników analizy statystycznej poziomów mocy biernej w poszczególnych fazach oraz mocy biernej trójfazowej na szynach 15 kV podano w tab. 1., a współczynników mocy w tab. 2.

Dobór układu kompensacyjnego na podstawie symulacji komputerowej

W celu wykonania analizy gospodarki mocą bierną w farmie wiatrowej „Wydminy” opracowany został komputerowy model analizowanego fragmentu systemu elektroenergetycznego w środowisku programu komputerowego NEPLAN 5.42.

W wyniku obliczeń wyznaczone zostały wartości mocy czynnej (P) i biernej (Q), współczynników mocy (cos φ) oraz prądów (I) we wszystkich elementach, a także wartości napięć na wszystkich szynach zbiorczych analizowanego układu elektroenergetycznego.

W programie komputerowym NEPLAN 5.42, do obliczania rozpływu prądów i mocy wykorzystywana jest metoda iteracyjna oparta na algorytmie Newtona-Raphsona.

Na rys. 11 i rys. 12 przedstawiono wyniki rozpływów mocy czynnych i biernych dla wybranych stanów pracy analizowanego układu elektroenergetycznego przy wyłączonej i pracującej farmie wiatrowej.

Podsumowanie wyników badań i wnioski końcowe

Na podstawie przeprowadzonych analiz, wyników badań pomiarowych w stacji transformatorowej 110/15 kV oraz symulacji komputerowych sformułowano następujące wnioski:

  • W czasie postoju farmy wiatrowej do systemu elektroenergetycznego oddawana jest energia bierna pojemnościowa (rzędu blisko 41 kvar), wynikająca z istnienia mocy ładowania linii kablowych średniego napięcia.
  • W celu skompensowania pojemnościowej mocy biernej ładowania kabli SN, podczas postoju farmy wiatrowej należy w jednej ze stacji elektrownianych – po stronie niskiego napięcia (690 V) – zainstalować na stałe trójfazowy dławik o mocy 42 kvar.
  • Główną zaletą stałego przyłączenia dławika kompensującego jest brak układu sterującego dławikiem w zależności od mocy generowanej przez farmę wiatrową (znaczy koszt układu oraz wysoka awaryjność). Główną wadą tego rozwiązania jest występowanie stałych strat mocy czynnej w dławiku kompensującym rzędu około 0,5 kW, co daje miesięcznie około 0,36 MWh energii czynnej pobranej z sieci lub wytworzonej przez generator wiatrowy.
  • W przypadku automatycznego odłączania dławika kompensującego podczas pracy farmy wiatrowej, ograniczone zostają ogólne straty mocy czynnej w dławiku (dławik nie pracuje). Odbywa się to jednak kosztem dodatkowych wkładów poniesionych na układ sterowania dławikiem. Rośnie również awaryjność takiego układu, wynikająca z częstych załączeń i wyłączeń dławika, będących skutkiem szybkich zmian mocy czynnej generowanej przez elektrownię.
  • Wykazano zbieżność wyników uzyskanych na podstawie pomiarów rzeczywistych (maksymalna wartość zarejestrowanej mocy biernej trójfazowej wynosiła 40,764 kvar) oraz symulacji komputerowej (obliczona wartość mocy biernej trójfazowej przy wyłączonych elektrowniach wyniosła 40,606 kvar).
Tab. 1. Wyniki analizy statystycznej poziomów mocy biernej fazowej zarejestrowane na szynach 15 kV stacji 110/15 kV
Tab. 1. Wyniki analizy statystycznej poziomów mocy biernej fazowej zarejestrowane na szynach 15 kV stacji 110/15 kV
Tab. 2. Wyniki analizy statystycznej poziomów współczynników mocy w poszczególnych fazach
Tab. 2. Wyniki analizy statystycznej poziomów współczynników mocy w poszczególnych fazach
Rys. 11. Wyniki analizy rozpływu mocy czynnych i biernych oraz poziomów napięć w analizowanym układzie elektroenergetycznym przy wyłączonych elektrowniach wiatrowych; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 11. Wyniki analizy rozpływu mocy czynnych i biernych oraz poziomów napięć w analizowanym układzie elektroenergetycznym przy wyłączonych elektrowniach wiatrowych; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 12. Wyniki analizy rozpływu mocy czynnych i biernych oraz poziomów napięć w analizowanym układzie elektroenergetycznym przy pracujących elektrowniach wiatrowych; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 12. Wyniki analizy rozpływu mocy czynnych i biernych oraz poziomów napięć w analizowanym układzie elektroenergetycznym przy pracujących elektrowniach wiatrowych; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (DzU 2006 nr 89, poz. 625, z późniejszymi zmianami).
2. PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych.
3. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej. PGE Dystrybucja S.A., Lublin, 10 września 2013 r. (z późniejszymi zmianami).

Czytaj też: Kompensacja mocy biernej – zagadnienia wybrane (część 2) - odbiorniki i źródła mocy biernej >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[jakość energii elektrycznej, kompensacja mocy biernej, kabel SN, linia napowietrzna SN, elektrownia wiatrowa, farma wiatrowa]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 5/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Światło dzienne, nasz naturalny regulator - odwzorowanie opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Nowe rozdzielnice Practibox S - wysoka jakość i nagrodzony design w przystępnej cenie»

nowe rozdzielnice Rozdzielnice dedykowane są przede wszystkim dla budownictwa mieszkaniowego (prywatnego jak i deweloperskiego), hoteli i obiektów biurowych. Rozdzielnice otrzymały ... czytam dalej »


Wprawiają w ruch tysiące różnych pojazdów na świecie - znasz ich?

Rozdzielnice średniego napięcia (SN) - przegląd 2019

pojazdy elektryczne Medcom Rozdzielnice 2019 porównanie
Zmieniają sposób myślenia o energii elektryczne i nie tylko... czytam więcej » Rozdzielnice średniego napięcia (SN), tak jak i inne rozdzielnice energetyczne, budowane są na napięcia znamionowe w zakresie od 7,2 do 36 kV o wartościach 7,2; 12; ... czytam dalej »

Kamery termowizyjne w cenach promocyjnych - tylko do 30 czerwca! »

Promocje na kamery termowizyjne Przy pracach instalacyjnych, a także w przemyśle, kamera termowizyjna jest nieodzownym narzędziem pracy ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Ochrona przed przepięciami systemów alarmowych»

Wszyscy elektryczni producenci w jednym miesjcu - zobacz!

Ochrona przepięciowa systemów alarmowych Elektryczni producenci w jednym miejscu
Jak ochronić różnorodne elektroniczne systemy ochrony mienia przed skutkami przepięć(...) czytam dalej » Zobacz ponad 100,000 produktów elektromechanicznych w ofercie (...) czytam dalej »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Ograniczniki przepięć, które wybrać?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Układy SPD typu 1 (ograniczniki przepięć typu 1) powinny być stosowane do ochrony instalacji elektrycznej oraz urządzeń przed zagrożeniami stwarzanymi(...) czytam dalej »

dr inż Grzegorz Hołdyński
dr inż Grzegorz Hołdyński
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Od 1997 roku pracuje w Zakładzie Elektroenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, gdzie w 2006 roku uzyskał stopień d... więcej »
dr inż. Zbigniew Skibko
dr inż. Zbigniew Skibko
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Od 2001 roku pracuje w Zakładzie Elektroenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, gdzie w 2008 roku uzyskał stopień d... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
5/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Stacje ładowania pojazdów elektrycznych
  • - Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych
Zobacz szczegóły
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl