1

ODRŢIVOST POGONA DISTRIBUIRANIH IZVORA PRI KVARU U DISTRIBUCIJSKOJ MREŢI – TLAPNJA ILI MOGUĆNOST?

SAŢETAK

Više nema nikakve dvojbe kako su obnovljivi izvori električne energije u budućnosti nosivi stup opskrbe električnom energijom, te kako će njihova izgradnja i pogon izravno i značajno utjecati na budućnost elektroenergetskog sustava, opskrbu električnom energijom i korištenje mreže. S njihovim objedinjavanjem u elektroenergetski sustav, s rastom njihovog udjela u snazi i energiji, morati će se potpuno drukčije uskladiti rad elektroenergetskog sustava.

Pristup kojim se svi problemi pogona elektrane s mrežom rješavaju jednostavno brzim odvajanjem elektrane od mreže i dovoĎenjem distribucijske mreže ponovno u pasivno stanje više nije bezuvjetno prihvatljiv, a posebno ne kada udjel snage ovih elektrana na nižim naponskim razinama postane vrijedan uvažavanja. Naglašeno poželjna postaje sposobnost elektrane održati stabilnost svog pogona s mrežom i pri kvaru u mreži. U referatu će se ukazati na značajke kvarova u mreži, ključne ciljeve i zahtjeve za ponašanje elektrana u odnosu na održanje napona u prijelaznom stanju do djelovanja zaštite koja će izdvojiti sastavnicu mreže u kvaru.

Kljuĉne rijeĉi: kvar, poremećaj, propad napona, odvajanje elektrane, prolazak kroz kvar, dinamička podrška naponu,

VIABILITY OF OPERATION OF DISTRIBUTED SOURCES DURING THE FAULTS IN DISTRIBUTION NETWORK - ILLUSION OR POSSIBILITY

SUMMARY

There is no longer any doubt that renewable power sources in the future are going to be a pillar of power supply. Their construction and operation will have a direct and significant impact on future power systems, power supply and usage of the network. Their consolidation into a power system and the growth

in renewables share of total power/energy will cause a completely different power systems operation.

An approach where all problems of the power plant connected to the network were easily solved by its fast switching off the network and bringing distribution network back to the passive state is not a necessarily acceptable. Particularly it is not a case when a plant production at lower voltage levels becomes worth of considering. The ability of plant to maintain the stability of its operation even during the failures in the network becomes strongly desirable. The paper will point out the characteristics of failures in the network, key objectives and requirements for the behavior of plants in regarding voltage sustain during the transition state until the protection isolate a network component with failure.

Keywords: failure, disturbance, voltage drop, power station switch-off, riding through the failure, dynamic voltage support

Damir Karavidović, dipl.ing.el. HEP – ODS d.o.o., Zagreb damir.karavidovic@hep.hr

SO3 – 16 3. (9.) savjetovanje

Sveti Martin na Muri, 13. – 16. svibnja 2012.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE

ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE

mailto:damir.karavidovic@hep.hr

2

1. 1. UVOD

1.1. Opći uvod

Temeljna značajka današnjih distribucijskih mreža je njena aktivna priroda, koja potječe od rasta broja i ukupne snage izvora električne energije u njenim njedrima.

U distribucijskoj mreži povećava se ne samo broj proizvodnih jedinica već i njihova nazivna snaga. Veliki broj proizvodnih jedinica različite vrste, glede izvora primarne snage, s različitom vremenskom raspoloživošću primarne snage, sve više omogućava tehničku i energetsku integraciju ovih izvora u elektroenergetski sustav s obilježjem nezanemarivog vremena sudjelovanja u opskrbi električnom energijom. Decentralizirani izvori obnovljive energije i kogeneracije priključuju se na sve naponske razine EES-a, u svaki kut mreže, a time s izvorima velike snage i mrežom dijele sva stanja sustava, sve pogonske dogaĎaje na razini sustava i svoje okolišne mreže.

Poznato je, kako najveća prividna snaga vjetroelektrana na sjeveru Europe dostiže vrijednost snage velikih termoelektrana, za korištenje njihove snage grade se posebne visokonaponske mreže. Zato ne čudi što se takve elektrane s pogonskih i opskrbnih gledišta uzimaju u razmatranje s jednakim mjerilima značaja za pogon EES koja vrijede i kod razmatranja uloge konvencionalnih elektrana.

Veliki broj izvora obnovljive energije male snage u niskonaponskoj mreži i s velikim udjelom u proizvodnji tijekom dana, postaju ozbiljan utjecajni čimbenik kod stvaranja strategije održanja stabilnosti cjelovitog EES od kvarova i poremećaja. Snaga decentralizirane proizvodnje, rasuta sve u dilj distribucijske mreže,kada postane nezanemarivog udjela u ukupnoj snazi proizvodnje u sustavu, počinje biti nezanemariva i kod razrade strategije zaprečivanja uvjeta nastanka velikog raspada (problem poznat pod nazivom: 50,2 Hz).

Prvi put u povijesti pogona EES, neke njegove sastavnice na najnižoj naponskoj razini postaju uvažavane u održanju njegove stabilnosti. Kako bi to bilo ostvarivo, morali su se postaviti novi zahtjevi operatora prijenosne i distribucijske mreže glede dinamičke podrške elektrana mreži, odnosno, ponašanju elektrana pri kvarovima i poremećajima u okolišnoj i nadreĎenoj mreži, kao i ponašanju kad doĎe do poremećaja stabilnosti u cjelovito promatranom EES-u.

1.2. Kljuĉni cilj

Prije značajnijeg ulaska distribuiranih izvora u distribucijsku mrežu, pred ponašanje distribuiranih izvora u paralelnom pogonu s mrežom postavljali su se samo zahtjevi koje obilježava statička podrška mreži. Čim bi nastupio poremećaj primjerenih uvjeta za paralelni pogon, uzrokovan dogaĎajima u mreži udaljenim od elektrane, na istoj ili višoj naponskoj razini, primjenjivalo bi se načelo koje bismo mogli nazvati: prepoznaj i odvoji se (slika 1), a koje ima obilježje neselektivnog odvajanja.

Slika 1. Tijek dogaĎanja s elektranom kada se primjenjuje bezuvjetno odvajanje od mreže

3

Kada govorimo o kvarovima u mreži, mislimo na one kvarove koji prijete narušavanju sinkronog pogona elektrane i mreže, a to su kratki spojevi. Kada pak kažemo kratki spoj u mreži mislimo na mjesta u mreži nadreĎenih naponskih razina (na slici 2. to su 110 i 35 kV) i mreži iste naponske razine (10 kV) osim priključnog voda preko kojeg je elektrana spojena s mrežom ako priključni vod nije opremljen sa zaštitom od kvarova u mreži već samo zaštitom za odvajanje generatora. Kada je u polju elektrane prema mreži ugraĎena selektivna zaštita od kvarova u mreži (prikazana simbolom I>), moguće je kod prolaznih kvarova ostvariti opstojnost elektrane.

Slika 2. Mjesta kratkog spoja u nadreĎenoj i mreži priključenja elektrane za koje se traži njena opstojnost

Kada govorimo o poremećajima, mislimo na poremećaje stabilnosti elektroenergetskog sustava koji se u distribucijskoj mreži prepoznaju u odstupanju frekvencije napona mreže od nazivne vrijednosti.

S povećanjem značaja elektrana u pogonu distribucijske mreže, a potom i na razini sustava, s povećanjem zahtjeva kupaca za višom razinom pouzdanosti opskrbe električnom energijom, operatoru distribucijskog sustava je nezaobilazno uvoditi zahtjeve prema proizvoĎačima za dinamičkom podrškom naponu mreže kod kvara i poremećaja. Tome su, dakako, kao preteča bili operatori prijenosnog sustava, ali danas je to zahtjev koji se primjenjuje i od strane operatora distribucijskog sustava.

Kljuĉni cilj je, kod kratkih spojeva u mreži i pojava narušavanja stabilnosti u sustavu, izbjeći bezuvjetno odvajanje elektrane od mreže, a što je prva pretpostavka pokušaja opstojnosti pogona elektrane s mrežom. Opstojnost pogona elektrane s mrežom i u uvjetima kvara ili poremećaja, kao i sve u prirodnom svijetu, ima svoje krajnje granice. Takav cilj je opravdan, on je u funkciji kakvoće opskrbe, a njegovo ostvarenje bi podržalo kakvoću napona i neprekinutost napajanja, no je li njegovo dostignuće tlapnja ili ponuĎena mogućnost?

2. ODRŢIVOST POGONA ELEKTRANE PRI KVARU U DISTRIBUCIJSKOJ MREŢI

Postavljajući ključni cilj, zapravo zagovaramo čvrsti suživot elektrana i mreže, tražimo rješenja za ostanak u primjerenom paralelnom ili otočnom pogonu nakon prolaska kroz neprimjerene pogonske uvjete, kroz pogonske bure i grebene. U pristupu odgovoru kako ostvariti cilj, važno je prepoznati značajke pogonskog dogaĎaja u mreži koji se smatra kvarom, odnosno, poremećenim stanjem pogona mreže i usporediti ih sa sposobnošću rada pojedine vrste elektrane pod takvim uvjetima. Dakako, ograničeno vrijeme, sve dok kvar ili poremećaj ne prestane bez obzira na razlog (prolazni uzrok, djelovanje zaštite, ...).

4

2.1. Kvarovi u mreţi kao izazov za opstojnost pogona elektrane

Kao mjerilo za sposobnost elektrane je njeno ponašanje tijekom trajanja kratkog spoja u mreži. Svaki kratki spoj u mreži uzrokuje propad vrijednosti napona čija dubina i trajanje ovise od niza čimbenika.

Propadi napona nastaju najčešće kao posljedica kvarova u elektroenergetskom sustavu (u distribucijskim i prijenosnim mrežama te ponekad i u postrojenjima samog korisnika), a mogu biti i posljedica uključivanja ili isključivanja trošila velike električne snage u postrojenjima kupaca kada se ovi nalaze u „električnoj blizini“ promatrane točke mreže. Utjecaji propada napona pripadaju kategoriji poremećaja stacionarne vrijednosti napona i s gledišta kupaca, kao korisnika mreže, sastavni su dio kakvoće opskrbe električnom energijom. MeĎutim, s promjenom obličja proizvodnje, iz centraliziranog u decentralizirani sustav, pitanja propada napona u mreži preko mjerila za odvajanje distribuiranih izvora postaje i pitanje pouzdanosti napajanja u elektroenergetskom sustavu, napose u distribucijskom sustavu.

Značajke propada napona imaju različitu razinu u odnosu mjesta nastanka i mjesta elektrane u mreži čije ponašanje promatramo (slika 3.). Vrijeme pred nama donosi distribuirane izvore i distribuiranu proizvodnju električne energije. Značajka te činjenice od bitne važnosti za naše razmatranje je njihova raspršenost na svim naponskim razinama distribucijske mreže, a u RH ih ima čak 5. Naponske razine su meĎusobno povezane transformatorima i vodovima različitih, ali sumjerljivih osobina bitnih za značajke propada napona kod kratkih spojeva u mreži iste ili susjedne razine.

Slika 3. Pretpostavljena mjesta kvarova u mreži s utjecajem na odvajanje elektrana zbog propada napona

Uistinu je opravdano pitanje: treba li, primjerice, pri kratkom spoju KS 1 u mreži 110 kV, doći do odvajanja svih ili nekolicine elektrana na naponskoj razini 10 kV ili čak na 0,4 kV?

Ali, pitati se valja i treba li elektrana imati jednake sposobnosti opstanka u pogonu kod pojave svakog kvara i na svakom mjestu u mreži njenog priključenja, pa i na vodu preko kojeg je sama priključena na mrežu. Ili možda, na kojoj naponskoj razini ispod razine nastanka kratkog spoja, su granice utjecaja kratkog spoja na stabilan pogon elektrana?

Dva su temeljna uzroka koja pogoduju, ponekad i „alibi“ primjeni neselektivnog odvajanja elektrane kod kvarova u mreži:

1) Nepoznavanje dubine i trajanja propada napona na sučelju elektrane s mrežom kod različitih vrsta kvarova, na različitim mjestima naponskih razina nadreĎene mreže i u mreži priključenja elektrane. To pak doprinosi pribjegavanju primjene niske razine postavljanja proradne vrijednosti podnaponske zaštite s trenutnim djelovanjem.

2) Nekorištenje mogućnosti takvog ponašanja elektrane pri kvarovima u mreži koje bi doprinijelo dinamičkoj podršci održanju napona.

5

Primjerice tragom prvog uzroka, uobičajena je primjena bezuvjetnog, trenutnog odvajanje elektrane od mreže kada zbog kvara, negdje u mreži, nastane propad napona na sučelju elektrane s mrežom s razinom preostalog napona od 85% Un ili čak 0,90% Un. Dakle, postavljanje vrijednosti prorade podnaponske zaštite, koja odgovara visokoj razini preostalog napona na sučelju elektrane s mrežom i njeno trenutno djelovanje, svakako je prijetnja traganju za opstojnošću pogona elektrane.

OdreĎenje ponašanja elektrane tijekom kvara u mreži, njena pogonska karakteristika, je pak zahtjev operatora mreže prema sposobnosti elektrane, a za koji mora postojati uporište u propisima. Za sposobnost odziva elektrane s održivim značajkama, uvriježilo se u nas korištenje izraza „prolazak kroz kvar“ (eng. „Low Voltage Ride Through“ ili kratica LVRT).

2.1.1. UreĊenost pristupa propadu napona normama, pravilima, ...

Propad napona u mreži na priključku kupca, kao korisnika mreže, jest mjerilo za kakvoću napona. Norme za kakvoću napona (primjerice HRN EN 50160 (L1)) definiraju propad napona kao privremeno smanjenje napona ispod unaprijed odreĎene granične vrijednosti, a granice su najčešće u području 90% do 1% Un. Trajanje propada napona (Δtp) iznosi izmeĎu 10 ms i 1 min. Nadalje, norma EN 50160 (L2) utvrĎuje kako očekivani godišnji broj propada napona mreže može pri normalnim pogonskim uvjetima biti izmeĎu nekoliko desetaka do tisuću, a većina njih traje kraće od 1 s i ima dubinu propada (ΔUp) manju od 0,6 Un, odnosno, preostali napon je Ur > 0,4 Un (slika 4.).

Mrežna pravila elektroenergetskog sustava u RH ne utvrĎuju propade napona kao pojavu i odnos operatora mreže glede ograničenja broja, dubine i trajanja propada napona.

Propadi se s gledišta kakvoće napona razvrstavaju prema dubini i vremenu trajanja propada, a zatim se to razvrstavanje koristi za razvrstavanje opreme u skupine za koje se utvrĎuju granice podnošljivosti propada glede njihove dubine i trajanja. Podnošljivost na propad napona u EU obraĎuju norme IEC 61000-4-11 i IEC 1000-4-34 (L3).

Zahtijevajući od elektrane sposobnost pružanja dinamičke podrške naponu kod kvara u mreži, osim opstojnosti elektrane radi pouzdanosti napajanja, dobivamo korist i kroz podršku kakvoći napona u njenom okruženju, a kroz smanjenje dubine i vremena trajanja početnog propada (norma propisuje dopuštene vrijednosti: Δtp < 1 s, ΔUp > 0,4 Un).

Dubina propada napona je razlika (izmeĎu najmanje efektivne vrijednosti napona tijekom propada i nazivne (Un) ili efektivne vrijednosti napona (Uc) utanačene izmeĎu operatora i korisnika mreže (kod NN mreža uobičajeno je (Uc=Un). Promjena napona kod koje napon ne padne ispod 90% Un(Uc), ne promatra se kao propad napona.

Slika 4. Obilježja propada i kratkotrajnog prekida napona na mjestu priključenja elektrane

6

Propadi napona kao posljedica kratkih spojeva u mreži, predvidivi su onoliko koliko i njihovi uzroci, a njihov godišnji broj u promatranoj mreži ovisi prije svega o značajkama vodova (nadzemni-podzemni) i postrojenja (klasične ćelije, sklopni blokovi ili metalom oklopljena postrojenja). Dio uzroka kratkih spojeva potječe od djelovanja atmosferskih pražnjenja kao prirodne sile. Dugogodišnja statistika kvarova u dijelovima mreže, može biti dobar temelj za predviĎanje broja propada. Dubina i trajanje propada može se približno utvrditi računalnim proračunima, a ponajbolje istraživanjima u stvarnoj mreži utemeljenim na dugotrajnim mjerenjima.

2.1.2. Poznavanje znaĉajki naponskih propada nastalih kvarovima u mreţi

Temeljna mjerila primjerenog paralelnog pogona elektrane i mreže su primjerene vrijednosti napona i frekvencije. Jednako tako je propad napona na mjestu priključenja elektrane na mrežu mjerilo neprimjerenih uvjeta paralelnog pogona i kriterij za odvajanje elektrane od mreže.

Kako bi cjelovito oblikovao svoja stanovišta za pristup pitanjima opstojnosti elektrane na mreži Operator distribucijske mreže mora prvo provesti istraživanja u vlastitoj mreži kako bi potpuno prepoznao povezanost naponskih propada na mjestu priključenja elektrana u mreži svih naponskih razina, s kvarovima u utjecajnim dijelovima ostale mreže (slika 3). Rezultat treba koristiti za usvajanje pravila razvrstavanja naponskih propada prema vrsti kvara, dubini i vremenu trajanja propada. Potom slijedi usvajanje postupaka kojim pojedine vrste elektrana mogu pružiti dinamičku podršku naponu kod tranzjentnih naponskih propada. Na kraju, treba usvojiti mjerila za izbor proradnih vrijednosti podnaponske zaštite, što je jednostavno i može se učiniti točno ako se posjeduju podatci o razini i trajanju propada na svakom mjestu u mreži.

Propadi se (slika 4) s gledišta utjecaja na odvajanje elektrana razvrstavaju prema vrsti kvara, dubini propada (ΔUp) ili preostaloj vrijednosti napona (Ur), kao i vremenu trajanja propada (Δtp). Općenito, utjecaj kvara u nekoj točki mreže (slika 2) na propade napona na sučelju promatrane elektrane s mrežom, ovisi o impedanciji mreže izmeĎu ta dva mjesta, kao i o izmeĎu njih spojenim transformatorima. Udaljenost izravno utječe na dubinu propada, a na vektorsko obličje napona utječe vrsta kvara i grupe spojeva transformatora izmeĎu mjesta kvara i mjesta priključenja promatrane elektrane.

Preostali napon na mjestu priključenja elektrane temeljna je veličina za odvajanje elektrane pod utjecajem propada napona, a valja nam promatrati njegovu vrijednost i fazni kut. On pak glede vrijednosti ovisi od struje kratkog spoja i impedancije izmeĎu mjesta kvara i mjesta priključenja promatrane elektrane, pri čemu su okolnosti različite kod zrakaste mreže s napajanjem iz jednog smjera u odnosu na petljastu mrežu i mrežu s izvorima.

Jedan proračun naponskih okolnosti na mjestu promatranja, mjestu priključenja promatrane elektrane, kao posljedica kvarova na nekom drugom mjestu u istoj ili nadreĎenoj mreži, polazi od tvorbi (L4) kompleksnih matrica admitancija čvora (Y=I/U) s kojima se prvo računaju matrice napona i struja za čvor s kvarom (Uk, Ik), a potom napon za čvor po volji (Ui). Na kraju se računa iznos preostalog napona (Uir) za promatrani čvor (točku), a posebno se može izabrati proračun koji prikazuje najveći propad napona, odnosno, najmanji preostali napon. Dakako, za čvor s promatranom elektranom se ne pretpostavlja postojanje dinamičke naponske podrške. Tako se za simetrične kratke spojeve dobije:

mkiir UUU =

čk

čimkmk

čk

čimkmk

čk

čik

Z

ZUU

Z

ZUU

Z

ZU 1 (2.1)

gdje su:

Uir - preostali napon u izabranoj točki (čvoru) „i“ (V),

Ui – napon u izabranoj točki (čvoru) „i“ (V)

Uk – napon na čvoru s kvarom (V)

Umk – napon na mjestu kvara prije nastupa kvara (V),

Zči – impedancija čvora u čvoru s naponom Ui (Ω),

Zčk – impedancija čvora u čvoru s naponom Uk (Ω)

Kod nesimetričnih kvarova mora se temeljna jednadžba (2.1) promatrati u direktnom, inverznom i nultom sustavu, pa se za preostali napon kod nesimetričnih kvarova dobiju izrazi:

7

0

0 0

0

ik

ir k

čk

ZU U

Z (2.2)

1

1 1

1

ik

ir k mk

čk

ZU U U

Z (2.3)

2

2 2

2

ik

ir k

čk

ZU U

Z (2.4)

Nesimetrične fazne napone, kao preostale napone u točki našeg promatranja, dobijemo proračunom pomoću simetričnih komponenti iz izraza (2.2 do 2.4):

01

2 /3

2 1

2 2 4 /3

2 2

3

1 1 1 (e )

1 (e )

1

r ir j

r ir j

irr

U Ua operator

U a a Ua operator

a a UU

(2.5)

U1r - preostali napon na faznom vodiču L1 (V) U2r - preostali napon na faznom vodiču L2 (V) U3r - preostali napon na faznom vodiču L3 (V)

Mijenja li se čvor kvara, kao rezultat može se za svaku vrstu kvara dobiti vektor preostalog napona u promatranoj točki „i“, odnosno, svakom mjestu kvara u mreži može se pridijeliti vektor preostalog napona u promatranoj točki. Ovo je veoma značajno za razmatranje promjena napona mreže i napona elektrane kada u paralelnom pogonu nastane kvar „negdje“ u mreži.

2.1.3. Zakljuĉno o utjecaju na vrijednost preostalog napona:

Proračuni pokazuju kako je kod kratkih spojeva u mreži, za značajke preostalog napona u promatranoj točki mreže mjerodavna impedancija do promatrane točke (u izrazu 2.1 – Zči) i impedancija kratkog spoja čvora s kvarom (Zčk), dakle od udaljenosti mjesta kvara i mjesta promatranja.

Osim vrijednosti preostalih napona trofaznog sustava na promatranom mjestu, važan je i njihov fazni položaj. Prenošenje napona propada s naponske razine mreže s kvarom u mrežu druge, niže naponske razine, sve preko blok transformatora u elektrani, nezaobilazno je pod utjecajem značajki energetskih transformatora, pri čemu naglašavamo skupinu spoja namota. Pokazuje se da samo kod simetričnog trofaznog kratkog spoja imamo pri prijenosu preko transformatora meĎusobno jednake promjene faznih položaja vektora faznih napona. Kod svih drugih kvarova naponi se moraju proračunavati preko jednadžbi transformatora za svaku skupinu spoja. Temeljna jednadžba prijenosa s primara na sekundar transformatora koju ovdje koristimo je:

(2.6)

gdje je:

U1...3P – primarni napon (V) U1...3S – sekundarni napon (V)

U0S – nulti napon na sekundaru (napon pomaka neutralne točke)

8

Koristeći ove jednadžbe uz zanemarivanje gubitaka magnetiziranja i nultog sustava (idealni prijenos) dobiju se matrice prijenosa, transformacije za svaku pojedinu skupinu spoja transformatora, što je podloga za primjenu proračuna (primjerice koristeći program MATLAB), za svaku vrstu kvara, vektora napona na primarnoj i sekundarnoj strani transformatora kao i napona zbog pomaka neutralne točke (kvarovi prema zemlji).

U ovom radu prikazujemo (slika 5) primjer propada napona kod nastanka dvofaznog kratkog spoja (faze: L2-L3) bez doticaja sa zemljom u tipičnoj mreži 110 kV i prenošenje propada napona, pomoću vektora faznih i linijskih napona, kroz transformatore 110/20 kV (spoj Yd5) i 20/0,4 kV (spoj Dy5) sve do naponske razine 0,4 kV (L5).

Slika 5. Promjene napona pri dvofaznom kratkom spoju u mreži 110 kV i njihovo vrijednosno i fazno prenošenje kroz transformatore do niskonaponske mreže 0,4kV

Promjene vrijednosti faznih i linijskih napona prije kvara na preostali napon tijekom kvara, te promjene faznog pomaka, kao posljedica nastanka dvofaznog kratkog spoja u mreži 110 kV, utvrĎeni su proračunom i nalaze se u Tabeli I.

Tabela I: Utjecaj transformacije na prenošenje propada napona kod dvofaznog kvara (L2-L3) u mreži spojenoj na primar transformatora 110/20 kV (veza slika 5.).

Transformator 110/20 kV Transformator 20/0,4 kV

Skupina spoja namota: Yd5 Skupina spoja namota: Dy5

Napon Primar (p.u./ φ) Sekundar (p.u./ φ) Primar (p.u./ φ) Sekundar (p.u./ φ)

|U12| 0,87 / 190° 0,55 / 20° 0,55 / 20° 0,26 / 270°

|U23| 0,26 / 90° 0,55 / 340° 0,55 / 340° 0,87 / 180°

|U31| 0,87 / 350° 1 / 170° 1 / 170° 0,87 / 10°

|U1| 1 / 0° 0,87 / 190° 0,87 / 190° 0,55 / 25°

|U2| 0,55 / 210° 0,26 / 90° 0,26 / 90° 0,55 / 335°

|U3| 0,55 / 150° 0,87 / 350° 0,87 / 350° 1 / 180°

9

2.1.4. Zakljuĉno o propadu napona kod dvofaznog kvara i utjecaju transformacije na prenošenje vrijednosti i faznog poloţaja preostalog napona:

Analiza preostalog napona kod dvofaznog kvara u mreži 110 kV pokazuje malu vrijednost preostalog napona (UrL2-L3=0,26 Un p.u.), odnosno, veliku dubinu propada linijskog napona faza u kratkom spoju (ΔUpL2-L3=0,74 Un p.u.). Transformacija 110/20 kV prenosi propad napona iz mreže 110 kV tako da se propad sada osjeti na linijskim naponima U12 i U23 (UrL2-L3 i UrL1-L2 =0,55 Un p.u.). Zanimljivo je kako se nastankom dvofaznog kratkog spoja u 110 kV mreži snažno prenosi propad napona u mrežu 0,4 kV, gdje se pojavljuju preostali fazni napon Ur1 i Ur2 s vrijednosti 0,55 Un (p.u.). Valja primijetiti i kako se linijski naponi u mreži 0,4kV mijenjaju jednako kao na strani mreže s kvarom (mreža 110 kV). Vektorski prikaz na slici 5 i podatci o faznom položaju napona iz tabele I, kazuju o utjecaju kvara u VN mreži na fazni položaj svih napona.

Kod trofaznog kratkog spoja propad napona se odražava jednako na vrijednosti svih faznih i linijskih napona, a njegova dubina se prenosi iz mreže u kojoj se kvar dogodio do mreže najnižeg napona. Propad vrijednosti napona ne uzrokuje promjena faznih položaja napona, te na njih isključivo utječe skupina spoja transformatora izmeĎu razine s kvarom i promatrane. U našem primjeru (slika 6) vidimo kako se radi o dubini propada od 0,4 Un (p.u.), odnosno, o preostalom naponu od 0,6 Un (p.u.).

Slika 6. Promjene napona pri trofaznom kratkom spoju u mreži 110 kV i njihovo vrijednosno i fazno prenošenje kroz transformatore do niskonaponske mreže 0,4kV.

Za potrebe istraživanja propada napona prvo je potrebno prizvati teoriju kratkih spojeva s ciljem razvrstavanja i ocjene učinka pojedine vrste kvara na dubinu propada napona i, vrlo bitno, na promjenu faznog položaja napona. Jedan pristup (L6) prepoznaje sedam temeljnih skupina koje prikazujemo vektorima napona prije i tijekom trajanja kvara (slika 6.), a uvažava se i utjecaj skupine spoja namota transformatora.

10

Slika 7. Primjer razvrstavanja kvarova s gledišta propada vrijednosti i faznog pomaka napona

Iz slika možemo razabrati kako kod nesimetričnih kvarova nastaje nejednaka vrijednost i fazni pomak napona pojedinih faza. Ta nejednakost ovisi od vrste nesimetričnog kvara kao i od mjesta kvara (više transformatora do mjesta kvara).

Sučelje dvije naponske razine mreže, na stezaljkama energetskog transformatora, jest presudno razmeĎe odraza kratkih spojeva na višoj naponskoj razini na napon tijekom kvara na nižoj naponskoj razini. Dakle, kako smo vidjeli iz tabele I, nedvojben je utjecaj skupine spoja namota transformatora na obilježja prijenosa vektora napona kvara s više naponske na niže naponsku stranu. Primjerice, ako je dvofazni kvar C na više naponskim stezaljkama transformatora Dy5 (uobičajeni spoja transformatora SN/SN i SN/NN), na niže naponske stezaljke prenosi se oblik kvara D. Dakako i obrnuto, ako je na više naponskim stezaljkama transformatora Dy5 kvar D, na niže naponske stezaljke prenosi se obličje kvara prikazano pod C. Za procjenu vjerodostojnosti utjecaja grupe spoja transformatora na prenošenje vektora napona kod kvara, koriste se dva referentna kuta (slika 7) označena s α i β, a slika načelno prikazuje njihovu primjenu na primjeru dvofaznog kratkog spoja. Posljedice kvara možemo opisati s dva učinka:

a) S kratkim spojem mijenja se vrijednost i fazni položaj vektora napona u odnosu na stanje bez kvara (izraženo kutom α) i

b) Tijekom kvara mijenja se meĎusobno fazni položaj vektora napona unutar trofaznog sustava

(izraženo kutom β).

Oba učinka u točki promatranja su ovisna od dubine propada napona, odnosno od vrijednosti preostalog napona Ur.

Slika 8. Promjena položaja faznih napona u slučaju dvofaznog kvara uz Ur =0% Un

11

Na načelu prethodnog prikazivanja, dajemo primjer oblikovanja vektorskih odnosi napona prije i tijekom dvofaznog kvara C i njegovog odraza na niže naponskoj strani transformatora, kvara D (Tabela II.), u ovisnosti od vrijednosti napona propada od Ur=1,0 Un do Ur = 0,0 Un (p.u.). U tim uvjetima se kod

kvara C dostiže kut α=60° i β=180°, a za D to je α=30° i β=180°.

Tabela II. Razlike faznih položaja napona kod dvofaznog kratkog spoja prije i tijekom kvara ispred (C) i iza (D) transformatora skupine spoja namota Dy.

Preostali napon (p.u.)

Kvar C Kvar D

α (°) β (°) α (°) Β (°) 1,0 0 120 0 120

0,8 5,8 125,8 5,2 130,4

0,6 16,8 138 13,0 146,8

0,2 40,9 160,9 23,4 166,8

0,0 60 180 30 180

Nastanak i trajanje propada napona te oporavak vrijednosti napona su procesi koji mogu kroz prisutnost induktivnih sastavnica mreže izazvati procese uravnoteženja s različitim frekvencijama. Ovaj se slučaj razmatra tek kod postojanja odreĎenih uvjeta koje tvore napon kratkog spoja u promatranom koridoru mreže (3%

12

elektroenergetskom sustavu snaga izvora nadvladava snagu potrošnje, sustav dolazi u stanje porasta frekvencije napona iznad nazivne, kada se od decentraliziranih elektrana očekuje podrška kroz smanjenje djelatne snage ili čak odvajanje elektrana s mreže.

Kljuĉni cilj, kod kvarova u mreži i poremećaja u sustavu izbjeći bezuvjetno odvajanje elektrane od mreže, je opravdan, no je li njegovo dostignuće tlapnja ili ponuĎena mogućnost? Prvi korak je spoznaja o potrebi za takvim ciljem, drugi je spoznaja o potrebnim mjerilima za ponašanje elektrane i treći je mogućnost regulacije, generatora i pogonskog stroja.

Narečenim tragom mora se kretati operator distribucijskog sustava u stvaranju zahtjeva prema značajkama elektrane za priključenje i pogon.

3. DINAMIĈKA PODRŠKA DISTRIBUIRANIH IZVORA MREŢI

3.1. Opća naĉela potpore proizvodnih postrojenja naponu mreţe

Proizvodna postrojenja moraju u paralelnom pogonu s mrežom imati sposobnost sudjelovati u podržavanju kakvoće napona izravno u točki priključenja. Pri tome valja razlikovati statičku potporu napona i dinamičku potporu pogona mreže.

Statička potpora elektrana naponu mreže podrazumijeva podržavanje napona mreže u normalnom pogonu, pri čemu se spore promjene napona u mreži održavaju u prihvatljivim (ugovorenim) granicama.

Dinamička potpora elektrana pogonu mreže podrazumijeva potporu naponu u slučaju propada napona kao posljedica kvarova u nadreĎenoj mreži, mreži priključenja razmatrane elektrane ili u postrojenjima drugih korisnika mreže, čime se sprječava neželjeno isključivanje proizvodnih jedinica, a time omogućuje održivost pogona cijele mreže.

3.2. Temeljni zahtjevi za dinamiĉku podršku elektrane pogonu mreţe

Distribuirani izvori (elektrane) moraju u dinamičnom stanju pogona distribucijske mreže, s kvarovima i poremećajima, podržati napon i ravnotežu djelatne i jalove snage, kako se vektori napona elektrana i mrežnog izvora ne bi nepovratno razišli u nesinkroni pogon, čija bi posljedica bilo nepotrebno odvajanje elektrana ili njihova oštećenja. Naspram takvog nastojanja stoje značajke kratkih spojeva i prateći propadi napona te poremećaji ravnoteže potrošnje i proizvodnje. S obzirom na brzo rastući broj elektrana koje se priključuju na distribucijsku mrežu srednjeg i niskog napona, uključivanje ovih postrojenja u dinamičku mrežnu potporu postaje sve značajnije. U tom smislu, moraju i razmatrana proizvodna postrojenja sudjelovati u dinamičkoj potpori mreži, pa i u slučaju kada to operator distribucijske mreže nije tražio u trenutku priključivanja na mrežu, dakle moguće je zatražiti prilagodbu već izgraĎene elektrane do nekog razumnog roka.

To pak znači kako elektrane moraju biti u stanju, one moraju biti sposobne, podržavati normalni pogon mreže prije nastupa kvara te kod nastupa kvara u mreži preći u stanje aktivne podrške naponu mreže tijekom trajanja kvara i poremećaja. Sposobnost elektrane se ogleda u slijedećem ponašanju:

1. Elektrana treba u stacionarnom pogonu proizvoditi jalovu snagu sukladno utanačenju s operatorom distribucijske mreže,

2. Kod nastupa kvara u mreži ne primjenjivati mjerila bezuvjetnog već upravljanog odvajanja elektrane,

3. Tijekom kvara u mreži doprinositi struji kvara,

4. Tijekom kvara u mreži podržavati napon mreže predajom u mrežu, ovisno o naponu, jalovu snagu kapacitivne prirode, s vremenom odziva regulacije u području 20 ms,

5. Nakon izdvajanja kvarne sastavnice iz mreže, elektrana mora odmah staviti na raspolaganje raspoloživu djelatnu snagu, a ne smije preuzimati više jalove snage nego li je prije nastanka kvara.

Napredni propisi (primjerice L7, L8, L9), glede ponašanja elektrana u slučaju kvara u mreži, odnosno, njihove dinamičke podrške pogonu mreže, razvrstavaju postrojenja u skupine (vidi 3.2.2.) čije se značajke vežu za način priključenja (na sabirnice trafostanice ili na vod u mreži) i značajke odziva kao i značajki regulacije snage generatora (regulacija kod sinkronog ili svih drugih vrsta).

13

Uobičajeno, napredni propisi daju operatoru distribucijskog sustava pravo na zahtijevanje sudjelovanja elektrana u statičkoj potpori napona u SN i NN mreži, a u dinamičkoj potpori napona i pogona SN mreže. Tako se oblikuje sustav statičke i dinamičke potpore naponu mreže u normalnom i kvarnom stanju mreže. Slika 10. daje primjer sa sunčanom elektranom priključenom na SN mrežu.

Slika 10. Pregled temeljnih zahtjeva naprednih propisa glede ponašanja elektrane na SN mreži

3.2.1. Dinamiĉka potpora tijekom trajanja kvara napajanjem mreţe jalovom snagom

Proizvodnja jalove snage u stacionarnom pogonu je na neki način, s gledišta pogona mreže, prijeko potrebna priprava za brzi odziv u proizvodnji jalove snage kod nastupa kvara, a što ima značajan doprinos dinamičkoj potpori napona mreže tijekom trajanja kvara. Možemo je usporediti s pripremljenošću vodećeg trkača na duge staze tijekom trke na odbijanje napada drugog trkača. Ova sposobnost elektrane prije svega je sposobnost regulacije i zato manje uključuje neke značajke same proizvodne jedinice. U uvjetima bez kvara u mreži, pri predaji djelatne snage u mrežu, elektrana mora moći voditi pogon proizvodne jedinice tako da u svakoj radnoj točki glede proizvodnje djelatne snage najmanja jalova snaga na mjestu priključenja na mrežu odgovara zadanim graničnim vrijednostima faktora snage, primjerice cos fi = 0,90 podpobuĎeno do 0,90 nadpobuĎeno ili još strože. Pri tome se zahtjeva pokrivanje proizvodnje ukupne širine područja jalove snage uz nazivnu djelatnu snagu, odnosno, s gledišta potrošnje sposobnost priprave jalove snage, kroz narečenu funkciju P/Sn=f(Q/Sn), u četiri kvadranta.

Kod predaje djelatne snage u mrežu, operator distribucijske mreže upravlja proizvodnjom jalove snage tako što zadaje čvrstu vrijednost, ili, kada je potrebno zadanu vrijednost mijenjati, namješta zadanu vrijednost preko ureĎaja za daljinsko upravljanje u postrojenju na sučelju s mrežom. Veličina kojom se odreĎuje značajke proizvodnje jalove snage, a čija se vrijednost zadaje i time postaje obvezna vrijednost, može biti;

a) čvrsta vrijednost faktora snage cos fi ili

b) faktor snage cos fi ovisan od djelatne snage (cos fi = f(P)) ili

c) čvrsta vrijednost jalove snaga Q (Mvar) ili

d) jalova snaga Q u funkciji vrijednosti napona (Q=f(U)).

Za primjenu dinamičkih postupaka regulacije jalove snage bitno je izabrati onaj statički postupak koji ima najbolje dinamičke osobine i koji se oslanja na veličinu koja je temeljno obilježje kvara kroz koji mora proći elektrana, odnosno osobine koje uvažavaju karakterističnu veličinu pogona mreže. Kako je potonja preostali napon na mjestu priključenja elektrane, to kao najprimjereniji držim postupak regulacije prema funkciji Q=f(U) ili Q=f(ΔU), a koji ima obilježja dinamičke potpore napona mreže.

Jalova snaga proizvodnog postrojenja mora biti podesiva. Dogovoreno područje vrijednosti jalove snage mora se moći provesti unutar nekoliko minuta, ali i češće već prema potrebi. Kad operator

14

distribucijske mreže propisuje karakterističnu krivulju vrijednosti Q, tada se mora automatski postaviti svaka vrijednost jalove snage koja proizlazi iz krivulje i to: za krivulju cos φ (P) - unutar 10 sekundi i za krivulju Q (U) - unutar 10 sekundi i 1 minute (propisuje operator mreže). To je statička podrška naponu.

Regulacija jalove snage tijekom kvara kojeg obilježava propad napona, jest aktivni postupak potpore napona mreže Tako dolazimo do aktivne podrške naponu mreže tijekom kvara. Pri tome, proizvodna jedinica mora moći doprinijeti najmanje s jalovom strujom na razini nazivne struje, a obvezna vrijednost jalove struje tijekom regulacije odreĎena je karakteristikom (slika 11) koja uvažava više parametara. Tako je obvezna vrijednost jalove struje pored faktora statičnosti K, odreĎena i naponom mreže kao i podrškom jalovom snagom prije nastupa kvara. Područje vrijednosti promjena napona ±10% je s gledišta aktivne regulacije „mrtvo područje“, a izvan njega se vodi aktivna promjena napona.

Slika 11. Dinamička podrška naponu mreže kod kvara proizvodnjom jalove struje

Ispitivanja provedena s fotonaponskim proizvodnim jedinicama (L11) opremljenih opisanim sustavom regulacije pokazuju kako kod dubine naponskog propada mreže od 50%Un, i faktora statičnosti regulacije k=2, možemo očekivati vrlo dinamičku (odziv unutar 20ms) i učinkovitu regulaciju napona (jalova struja > In).

3.2.2. Ponašanje proizvodnih jedinica elektrane tijekom trajanja kvara u mreţi

Rekosmo, prvo načelo prolaska elektrane kroz kvar: kod nastupa kvara u mreži ne primjenjivati mjerila bezuvjetnog već upravljanog odvajanja elektrane.

Jedan izrazito velik udjel meĎu kvarovima u mreži imaju kvarovi koje obilježava propad napona. Definicija propada napona koju smo tumačili u prethodnom poglavlju vrijedi za sve naponske razine mreže. Doprinos elektrane struji kratkog spoja jalove prirode, je u biti podrška snazi kratkog spoja u čvoru s elektranom s čime se ograničava dubina propada napona pri nastupu kvara u mreži. U poglavlju 2.1. smo vidjeli kako se propadi napona zbog kratkih spojeva u VN mreži prenose kroz transformaciju sve do NN mreže, ali i kako izravno ovise od udaljenosti mjesta kvara, prije svih drugih utjecajnih činitelja, potom parametara mreže i mrežnog obličja (topologije mreže).

Za promatranje doprinosa elektrane struji kratkog spoja u mreži kao i utjecaja kratkog spoja u mreži na propad napona na mjestu priključenja elektrane, moramo usvojiti odreĎena mjerila.

Za doprinos struji kratkog spoja utvrĎujemo značajke elektrane:

kod kratkog spoja na mjestu priključenja elektrane I“k ≥2*In – elektrana s jakim doprinosom

kod kratkog spoja na mjestu priključenja elektrane I“k≤2*In – elektrana sa slabim doprinosom

15

Propadu napona pridjeljujemo mjerilo udaljenosti mjesta kvara:

kvar je u blizini mjesta priključenja elektrane - bliski kvar i

kvar je udaljen od mjesta priključenja elektrane - udaljeni kvar.

Kada preostali napon na mjestu priključenja elektrane uzimamo kao mjerilo djelovanja na odvajanju elektrane tada njegovu vrijednost usvajamo kao mjerilo za bliski i udaljeni kvar. Prihvaća se slijedeće mjerilo:

bliski kvar -preostali napon na mjesta priključenja elektrane Ur ≤ 70%Un i

udaljeni kvar -preostali napon na mjesta priključenja elektrane Ur ≥ 70%Un.

Opstojnost elektrane na mreži izravno ovisi od snage utjecaja navedenih činitelja i sposobnosti elektrane izdržati te utjecaje (slika 12 s tumačenjem).

Slika 12. Primjeri odraza utjecajnih činitelja na preostali napon i opstojnost elektrane u pogonu s mrežom

Opstojnost elektrane u pogonu s mrežom, pri propadima napona zbog kvara, ipak ima svoje meĎe, svoje granične crte (slika 13). Kod propisivanja graničnih uvjeta elektrane se razvrstavaju prema značajkama proizvodnih jedinica i priključenja na mrežu, najčešće u dvije skupine (L7, njemački BDEW):

Proizvodna jedinica vrsta 1 - podrazumijeva slučaj kada je jedan sinkroni generator izravno priključen na mrežu ili pak preko generatorskog transformatora i

Proizvodna jedinica vrsta 2 - podrazumijevaju se svi drugi slučajevi priključenja i osobina proizvodne jedinice (asinkroni generator, izmjenjivač, ....).

Temeljni zahtjev, koji vrijedi za sve elektrane, jest da kod propada napona iznad granične crte 1 elektrana ostaje na mreži. Operator mreže zato odreĎuje mora li, odnosno, u kojoj mjeri mora kod propada napona u mreži elektrana napajati mrežu jalovom strujom.

16

Slika 13. Granične crte toka vrijednosti napona u točki mrežnog priključka kao meĎe opstojnosti pogona elektrane s mrežom pri kvaru u mreži.

Za elektrane s proizvodnim jedinicama vrsta 1. odreĎuje se da kod kvara u mreži, praćenog propadom napona na vrijednosti iznad vrijednosti odreĎenih graničnom crtom 1, elektrana se ne smije odvojiti od mreže, mora ostati s njom u pogonu do isključenja kvarne sastavnice mreže iz pogona.

Za elektrane s proizvodnim jedinicama vrsta 2, odreĎuje se da kod kvara u mreži, praćenog propadom napona vrijede slijedeći zahtjevi:

elektrana se ne smije odvajati od mreže pri propadima napona do 0% Un kada je trajanje

propada 150 ms,

kod propada napona na vrijednosti iznad vrijednosti odreĎenih graničnom crtom 2, ili kod oporavka napona na vrijednost preostalog napona Ur>30%Un, elektrana se ne smije odvojiti od mreže i

kod oporavka napona na vrijednost preostalog napona Ur

17

Zahtjevi glede ponašanja elektrana vrijede za sve vrste kratkih spojeva, ali u praktičnoj primjeni odnose se prije svega na elektrane priključene na distribucijsku mrežu srednjeg napona, a ograničeno i na elektrane priključene na niskonaponsku mrežu (L10, vidi stanje propisa u nekolicini država EU – tabela III).

Kada se elektrane priključene na distribucijsku mrežu kod nastupa kvara ne isključuju bezuvjetno, trenutno, mora se računati i s oblikovanjem otočnih pogona elektrane s mrežom. Otočni pogon elektrane s mrežom može nastati u odreĎenim uvjetima i djelovanjem APU-a.

3.2.3. Upravljanje predajom djelatne snage

U točki 2.2. smo ukazali na motrišta o pogonu elektrane kada doĎe do poremećaju ravnoteže, stabilnosti pogona EES. Posljedica je poremećaj frekvencije napona, koji se osjeti u jednakoj mjeri diljem mreže. Dok je udjel snage distribuiranih izvora mali, njihova potpora u prijelaznim stanjima sustava održanju nazivne vrijednosti frekvencije je mala, ali nema razloga ne postaviti odmah pravila ponašanja. Za ova prijelazna stanja postavljaju se slijedeći zahtjevi za dinamičku potporu:

Nadfrekventno stanje 3.2.3.1.

stabilan pogon elektrane mora biti moguć i sa smanjenom predajom djelatne snage,

mogućnost smanjenja predaje djelatne snage u stupnjevima od najviše 10 % ugovorene priključne djelatne snage Ppr. Ovo smanjenje predaje djelatne snage mora biti moguće u svakom pogonskom stanju i iz svake pogonske točke rada proizvodne jedinice na obveznu vrijednost koju će zadati operator mreže i to u neprekinutom slijedu ili u stupnjevima. Praksa je pokazala opravdanim obvezne vrijednosti od 100% / 60% / 30% / 10%. Dakako, donja granica mora biti tehnički moguća (10 %), a da pri tome ne doĎe do automatskog odvajanja elektrane od mreže.

smanjenje predaje snage mora uslijediti odmah prema zadanoj vrijednosti i najviše unutar vremena od jedne minute,

kada frekvencija napona mreže poprimi vrijednost veću od 50,2 Hz, sve proizvodne jedinice moraju trenutno smanjiti predaju djelatne snage i to s gradijentom 40% trenutne raspoložive snage generatora za svaki jedan Hz prekoračenja granične nadfrekvencije (slika 14).

Slika 14. Zahtjev za automatsko smanjenje djelatne snage kod prekoračenja frekvencije (primjer iz L7).

Nakon pothvata smanjenja i ograničenja na odreĎenu vrijednost, djelatna snaga se smije povećati tek kod povratka frekvencije na vrijednost od f

18

3.2.4. Dinamiĉko ponašanje elektrana u paralelnom pogonu s NN mreţom

Uobičajeno, propisi ne ustrajavaju na zahtjevima dinamičke potpore mreži, kada se radi o sposobnostima elektrana priključenih na niskonaponsku mrežu za prolazak kroz kvar u mreži (L9). Razmatranja zahtjeva o ponašanju elektrana u odnosu na pogon NN mreže, kako ih ureĎuju napredni propisi, možemo sažeti slikom (slika 15) u primjeru sunčane elektrane i nekim zaključcima od bitne važnosti:

a) potrebno je predvidjeti posebne zahtjeve podrške naponu karakteristične za NN mrežu,

b) uporaba proizvodnje jalove snage u NN mrežama tijekom kvara nije tako obećavajuća kao kod SN mreže jer moramo uvažiti slijedeće:

o veliki dio proizvodnih postrojenja male snage je redovito u blizini potrošnje,

o regulacija utemeljena na Q(U) kod elektrana male snage (>Xmreže),

o vrijednost napona je pod bitnim utjecajem djelatne snage,

o jalova snaga uobičajeno uzrokuje gubitke.

c) pothvati s elektranama u NN mreži mogu biti mjerodavna potpora stabilnosti pogona mreže jer:

o istodobni pogon velikog broja elektrana s ukupno velikom snagom može podržati, stabilnost pogona mreže, ali istodobnim odvajanjem i ugroziti,

o ograničenje snage elektrane kod porasta frekvencije potpomaže stabilizaciju sustava, a istodobno je razmjerno jednostavno primjenjiv postupak,

o kod velikog propada napona, mjesto kvara je nadreĎena mreža, s prolaskom kroz kvar elektrane potpomažu opstojnosti sustava (velika snaga u NN mreži),

o prolazak kroz kvar se u NN mreži može jednostavnije definirati.

Slika 15. Pregled temeljnih zahtjeva naprednih propisa glede ponašanja elektrane na NN mreži.

3.2.5. Dokazi o ponašanju proizvodnih postrojenja na mreţi kod kvarnih stanja

S gledišta ponašanja proizvodnih jedinica kod kvarnih stanja mreže, a kroz koja treba po mogućnosti proći bez trajnog odvajanja od mreže, potrebno je da operator proizvodnog postrojenja prije ulaska u pogon podastre operatoru mreže dokaze o sposobnosti. Sposobnost se može dokazati uz pomoć certifikata proizvoĎača opreme, pokusa na elektrani i mreži tijekom pokusnog rada ili na valjanom računskom modelu elektrane. Ispitne točke i rezultati dokazivanja o ponašanju proizvodne jedinice su propisani.

19

3.2.6. Napredni propisi u nekolicini drţava EU

Za stjecanje uvida kakvo je stanje s propisanim zahtjevima u drugim državama (L10), dajemo jedan izbor usporedbi zahtjeva za podrškom prolaska kroz kvar (Tabela III.) i mjerila za opstojnost elektrane u pogonu s mrežom kod različitih dubina propada napona (tabela IV.).

Tabela III. Zahtjevi u nekim zemljama EU vezanim za prolazak kroz kvar

Drţava Podrška mreţi isporukom jalove snage

Upravljanje djelatnom snagom kod f>fn

Dinamiĉka podrška mreţi

D sve elektrane > 3,68 kVA sve elektrane elektrane na SN mreži

AT sve elektrane >100 kVA elektrane na SN mreži elektrane na SN mreži

CH nema zahtjeva nema zahtjeva nema zahtjeva

CZ elektrane na SN mreži elektrane na SN mreži elektrane na SN mreži

BE elektrane od 1 MVA nema zahtjeva elektrane od 1 MVA

FR elektrane na SN mreži nema jednoznačnih zahtjeva elektrane od 5 MVA

IT nema zahtjeva nema zahtjeva nema zahtjeva

Tabela .IV. Mjerila za opstojnost elektrane kod propada napona

Drţava Zahtjev Propis

D

1. Elektrana mora ostati na SN mreži kod propada napona: Ur = 0% Un - tijekom 150 ms Ur = 70% Un - tijekom 700 ms Ur = 90% Un – trajno

2. Tijekom kvara predaja u mrežu jalove snage 3. Kod nestabilnosti odvojiti se od mreže 4. Nema zahtjeva za NN mreže

Smjernice za SN

(BDEW/2008),

Smjernice za NN VDE AR-N-4105

(VDE/2011)

AT

Elektrana mora ostati na SN mreži kod propada napona: Ur = 70% do 100 %Un – trajno Ur = 30 do 70% Un - tijekom 700 ms Ur< 30% Un - tijekom 150 ms (ako tehnički nije

ostvarivo, u dogovoru s operatorom mreže može slijediti odvajanje od mreže)

TOR D4 (2008)

CH Trenutno nema zahtjeva VSE (1995)

CZ Jednaki zahtjevi kao u Njemačkoj Kodex (CZ1/2009)

BE

1. Elektrana snage >1 MW mora ostati na SN mreži kod propada napona:

Ur = 70% Un tijekom 200 ms, Ur = 85% Un - tijekom 1000 ms Ur = 90% Un - tijekom 1500 ms

2. Kod elektrana snage < 1MVA struja kratkog spoja se mora ograničiti na 500% nazivne struje

C10/11 (2009)

FR

Elektrana snage >5MW mora ostati na SN mreži kod propada napona iznad graničnih krivulja definiranih slijedećim vrijednostima:

0 ms, Ur = 5% Un, 150 ms, Ur = 20% Un, 500 ms, Ur = 70% Un, 1500 ms, Ur = 90% Un.

FR4 2008

IT Trenutno nema zahtjeva CEI 11/20 (2008) (ENEL 2010)

20

4. ZAKLJUĈAK

Ako je cilj svake energetske strategije u budućnosti, ostvariti redovitu opskrbu kupaca kvalitetnom električnom energijom sa što većim udjelom izvora obnovljive energije, tada upravo izvori obnovljive energije moraju biti dosljedno uključeni u stabilizaciju pogona mreže. Dakako, sukladno mogućnostima njihova doprinosa u statičkom i dinamičkom smislu podrške pogonu mreže. Potpune dinamičke doprinose trebaju dati elektrane priključene na VN i SN mrežu, a ograničene i elektrane priključene na NN mrežu.

Ističemo kako se danas naprednim propisima prenijelo dio zahtjeva pred ponašanjem proizvodnih postrojenja priključenih na VN i SN mrežu i na ona priključena na NN mrežu. To je nadasve opravdano, jer primjerice PV postrojenja u zemljama s velikim udjelom ovih obnovljivih izvora električne energije, imaju i do 80% ukupno instalirane snage upravo u niskonaponskim mrežama.

Tragom narečenog, energetska i tehnička integracije distribuiranih izvora s mrežom, utvrĎena naprednim propisima, zahtijeva sposobnost elektrana pružanja statičke i dinamičke podrške naponu i pogonu mreže kako u normalnom pogonu tako i kod kvarova u mreži (slika 16). Od elektrana se zahtjeva, više ili manje, ponašanje u korist neprekinutog pogona s mrežom, traži se podrška opstojnosti pogona mreže.

Slika 16. Temeljne sastavnice podrške proizvodnih postrojenja pogonu mreže

Sposobnost elektrana pružiti mreži zahtijevanu podršku kroz aktivno ponašanje u regulaciji temeljnih veličina pogona mreže, u prolasku kroz kvarna stanja mreže bez bezuvjetnog odvajanja, otklanja svaku podozrivost prema primjeni obnovljivih izvora energije, a njihov pristup mreži bez opravdanih i neopravdanih zapreka. Granice pristupa mreži će se postupno, u pogonskom smislu, izbrisati.

Prolazak elektrana priključenih na SN distribucijsku mrežu kroz kvarna stanja u mreži bez bezuvjetnog odvajanja, nije tlapnja, to je stvarna i nadasve korisna mogućnost.

Možemo li se vratiti samo 10 godina unatrag i nasmijati se svojoj inženjerskoj sumnjičavosti kada smo dvojili u to o čemu danas utemeljeno govorimo?

21

LITERATURA

[1] HRN EN 50160

[2] EN 50160

[3] IEC 61000-4-11 i IEC 1000-4-34

[4] H. Renner: „Spannungsqualität“, Habilitation am Institut für Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik, Abteilung Elektrische Anlagen, TU-Graz, 2001

[5] A. Haber: „Analyse von Spannungseinbrűchen und mögliche Abhilfemassnahmen in einem Industriebetrieb“, TU-Graz, 2001

[6] VDE FGW: „Arbeitsdokument der FGW Arbeitsgruppe „Prüfeinrichtungen“ Stand 05.10.2010

[7] BDEW: “ Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“, Frankfurt, Ausgabe Juni 2008.

[8] BDEW: „ Regelungen und Ubergangsfristen fűr bestimmte Anforderungen in Erganzung zur technischen Richtlinie: Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz - Richtlinie fűr Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Ausgabe 2010.

[9] VDE: „Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz – Technische Mindestanforderungen fűr Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz – Entwurf“; document E VDE-AR-N 4105, 2011,Ausgabe 2011.

[10] R. Brűndlinger: „Prűfungen an der Schnittstelle von dezentralen Generatoren entsprechend europaischen Netzanschlussbedingungen“ 16. Kassel Symposium 2011,IWES Frauenhofer,

[11] G. Arnold, T. Degner, D. Geibel : Erfahrungen mit der Prufung und Zertifizierung von PV Erzeugungseinheit/analagen gemass BDEW-Mittelspannungsrichtlinie, IWES Frauenhofer, Kassel, 2010.

o veliki dio proizvodnih postrojenja male snage je redovito u blizini potrošnje,o regulacija utemeljena na Q(U) kod elektrana male snage (>Xmreže),o vrijednost napona je pod bitnim utjecajem djelatne snage,o jalova snaga uobičajeno uzrokuje gubitke.o istodobni pogon velikog broja elektrana s ukupno velikom snagom može podržati, stabilnost pogona mreže, ali istodobnim odvajanjem i ugroziti,o ograničenje snage elektrane kod porasta frekvencije potpomaže stabilizaciju sustava, a istodobno je razmjerno jednostavno primjenjiv postupak,o kod velikog propada napona, mjesto kvara je nadređena mreža, s prolaskom kroz kvar elektrane potpomažu opstojnosti sustava (velika snaga u NN mreži),o prolazak kroz kvar se u NN mreži može jednostavnije definirati.