Regulace U/Q lokálních zdrojů v síti vn Roman Vaněk

používané Způsoby regulace Q konstantní cosφ regulace Q tak, aby účiník byl v povoleném rozsahu ... většina zdrojů. konstantní U regulace Q tak, aby napětí v místě připojení bylo konstantní (ASRU)...vybrané elektrárny, nevyhodnocuje se účiník. konstantní Q regulace Q na konstantní Q nařízené našim dispečerem... velké elektrárny 110kV, které ještě nejsou připojeny do ASRU, nevyhodnocuje se účiník.

Synchronní stroj Synchronní stroj má na statoru 3-fázové vinutí a na rotoru stejnosměrný elektromagnet (buzení). Může fungovat jako motor, generátor nebo kompenzátor. Nás zajímá jako generátor. Regulací napětí tohoto buzení regulujeme jalový výkon stroje. Odběr Q – podbuzení – II.kv. Dodávka Q – přebuzení – III.kv. Jsou velice vhodné k regulaci napětí. Je u KVET, MVE.

Asynchronní stroj Asynchronní stroj je jen větší motor z cirkulárky. Na statoru má 3-fázové vinutí a na rotoru klec nebo 3-fázové vinutí pro měkký rozběh. Vnější silou je roztočený nad synchronní otáčky (točí se rychleji než jeho elektromagnetické pole, čímž vyrábí výkon). Není schopen regulace Q. Sám o sobě jako zdroj má účiník ve II.kv mimo povolený rozsah. Asynchronní stroj pouze odebírá Q pro vytvoření svého magnetického pole. K dodržení účiníku potřebuje kompenzační kondenzátorovou baterii, která dodává Q pro jeho elektromagnetické pole. Někdy má kompenzační baterii zbytečně velkou, čímž se dostává i do III.kv. Nevhodný k regulaci.

střídač - FVE Střídač je polovodičový měnič stejnosměrného napětí z FVE na střídavé napětí sítě. Řízením výstupního úhlu mezi U a I dochází k dodávce nebo odběru Q. Střídač (který není ten úplně nejlevnější) umí regulovat Q. FVE vn a vvn jsou velice vhodné k regulaci napětí. Odběr Q – nezvyšuje napětí v místě připojení. Dodávka Q – zvyšuje napětí v místě připojení.

kombinace principů - VTE Větrné elektrárny Siemens, REPOWER a Vestas jsou asynchronní stroje s převodovkou. Rotor mají napájený střídačem a umí regulovat Q. Dokáží to, co synchronní stroje. Jsou velice vhodné k regulaci napětí. Větrné elektrárny Enercon jsou mnohapólové synchronní stroje bez převodovky, kde silová energie o frekvenci úměrné síle větru jde přes usměrňovač a pak přes střídač. Umí regulovat Q.

Vliv zdroje vn na napětí podél vedení bez regulace Q úbytek napětí po vedení DTS G malý zdroj kW velký zdroj MW Přípojnice vn rozvodny úbytek napětí je impedance vedení krát proud. U=R.I Jen Ohmův zákon v praxi Zdroj uprostřed vyrábí tolik, co spotřebují poslední 2 DTS Zdroj dole vyrábí víc, než spotřebuje cele vedení vn a v jeho místě připojení je větší napětí než na přípojnici.

Vliv zdroje vn na napětí podél vedení bez regulace Q Umístění zdroje na konec vedení má za následek změnu hladiny napětí podél vedení. Tomuto se musí přizpůsobit nastavení odboček na trafostanicích VN/NN. Tyto změny odboček lze dělat pouze za vypnutého stavu. Pokud zdroj vyrábí stále, není problém: změna odbočky se provede jen jednou při zprovoznění zdroje. Pokud je na konci vedení VTE nebo FVE, které mají náhodnou výrobu závislou na počasí, nikdo odbočky nepřepíná a v oblasti je velká fluktuace napětí. Pokud je zdroj velký, může dokonce výkon tlačit až do přípojnice a pak se úbytek napětí úplně otočí.

Jak kompenzovat Vliv zdroje na napětí ? Regulací Q, aniž by se změnil P. Odběrem Q dochází ke snižování napětí v místě připojení na hodnotu přijatelnou. Tok Q nám vždy zvyšuje ztráty. Je nutný určit kompromis přijatelných ztrát a změn napětí. Otázkou spíše je, jestli tak velký zdroj může být připojen daleko od rozvodny.

připojení VTE Kopřivná 3x70AlFe 4km

reg. U/Q VTE Kopřivná V srpnu 2015 bylo zprovozněno místní reg. U/Q větrné elektrárny 2x 2,3MVA se stroji Enercon zapojené do sítě vn. VTE reguluje napětí v předávacím místě. Zadaná hodnota: 22,7 kV Tolerance: 100 V Perioda regulace: 60 s Max.krok: 500 kVAr Generátory jsou ovládány řídicím systémem VTE, se kterým reg. U/Q komunikuje protokolem IEC 870-5-104.

test reg. U/Q VTE Kopřivná VTE reagovala na změny zadaného napětí.

VTE kopřivná dlouhodobý průběh P, Q, u Když se vrtule točí, je lepší napětí, než když nefouká.

Připojení VTE Guntramovice

reg. U/Q VTE Guntramovice V listopadu 2016 bylo zprovozněno místní reg. U/Q větrné elektrárny 1x 2,3MVA se strojem Enercon zapojené do sítě vn. VTE reguluje napětí v předávacím místě, ale na měřené straně nn. Zadaná hodnota: 405 V Tolerance: 2 V Perioda regulace: 60 s Max.krok: 250 kVAr Generátor je ovládán řídicím systémem VTE, se kterým reg. U/Q komunikuje protokolem IEC 870-5-104.

VTE Guntramovice zapnutí reg. U/Q Po zapnutí reg. U/Q je jasně vidět změna v chování VTE. Kolísá Q, aby U drželo.

VTE Guntramovice v provozu Po zapnutí reg. U/Q je jasně vidět změna v chování VTE. Kolísá Q, aby U drželo.

VTE Guntramovice po servisu nefunkční reg U Po pravidelném servisu zapomněli zapnout regulaci napětí 

reg. U/Q MVE Litoměřice V únoru 2017 bylo zprovozněno místní reg. U/Q vodní elektrárny na Labi - synchronních 2x 3,61MVA zapojené do sítě vn. MVE reguluje napětí vn v předávacím místě. Zadaná hodnota: 23 kV Tolerance: 50 V Generátory jsou ovládány řídicím systémem MVE, který má regulaci U/Q v sobě a využívá celou šířku PQ diagramu: Qmax: +2 MVAr na každý stroj Qmin: -1 MVAr na každý stroj

Připojení MVE Litoměřice

MVE Litoměřice testy reg. U/Q

MVE Litoměřice zapnutí reg. U/Q Po zapnutí reg. U/Q je jasně vidět změna v chování MVE. Kolísá Q, aby U drželo.

reg. U/Q KGJ Odolena Voda V květnu 2017 byla zprovozněna dálkově nastavitelná regulace U. - synchronní 2 MW zapojený do sítě vn. KGJ reguluje napětí vn v předávacím místě. Zadaná hodnota: 23,25 kV Tolerance: 80 V Generátor je ovládán řídicím systémem TEDOM, který má regulaci U/Q v sobě a využívá šířku PQ diagramu cos ±0,9.

Připojení KGJ Aero Odolena voda

Kgj odolena voda testy reg. U/Q

Kgj odolena voda testy reg. U/Q Změna o 50V vyvolá změnu Q o 0,6MVAr (změřeno testy)

Kgj odolena voda Provoz

reg. U/Q FVE Žamberk V květnu 2017 byla zprovozněna dálkově nastavitelná regulace U. - FVE 1 MW zapojená do sítě vn. FVE reguluje napětí vn v předávacím místě. Zadaná hodnota: 35,6 kV Tolerance: 150 V Střídače jsou ovládány RTU Elvac, který má regulaci U/Q v sobě a využívá šířku PQ diagramu cos ±0,9.

Připojení FVE Žamberk

FVE Žamberk testy reg. U/Q Jelikož v blízkosti FVE je synchronní bioplyn, tak FVE dokázala změnit napětí jen o 170V  (napěťově tvrdá soustava)

Je vidět změna odbočky i změna limitu cos z 0,9 na 0,95 (menší Q). FVE Žamberk provoz Je vidět změna odbočky i změna limitu cos z 0,9 na 0,95 (menší Q).

Závěr Z grafů regulace U/Q je jednoznačně vidět, že regulace jalového výkonu na konstantní napětí v místě připojení je ta správná cesta, jak ustát trend decentrální výroby elektrické energie. Ač jsou OZE zdrojem značně proměnlivého výkonu, výše uvedené grafy dokazují, že soustavu provozovat i s takovými zdroji lze, pokud regulují Q na konstantní U. V případě umístění v lokalitě s měkkým napětím dokonce OZE stabilizují napětí. I při provozu VTE s regulací U/Q je napětí lepší, než když nefouká.

Závěr V současné době jsou oslovováni významní výrobci vn nad 1 MW, aby jalový výkon svého zdroje Q regulovali na konstantní U. Součástí této akce je individuální prezentace, kde jsou provozovatelům zdrojů vysvětleny technické a ekonomické výhody přechodu z regulace účiníku na regulaci napětí. Tato změna je výhodná jak pro provozovatele zdroje, tak i pro provozovatele distribuční soustavy. Technicky je vysvětleno, že instalované „železo“ regulaci Q na konstantní U dokáže. Chce to jen přepnout automatiku regulace jalového výkonu (Q) z účiníku na konstantní napětí (U), nebo doplnit současné řízení Q zdroje o externí povelování. Oba způsoby jsou investičně minimální.

Pivní model jalové energie Jasné ?

a to je všechno  Děkuji za pozornost Ing. Roman VANĚK, Ph.D. roman.vanek01@cezdistribuce.cz Specialista přípravy vn, nn ČEZ Distribuce, a.s.