Розподілена генерація в СЕП

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему:

 

 

__________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконали:

Студенти 3 курсу

Віннічук Віталій

Сайчук Юрій

Кудієв Петро

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

 

Вступ.

Світова електроенергетика традиційно розвивалася шляхом централізації  систем генерування при створенні все більш потужного енергетичного обладнання та його об’єднання в енергетичні комплекси. Як наслідок, були сформовані великі територіально протяжні енергетичні системи: європейська ENTSO-E, ЄЕС Росії, ОЕС України та інші. В останні роки спостерігається стійка тенденція до зміни загальної концепції розвитку енергетики. Мова йде про впровадження нової ідеології - енергетики сталого розвитку [4]. Важливим елементом такої ідеології є значне використання джерел розподіленої генерації (РГ) — енергетичних установок невеликої потужності. Широке розповсюдження джерел РГ пов’язано, в першу чергу, з появою високоефективних газотурбінних і паро- газових установок [1,3] та розвитком відновлюваних джерел енергії. Серед останніх найбільшого роз- повсюдження на даний момент отримали вітрові електричні станції (ВЕС), сумарна встановлена потужність яких становить понад 31 ГВт. Фотоелектричне перетворення енергії сонця стало надійним та зручним джерелом електроенергії для малих споживачів, віддалених від промислових центрів. Ведуться роботи щодо більш масового їхнього використання.

Впровадження джерел РГ в електричних  мережах (ЕМ), зокрема побудованих  на основі використання відновлюваних джерел енергії, крім зниження екологічного навантаження на навколишнє середовище та вирішення багатьох проблем, пов’язаних з викидами і відходами при виробництві електроенергії, дозволить, по-перше, суттєво підвищити ефективність використання первинних ресурсів та - в майбутньому - знизити вартість електричної енергії, по-друге, розвантажити як системоутворюючі, так і розподільні ЕМ, і нарешті, «підштовхнути» процес модернізації об'єктів електроенергетики і тим самим, підвищити надійність електропостачання. Це, в свою чергу, дозволить ди- версифікувати ризики, пов'язані з подальшим зростанням цін на енергоносії. Але при цьому виникає ціла низка технічних проблем, які стосуються впливу джерел РГ на планування, організацію експлуатації та керування електричними мережами.

Визначення поняття РГ.

У зв'язку з активним розвитком  джерел живлення РГ наразі можна знайти багато синонімічних термінів та визначень  цього поняття, які часто протирічать  або дублюють одне одного [6, 12, 14, 27, 30]. Наприклад, в країнах Північної  Америки використовується термін «dispersed generation», що перекладається як «розпорошена генерація», а в Західній Європі та деяких країнах Азії часто застосовується термін «децентралізована генерація» [7]. При цьому деякі автори [14] під розподіленою генерацією вважають невеликі джерела електричної енергії, які не є частинами енергосистеми та знаходяться в безпосередній близькості до споживачів. Інші фахівці [27] дають більш конкретне визначення: РГ - це невеликі електростанції (робота яких може базуватися як на технологіях спалювання палива, так і на інших), розташовані біля або обговоренні [23, 29, 32]. Наприклад, робоча група CIGRE [11] під РГ розуміє генеруючі пристрої що, як правило, з'єднані з розподільними мережами, максимальна потужність яких становить від 50 МВт до 100 МВт. Тоді як IEEE [22] під РГ розглядають генераторні установки, значно менші за встановленою потужністю, ніж централізовані електричні станції, допускаючи їхній зв'язок з будь-яким вузлом в енергосистемі, розташованим неподалік. International Energy Agency [23], на відміну від згаданого, не встановлює вимог щодо максимальної потужності генеруючих пристроїв РГ. При цьому, до РГ належать об'єкти, що виробляють електричну енергію переважно на стороні споживачів та поставляють її безпосередньо в локальну розподільну ЕМ. Також в різних країнах досить суттєво різняться погляди на визначення потужності джерел РГ [38]. Наприклад, в шведському законодавстві під РГ маються на увазі енергоблоки до 1500 кВт, а на англійських енергетичних ринках електростанції потужністю менше 100 МВт не мають централізованого диспетчерського керування і, таким чином, джерелом РГ вважається будь-яка генеруюча одиниця потужністю до 100 МВт.

Враховуючи певну семантичну неузгодженість а, інколи навіть суперечливість визначень  РГ та їхню синонімічну близькість (дисперсна, нецентралізована генерація  тощо), можна стверджувати, що деякі  експерти при визначенні поняття  РГ надають перевагу розташуванню джерел РГ відносно основної енергосистеми  та кінцевих споживачів електроенергії, а інші - встановленій максимальній потужності джерел розподільної генерації. Тому, зважаючи на зазначене, пропонується в подальшому під РГ розуміти джерела електричної енергії, з'єднані безпосередньо з розподільною електричною мережею або підключені до такоїмережі зі сторони електроспожиеачіе.

Вплив РГ на роботу електричних мереж.

 
 Впровадження РГ впливає на розподільні ЕМ та перетворює їх на активні елементи енергосистем. Це призводить до необхідності внесення змін (або перегляду та модернізації) у прийнятті стратегії керування, експлуатації та планування ЕМ. При цьому їхній вплив може мати як позитивний, так і негативний характер, тому доцільно ретельно проаналізувати питання приєднання джерел РГ в розподільні ЕМ України.

 

 

Вилив РГ на втрати електричної енергії в ЕМ.

Встановлення джерел живлення РГ в  розподільній ЕМ неподалік від навантаження може змінювати напрямок потоків потужності. При цьому слід виділити три ситуації щодо вузлового навантаження і РГ [8]:

1. Власне навантаження кожного вузла в ЕМ більше або дорівнює вихідній потужності джерел РГ, підключених до цього вузла.
2. В ЕМ існує щонайменше один вузол, де вихідна потужність джерел РГ більша, ніж власне навантаження цього вузла, але сумарна потужність джерел РГ даної ЕМ у цілому менша, ніж її сумарне навантаження.
3. В ЕМ існує щонайменше один вузол, де вихідна потужність РГ більша, ніж власне навантаження цього вузла і сумарна потужність джерел РГ даної ЕМ в цілому більша, ніж її сумарне навантаження.

У першому випадку встановлені  джерела РГ в ЕМ будуть впливати на зменшення втрат потужності в  розподільній ЕМ. У другому випадку  джерела РГ можуть перманентно збільшувати  втрати потужності у деяких лініях електропередачі (ЛЕП) розподільної ЕМ, але, в цілому, сумарні втрати потужності в ЕМ знижуються. У третьому випадку  сумарні втрати потужності всієї  розподільної ЕМ будуть більше, ніж  до встановлення джерел РГ. При цьому досить невдалою є ситуація, коли відбувається транспортування електричної енергії в зворотному напрямку, тобто із «хвоста» ЕМ до її головної ділянки. Це пов’язано з тим, що переріз проводів ЛЕП в розподільних мережах, як правило, зменшується від головної ділянки ЛЕП до її кінця, а, як відомо, опір ЛЕП і її втрати залежать від перерізу проводів. Також різні джерела РГ працюють із різним cosy і їхня вихідна реактивна потужність може змінюватися від незначної генерації (газотурбінні установки тощо) до значного, в масштабах розподільних ЕМ, споживання (ВЕС і т.п.), що також негативно впливає на величину втрат потужності в ЕМ [20].

Таким чином, встановлення джерел РГ може як збільшувати, так і зменшувати втрати потужності в ЕМ, що в основному залежить від місць розташування, потужності, рівня впровадження джерел РГ в ЕМ, їхнього cosy, а також від топології ЕМ тощо.

Вплив РГ на напругу в ЕМ.

Можна виділити два різновиди впливу. По-перше, це вплив на рівні напруги в усталеному режимі роботи ЕМ [36]. У традиційних розподільних мережах, тобто ЕМ радіального типу, зниження напруги відбувається вздовж напрямку електропостачання споживачів, від головної ділянки ЛЕП до її кінця. Після встановлення джерел РГ в такій ЕМ відбувається зниження навантаження живильного фідера, а напруга вздовж ЛЕП може збільшуватися. Важливими при цьому є со$$ джерел РГ та тип генератора (синхронний або асинхронний). У деяких випадках при використанні відносно потужних синхронних генераторів може відбуватися перевищення допустимого рівня напруги (>1,1^ном). Таким чином, величина зміни напруги залежить від місць встановлення джерел РГ, їхньої потужності та со$$ (генерація або споживання).

По-друге, вплив РГ на коливання напруги в ЕМ [36]. У традиційній розподільній ЕМ, активне та реактивне навантаження вузлів змінюється з часом, що викликає певні коливання рівня напруги в ЕМ. У напрямку від головної ділянки до кінця ЛЕП коливання напруги, як правило, збільшується. Якщо навантаження сконцентровано в основному біля кінця ЛЕП, то рівень напруг буде коливатися більш інтенсивно. Після приєднання до розподільної ЕМ джерел РГ останні будуть впливати на коливання рівнів напруги у вузлах, збільшуючи або зменшуючи їх. У випадку, коли джерела РГ працюють узгоджено з місцевим навантаженням, тобто, їхня потужність збільшується (зменшується) при збільшенні (зменшенні) навантаження у вузлах, вони будуть демпфірувати коливання напруги. Але, коли джерела РГ працюють неузгоджено з місцевим навантаженням, оскільки потужність джерел РГ залежить від первинних ресурсів і вихідні характеристики яких складно контролювати (такі як швидкість вітру, інтенсивності випромінювання сонячного світла тощо), то у такій ситуації РГ можуть значно збільшити коливання напруги в ЕМ. Крім того, деяким джерелам РГ (наприклад ВЕС, фотогальванічні елементи) притаманне сильне коливання вихідної потужності, що суттєво впливає на коливання рівнів напруги у вузлах ЕМ, ефект тим сильніший, чим більша встановлена потуж.ність джерел РГ.

Вплив РГ на якість електричної енергії.

Встановлення джерел РГ у розподільних ЕМ має досить суттєвий вплив на якість електричної енергії [13, 19]. По-перше, джерела РГ призводять до збільшення дози флікера, що може відбуватися при введенні або виведенні з роботи потужних джерел РГ в розподільних ЕМ, раптовій зміні вихідної потужності джерел РГ, взаємодії між джерелами РГ і регулюючими пристроями. Подруге, джерела РГ можуть генерувати в ЕМ гармоніки високих порядків, при цьому джерела РГ або самі по собі можуть бути джерелами гармонік вищих порядків або приєднуватися до розподільної ЕМ через інвертор, який генерує в мережу гармоніки вищих порядків, що характерно для паливних та фотогальванічних елементів, вітроустановок тощо. По-третє, джерела РГ впливають на провали напруги, що, здебільшого, пов’язано із типом генератора. Наприклад, при РГ із синхронними генераторами після провалу напруги остання відновлюється приблизно до початкового рівня, а у випадку асинхронних генераторів напруга не відновлюється до початкового рівня в зв’язку із зниженням підтримки за реактивною потужністю [10]. Також слід відзначити, що сумарний вплив джерел РГ на провали напруги хоч і залежить від потужності РГ, але не досить сильно.

Вилив РГ на релейний захист та автоматику.

 
 Оскільки традиційні розподільні ЕМ - це мережі радіального типу, то перетік потужності є однонаправленим від головної ділянки до кінцевих споживачів, і в більшості аварійних випадків використовується миттєвий струмовий захист [2]. Як правило, релейний захист (РЗ) розподільних ЕМ проектується з встановленням реле максимального струму та обладнання автоматичного повторного ввімкнення (АПВ) на головному фідері живильних підстанцій і плавких запобіжників у гілках ЕМ. Для забезпечення захисту розподільних ЕМ на практиці виконується відключення ЛЕП, де виникла аварія, ізолювання пошкодженого елементу (ділянки ЛЕП) та повторне ввімкнення лінії. Але вказаний підхід до РЗ розподільних ЕМ не розрахований на існування додаткових джерел потужності, таких як РГ, у зв’язку з чим виникає низка проблем.

По-перше, це проблема, пов’язана із використанням досить поширених у розподільних ЕМ пристроїв АПВ разом із джерелами РГ [8]. Безструмова пауза при роботі АПВ, як правило, триває частки секунди, що не завдає великих збитків споживачам. У випадку, коли захист джерел РГ не спрацював під час безструмової паузи АПВ, таке джерело залишається підключеним до ЕМ і буде намагатися підтримувати напругу у мережі. Отже електрична дуга не буде затухати і пошкодження не буде самоліквідовано, що призведе до значної перерви у електропостачанні [24]. При цьому слід зазначити, що, навіть якщо джерело РГ буде відключене протягом безструмової паузи АПВ, час, відведений на ліквідацію дуги, зменшується на час роботи РЗ джерел РГ. Ще однією причиною відключення джерел РГ від мережі під час безструмової паузи АПВ є підтримка безпечної експлуатації самої установки РГ. Якщо джерело РГ залишається приєднаним до мережі, швидкість обертання його генератора може змінитися (для РГ обертового типу) через дисбаланс потужностей.Таким чином, щоб уникнути появи цих небажаних ситуацій при експлуатації ЕМ повинна бути вирішена задача координації роботи АПВ з роботою РЗ джерел РГ. Застосування більш довгих безструмових пауз є одним із можливих способів розв’язання вказаної проблеми, хоч це може призводити до погіршення якості електричної енергії.

По-друге, це значне ускладнення побудови систем РЗ мереж із встановленими пристроями РГ. Наприклад, при виникненні коротких замикань (КЗ) за межами фідеру, що включає джерела РГ, але в межах однієї підстанції, джерело РГ бере участь у живленні КЗ. У цій ситуації може спрацювати реле, яке знаходиться на початку ЛЕП з РГ, що можливо, коли не враховувати напрямок протікання струму. Використання направлених або навіть диференційних систем РЗ у розподільних ЕМ дозволяє вирішити цю проблему.

Деякі автори [26] звертають увагу  на іншу можливу проблему, пов’язану  з роботою РЗ розподільних ЕМ, що в літературі отримала назву «засліплення» РЗ. Вона може проявлятися, коли джерела РГ знаходяться між точкою КЗ і живильним фідером. Джерело РГ бере участь у живлені КЗ і тим самим збільшує рівні струмів КЗ. Але струм КЗ, що проходить через живильний фідер, фактично зменшується через участь джерел РГ, що може відбуватися, коли сумарний струм КЗ розподіляється між різними джерелами.

Таким чином, РЗ в розподільних ЕМ в певних умовах не завжди працює відповідним  чином у аварійних ситуаціях, для яких він був спроектований  до встановлення джерел РГ [15,16,25]. Слід також відзначити, що підключення джерел РГ може призводити до затримки роботи РЗ живильного фідера - це обумовлюється часом роботи захисту самих джерел РГ.

Вплив РГ на надійність роботи та експлуатацію ЕМ.