Analiza Mogucnosti Prikljucenja Vetro-parka Ram

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

SADRŽAJ 1.

UVOD ........................................................................................................................................1

2.

A NALIZA....................................................................................................................................1 2.1.

 Kriterijumi za priklju č enje male elektrane na distributivnu mrežu ................................................1

2.2.

 Prorač un snage trofaznog kratkog spoja........................................................................................3

2.3.

Uticaj male elektrane u pogonu na distributivnu mrežu.................................................................5

2.4.

 Analiza mogućnosti priključ enja.....................................................................................................6 

2.5.

Uticaj elektrane sa tri vetroturbine tipa Vestas V112-3.0MW na funkcionisanje distributivne mreže i pove ćanje snage kratkog spoja - mesto priklju č ka sabirnice 35 kV  u TS 35/10 kV Majilovac...............................................................................................................11

2.5.1.

Minimalni režim ..................................................................................................................11

2.5.2.

Maksimalni režim ................................................................................................................12

2.5.3.

Uticaj vetro-parka na povećanje snage kratkog spoja u TS u blizini mesta priključenja..........................................................................................................................12

2.6.

3.

Uticaj elektrane sa instalisane tri vetroturbine tipa Vestas V112-3.0MW na  funkcionisanje distributivne mreže i povećanje snage kratkog spoja - mesto priklju č ka tač ka na 35 kV vodu Veliko Gradište - Majilovac ........................................................................12

2.6.1.

Minimalni režim ..................................................................................................................12

2.6.2.

Maksimalni režim ................................................................................................................12

2.6.3.

Uticaj vetro-parka na povećanje snage kratkog spoja u TS u blizini mesta priključenja..........................................................................................................................13

ZAKLJUČAK .............................................................................................................................13

4. LITERATURA ............................................................................................................................14

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

1. UVOD Predmet ovog izveštaja je analiza mogu ćnosti priključenja vetro-parka "Ram" s gledišta veli čine snage kratkog spoja na mestu priklju čenja kao parametra koji diktira opseg promene napona na mestu  priključenja u prelaznim režimima tokom uklju čenja ili isključenja elektrane na mrežu. Analiza je  bazirana na preliminarnim rezultatima ispitivanja (procenjenim vrednostima elektri čnih karakteristika i  performansi) vetrogeneratora tipa Vestas V112-3.0MW čija se ugradnja planira u vetro-park, a koje je dostavio proizvo đač turbine. Proizvo đač je istakao činjenicu da su procene na bazi podataka za razli čite turbine sa sličnom konstrukcijom. Prema saznanjima o drugim turbinama istog proizvo đača čini se da je  procena išla na stranu sigurnosti. Za analizirane vetrogeneratore nisu dostavljeni podaci o nivou harmonika koji se injektiraju u distributivnu mrežu. Zbog toga predmet analize u okviru elaborata nije bio kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika. Ukoliko za dostavljene definitivne parametre generatora koji će biti priključen na mrežu ne bude zadovoljen kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika, obaveza proizvo đača će biti da ugradnjom odgovaraju ćih filtera viših harmonika svede njihove vrednosti na dozvoljeni nivo.

2. ANALIZA 2.1.

 Kriterijumi za priključ enje male elektrane na distributivnu mrežu

Osnovni tehnički uslovi za priklju čenje malih elektrana na distributivnu mrežu definisani su Tehni čkim  preporukama Direkcije za distribuciju EPS [1]. Opseg važenja Tehni čke preporuke br. 16 je priklju čenje malih elektrana na distributivnu mrežu nazivnog napona 0.4 kV, 10 kV, 20 kV ili 35 kV. U završnoj fazi  je izmena ove Tehni čke preporuke i za razmatranja u okviru ovog elaborata koristi će se novi kriterijumi za priključenje na mrežu, zasnovani na evropskim (IEC) i nema čkim standardima, koji uvažvaju tehnološki napredak postignut, testiran i primenjen u Evropi prethodnih desetak godina. Osnovni tehni čki kriterijumi za priključenje male elektrane na distributivnu mrežu su: - kriterijum dozvoljenog odstupanja (promene) napona (ta čka 5.4) - kriterijum snage kratkog spoja (ta čka 5.5) - kriterijum flikera (ta čka 5.6 ) - kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika (ta čka 5.7 ) i  Kriterijum flikera ima značaj kod elektrana na vetar i kod solarnih elektrana.  Kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika se može proveriti samo za konkretan generator koji se ugrađuje u malu elektranu. Pošto u dostavljenim podacima nije naveden tip generatora, to ovaj kriterijum ne može biti proveren. Isti zaklju čak važi i za kriterijum snage kratkog spoja. Naime, provera ovog kriterijuma zahteva poznavanje podatka o sinhronoj reaktansi konkretnog generatora koji se priklju čuje na mrežu. Za potrebe ovog izveštaja usvoji će se podaci o vrednosti sinhrone reaktanse generatora zasnovani na merenjima polazne struje za sli čne generatore. Osnov za proveru tehni čkih uslova za priklju čenje malih elektrana je provera kriterijuma dozvoljenog  odstupanja (promene) napona. Ovaj kriterijum garantuje da, u prelaznim režimima, promena napona na mestu priključenja na mrežu ED ne će prekora čiti vrednost  ∆um = 2%. [1], mala elektrana može da se  priključi na mrežu ED po kriterijumu dozvoljene snage ako je ispunjen slede ći uslov:

∆um = k ⋅

S  NGM  S k 

≤ 2%

(1)

gde je: S  NGM 

-

najveća vrednost jedini čne snage generatora u maloj elektrani, odnosno ukupna snaga više generatora ako se jednovremeno priklju čuju na mrežu ED, u MVA

S ks

-

snaga trofaznog kratkog spoja na mestu priklju čenja na mrežu ED, u MVA

k = I  p/ I n -

koeficijent određen količnikom maksimalne polazne struje  I  p (struje uključenja) i naznačene struje generatora I n, i ima vrednosti: 1

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

k = 1 za sinhrone generatore k = 1.5 za asinhrone generatore sa ograni čenom polaznom strujom na 1.5I nom k = 4 za asinhrone generatore priklju čene na distributivnu mrežu u granicama +/-5% sinhrone brzine k = 8 za asinhrone generatore pokrenute kao asinhroni motor preko mreže i slu čajeve kada nije poznat  podatak o polaznoj struji I  p. U slučaju vetrogeneratora, pored kriterijuma koji uzima koeficijent k, neohodno je uzeti u razmatranje i kriterijum koji umesto pomenutog koeficijenta u istoj formuli uzima koeficijent k u( ψ k )  - faktor promene napona (voltage change factor ) u zavisnosti od vrednosti faznog ugla impedanse kratkog spoja koju "vidi" generator na mestu priklju čenja. Njega daje proizvo đač vetrogeneratora za uglove 30°, 50°, 70° i 85°. Kod malih elektrana sa više generatora, priklju čenje narednog generatora na mrežu ED sme da se izvede najmanje dva minuta posle priklju čenja prethodnog generatora. U suprotnom, ove generatore treba tretirati kao da se priklju čuju jednovremeno. Prema [1], navodi se još jedan kriterijum za (jednovremeno)  priključenje male elektrane na mrežu ED:

S MEL =

∑ S 

NG

≤

S ks

(2)

500

gde je sa S  MEL označena ukupna instalisana snaga svih generatora u maloj elektrani. Mogućnosti za priključenje malih elektrana na distributivnu mrežu će biti analizirane pod pretpostavkom da u svim razmatranim malim elektranama (ME) postoji mogu ćnost pojedinačnog priklju čenja generatora na mrežu ED. Stoga, kriterijum (2) ne će biti razmatran, pošto je znatno stroži od kriterijuma (1). Sa činjenicom da se vrednost koeficijenta k unapred odre đuje (meri) pod definisanim uslovima treba staviti u paralelu činjenicu da sa na sli čan način određuje koeficijent flikera kod vetrogeneratora, koji takođe odražava "nagle" promene napona na mestu priklju čenja, ali tokom rada vetrogeneratora zbog  promene brzine vetra koja uslovljava zaustavljanje i ponovno pokretanje proizvodnje elektri čne energije.

 Kriterijum flikera se ocenjuje pomo ću faktora smetnji ( Alt ) male elektrane, izvanih flikerom dugog trajanja (preko dva sata). Mala elektrana sa n generatora ukupne instalisane snage: S mel =ΣS n može da se  priključi na distributivni sistem ako je ispunjen uslov: 3

3

⎛ S ⎞ ⎛ c f 1 S mel ⎞   ⋅  Alt = ⎜ c fmel ⋅  mel ⎟ = ⎜ ⎟ ≤ 0.1 S k ⎠ ⎝ n S k  ⎠ ⎝

(3)

odnosno:

 Plt = c fmel ⋅ 

S mel  S k 

≤ 0.46

(4)

gde je:  Alt 

-

dugotrajni faktor smetnji prouzrokovaih flikerima,

 P lt 

-

dugotrajni faktor brojnosti (emisije) flikera,

n

-

broj generatora u maloj elektrani,

c fmel 

-

koeficijent flikera male elektrane sa "n" generatora,

c f1

-

koeficijent flikera male elektrane sa jednim generatorom,

S k 

-

vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priključenja na mrežu, u MVA

S mel 

-

ukupna instalisana snaga u maloj elektrani, u MVA,

S n

-

snaga pojedinačnog generatora u maloj elektrani, u MVA.

Koeficijent flikera c f  označava osobinu male elektrane da proizvodi flikere. Vrednost koeficijenta flikera c f  daje proizvođač, odnosno ovlašćena nezavisna institucija, posebno za svaki generator i elektranu kao celinu, na osnovu atesta o tipskom ispitivanju male elektrane koja ima iste ili slične karakteristike kao 2

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

mala elektrana koja se gradi. Nakon završene gradnje male elektrane i priključenja na distributivni sistem, mora merenjem da se potvrdi da koeficijenti flikera c f1 (pojedinačno za svaki generator) i c fmel  (za celu malu elektranu) ne prelaze vrednosti koje su garantovane atestom o ispitivanju. U slučaju vetrogeneratora, pored navedene formule koja definiše kriterijum flikera, mora se izvršiti i  provera ovog kriterijuma prema sledećoj formuli:  Plt =

8 ⎛

n

⋅ ⎜ ∑ N120,i ⋅ ( k f ,i ⋅ S n ,i )

3.2

S k  ⎝ i =1

⎞ ⎟ ⎠

0.31

≤ 0.46

(5)

gde je: S k 

-

vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priključenja na mrežu, u MVA,

n

-

broj generatora u maloj elektrani,

k  f,i

-

koeficijent flikera (u zavisnosti od vrednosti faznog ugla impedanse kratkog spoja koju "vidi" generator na mestu priključenja, u °) koji daje proizvođač vetrogeneratora,

 N 120,i

-

maksimalni broj sklopnih operacija koje se mogu izvršiti na jedinici i tokom perioda od 120 min,

S n,i

-

nazivna snaga i-tog generatora, u MVA.

2.2.

 Prorač un snage trofaznog kratkog spoja

U poglavlju 2.1  je zaključeno da se, prema [1], ME može priključiti na mrežu ED ukoliko je ispunjen kriterijum (1), odnosno ako je najveća vrednost odstupanja (promene) napona ( ∆um) na mestu prilkjučenja na distributivni sistem, u odnosu na vrednosti nazivnih napona, u prelaznom režimu manja od 2%. Zona u kojoj se nalazi lokacija potencijalnog vetro-parka može se napajati iz RP 35 kV u TE Kostolac ili TS 110/35 kV Veliko Gradište. Mreža 35 kV napajana iz TS 110/35 kV Veliko Gradište je bliža lokaciji ME, čime su i s aspekta proizvođača uslovi priključenja na mrežu ekonomski povoljniji ukoliko se  priključenje realizuje u pravcu mreže napajane iz pravca TS 110/35 kV Veliko Gradište. " 

Subtranzijentna struja tropolnog kratkog spoja ( I k3) iznosi1: -

3.8 kA za TS 110/35 kV Veliko Gradište,

za sabirnice 110 kV. Inače, analizom je utvr đeno da je uticaj veličine struje kratkog spoja na veličinu dozvoljene snage generatora ME relativno mali: povećanje ove struje za 10% donosi povećanje dozvoljene snage za 0.5%. Ipak, potpunosti radi navodi se i vrednost struja kratkih spojeva za planirano stanje mreže iz 2014. godine [3]: -

5.2 kA za TS 110/35 kV Veliko Gradište,

ali ona nema uticaja na zaključke analiza prezentovanih u izveštaju.  Na osnovu dostavljenih podloga usvojen je podatak o snazi tropolnog kratkog spoja na sabirnicama 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A (pomenuto razvodno postrojenje napaja jedan transformator 110/35 kV, snage 31.5 MVA): S k3 = 230 MVA.

-

Vrednosti snage trofaznog kratkog spoja napojne mreže (S k3M ) na sabirnicama 110 kV, određene su korišćenjem formule: Sk 3M = 3 c U nM I k" 3

 

 

(6)

gde je: c

-

naponski faktor 

U nM 

-

nominalni međufazni napon napojne mreže

1

Tehnička dokumentacija EMS-a

3

Institut "Nikola Tesla"

 I " k3

-

Izveštaj br. 111004

subtranzijentna struja tropolnog kratkog spoja

 Naponski faktor c predstavlja odnos maksimalno dozvoljenog napona opreme i nominalnog napona za određeni naponski nivo. Ovaj faktor se razlikuje pri proračunima za maksimalno (cmax) i minimalno (cmin) angažovanje izvora struja kratkog spoja. Proračun snaga tropolnih kratkih spojeva će biti izveden pod  pretpostavkom da su su izvori struja kratkog spoja maksimalno angažovani, odnosno da je c = cmax. Vrednost cmax za mreže 110 kV i 10 kV iznosi 1.1, odnosno 1.085 za mrežu 35 kV. Za potrebe proračuna snage tropolnog kratkog spoja na mestu priključenja ME na mrežu ED (S ks) treba formirati zamensku šemu, kao što je prikazano na sl. 1.

sl. 1: Zamenska šema za proračun snage kratkog spoja

 Na prethodnoj slici je sa A obeleženo mesto priključenja ME na distributivnu mrežu, odnosno tačka za koju treba odrediti snagu troplonog kratkog spoja, S ks.  Napojna mreža se ekvivalentira reaktansom X"  M  čija se vrednost proračunava korišćenjem izraza:  X  = "  M 

2 cU nM

=

S k 3M 

U nM

 

" k 3

3  I 

(7)

Transformatori se predstavljaju rednom granom π  ekvivalentne šeme. Zanemaruje se regulacija napona (smatra se da je regulator napona u neutralnom položaju) a samim tim i otočne grane π  ekvivalentne šeme. Parametri redne grane transformatora se određuju korišćenjem izraza:  Z T  =

uk 100

⋅

U 1n 2

(8)

S n 2

⎛ U  ⎞  RT = P Cun ⎜ 1n ⎟ ⋅ 10−3 ⎝ S n ⎠

(9)

 X T = ZT 2 − RT 2

(10)

 Z T  = RT + jX T 

(11)

gde je:  Z T 

-

modul impedanse redne grane transformatora, u Ω

uk 

-

nominalni napon kratkog spoja, u %

U 1n

-

nominalni napon primara, u kV 

S n

-

nominalna snaga transfomatora, u MVA

 P Cun

-

nominalni gubici u bakru, u kW 

Za potrebe proračuna snage tropolnog kratkog spoja se, pri modelovanju vodova, zanemaruju otočne kapacitivnosti. Parametri redne grane π  ekvivalentne šeme voda se određuju korišćenjem izraza:  RV = rpod l V  X V = x pod l V

(12)

 

 

 Z V  = RV + jX V  4

(13) (14)

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

gde je: r  pod 

-

podužna otpornost voda, u Ω /km

 x pod 

-

podužna reaktansa voda, u Ω /km

l V 

-

dužina voda, u km

Ovako proračunate vrednosti u apsolutnim jedinicama treba svesti na jedan naponski nivo (uglavnom na naponski nivo tačke za koju se proračunava snaga kratkog spoja) ili ih prevesti u sistem relativnih  jedinica. U petlji kvara, kao što je prikazano na sl. 2, deluje Tevenenov generator čija elektromotorna sila iznosi:  ET = c U nA

(15)

gde je: c

-

naponski faktor 

U nA

-

nominalni napon tačke A, u kV 

Konačno, snaga trofaznog kratkog spoja u tački A se računa kao: S ks =

 ET U nA  Z ek

=

2 c U nA

Z ek

(16)  

gde je "  Z ek = jX M  + Z TS110 / 35 kV + Z V 35 kV + Z TS 35 /10 kV + Z V 10 kV

 

(17)

sl. 2: Zamenska šema sa priključenim Tevenenovim generatorom

Treba napomenuti da se pri proračunu snage tropolnog kratkog spoja, za potrebe dimenzionisanja opreme, uglavnom zanemaruju aktivne otpornosti, čime se pravi otklon na stranu sigurnosti. Ukoliko bi se isti  princip primenio na proveru uslova za priključenje ME na distributivnu mrežu, snaga kratkog spoja na mestu priključenja ME bila bi veća od realne, čime bi bila, u izvesnoj meri, narušena provera uslova (1). Stoga je neophodno uzeti u obzir i aktivne otpornosti petlje kvara. Potrebno je sagledati i najkritičniji slučaj sa aspekta kriterijuma dozvoljene snage ME uslova (1). Na sl. 1  je prikazana mreža sa dve TS (sa po dve transformatorske jedinice). Pri ispadu ili planiranom isključenju nekog od transformatora, snaga tropolnog kratkog spoja u tački  A se smanjuje. Ukoliko bi se na tako oslabljenu mrežu priključio generator, promena napona bi mogla da pređe dozvoljenu vrednost ( ∆um = 2%). Zbog toga se iz petlje kvara u svakoj TS izuzima transformator sa najmanjom rednom impedansom (u sistemu relativnih jedinica ili u sistemu apsolutnih jedinica, svedeno na naponski nivo tačke u kojoj se  proračunava snaga trofaznog kratkog spoja), odnosno transformator  čije isključenje minimizira snagu kratkog spoja na mestu priključenja ME.

2.3.

Uticaj male elektrane u pogonu na distributivnu mrežu

Kriterijumi za priključenje male elektrane na distributivnu mrežu [1]  propisuju uslove sa stanovišta  pojedinač nih generatora. Tehnički preporuke [1] u staroj verziji ne propisuju pogonske parametre male elektrane, pa će u ovom poglavlju biti definisani dodatni kriterijumi za paralelan rad ME sa distributivnom mrežom, na osnovu ograničenja koja potiču iz Pravila o radu distributivnih sistema [2], a koja će postati sastavni deo nove Tehničke preporuke br. 16. Za ME je obično karakteristična udaljenost od centara potrošnje. U najvećem broju slučajeva, ukupna instalisana snaga ME prevazilazi potrebe okolnog konzuma u delu mreže na koju je priključena, pa se menja smer toka snage po vodovima 35 kV. Kao posledica toga, injektiranje aktivne i reaktivne snage  povećava napon u delu mreže bliskom tački priključenja ME. Sa stanovišta porasta napona u mreži, 5

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

najkritičniji slučaj je paralelan rad maksimalno angažovane ME pri minimalnom opterećenju mreže (~30% snage vršnog opterećenja). Suprotno tome, minimalni naponi se javljaju pri maksimalnom opterećenju mreže kada je razmatrana ME van pogona. U oba slučaja, naponi u mreži moraju biti u okviru granica propisanih u Pravilima o radu distributivnog sistema[2], prikazanih u tab. 1.

tab. 1: Naponska ograničenja pri planiranju mreža

2.4.

 Nominalni napon čvorišta

Minimalni napon u normalnom radnom režimu

Minimalni napon u havarijskom radnom režimu

Maksimalni napon u normalnom radnom režimu

110 kV

99 kV

99 kV

121 kV

35 kV

31.5 kV

31.5 kV

38 kV

20 kV

19 kV

18 kV

21.4 kV

10 kV

9.5 kV

9 kV

10.7 kV

 Analiza moguć nosti priključ enja

Potencijalna lokacija vetro-parka, za koji je predviđeno da se sastoji od tri vetroturbine Vestas V112-3.0MW, je u istočnoj Srbiji, opština Požarevac, južno od mesta Ram i zapadno od Velikog Gradišta, između naselja Zatonje i Rečica. Energetski gledano, pozicionirana je u blizini napojnog 35 kV dalekovoda za TS 35/10 kV Majilovac iz pravca TS 110/35 kV Veliko Gradište i u blizini TE Kostolac A. Pozicije vetrogeneratora prikazane su žutim tačkama na sl. 3.  Na osnovu mišljenja ED Elektromorava Požarevac, kao moguća mesta priključenja su navedeni: - sabirnice 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište (EMS), - sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A u Kostolcu (EMS), - sabirnice 35 kV u distributivnoj TS 35/10 kV Veliko Gradište 2 (ED), i - DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac (ED), na oko 7.5 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište. Prilikom analiza koje slede razmotriće se i predložena mesta priključenja. U okviru ovog poglavlja biće ispitane mogućnosti priključenja vetroturbina Vestas 112-3.0MW, za koji su preliminarna ispitivanja (i izvršena procena vrednosti električnih karakteristika i performansi) obavljena shodno IEC 61400-21 (drugo izdanje) u akreditovanoj laboratoriji, a preliminarni rezultati i  procene vrednosti električnih parametara i performansi su prikazani na sl. 4. Rezultati provere kriterijuma dozvoljenog odstupanja promene napona i kriterijuma flikera za različita mesta priključenja dati su u tab. 2. Sivom bojom su zatamnjena polja u kojima dobijene vrednosti izlaze iz opsega definisanih kriterijumima za priključenje.

6

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

sl. 3: Lokacije vetrogeneratora (žute tačke) na dostavljenoj podlozi

Lokacija vetro-parka "Ram"

tab. 2: Analiza priključenja vetroturbine Vestas 112-3.0MW sa stanovišta kriterijuma dozvoljenog odstupanja napona i kriterijuma flikera (n=3 vetroturbine, N120=35) Sk  (MVA)

ψk  (°)

k u(ψk )

∆um (%)

k f (ψk )

Plt(k f,n)  

cf1

Plt(cf1,n)

Sabirnice 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište

162.20

87.2

0.23

0.42

0.24

0.15

3

0.096

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 7.5 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

118.21

76.2

0.40

1.01

0.28

0.24

3

0.132

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 9 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

111.00

74.5

0.43

1.15

0.29

0.26

3

0.140

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 10 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

107.87

73.7

0.44

1.22

0.29

0.27

3

0.145

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 11 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

104.18

72.9

0.45

1.30

0.27

0.59

3

0.150

Sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac

91.47

69.9

0.50

1.64

0.3

0.34

3

0.170

Sabirnice 10 kV u TS 35/10 kV Majilovac

40.87

77.3

0.38

2.78

0.28

0.69

3

0.381

Sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Veliko Gradište 2

138.6

79.5

0.34

0.74

0.27

0.20

3

0.112

230

90.0

0.20

0.26

0.24

0.11

3

0.068

Mesto priključka

Sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A

Mogućnost priključenja na potezu TS 110/35 kV Veliko Gradište - TS 35/10 kV Majilovac  Najbliži generator vetro-parka se nalazi na oko 15 km udaljenosti od TS 110/35 kV Veliko Gradište i 6.8 km udaljenosti od TS 35/10 kV Majilovac. Parametri proračuna snage trofaznog kratkog spoja na potezu od TS 110/35 kV Veliko Gradište do TS 35/10 kV Majilovac su:  Napojna TS 110/35 kV: Veliko Gradište, 20 MVA (+ 20 MVA)  Napojni vod 35 kV:

Nadzemni Alč 95 mm2, dužine 15 km

 Napojna TS 35/10 kV:

Majilovac, 4 MVA

7

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

Rezultati provere kriterijuma dozvoljenog odstupanja promene napona i kriterijuma flikera za različita mesta priključenja na potezu od TS 110/35 kV Veliko Gradište do TS 35/10 kV Majilovac dati su u tab. 2. Iz proračuna je izostavljen transformator 20 MVA u TS 110/35 kV Veliko Gradište, zato što se u tom slučaju dobija najmanja snaga kratkog spoja na 10 kV sabirnicama TS 35/10 kV Majilovac. Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da sa stanovišta kriterijuma dozvoljenog odstupanja napona na mestu priključenja ( ∆um≤2%) i kriterijuma flikera ( P lt ≤0.46) ne postoji mogućnost priključenja tražene snage vetroturbina na sabirnice 10 kV u TS 35/10 kV Majilovac, a moguće je vetropark priključiti na: - sabirnice 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište, - na 35 kV dalekovodu Veliko Gradište - Majilovac i - na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac. Analizirana mesta priključenja na 35 kV dalekovodu Veliko Gradište - Majilovac: 9 km i 11 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište nalaze se na udaljenosti od oko 6 km i 5.5 km od najbliže vetroturbine, respektivno. Mogućnost priključenja na 35 kV naponskom nivou u TS 35/10 kV Veliko Gradište 2 Parametri proračuna snage trofaznog kratkog spoja na 35 kV sabirnicama TS 35/10 kV Veliko Gradište 2, koja je od najbližeg generatora vetro-parka udaljena oko 13 km, su:  Napojna TS 110/35 kV: Veliko Gradište, 20 MVA (+ 20 MVA)  Napojni vod 35 kV:

Nadzemni Alč 95 mm2, dužine 2.7 km + IPZO A 150 mm2, dužine 2 km

 Napojna TS 35/10 kV:

Veliko Gradište 2, 4 MVA (+ 4 MVA)

Iz proračuna je izostavljen transformator snage 20 MVA u TS 110/35 kV Veliko Gradište, zato što se u tom slučaju dobija najmanja snaga kratkog spoja na 35 kV sabirnicama TS 35/10 kV Veliko Gradište 2. Rezultati provere kriterijuma dozvoljenog odstupanja promene napona i kriterijuma flikera za priključenje na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Veliko Gradište 2 dati su u tab. 2. Sa stanovišta ispitivanih kriterijuma vetro-park je moguće priključiti na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Veliko Gradište 2, na oko 12.8 km pravolinijske udaljenosti od vetro-parka. Mogućnost priključenja na 35 kV naponskom nivou u RP 35 kV TE Kostolac A Razmotreno je i rešenje da se vetrogenerator priključi na sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A, pri čemu je sa dostavljenih podloga preuzet podatak o snazi tropolnog kratkog spoja na ovim sabirnicama (pomenuto razvodno postrojenje napaja jedan transformator 110/35 kV, snage 31.5 MVA): S k  = 230 MVA.  Na osnovu rezultata analize, prikazanih u tab. 2, zaključuje se da se vetro-park s gledišta kriterijuma dozvoljenog odstupanja napona i kriterijuma flikera može priključiti na sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A, na oko 14.3 km udaljenosti od najbliže vetroturbine. Analize mogućnosti priključenja vetro-parka izvršene su i za snagu generatora od 3.075 MW (koja se  postiže pri brzinama vetra većim od 11 m/s) sa aspekta dozvoljene promene napona i kriterijuma flikera. Rezultati su prikazani u tab. 3.

8

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

tab. 3: Analiza priključenja vetroturbine Vestas 112-3.0MW sa stanovišta kriterijuma dozvoljenog odstupanja napona i kriterijuma flikera (n=3 vetroturbine, N 120=35) računajući sa snagom vetroturbine 3.075 MW (maksimalna snaga vetroturbine pri brzinama vetra va≥ 11 m/s) Sk  (MVA)

ψk  (°)

k u(ψk )

∆um (%)

k f(ψ   k )

Plt(k f ,n)

cf1

Plt(cf1,n)

Sabirnice 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište

162.20

87.2

0. 23

0.43

0.24

0.16

3

0.099

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 7.5 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

118.21

76.2

0.40

1.03

0.28

0.25

3

0.135

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 9 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

111.00

74.5

0.43

1.18

0.29

0.27

3

0.144

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 10 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

107.87

73.7

0.44

1.25

0.29

0.28

3

0.148

DV 35 kV Veliko Gradište - Majilovac, 11 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište

104.18

72.9

0.45

1.34

0.27

0.29

3

0.153

Sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac

91.47

69.9

0.50

1.68

0.3

0.35

3

0.175

Sabirnice 10 kV u TS 35/10 kV Majilovac

40.87

77.3

0.38

2.85

0.28

0.71

3

0.391

Sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Veliko Gradište 2

138.6

79.5

0.34

0.76

0.27

0.20

3

0.115

230

90.0

0.20

0.27

0.24

0.11

3

0.069

Mesto priključka

Sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A

 Na osnovu urađenih proračuna za iznos maksimalnog generisanja vetroturbine Vestas 112-3.0MW od 3x3.075 MW (pri brzinama vetra va≥ 11 m/s) vrednosti dozvoljene promene napona  ∆um i dugotrajnog faktora brojnosti flikera P lt  su oko 2.5% veće (tab. 3) od vrednosti ovih parametara proračunatih za snagu turbina 3x3 MW i ne utiču na zaključke o mogućnosti priključenja vetro-parka na razmatranim lokacijama. Pregled analiziranih mogućnosti priključenja vetro-parka Sprovedene analize su potvrdile mogućnosti priključenja na mesta u distributivnoj mreži predložena od strane ED Požarevac, od kojih je na rastojanju manjem od 10 km od vetro-parka jedino priključak na 35 kV dalekovodu Veliko Gradište - Majilovac, na oko 7.5 km duž voda od TS 110/35 kV Veliko Gradište i oko 7.1 km od najbliže vetroturbine. Analize su pokazale da nije moguće priključiti vetro-park  na naponskom nivou 10 kV. Iako su ispunjeni potrebni uslovi za priključenje vetro-parka u RP 35 kV TE Kostolac A treba imati u vidu da ovo postrojenje pripada elektrani, te da je distributivni konzum koji se napaja iz pravca TE Kostolac A izolovan i nivo vršne snage ovog konzuma je na nivou maksimalnog generisanja vetro-parka, oko 9 MW. Dakle, sem u režimu vršnog opterećenja, bilo bi potrebno ograničavati generisanje vetro-parka kako se snaga ne bi vraćala u RP koji pripada elektrani. Stoga, sa stanovišta mogućnosti za distribuciju električne energije proizvedene vetro-turbinama priključenje u RP 35 kV TE Kostolac A ili na vod iz RP 35 kV TE Kostolac A je neizvodljiva opcija.  Na osnovu analiziranih kriterijuma dozvoljenog odstupanja promene napona i kriterijuma flikera moguće  je vetro-park priključiti i na 35 kV sabirnice u TS 35/10 kV Majilovac (oko 6.8 km od vetro-parka), kao i na 35 kV dalekovodu Veliko Gradište - Majilovac, na oko 11 km duž voda od TS 110/35 kV Veliko Gradište (oko 5.5 km od vetro-parka). Imajući u vidu da se u navedenim slučajevima ima i minimalna dužina potrebnog priključnog dalekovoda kao i mogućnost distribuiranja električne energije u pravcu TS 35/10 kV Majilovac i u pravcu ostalih TS 35/10 kV koje se napajaju iz TS 110/35 kV Veliko Gradište, dalje će se razmotriti ova dva mesta priključenja. Treba napomenuti da se u slučaju ispada 35 kV voda TS 110/35 kV Veliko Gradište - TS 35/10 kV Majilovac vetro-park isključuje sa mreže jer u skladu sa [1] nije dozvoljen ostrvski rad distribuiranih izvora električne energije.

9

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

sl. 4: Prikaz preliminarnih rezultata ispitivanja (procenjenih vrednosti električnih karakteristika i performansi) vetrogeneratora tipa Vestas V112-3.0MW

10

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

sl. 4 (nastavak): Prikaz preliminarnih rezultata ispitivanja (procenjenih vrednosti električnih karakteristika i performansi) vetrogeneratora tipa Vestas V112-3.0MW

2.5.

Uticaj elektrane sa tri vetroturbine tipa Vestas V112-3.0MW na funkcionisanje distributivne mreže i pove ć anje snage kratkog spoja - mesto priklju č ka sabirnice 35 kV  u TS 35/10 kV Majilovac

U okviru ovog odeljka razmatran je uticaj priključenja tri vetroturbine Vestas V112-3.0MW na funkcionisanje distributivne mreže i povećanje snage kratkog spoja na mestu priključenja. Računato je da  je vetro-park priključen na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac 35 kV vodom Al č 95 mm2, dužine 6.8 km, za slučaj kada se ima maksimalno generisanje vetroturbina u iznosu od 3x3.075 MW. Računaće se da je na pragu vetro-parka cosφ=1. Planira se da se svaka turbina na mrežu 35 kV priključi preko  blok-transformatora sa parametrima specificiranim u tab. 4.

tab. 4: Specifikacija blok transformatora vetroturbina Vestas V112-3.0MW

2.5.1. Minimalni režim Analiza uticaja izvršena je na kroz proračun tokova snaga i naponskih prilika u mreži pri minimalnom opterećenju mreže, naponu 36 kV na pragu distributivne mreže (u TS 110/35 kV Veliko Gradište) i 11

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

maksimalnom angažovanju tri agregata snaga 3.075 MW pri cosφ=1. U navedenim uslovima napon u tački priključenja, na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac, bi dostigao vrednost 36.98 kV, što je u okviru ograničenja postavljenih u tab. 1. Napon na sabirnicama 10 kV bi u tim uslovima bio oko 11.05 kV. Ukoliko bi se sprovodila sezonska promena prenosnog odnosa, napon na 10 kV strani bi se sveo na 10.52 kV (ukoliko se prenosni odnos transformatora promeni sa 35/10.5 kV na 36.75/10.5 kV). Promena napona u normalnom režimu rada u odnosu na stanje u mreži bez vetro-parka je 3% što je manje od dozvoljenih 5% [1]. Dakle, minimalni režim nije kritičan u pogledu visine napona.

2.5.2. Maksimalni režim Drugi granični slučaj interesantan za utvr đivanje varijacija napona u mreži je pri maksimalnom opterećenju u distributivnoj mreži i nižem nivou napona na pragu distributivne mreže (35 kV na sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište) u režimu kada je vetro-park van pogona. Minimalni napon koji se u ovim uslovima rada javlja na 35 kV sabirnicama u TS 35/10 kV Majilovac iznosi 34.6 kV što je u okviru granica propisanih u Pravilima o radu distributivnog sistema [2] i navedenih u tab. 1.

2.5.3. Uticaj vetro-parka na povećanje snage kratkog spoja u TS u blizini mesta priključenja Zbog primene IGBT PWM konvertora, koji u milisekundnom područ ju prate vrednost struje na izlazu iz konvertora i omogućuju da se izlazna snaga ograniči, tokom procesa ograničavanja izlazne snage generator se prazni kroz prigušnu otpornost. U slučaju kratkog spoja na izlazu generatora (odnosno, konvertora) prema podacima proizvođača za slične generatore u periodu 0-10 ms maksimalna vrednost struje je 2.8 Inom, dok je u periodu 10-100 ms maksimalna vrednost struje 1.5 Inom, a nakon toga 1.1 Inom.  Na osnovu prve vrednosti, može se usvojiti da je ekvivalentna subtranzijentna reaktansa generatora 1/2.8, odnosno, Xd" = 0.357 p.u. Izvršeni proračun (tab. 2) pokazao je da je snaga kratkog spoja na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac 91.47 MVA, što je značajno manje od dozvoljenih 750 MVA. Tri agregata snage 3.075 MW, pri cosφ=1, priključena preko tri blok transformatora sa parametrima specificiranim u tab. 4, a zatim vodom Alč 95 mm2 procenjene dužine 6.8 km na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac doprinose povećanju snage kratkog spoja za maksimalno 22.46 MVA na mestu  priključenja, odnosno 21.08 MVA na sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište. Nove vrednosti snage kratkog spoja od približno 113.93 MVA na mestu priključenja i 183.28 MVA na 35 kV sabirnicama u TS 110/35 kV Veliko Gradište su značajno ispod vrednosti od 750 MVA za koju se obično dimenzioniše oprema na 35 kV.

2.6.

Uticaj elektrane sa instalisane tri vetroturbine tipa Vestas V112-3.0MW na  funkcionisanje distributivne mreže i poveć anje snage kratkog spoja - mesto priklju č ka tač ka na 35 kV vodu Veliko Gradište - Majilovac

U okviru ovog odeljka razmatran je uticaj priključenja tri vetroturbine Vestas V112-3.0MW za slučaj kada je vetro-park priključen na 35 kV vodu Veliko Gradište - Majilovac, na 11 km duž voda od TS 110/35 kV Veliko Gradište. Analizirano je priključenje vetro-parka 35 kV vodom Alč 95 mm2, dužine 5.5 km pri maksimalnom generisanju vetrogeneratora od 3x3.075 MW i cosφ=1 na pragu vetro-parka.

2.6.1. Minimalni režim Analiza uticaja izvršena je na isti način kao što je opisano u poglavlju 2.5.1. U istim uslovima, napon u tački priključenja bi dostigao vrednost 36.73 kV, na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac 36.7 kV, što je u okviru ograničenja postavljenih u tab. 1. Napon na sabirnicama 10 kV bi u tim uslovima  bio oko 10.97 kV. Ukoliko bi se sprovodila sezonska promena prenosnog odnosa, napon na 10 kV strani  bi se sveo na 10.65 kV (ukoliko se prenosni odnos transformatora promeni sa 35/10.5 kV na 35.875/10.5 kV). Promena napona u normalnom režimu rada u odnosu na stanje u mreži bez vetro-parka  je 2.3% što je manje od dozvoljenih 5% [1]. Ni u ovom slučaju minimalni režim nije kritičan u pogledu visine napona.

2.6.2. Maksimalni režim Minimalni napon koji se javlja pri vršnom opterećenju mreže kada je razmatrani vetro-park van pogona, maksimalno opterećenje u distributivnoj mreži i napon na pragu distributivne mreže 35 kV (na 12

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište) na mestu priključka iznosi 34.7 kV, a napon na 35 kV sabirnicama u TS 35/10 kV Majilovac iznosi 34.6 kV. Ove vrednosti napona su u okviru ograničenja navedenih u tab. 1 propisanih u Pravilima o radu distributivnog sistema[2].

2.6.3. Uticaj vetro-parka na povećanje snage kratkog spoja u TS u blizini mesta priključenja Izvršeni proračun (tab. 2) pokazao je da snaga kratkog spoja na 35 kV vodu Veliko Gradište - Majilovac, na 11 km duž voda od TS 110/35 kV Veliko Gradište iznosi 104.18 MVA (manje od dozvoljenih 750 MVA). Tri agregata snage 3.075 MW (cosφ=1) priključena preko tri blok transformatora (tab. 4), a zatim vodom Alč 95 mm2 procenjene dužine 5.5 km, doprinose povećanju snage kratkog spoja za maksimalno 22.87 MVA na mestu priključenja, 21.83 MVA na sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište i 17.42 MVA na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac. Nove vrednosti snage kratkog spoja od 127.04 MVA na mestu priključenja, 184.03 MVA na 35 kV sabirnicama u TS 110/35 kV Veliko Gradište i 108.89 MVA na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac su i dalje značajno ispod vrednosti od 750 MVA za koju se obično dimenzioniše oprema na 35 kV.

3. ZAKLJUČAK  Izvršene su analize mogućnosti priključenja vetro-parka Ram, sa tri vetroturbine Vestas V112-3.0MW, sa stanovišta kriterijuma priključenja definisanih Tehničkim preporukama Direkcije za distribuciju EPS [1], a imajući u vidu rešenja predložena od strane ED "Elektromorava" Požarevac. Predlog ED "Elektromorava" Požarevac za moguće priključenje vetro-parka snage 3x3 MW na: sabirnice 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište (EMS), sabirnice 35 kV u RP 35 kV TE Kostolac A, sabirnice 35 kV u distributivnoj TS 35/10 kV Veliko Gradište 2 i na dalekovod 35 kV Veliko Gradište - Majilovac (na 7.5 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište) je verifikovan. Sa stanovišta mogućnosti distribuiranja proizvedene električne energije vetro-parka, priključenje u RP 35 kV TE Kostolac A je neizvodljiva opcija imajući u vidu da su zahtevi distributivne potrošnje pri vršnom opterećenju u nivou maksimalnog generisanja vetro-parka. Analize su pokazale da je moguće vetro-park priključiti i na mesta u distributivnoj mreži koja su značajno  bliže lokaciji vetro-parka što bi smanjilo ulaganja u realizaciju priključka: sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac - na oko 6.8 km od vetro-parka i na 35 kV dalekovod Veliko Gradište - Majilovac (na 11 km od TS 110/35 kV Veliko Gradište) - na udaljenosti od oko 5.5 km od vetro-parka. Pri tom ima se i mogućnost distribuiranja celokupne proizvodnje vetro-parka u distributivnu mrežu u značajnom delu godine. Imajući ovo u vidu izvršena analiza uticaja elektrane na funkcionisanje distributivnog sistema i  povećanje snage kratkog spoja za navedena dva mesta priključka. Može se reći da su naponske prilike u oba analizirana slučaja zadovoljavajuće i pri minimalnom režimu i maksimalnom angažovanju (uz očekivani napon 36 kV na pragu distributivne mreže) uz promenu  prenosnog odnosa transformatora u TS 35/10 kV Majilovac, kao i u režimu masimalnog opterećenja distributivne mreže (uz očekivani napon 35 kV na pragu distributivne mreže) kada je vetro-park van  pogona. U oba slučaja, naponi u mreži su u okviru granica propisanih u Pravilima o radu distributivnog sistema [2], prikazanih u tab. 1. Instalisana snaga vetro-parka u mnogome prevazilazi potrebe okolnog konzuma. Potrebe za snagom najbliže TS 35/10 kV Majilovac su oko 30% snage koju bi pri maksimalnom angažovanju generisao vetro-park te je preostali deo snage potrebno plasirati u pravcu 35 kV postrojenja u TS 110/35 kV Veliko Gradište. Ovim se povećavaju gubici na vodovima 35 kV, a neznatno smanjuju gubici u transformaciji 110/35 kV. Priključenje vetro-parka na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac donosi povećanje snage kratkog spoja za oko 22.46 MVA na mestu priključenja, odnosno 21.08 MVA na sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište. U slučaju priključenja na 35 kV vodu Veliko Gradište - Majilovac,  povećanje snage kratkog spoja na mestu priključenja iznosi oko 22.87 MVA, na sabirnicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac oko 17.42 MVA, a na sabirnicama 35 kV u TS 110/35 kV Veliko Gradište oko 21.83 MVA. U oba slučaja nove vrednosti snage kratkog spoja su i dalje značajno ispod vrednosti od 750 MVA za koju se obično dimenzioniše oprema na 35 kV. Može se reći da je priključenje na sabirnice 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac povoljniji slučaj sa gledišta povećanja snage kratkog spoja u TS 110/35 kV Veliko Gradište (0.75 MVA manja snaga kratkog spoja nego u slučaju priključenja na 13

Institut "Nikola Tesla"

Izveštaj br. 111004

vod), ali nešto nepovoljniji slučaj sa stanovišta ostvarenog povećanja snage kratkog spoja na sabrinicama 35 kV u TS 35/10 kV Majilovac - povećanje snage kratkog spoja je za 5.04 MVA veće.

4. LITERATURA [1] Zbirka tehničkih preporuka Direkcije za distribuciju EPS-a, 2001 [2] Pravila o radu distributivnog sistema (verzija 1.0), 2009, JP EPS [3] Petogodišnji plan razvoja prenosne mreže do 2014. godine, tab. 8a - Struje kratkih spojeva za 2014. godinu - varijanta bez TE Kolubara B i TETO Novi Beograd, 2009, JP EMS [4] Ion Boldea, The Electric Generators Handbook, Variable Speed Generators, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006. [5] IEC 64100-21 Wind turbines - Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected to wind turbines (Merenje i procena karakteristika kvaliteta električne energije vetrogeneratora povezanih na mrežu), Edition 2.0, 2008-08

14