ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΡΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α. Σ. ΣΑΦΙΓΙΑΝΝΗ Ε ΕΠ ΠΙΙΔ ΔΡ ΡΑ ΑΣΣΗ ΗΜ ΜΟ ΟΝ ΝΑ ΑΔ ΔΩ ΩΝ ΝΚ ΚΑ ΑΤΤΑ ΑΝ ΝΕ ΕΜ ΜΗ ΗΜ ΜΕ ΕΝ ΝΗ ΗΣΣ Η ΩΓΓΗ ΗΣΣ ΣΣΤΤΗ ΗΝ Ν ΙΙΣΣΧ ΧΥ ΥΒ ΒΡ ΡΑ ΑΧ ΧΥ ΥΚ ΚΥ ΥΚ ΚΛ ΕΩ ΛΩ ΩΣΣ ΩΣΣΕ ΚΤΤΡ ΗΛ ΛΕ ΡΟ ΕΚ ΟΠ ΠΑ ΑΡ ΡΑ ΑΓΓΩ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Δ ΡΙΙΚ ΚΗ ΕΝ ΗΣΣ Ε ΝΕ ΕΡ ΡΓΓΕ ΕΙΙΑ ΑΣΣ ΔΙΙΚ ΚΤΤΥ ΥΟ ΟΥ ΥΔ ΔΙΙΑ ΑΝ ΝΟ ΟΜ ΜΗ ΗΣΣ Η ΗΛ ΛΕ ΕΚ ΚΤΤΡ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σ.Η.Ε. / Δ.Ε. 134 ΔΕΜΕΤΖΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ AΞΑΝΘΗ 2007 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω την επιβλέπουσα καθηγήτρια μου, κα. Σαφιγιάννη Αναστασία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Δημοκριτείου Πανεπιστημίου Θράκης, τόσο για την υπόδειξη του θέματος, όσο και για την καθοδήγησή της καθ’ όλη τη διάρκεια της εκπονήσεως της διπλωματικής αυτής εργασίας. Θα ήθελα επίσης να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στο διδακτορικό φοιτητή κ. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Κουτρουμπέζη Γεώργιο για την πολύτιμη και ουσιαστική βοήθειά του. Τέλος θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους γονείς και στην αδερφή ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ µου, για την ηθική και οικονομική στήριξη όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. 1 Περιεχόμενα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 2. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.1 Ορισμός κατανεμημένης παραγωγής…………………………......... 2.2 Ζητήματα που εισάγει η κατανεμημένη παραγωγή……………….. 2.3 Επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής……………………………………………………………… 2.3.1 Τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο δίκτυο διανομής………………………………………………………. 2.3.2 Οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής………………………………………………………………. 2.4 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο μεταφοράς…………………………………………………………..... 2.5 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή…………………………………………………………….. 2.6 Είδη μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής………………. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ 3._ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ _ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.1 Γενικές αρχές………………………………………………………… 3.2 Τρόποι περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως ……………….. 3.3 Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής με διείσδυση μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής ………… 3.3.1 Δεδομένα δικτύου…………………………………………………….. 3.3.2 Γενικές αρχές υπολογισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως με βάση τον κανονισμό IEC 60909/ 2001……………………………………… 3.3.3 Αναλυτικός υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου του σχήματος 3.3……………………………………………………… 3.3.4 Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με χρήση πακέτου λογισμικού……………………………………………………………. 3.3.5 Αξιολόγιση των υπολογισθέντων τιμών.……………………………... 3.3.6 Επίδραση διαφόρων παραμέτρων των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως……………………………... 3.3.6.1 Εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε κάθε γραμμή σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής……………… 3.3.6.2 Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος του 3.3.6.3 3.3.6.4 3.3.6.5 3.3.6.6 Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως………………………………………………………. Μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως……………………………….. Διατήρηση πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως………………………………………………………. Μείωση μόνο της παραγόμενης ισχύος Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως……………………………... Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως………………………………………………….. 9 9 12 14 14 21 22 23 24 27 27 30 33 33 36 46 57 67 69 70 72 73 74 75 76 2 3.3.6.7 3.3.6.8 3.3.6.9 3.3.6.10 3.3.6.11 Μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως……………... Μελέτη της επίδρασης του πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως στο Αιολικό Πάρκο 3 στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ.……………………………………………………………... Μελέτη της επίδρασης του μήκους των γραμμών σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ.…………………………………………………………………… Μελέτη της επίδρασης του είδους των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ.…………………………….. Συνοπτικά συμπεράσματα………………………………………………. 77 78 79 82 83 84 84 87 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 99 95 100 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Βιβλιογραφία ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 4. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΤ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 4.1 Περιγραφή του δικτύου………………………………………………… 4.2 Αναλυτικός Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως……………… 4.3 Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με το πακέτο λογισμικού neplan……………………………………………………………………. 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Ως κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να οριστεί μικρής κλίμακας παραγωγή, που δεν συνδέεται απ’ ευθείας στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και δεν διανέμεται κεντρικά. Η παραγωγή αυτή συνδέεται στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, πράγμα που οδηγεί σε αλλαγή χαρακτηριστικών του, διότι αν πρόκειται να ενσωματωθούν αυξημένα επίπεδα παραγωγής τότε πρέπει να υπάρξει αλλαγή στον τρόπο σκέψης ως προς το σχεδιασμό του δικτύου αυτού. Συγκεκριμένα τα υφιστάμενα δίκτυα διανομής είναι παθητικά γιατί έχουν σχεδιαστεί και υλοποιηθεί μόνο για διανομή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές. Η εισαγωγή μονάδων κατανεμημένης παραγωγής οδηγεί σε αυξημένη και δύο κατευθύνσεων ροή ενεργού και αέργου ισχύος μαζί με ευρύτερη μεταβολή στα επίπεδα τάσης, που και τα δύο επηρεάζουν τη λειτουργία του εξοπλισμού και το επίπεδο των απωλειών. Έτσι η εισαγωγή μονάδων κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να διαφοροποιήσει την προσχεδιασμένη ενίσχυση δικτύου διανομής ή να απαιτήσει ενίσχυση των δικτύων μεταφοράς και διανομής. Υποτίθεται ότι το δίκτυο μεταφοράς μπορεί να αφομοιώσει τα υψηλά επίπεδα διείσδυσης μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Απαιτείται όμως διερεύνηση για το αν ισχύει αυτή η υπόθεση. Όσον αφορά το δίκτυο διανομής προβλέπεται ότι θα υπάρξουν μεγάλες επενδύσεις κατά τη μετατροπή του, που για να γίνει πρέπει να ακολουθηθούν συγκεκριμένα βήματα. Kατ’ αρχήν πρέπει να επιτευχθεί βέλτιστη χρήση του υφιστάμενου δικτύου διανομής με βέλτιστη τοποθέτηση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Στη συνέχεια η μετατροπή από παθητικό σε ενεργό θα γίνει κατά βέλτιστο τρόπο λαμβάνοντας υπόψη όλους τους σχετικούς τεχνικούς και οικονομικούς περιορισμούς. Η τοποθέτηση της παραγωγής σε τυχαίες αρχικές δεδομένες θέσεις περιορίζει τη συνολική διείσδυση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Αντίθετα μια βέλτιστη κατανομή εξασφαλίζει βέλτιστη χρήση της υφιστάμενης υποδομής και επιτυγχάνει υψηλότερη διείσδυση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής με έναν οικονομικά αποτελεσματικό τρόπο. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή αποτελεί ένα νέο αντικείμενο στη βιβλιογραφία των αγορών ηλεκτρισμού, αλλά στην πραγματικότητα ως ιδέα είναι κάθε άλλο παρά καινούργια. Όταν η ηλεκτρική παραγωγή βρισκόταν σε εμβρυακό στάδιο, η κατανεμημένη παραγωγή ήταν ο κανόνας και όχι η εξαίρεση. Οι πρώτες εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρείχαν ηλεκτρισμό σε φορτίακαταναλωτές που βρίσκονταν σε άμεση γειτνίαση με αυτές. Τα πρώτα ηλεκτρικά δίκτυα ήταν συνεχούς ρεύματος, οπότε η τάση τροφοδότησης ήταν σχετικά περιορισμένη, όπως και η απόσταση μεταξύ σταθμού παραγωγής και καταναλωτή. Η εξισορρόπηση ζήτησης και παραγωγής υλοποιούνταν μερικώς με τη χρήση τοπικών αποθηκευτικών μέσων ενέργειας, όπως για παράδειγμα με τη χρήση συσσωρευτών οι οποίοι είχαν τη δυνατότητα άμεσης ηλεκτρικής σύνδεσης με το δίκτυο συνεχούς ρεύματος. Με το πέρασμα του χρόνου, τεχνολογικές εξελίξεις, όπως η εμφάνιση των δικτύων εναλλασσόμενου ρεύματος, έδωσαν ώθηση στην ανάπτυξη του τομέα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, επιτρέποντας τη μεταφορά του ηλεκτρισμού σε μεγάλες πλέον αποστάσεις, ενώ λόγοι οικονομικής παραγωγής οδήγησαν σε 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ κατασκευή γεννητριών μεγάλης ισχύος. Τα παραπάνω είχαν ως αποτέλεσμα αυξημένη αξιοπιστία και μειωμένα κόστη και ως εκ τούτου κατασκευάστηκαν συμπαγή συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, που συνίσταντο από τεράστια δίκτυα μεταφοράς και διανομής, καθώς και από μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ασφάλεια της παροχής αυξήθηκε, καθώς πιθανή αστοχία κάποιας μονάδας παραγωγής αντισταθμιζόταν από τις υπόλοιπες μονάδες εντός του διασυνδεδεμένου συστήματος. Στην πραγματικότητα το διασυνδεδεμένο σύστημα μεταφοράς με υψηλή τάση, (σχήμα 1.1), έκανε δυνατή την οικονομική παραγωγή. ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 1.1: Συμβατική δομή ενός σύγχρονου και μεγάλου συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας • • • • • ΔΕ Μ Oι τεχνολογικές καινοτομίες και οι αλλαγές στο οικονομικό και στο ρυθμιστικό περιβάλλον έφεραν στο προσκήνιο την κατανεμημένη παραγωγή την τελευταία δεκαετία. Σύμφωνα με την ΙΕΑ (International Energy Agency), [1], υπάρχουν πέντε βασικοί παράγοντες που συμβάλλουν σ’ αυτή την εξέλιξη: προστασία του περιβάλλοντος απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αυξημένες απαιτήσεις καταναλωτών για αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια ανάπτυξη των τεχνολογιών κατανεμημένης παραγωγής περιορισμοί στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς Οι παράγοντες αυτοί αναλύονται στη συνέχεια. Οι ανησυχητικές διαστάσεις που έχουν προσλάβει τα περιβαλλοντικά προβλήματα από τις ενεργειακές διεργασίες, έχουν οδηγήσει σε προβληματισμό για τις εκπομπές ρύπων από μονάδες παραγωγής που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα. Σύμφωνα με την Οδηγία 2001/77 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και Συμβουλίου, καθώς και με τις δεσμεύσεις της Ε.Ε στο Πρωτόκολλο του Κιότο για το περιβάλλον, τα κράτη μέλη πρέπει να ορίσουν συγκεκριμένους στόχους για το ποσοστό της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης και ειδικότερα της ηλεκτρικής, που θα προέρχεται από ΑΠΕ (Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας), κατά το έτος 2010. Τα ποσοστά αυτά πρέπει να είναι σύμφωνα με τον συνολικό στόχο που θέτει η Ε.Ε., δηλαδή 12% της συνολικής και 22,1% της ηλεκτρικής. Ορίζει επίσης ενδεικτικούς 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ στόχους για κάθε κράτος μέλος, όσον αφορά το ποσοστό της ηλεκτρικής κατανάλωσης. Για την Ελλάδα το ποσοστό αυτό ανέρχεται σε 20,1% (συμπεριλαμβανομένων και των μεγάλων υδροηλεκτρικών). Γι’ αυτό το λόγο τα κράτη μέλη παρέχουν οικονομικά κίνητρα σε επίδοξους επενδυτές που περιλαμβάνουν επιδότηση των επενδύσεων ή φοροαπαλλαγές, αλλά η κύρια ενίσχυση προέρχεται από την άμεση στήριξη της τιμής της ενέργειας, που καταβάλλεται στους παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας, από ανανεώσιμες πηγές Η πλειοψηφία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (άνεμος, μικρά υδροηλεκτρικά, μονάδες συμπαραγωγής, φωτοβολταϊκά και γεωθερμία). Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας επιβάλλει για λόγους διαφάνειας και καθαρού ανταγωνισμού το διαχωρισμό του ηλεκτρικού τομέα στις μονάδες παραγωγής, στο σύστημα μεταφοράς και στο σύστημα διανομής. Μια κρατική ρυθμιστική αρχή παρακολουθεί, ελέγχει και ρυθμίζει τη λειτουργία της αγοράς για την εξυπηρέτηση των καταναλωτών και τις δράσεις όσων εμπλέκονται στον ηλεκτρικό τομέα. Οι διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς και του δικτύου διανομής θα πρέπει να διατηρούν ένα αποδεκτό επίπεδο ασφαλείας και αξιόπιστης παροχής. Η απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας δίνει τη δυνατότητα στους καταναλωτές να επιλέξουν τον τρόπο τροφοδότησής τους, ανάλογα με τις δικές τους ανάγκες. Οι διάφορες αυτές ανάγκες, που αναφέρονται σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν να ικανοποιηθούν ευκολότερα με τη χρήση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Συνεπώς η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή επιτρέπει τόσο στους παραγωγούς όσο και στους καταναλωτές να ανταποκρίνονται με ευέλικτο τρόπο στις εκάστοτε συνθήκες της αγοράς ενέργειας. Η αδιάλειπτη και υψηλής ποιότητας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές καθίσταται επιτακτική. Σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις θα αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία νέων ηλεκτρικών συστημάτων αξιόπιστης παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Βήματα προς αυτή την κατεύθυνση μπορούν να γίνουν με την εγκατάσταση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής, που θα καλύψουν τις ολοένα και αυξανόμενες απαιτήσεις των καταναλωτών σε ενέργεια και θα εξασφαλίσουν την ισορροπία μεταξύ ζήτησης και παραγωγής. Η μεγάλη ανάπτυξη και διείσδυση τεχνολογιών όπως τα φωτοβολταϊκά συστήματα, οι ανεμογεννήτριες, η βιομάζα, τα μικρά υδροηλεκτρικά, η συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, οι κυψέλες καυσίμου, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, οι τεχνολογίες πληροφορικής και επικοινωνιών (ICT), καθώς και άλλες σχετικές τεχνολογίες (ηλεκτρονικά ισχύος, υδρογόνο κ.λ.π.), οδήγησε στην ολοένα και αυξανόμενη χρήση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, οι οποίες καλύπτουν μεγάλο εύρος των τεχνολογιών αυτών. Οι περιορισμοί στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς αναφέρονται στη δυσκολία που υπάρχει για εύρεση νέων ζωνών διέλευσης ειδικά σε πυκνοκατοικημένες περιοχές, στο κόστος εγκατάστασης και συντήρησης καθώς και σε αισθητικούς λόγους. Οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής περιορίζουν την ανάγκη για κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, καθώς μέρος των αναγκών των καταναλωτών σε ενέργεια καλύπτεται από την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Μπορεί να επιτευχθεί σημαντική διείσδυση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής χωρίς καμιά άλλη επένδυση στο δίκτυο διανομής πέραν του κόστους εγκατάστασης των γεννητριών. Παρόλα αυτά για να εξασφαλιστεί η αδιάλειπτη και υψηλής ποιότητας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ στους καταναλωτές, σε περίπτωση αστοχίας των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, πρέπει να υπάρχει επαρκές δίκτυο μεταφοράς, πράγμα που αμφισβητεί την άποψη ότι οι κατανεμημένες πηγές περιορίζουν την ανάγκη για κατασκευή νέων γραμμών. Από τη διερεύνηση της σχετικής βιβλιογραφίας είναι προφανές ότι ενώ οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής εισάγουν σημαντικά τεχνικά προβλήματα, αυτά μπορούν και πρέπει να αντιμετωπιστούν προς όφελος της κοινωνίας. Στα πλαίσια του παραπάνω στόχου με την παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η διαμόρφωση της τιμής της μέγιστης ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής μέσης τάσης, μετά τη διείσδυση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Συγκεκριμένα: ¾ Στο κεφάλαιο 2 δίδονται γενικοί ορισμοί που αφορούν την κατανεμημένη παραγωγή και επισημαίνονται τα προβλήματα που προκύπτουν από τη σύνδεση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ¾ Στο κεφάλαιο 3 εξετάζεται το πρόβλημα της αύξησης της ισχύος βραχυκυκλώσεως με την προσθήκη μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. Δίδονται οι μαθηματικές εκφράσεις του κανονισμού IEC 60909/2001, που χρησιμοποιείται σε αυτή την εργασία για τον υπολογισμό της ισχύος βραχυκυκλώσεως, γίνεται αναλυτικός υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής, καθώς και υπολογισμός της με χρήση του πακέτου λογισμικού Neplan. Διερευνώνται ακόμα παράγοντες που την επηρεάζουν, όπως η χρήση πηνίων περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, η ισχύς των μονάδων, το μήκος των γραμμών σύνδεσης και το είδος των συνδεόμενων μονάδων, με χρήση του πακέτου λογισμικού neplan. ¾ Στο κεφάλαιο 4 γίνεται προσδιορισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως ρεαλιστικού δικτύου διανομής ΜΤ με διάσπαρτες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής, αναλυτικά και με χρήση του πακέτου λογισμικού neplan. ΔΕ Μ ¾ Στο κεφάλαιο 5 δίδονται τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2 2.1 Ορισμός κατανεμημένης παραγωγής ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στη βιβλιογραφία χρησιμοποιείται ένας μεγάλος αριθμός ορισμών για την περιγραφή της κατανεμημένης παραγωγής. Παραδείγματος χάριν, οι Αγγλοαμερικανικές χώρες συχνά χρησιμοποιούν τον όρο Embedded Generation, δηλαδή Ενσωματωμένη Παραγωγή. Οι Βορειοαμερικανικές χώρες χρησιμοποιούν τον όρο Dispersed Generation, δηλαδή Διάσπαρτη Παραγωγή, ενώ στην Ευρώπη και σε κάποιες περιοχές στην Ασία χρησιμοποιείται ο όρος Decentralized Generation, δηλαδή Αποκεντρωμένη Παραγωγή. Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται κυρίως οι όροι Διανεμημένη ή Κατανεμημένη Ηλεκτροπαραγωγή. Με μια σύντομη έρευνα της σχετικής βιβλιογραφίας μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι δεν υπάρχει ομοφωνία όσον αφορά στον ορισμό της κατανεμημένης παραγωγής. Αυτό επιβεβαιώνεται από τη CIRED (International Conference on Electricity Distribution Networks) σύμφωνα με ένα ερωτηματολόγιο που συμπληρώθηκε από τα κράτη μέλη της Ε.Ε. , [1]. Έτσι, κάποιες χώρες ορίζουν την κατανεμημένη παραγωγή με βάση το επίπεδο τάσης ενώ άλλες βασίζονται στην αρχή ότι η κατανεμημένη παραγωγή συνδέεται σε κυκλώματα από τα οποία τα φορτία των καταναλωτών εξυπηρετούνται άμεσα. Υπάρχουν και χώρες που ορίζουν την κατανεμημένη παραγωγή στηριζόμενες σε κάποια βασικά χαρακτηριστικά της (για παράδειγμα χρήση ανανεώσιμων πηγών, συμπαραγωγή, ή μη κεντρική κατανομή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής, κλπ). Η Διεθνής Επιτροπή CIGRE (International Council on Large Electric Systems), έχει δημιουργήσει μια ομάδα εργασίας στον τομέα της κατανεμημένης παραγωγής. Σύμφωνα με αυτή, μονάδες παραγωγής που (α) η μέγιστη ισχύς τους κυμαίνεται από 50 έως 100 MW, (β) είναι συνήθως συνδεδεμένες στο δίκτυο διανομής και (γ) η κατανομή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής δεν γίνεται κεντρικά (not centrally dispatched), συνιστούν κατανεμημένη παραγωγή, [1]. Προφανώς το τελευταίο μέρος του ορισμού αυτού δείχνει ότι οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής δεν ελέγχονται από το διαχειριστή του δικτύου μεταφοράς. Έτσι οι μονάδες παραγωγής που κατασκευάζονται από το διαχειριστή του δικτύου μεταφοράς αντί για επέκταση του δικτύου και οι οποίες μπορούν να ελεγχθούν κεντρικά δεν συνιστούν κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Η ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronics Engineer) καθορίζει την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή ως παραγωγή ηλεκτρισμού από εγκαταστάσεις οι οποίες είναι σαφώς μικρότερες από τις κεντρικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, έτσι ώστε να είναι δυνατή η διασύνδεσή τους σχεδόν σε κάθε σημείο του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περισσότεροι ορισμοί κάνουν λόγο για σύνδεση της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής με το δίκτυο διανομής. Η IEA ορίζει την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή ως μονάδες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια στη θέση του καταναλωτή ή σε τοπικές εγκαταστάσεις διανομής και την τροφοδοτούν απ’ ευθείας 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ στο τοπικό δίκτυο διανομής. Η ΙΕΑ, παρ’ όλα αυτά δεν κάνει καμία αναφορά στο μέγεθος της παραγόμενης ισχύος σε αντίθεση με άλλους ορισμούς. Είναι σαφές λοιπόν ότι υπάρχουν πολλοί ορισμοί για την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, επιτρέποντας την υιοθέτηση ενός ευρύτερου φάσματος πιθανών μονάδων παραγωγής. Κάποιοι ορισμοί επιτρέπουν τη σύνδεση μονάδων συμπαραγωγής μεγαλύτερης κλίμακας ή μεγάλων αιολικών πάρκων στο δίκτυο μεταφοράς, ενώ άλλοι εστιάζουν σε μικρής κλίμακας μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής. Από όλους αυτούς τους ορισμούς αφήνεται να εννοηθεί ότι τουλάχιστον οι μικρής κλίμακας μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής πρέπει να θεωρούνται μέρος της κατανεμημένης παραγωγής. Επιπλέον, οι μονάδες παραγωγής που εγκαθίστανται κοντά στο φορτίο ή στην πλευρά του καταναλωτή μπορούν να θεωρηθούν ως μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Το τελευταίο κριτήριο επικαλύπτει μερικώς το πρώτο, καθώς οι περισσότερες μονάδες παραγωγής που είναι εγκατεστημένες στην πλευρά του καταναλωτή είναι επίσης συνδεδεμένες στο δίκτυο διανομής, [1]. Εξαιτίας των μεγάλων διαφοροποιήσεων στους ορισμούς που χρησιμοποιούνται στη βιβλιογραφία, για να ορίσουμε την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή με μεγαλύτερη σαφήνεια πρέπει να εξετάσουμε τις εξής παραμέτρους: ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Α. Σκοπός της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής B. Θέση παραγωγής Γ. Ισχύς της κατανεμημένης παραγωγής Δ. Περιοχή που τροφοδοτεί η κατανεμημένη παραγωγή Ε. Τεχνολογία κατανεμημένης παραγωγής ΣΤ. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Ζ. Τρόπος λειτουργίας H. Ιδιοκτησία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής Θ. Διείσδυση της κατανεμημένης παραγωγής Σύμφωνα με τους Ackerman T. et al., [2], ένας προτεινόμενος γενικός ορισμός για την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή είναι ο εξής: Ως κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή μπορεί να θεωρηθεί μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας άμεσα συνδεδεμένη με το δίκτυο διανομής ή στην πλευρά του καταναλωτή. Η διαφοροποίηση μεταξύ του δικτύου διανομής και του δικτύου μεταφοράς καθορίζεται νομικά. Στις πιο ανταγωνιστικές αγορές, ο νομικός ορισμός για τα δίκτυα μεταφοράς αποτελεί συνήθως ένα μέρος του κανονισμού της αγοράς ενέργειας. Οτιδήποτε δεν ορίζεται ως δίκτυο μεταφοράς στην ισχύουσα νομοθεσία, μπορεί να θεωρηθεί ως δίκτυο διανομής. Ο ορισμός της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής δεν καθορίζει την ισχύ της μονάδας παραγωγής, καθώς η μέγιστη ισχύς εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του τοπικού δικτύου διανομής όπως π.χ. το επίπεδο της τάσης. Θα ήταν όμως χρήσιμο να προτείνουμε μια κατηγοριοποίηση βασισμένη στην ισχύ των μονάδων παραγωγής: • • • • Πολύ μικρή Μικρή Μεσαία Μεγάλη 1 W έως 5 kW 5 kW έως 5 MW 5 MW έως 50 MW 50 MW έως 300 MW 10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΤ ΖΟ Σ Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από ανανεώσιμες πηγές Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από συμβατικές πηγές Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας ΔΕ Μ • • • ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Επιπλέον, ο ορισμός αυτός δεν καθορίζει ούτε την περιοχή που τροφοδοτεί η κατανεμημένη παραγωγή, ούτε το βαθμό διείσδυσής της, ούτε την ιδιοκτησία της αλλά ούτε και την αντιμετώπισή της κατά τη διάρκεια λειτουργίας της. Δεν μπορεί να θεωρηθεί λοιπόν, όπως πολλές φορές γίνεται, ότι η κατανεμημένη παραγωγή χρησιμοποιείται για τοπική κατανάλωση, για χαμηλό βαθμό διείσδυσης έχοντας ανεξάρτητη ιδιοκτησία και ειδική αντιμετώπιση. Εάν μας απασχολούν οι παραπάνω παράμετροι, αυτές θα πρέπει να αναφερθούν επιπρόσθετα. Για παράδειγμα, εάν η ισχύς εξόδου της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής χρησιμοποιείται μόνο στο τοπικό δίκτυο διανομής προτείνεται ο όρος embedded distributed generation (ενσωματωμένη κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή). Επίσης, όταν στην κατανεμημένη παραγωγή η κατανομή φορτίου δεν γίνεται κεντρικά, προτείνεται ο όρος not centrally dispatched distributed generation (κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή όπου η κατανομή φορτίου δεν γίνεται κεντρικά). Ακόμα, ο ορισμός των Ackerman T. et al., [2] δεν καθορίζει τις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες, γιατί αυτές ποικίλουν. Παρ’ όλα αυτά, μπορεί να γίνει μια κατηγοριοποίηση με βάση την τεχνολογία που χρησιμοποιείται στην κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Προτείνονται λοιπόν οι εξής κατηγορίες: 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.2 Ζητήματα που εισάγει η κατανεμημένη παραγωγή Τα σύγχρονα δίκτυα διανομής είχαν σχεδιαστεί ώστε να παίρνουν ισχύ από τους μετασχηματιστές ΥΤ/ΜΤ και να τη διανέμουν στους καταναλωτές. Η ροή της ενεργού ισχύος (P) και της άεργου ισχύος (Q) ήταν πάντα από το υψηλότερο προς το χαμηλότερο επίπεδο τάσης (σχήμα 2.1). Έτσι, ακόμα και σε διασυνδεδεμένα δίκτυα διανομής η συμπεριφορά του δικτύου είναι πλήρως κατανοητή και οι διαδικασίες σχεδιασμού και λειτουργίας έχουν καθιερωθεί εδώ και καιρό. ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 2.1: Συμβατικό δίκτυο διανομής ΔΕ Μ Εντούτοις, λόγω της αυξημένης διείσδυσης της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής οι ροές ισχύος μπορεί να αντιστραφούν και έτσι το δίκτυο διανομής να μην είναι πια ένα παθητικό κύκλωμα που απλώς τροφοδοτεί φορτία, αλλά ένα ενεργό σύστημα με ροές ισχύος και τάσεις που καθορίζονται και από την παραγωγή και από τα φορτία (σχήμα 2.2). Για παράδειγμα η μονάδα συμπαραγωγής με τη σύγχρονη γεννήτρια (S) θα παράγει ενεργό ισχύ όταν το ηλεκτρικό φορτίο είναι μικρότερο από την ισχύ εξόδου της γεννήτριας αλλά παράλληλα μπορεί να απορροφάει ή να παράγει άεργο ισχύ ανάλογα με τη διέγερσή της. Η ανεμογεννήτρια θα παράγει ενεργό ισχύ αλλά ίσως απορροφάει άεργο ισχύ, καθώς η επαγωγική της γεννήτρια χρειάζεται μια πηγή άεργου ισχύος για να λειτουργήσει. Ο αντιστροφέας του φωτοβολταϊκού στοιχείου (PV) θα επιτρέψει την παραγωγή ενεργού ισχύος σε ένα καθορισμένο συντελεστή ισχύος, ίσως όμως εισάγει αρμονικά ρεύματα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.2. Έτσι οι ροές ισχύος στο κύκλωμα μπορεί να είναι αμφίδρομες καθώς εξαρτώνται από τη σχέση των μέτρων της ενεργού και άεργου ισχύος των φορτίων του δικτύου με τα αντίστοιχα μέτρα των εξόδων των γεννητριών και τις όποιες απώλειες του δικτύου, [3]. 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 2.2: Δίκτυο διανομής με κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Η αλλαγή της ροής ενεργού και αέργου ισχύος που προκαλείται από την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, έχει σημαντικές οικονομικές και τεχνικές επιπτώσεις στο ηλεκτρικό σύστημα. Σήμερα, το ενδιαφέρον έχει στραφεί στα άμεσα τεχνικά ζητήματα που αφορούν τη σύνδεση και τη λειτουργία της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής και οι περισσότερες χώρες έχουν αναπτύξει κανονισμούς και πρακτικές που αφορούν τα παραπάνω ζητήματα. Σε γενικές γραμμές, η προσέγγιση που υιοθετείται εξασφαλίζει ότι η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή δεν μειώνει την ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται στους άλλους καταναλωτές και η κατανεμημένη παραγωγή θεωρείται ως «αρνητικό φορτίο». Πρόσφατα έχουν αρχίσει να λαμβάνονται σοβαρά υπ’ όψιν οι οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίες φαίνεται να γίνονται απαραίτητες ταχύτερα σε απελευθερωμένες αγορές ενέργειας όπου υπάρχει σαφής διαχωρισμός της παραγωγής από τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.3 Επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής 2.3.1 Τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο _διανομής Σε αυτή την παράγραφο θα εξετάσουμε τις κυριότερες τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο δίκτυο διανομής. ¾ Μεταβολές στην τάση του δικτύου ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Κάθε δίκτυο διανομής πρέπει να τροφοδοτεί τους καταναλωτές με τάση μέσα σε συγκεκριμένα όρια. Αυτή η απαίτηση συχνά καθορίζει το σχεδιασμό και το κόστος των δικτύων διανομής και με το πέρασμα των χρόνων έχουν αναπτυχθεί τεχνικές ώστε να παρέχεται η απαιτούμενη τάση στους καταναλωτές με τη βέλτιστη χρήση των δικτύων διανομής. Η διακύμανση της τάσης στον κορμό ενός ακτινικού δικτύου διανομής φαίνεται στο σχήμα 2.3. Τα ακριβή όρια διακύμανσης της τάσης διαφέρουν από χώρα σε χώρα αλλά η αρχή λειτουργίας του κορμού των ακτινικών δικτύων παραμένει ίδια. Στην Ελλάδα επιτρέπεται μια διακύμανση της τάξης του ± 5%. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 2.3: Διακύμανση της τάσης κατά μήκος του κορμού ενός ακτινικού δικτύου Α Α-Β Β-C C-D D-E η τάση διατηρείται σταθερή από ένα μετασχηματιστή με αυτόματη αλλαγή των λήψεων πτώση τάσης εξ’ αιτίας του φορτίου στον κορμό ΜΤ ανύψωση τάσης εξ’ αιτίας των λήψεων του μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ πτώση τάσης στο μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ πτώση τάσης στον κορμό ΧΤ 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Το σχήμα 2.3 δείχνει ότι ο λόγος του μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ έχει προσαρμοστεί με τη χρήση αλλαγών στις λήψεις (οι αλλαγές γίνονται χωρίς φορτίο) έτσι ώστε σε περίπτωση μέγιστου φορτίου ο πιο απομακρυσμένος καταναλωτής να τροφοδοτείται με τάση μέσα στα επιτρεπτά όρια. Σε περίπτωση ελάχιστου φορτίου η τάση που τροφοδοτεί τους καταναλωτές είναι ελάχιστα χαμηλότερη από τη μέγιστη επιτρεπόμενη. Εάν συνδεθεί μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής στο τέλος του δικτύου, τότε θα αλλάξουν οι ροές ισχύος στο δίκτυο και επομένως και το επίπεδο της τάσης. Η χειρότερη περίπτωση είναι όταν το φορτίο των καταναλωτών είναι ελάχιστο και η ισχύς της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής ρέει πίσω στην πηγή. Για ένα δίκτυο διανομής με σχετικά μικρό φορτίο η ανύψωση της τάσης (ΔV) εξ’ αιτίας της κατανεμημένης παραγωγής δίνεται (στο σύστημα per unit) από τη σχέση (2.1): ΔV = (P R + X Q)/V (2.1) ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ όπου: P = ενεργός ισχύς εξόδου της γεννήτριας Q = άεργος ισχύς εξόδου της γεννήτριας R = ωμική αντίσταση του δικτύου X = επαγωγική αντίδραση του δικτύου V = ονομαστική τάση του δικτύου ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σε κάποιες περιπτώσεις, η ανύψωση της τάσης μπορεί να περιοριστεί αντιστρέφοντας τη ροή της αέργου ισχύος, είτε με χρήση επαγωγικής γεννήτριας είτε με υποδιεγερμένη σύγχρονη μηχανή λειτουργώντας με επαγωγικό συντελεστή ισχύος. Αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι αποτελεσματική σε εναέρια δίκτυα ΜΤ που έχουν συνήθως μεγάλο λόγο Χ/R. Σε υπόγεια δίκτυα ΧΤ όπου οι βασικοί παράγοντες είναι η ενεργός ισχύς P και η ωμική αντίσταση R, μπορούν να συνδεθούν μόνο μικρής ισχύος μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Μεγαλύτερες γεννήτριες συνδέονται είτε στους ζυγούς ΧΤ ενός μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ είτε, για ακόμα μεγαλύτερες μονάδες, απευθείας στο δίκτυο μέσης ή υψηλής τάσης. Σε μερικές χώρες χρησιμοποιούνται απλοί κανόνες κατά τον σχεδιασμό, που καθορίζουν τη μέγιστη ισχύ των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής που μπορούν να συνδεθούν σε διάφορα σημεία του δικτύου διανομής. Συνήθως οι κανόνες αυτοί είναι αρκετά συντηρητικοί, ενώ πιο λεπτομερείς υπολογισμοί συχνά δείχνουν ότι μπορούν να συνδεθούν μονάδες μεγαλύτερης ισχύος χωρίς να υπάρχει πρόβλημα. Μια εναλλακτική απλή προσέγγιση για το αν επιτρέπεται να συνδεθεί μια γεννήτρια στο δίκτυο, είναι η απαίτηση η ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο της σύνδεσης της γεννήτριας να είναι ένα μικρό πολλαπλάσιο της ισχύος της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής. Δηλαδή: S΄΄k3p ≥ Χ Sgenerator (2.2) όπου: S΄΄k3p = ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο σύνδεσης της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής Χ = ένας προκαθορισμένος ακέραιος αριθμός Sgenerator = ισχύς της γεννήτριας Το Χ προκαθορίζεται από τους σχεδιαστές του δικτύου και δείχνει πόσες φορές πρέπει να είναι μεγαλύτερη η ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ σύνδεσης της γεννήτριας από την ισχύ της γεννήτριας για να μπορεί να συνδεθεί αυτή με το δίκτυο. Σε μερικές χώρες απαιτούνται πολλαπλάσια (Χ) της τάξης του 20 με 25 για αιολικά πάρκα, αλλά αυτή και πάλι είναι μια πολύ συντηρητική προσέγγιση. Υπάρχουν μεγάλα αιολικά πάρκα που λειτουργούν σε δίκτυα διανομής με μικρότερο πολλαπλάσιο Χ (ακόμα και 6) χωρίς να εμφανίζονται προβλήματα, [3]. Οι μελέτες που ασχολούνται με την επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στην τάση του δικτύου βασίζονται είτε στην τάση με την οποία τροφοδοτούνται οι καταναλωτές, είτε στα επιτρεπτά όρια των διακυμάνσεων της τάσης σε κάποιο ενδιάμεσο σημείο του δικτύου διανομής. Στη δεύτερη περίπτωση η μελέτη είναι πιο εύκολη αλλά μας δίνει πιο συντηρητικά αποτελέσματα. Κάποια συστήματα διανομής χρησιμοποιούν ένα πιο έξυπνο έλεγχο των αλλαγών των λήψεων των μετασχηματιστών υπό φορτίο που περιλαμβάνει τη χρήση ενός σήματος ρεύματος που συνδυάζεται με τη μέτρηση της τάσης. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ¾ Αύξηση της ισχύος βραχυκυκλώσεως ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Οι περισσότερες μονάδες κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιούν στρεφόμενες μηχανές που συνεισφέρουν στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Τόσο οι σύγχρονες όσο και οι επαγωγικές γεννήτριες αυξάνουν την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου διανομής, παρόλο που η συμπεριφορά τους διαφέρει ανάλογα με τις συνθήκες σφάλματος. Σε αστικές περιοχές όπου η ισχύς βραχυκυκλώσεως πλησιάζει αυτή που αντέχει ο εξοπλισμός, η αύξηση της ισχύος βραχυκυκλώσεως μπορεί να αποτελέσει σοβαρό εμπόδιο στην ανάπτυξη της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής. Η αναβάθμιση όμως του εξοπλισμού του δικτύου διανομής ώστε να αντέχει μεγαλύτερη ισχύ βραχυκυκλώσεως κοστίζει ακριβά. Γι’ αυτό η συνεισφορά μιας μονάδας κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως μπορεί να μειωθεί βάζοντας ανάμεσα στην γεννήτρια και στο δίκτυο μια αντίδραση (είτε ένα μετασχηματιστή είτε ένα πηνίο), αυξάνοντας όμως τις απώλειες και τις διακυμάνσεις της τάσης. Σε μερικές χώρες χρησιμοποιούνται ασφάλειες εκτονώσεως ώστε να περιορίσουν την συνεισφορά των μονάδων αυτών στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. ¾ Ποιότητα παρεχόμενης ισχύος Δύο είναι οι παράγοντες της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος που συνήθως θεωρούνται οι πιο σημαντικοί: i) οι μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης και ii) οι αρμονικές παραμορφώσεις της τάσης του δικτύου. Ανάλογα με την περίπτωση οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής βελτιώνουν ή υποβιβάζουν την ποιότητα της τάσης που παρέχεται στους άλλους καταναλωτές. Μπορεί να προκαλέσουν μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου αν επιτρέπονται μεγάλες αλλαγές στο ρεύμα κατά τη διάρκεια της σύνδεσης ή αποσύνδεσής τους στο δίκτυο. Το μέτρο των μεταβατικών αυτών ρευμάτων μπορεί να περιοριστεί γενικά με τον προσεκτικό σχεδιασμό της γεννήτριας. Όμως οι μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης όταν συνδέεται μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής σε ασθενές δίκτυο ίσως είναι περισσότερο σημαντικές από την ανύψωση της τάσης που προκαλεί, ώστε να αποτελούν απαγορευτικό παράγοντα για τη χρησιμοποίησή τους. Οι σύγχρονες γεννήτριες μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο προκαλώντας αμελητέες διαταραχές αν συγχρονιστούν σωστά και χρησιμοποιηθούν διατάξεις που να περιορίζουν τις 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΕ Μ ¾ Ευστάθεια ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ διακυμάνσεις που προκαλούνται στο ρεύμα με την σύνδεση και αποσύνδεσή τους από το δίκτυο. Παρ’ όλα αυτά, η αποσύνδεση των γεννητριών σε λειτουργία υπό πλήρες φορτίο μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές παρότι σπάνιες πτώσεις τάσης. Επίσης ο τρόπος περιστροφής του δρομέα (π.χ. σε ανεμογεννήτριες σταθερής ταχύτητας) μπορεί να δημιουργήσει κυκλικές διαταραχές στο ρεύμα εξόδου της γεννήτριας που δύναται να οδηγήσει σε ταλάντωση αν δεν ελέγχεται σωστά. Η προσθήκη κατανεμημένης παραγωγής αυξάνει την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου διανομής. Όταν η γεννήτρια συνδεθεί στο δίκτυο οι διαταραχές που προκαλούνται από διάφορους καταναλωτές ή από σφάλματα σε απομακρυσμένες θέσεις προκαλούν μικρότερες διαταραχές στην τάση και επομένως βελτιώνεται η ποιότητα της παρεχόμενης ισχύος. Γενικά ένας συμβατικός τρόπος βελτίωσης της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος είναι η τοπική εγκατάσταση μονάδων παραγωγής ενέργειας. Μονάδες που δεν έχουν σχεδιαστεί σωστά και που χρησιμοποιούν διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος για τη σύνδεση με το δίκτυο μπορεί να εισάγουν στο δίκτυο ρεύματα ανώτερων αρμονικών που ίσως να προκαλέσουν μη αποδεκτές παραμορφώσεις στην τάση. Παρ’ όλα αυτά, άμεσα συνδεδεμένες γεννήτριες υπάρχει περίπτωση να μειώσουν την αντίσταση του δικτύου διανομής και επομένως και τις αρμονικές της τάσης προκαλώντας όμως μεγάλα ρεύματα ανώτερων αρμονικών στη γεννήτρια και άλλα πιθανά προβλήματα εξ’ αιτίας συντονισμού. Το φαινόμενο αυτό πρέπει να προσεχτεί ιδιαίτερα εάν έχουν συνδεθεί πυκνωτές διόρθωσης του συντελεστή ισχύος παράλληλα με επαγωγικές γεννήτριες. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα προκαλείται από τις επαγωγικές γεννήτριες που συνδέονται σε δίκτυα ΜΤ που βρίσκονται σε αραιοκατοικημένες περιοχές για εξισορρόπηση των τάσεων. Οι τάσεις των φάσεων στα δίκτυα ΜΤ αυτών των περιοχών είναι συχνά μη συμμετρικές εξ’ αιτίας της σύνδεσης μονοφασικών φορτίων. Στην περίπτωση αυτή οι επαγωγικές γεννήτριες που παρουσιάζουν χαμηλές σύνθετες αντιστάσεις σε μη εξισορροπημένες τάσεις απορροφούν μεγάλα μη συμμετρικά ρεύματα και έτσι καταφέρνουν να εξισορροπήσουν τις τάσεις των φάσεων προκαλώντας όμως μεγάλα ρεύματα στα τυλίγματα της γεννήτριας και συνεπώς υπερθέρμανση. Η επιρροή των μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής που σαν σκοπό έχουν την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στη μεταβατική ευστάθεια δεν θεωρείται σημαντική. Αν συμβεί ένα σφάλμα κάπου στο δίκτυο διανομής που θα έχει σαν αποτέλεσμα την βύθιση της τάσης του δικτύου και την αποσύνδεση της γεννήτριας, το μόνο που θα χαθεί είναι μια μικρή χρονική περίοδος παραγωγής ενέργειας. Η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής θα επιταχυνθεί και τελικά θα αποσυνδεθεί λόγω της εσωτερικής της προστασίας. Το σύστημα ελέγχου της γεννήτριας αυτής θα επαναφέρει αυτόματα τη γεννήτρια αφού πρώτα επανέλθει το δίκτυο σε κανονική λειτουργία. Φυσικά αν η γεννήτρια παίζει σημαντικό ρόλο στο δίκτυο τότε απαιτείται περισσότερη προσοχή ώστε να εξασφαλιστεί ότι δεν θα αποσυνδέεται σε απομακρυσμένα σφάλματα. Καθώς η αδράνεια της μονάδας είναι τις περισσότερες φορές μικρή και ο χρόνος διακοπής της προστασίας μεγάλος, ίσως δεν είναι δυνατό να εξασφαλιστεί η ευστάθεια για όλα τα σφάλματα του δικτύου διανομής. Αν μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής συνεισφέρει αποφασιστικά στο σύστημα ενέργειας, τότε η μεταβατική ευστάθειά της είναι σημαντική. Μάλιστα μπορεί να είναι μεγάλης σημασίας και η ευστάθεια της τάσης και η ευστάθεια της 17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΤ ΖΟ Σ ¾ Λειτουργία του δικτύου ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ γωνίας ανάλογα με τις συνθήκες. Ένα κοινό πρόβλημα σε πολλές χώρες είναι η άσκοπη διακοπή από ηλεκτρονόμους ευαίσθητους σε μεταβολές συχνότητας (rocof relays). Αυτoί ρυθμίζονται ώστε να ανιχνεύουν την νησιδοποίηση (islanding), αλλά στην περίπτωση σημαντικών σφαλμάτων σε ένα σύστημα (π.χ. απώλεια μιας μεγάλης μονάδας παραγωγής) μπορεί να μη λειτουργήσουν σωστά και να διακόψουν μεγάλο όγκο κατανεμημένης παραγωγής. Η διακοπή αυτή θα έχει σαν αποτέλεσμα ακόμα μεγαλύτερη μείωση της συχνότητας. Η επανασύνδεση κάποιου τμήματος του δικτύου διανομής με σημαντική κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή πρέπει να γίνει με προσοχή. Αν το δίκτυο βασιζόταν στις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής ώστε να εξυπηρετεί το φορτίο του, τότε όταν επανασυνδεθεί, το φορτίο θα απαιτήσει ισχύ προτού μπορέσουν να επανασυνδεθούν οι μονάδες. Το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται συχνά από τους υπεύθυνους της κεντρικής παραγωγής και των δικτύων μεταφοράς, αλλά είναι ασυνήθιστο στα δίκτυα διανομής. Οι σύγχρονες γεννήτριες κατά τη διάρκεια μιας παροδικής αστάθειας αποσυγχρονίζονται ενώ οι επαγωγικές τραβούν μεγάλα επαγωγικά ρεύματα τα οποία με τη σειρά τους προκαλούν αστάθεια και βύθιση της τάσης του δικτύου. Το όριο στατικής ευστάθειας των επαγωγικών γεννητριών μπορεί επίσης να περιορίσει τη σύνδεσή τους σε πολύ ασθενή δίκτυα διανομής, διότι μια πολύ μεγάλη σύνθετη αντίσταση της πηγής ή ένα χαμηλό επίπεδο ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου μπορεί να περιορίσει τη μέγιστη ροπή της γεννήτριας σε τέτοιο βαθμό που να μη μπορεί να λειτουργήσει σε ονομαστική τάση. ΔΕ Μ Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή έχει σημαντικές επιπτώσεις στη λειτουργία του δικτύου διανομής αφού πλέον τροφοδοτείται από πολλά σημεία. Αυτό επηρεάζει τις απαραίτητες διαδικασίες ασφάλειας που πρέπει να γίνουν πριν από οποιαδήποτε εργασία αποκατάστασης βλάβης στο δίκτυο ενώ επίσης δυσχεραίνει την προγραμματισμένη συντήρηση του δικτύου. Άλλη μια παράμετρος που πρέπει να προσεχθεί είναι να μην επηρεάζονται τα σήματα ακουστικής συχνότητας που μεταφέρονται στο δίκτυο διανομής από την κατανεμημένη παραγωγή. Τα σήματα αυτά είναι υπεύθυνα για πολλές λειτουργίες του δικτύου (π.χ. για την ενεργοποίηση του δημοτικού φωτισμού) και η διαταραχή τους θα προκαλούσε σημαντικά προβλήματα. ¾ Προστασία Η προστασία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής αναφέρεται στα παρακάτω: • • • • προστασία του εξοπλισμού των γεννητριών από εσωτερικά σφάλματα προστασία του δικτύου διανομής που παρουσιάζει κάποιο σφάλμα από ρεύματα βραχυκυκλώσεως τα οποία προέρχονται από την κατανεμημένη παραγωγή προστασία έναντι της νησιδοποίησης (anti-islanding) επίδραση της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στην υπάρχουσα προστασία του δικτύου διανομής. 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Η προστασία της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής από εσωτερικά σφάλματα είναι άμεση. Τα ρεύματα βραχυκυκλώσεως που ρέουν από το δίκτυο διανομής χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των σφαλμάτων και οι τεχνικές για την προστασία κάθε μεγάλης μηχανής θεωρούνται γενικά επαρκείς. Σε αραιοκατοικημένες περιοχές ένα σύνηθες πρόβλημα είναι να εξασφαλιστεί ότι θα ρέουν επαρκή ρεύματα βραχυκυκλώσεως από το δίκτυο ώστε να λειτουργήσουν ακαριαία τα μέσα προστασίας (ηλεκτρονόμοι και ασφάλειες). Η προστασία του δικτύου διανομής που παρουσιάζει κάποιο σφάλμα από ρεύματα βραχυκυκλώσεως τα οποία προέρχονται από τις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής είναι συνήθως πιο δύσκολη. Οι επαγωγικές γεννήτριες δε συμβάλλουν στο μόνιμο ρεύμα τριπολικού βραχυκυκλώματος καθώς επίσης και η συμβολή τους σε μόνιμα ασύμμετρα σφάλματα είναι περιορισμένη. Οι μικρές σύγχρονες γεννήτριες χρειάζονται έξυπνα συστήματα διέγερσης και κυκλώματα ενίσχυσης πεδίου για να παρέχουν μόνιμα ρεύματα βραχυκυκλώσεως πολύ μεγαλύτερα από το ονομαστικό τους ρεύμα. Έτσι, για κάποιες εγκαταστάσεις χρειάζεται να βασιζόμαστε στην προστασία του δικτύου διανομής να εκκαθαρίσει το σφάλμα και κατά συνέπεια να απομονώσει τις μονάδες που στη συνέχεια αποσυνδέονται από το δίκτυο λόγω της προστασίας έναντι της νησιδοποίησης ή της προστασίας ορίων τάσεως και συχνότητας. Αυτή η τεχνική της διαδοχικής αποσύνδεσης δεν είναι συνηθισμένη αλλά είναι απαραίτητη σε κάποιες περιπτώσεις, εξ’ αιτίας της αδυναμίας ορισμένων γεννητριών να παρέχουν επαρκές ρεύμα βραχυκυκλώσεως για τα πιο συμβατικά σχήματα προστασίας. Η προστασία έναντι της νησιδοποίησης αποτελεί σημαντικό ζήτημα σε αρκετές χώρες και ιδιαίτερα σε αυτές όπου η αυτόματη επαναφορά χρησιμοποιείται στο δίκτυο διανομής. Ως νησιδοποίηση ορίζεται η κατάσταση στην οποία ένα τμήμα του δικτύου, το οποίο περιλαμβάνει τόσο φορτίο όσο και παραγωγή, απομονώνεται από το υπόλοιπο δίκτυο αλλά συνεχίζει να λειτουργεί τροφοδοτούμενο από τις μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο τμήμα αυτό. Για διάφορους λόγους, τεχνικούς και διαχειριστικούς, η παρατεταμένη λειτουργία ενός τμήματος του δικτύου που τροφοδοτείται από μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής αλλά έχει αποσυνδεθεί από το δίκτυο διανομής, δεν θεωρείται αποδεκτή. Επομένως χρειάζεται ένας ηλεκτρονόμος που θα ανιχνεύει πότε η γεννήτρια και ίσως ένα κομμάτι του δικτύου νησιδοποιούνται και θα αποσυνδέει τη γεννήτρια. Ο ηλεκτρονόμος αυτός θα πρέπει να λειτουργεί μέσα στο νεκρό χρόνο οποιασδήποτε χρησιμοποιούμενης διάταξης αυτόματης επαναφοράς ώστε να αποφεύγεται η επανασύνδεση της πηγής χωρίς αυτή να είναι συγχρονισμένη με το δίκτυο. Παρά τη χρησιμοποίηση πολλών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένων των rocof relays και της ολίσθησης του διανύσματος τάσης, πολλές φορές αυτές οδηγούν σε άσκοπη αποσύνδεση εάν οι ηλεκτρονόμοι ρυθμιστούν ώστε να ανιχνεύουν πολύ γρήγορα και με μεγάλη ευαισθησία τη νησιδοποίηση. Η γείωση του ουδετέρου της γεννήτριας είναι ένα θέμα που σχετίζεται με τα παραπάνω, διότι σε κάποιες χώρες ένα αγείωτο σύστημα δεν είναι αποδεκτό. Πρέπει λοιπόν να δίνεται προσοχή στο που συνδέεται ο ουδέτερος και πως γειώνεται. Το πρόβλημα της νησιδοποίησης φαίνεται στο σχήμα 2.4. Εάν ανοίξει ο διακόπτης Α, π.χ. σε ένα παροδικό σφάλμα, τότε μπορεί να μην υπάρχει αρκετό ρεύμα βραχυκυκλώσεως για να λειτουργήσει ο διακόπτης Β. Σε αυτή την περίπτωση η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής ίσως να καταφέρει να τροφοδοτεί το φορτίο. Εάν η έξοδος της γεννήτριας καταφέρει να παράγει ακριβώς την ενεργό και άεργο ισχύ που απαιτεί το φορτίο, τότε δεν θα υπάρξει αλλαγή στη συχνότητα ή στην τάση του απομονωμένου τμήματος του δικτύου. Έτσι, μόνο με τοπικές μετρήσεις στο 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ σημείο Β είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευτεί με αξιοπιστία αν ο διακόπτης Α έχει ανοίξει. Στην οριακή περίπτωση τώρα όπου δε ρέει ρεύμα από τον Α (μόνο η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής τροφοδοτεί το φορτίο), τα μεγέθη του δικτύου στον Β δεν επηρεάζονται είτε ο διακόπτης Α είναι κλειστός είτε ανοιχτός. Επίσης, εύκολα παρατηρεί κανείς ότι αφού το φορτίο τροφοδοτείται από την πλευρά του τριγώνου του μετασχηματιστή δεν θα υπάρχει γείωση του ουδετέρου σε αυτή την πλευρά του δικτύου, [3]. Τέλος, οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία των ήδη υπαρχόντων δικτύων διανομής συνεισφέροντας στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως, κάτι που δεν είχε προβλεφθεί όταν η προστασία είχε αρχικά σχεδιασθεί. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 2.4: Το πρόβλημα της νησιδοποίησης 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.3.2 Οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Το θέμα των τεχνικών επιπτώσεων της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο δίκτυο διανομής είναι γενικά γνωστό και υπάρχουν πια πολλές τεχνικές σχεδίασης και υπολογισμών που το αντιμετωπίζουν. Αυτό που κυρίως μας απασχολεί τελευταία είναι ο συνολικός βαθμός διείσδυσης της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής και οι συγκεκριμένες δυσκολίες που προκύπτουν όταν μεγάλες μονάδες συνδέονται σε πολύ ασθενή δίκτυα. Αντίθετα, τον τελευταίο καιρό, μόλις έχουν αρχίσει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη οι οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής. Με την εισαγωγή των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο αλλάζει η ροή ισχύος, πράγμα που θα αλλάξει τις απώλειες του δικτύου. Εάν μια μικρή μονάδα βρίσκεται κοντά σε ένα μεγάλο φορτίο, τότε οι απώλειες του δικτύου θα μειωθούν, καθώς τόσο η ενεργός όσο και η άεργος ισχύς παρέχονται στο φορτίο από την γειτονική γεννήτρια. Αντίστροφα, αν μια μεγάλη μονάδα βρίσκεται μακριά από τα φορτία του δικτύου, τότε οι απώλειες του δικτύου είναι πιθανόν να αυξηθούν. Τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο σύνθετα εξαιτίας της αυξανόμενης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας όσο αυξάνει το φορτίο. Γενικά, ένα μεγάλο φορτίο στο δίκτυο διανομής συσχετίζεται άμεσα με τη χρήση πολυδάπανων μονάδων παραγωγής. Έτσι, κάθε πηγή που μπορεί να λειτουργεί σε περιόδους υψηλού φορτίου και να μειώνει τις απώλειες έχει σημαντική επίδραση στο κόστος λειτουργίας του δικτύου. Προς το παρόν, η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή δεν συμβάλει στον έλεγχο της τάσης του δικτύου διανομής. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, οι γεννήτριες λειτουργούν με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος έτσι ώστε να μειώνονται οι ηλεκτρικές τους απώλειες και να αποφεύγονται τα προβλήματα που δημιουργούνται από την κατανάλωση αέργου ισχύος, ανεξάρτητα από τις ανάγκες του δικτύου διανομής. Στη Δανία, έχει γίνει μια πρόοδος με τη χρήση κατανεμημένων μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας που λειτουργούν σε τρεις διαφορετικούς συντελεστές ισχύος ανάλογα με την ώρα της ημέρας. Κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλού φορτίου εξάγεται άεργος ισχύς στο δίκτυο, ενώ κατά την διάρκεια περιόδων χαμηλού φορτίου οι μονάδες λειτουργούν με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί γενικά για να καλύψει την ισχύ του δικτύου διανομής. Ξεκάθαρα αυτό δεν συμβαίνει σε ακτινικά δίκτυα χωρίς τροφοδότηση από τον ανάντι ζυγό του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ, αφού η νησιδοποίηση γενικά δεν είναι αποδεκτή και πολλές φορές χρειάζονται μεγάλες επεκτάσεις στο δίκτυο ώστε να συλλεχθεί η ενέργεια από απομονωμένες γεννήτριες. Εν τούτοις, τα περισσότερα δίκτυα διανομής υψηλής τάσης απαιτείται να είναι διπλά και βροχοειδή και συνεπώς η κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να μειώσει τις απαιτήσεις για τέτοιας μορφής δίκτυα. Προς το παρόν δεν είναι γενικά αποδεκτή η άποψη ότι η κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να καλύψει πλήρως την ισχύ του δικτύου διανομής, [3]. 21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.4 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο μεταφοράς ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Με παρόμοιο τρόπο όπως στο δίκτυο διανομής, η κατανεμημένη παραγωγή θα αλλάξει τη ροή ισχύος στο δίκτυο μεταφοράς. Έτσι οι απώλειες του δικτύου μεταφοράς θα αλλάξουν, γενικά θα μειωθούν, ενώ σε ένα ισχυρά βροχοειδές δίκτυο μεταφοράς είναι φανερό ότι μειωμένες ροές ισχύος έχουν σαν αποτέλεσμα λιγότερες απαιτήσεις εξοπλισμού. Γενικά, όταν η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή λειτουργεί σε περιόδους υψηλής ζήτησης φορτίου συμβάλει στην οικονομικότερη λειτουργία του δικτύου μεταφοράς. 22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.5 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Η κύρια επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή είναι η μείωση της μέσης ισχύος εξόδου των κεντρικών μονάδων παραγωγής, αλλά συχνά και η αύξηση των διακυμάνσεών της. Σε ένα μεγάλο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, οι απαιτήσεις των καταναλωτών εκτιμώνται με σχετική ακρίβεια από το Κέντρο Ελέγχου Ενέργειας. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή εισάγει επιπρόσθετη αβεβαιότητα στις εκτιμήσεις αυτές και ίσως χρειάζονται επιπλέον εφεδρικές μονάδες. Στη Δανία γίνεται μια μεγάλη προσπάθεια εκτίμησης της ισχύος εξόδου των αιολικών πάρκων προβλέποντας την ταχύτητα του ανέμου καθώς και της ισχύος εξόδου των μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας προβλέποντας τις απαιτήσεις σε θερμότητα. Και οι δύο εκτιμήσεις βασίζονται σε μετεωρολογικές τεχνικές. Καθώς οι γεννήτριες τροφοδοτούν όλο και σε μεγαλύτερο ποσοστό το φορτίο των καταναλωτών, ειδικά σε περιόδους χαμηλής ζήτησης, ο προγραμματισμός της παραγωγής από εφεδρικές μονάδες και ο έλεγχος της συχνότητας πλέον αποτελεί ένα σημαντικό ζήτημα. Οι συμβατικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ατμού και νερού) μπορούν να παρέχουν στο δίκτυο τις βοηθητικές λειτουργίες (π.χ. έλεγχος συχνότητας) που είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία του συστήματος. Εάν αυτές οι συμβατικές μονάδες αντικατασταθούν από μονάδες κατανεμημένης παραγωγής τότε οι παραπάνω λειτουργίες θα πρέπει να παρέχονται με διαφορετικό τρόπο και επομένως το επιπλέον κόστος που θα προκύψει θα μειώσει την αξία της ισχύος εξόδου της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής, [3]. 23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 2.6 Είδη μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής Συχνά ο όρος κατανεμημένη παραγωγή χρησιμοποιείται για να περιγράψει παραγωγή µε συγκεκριμένη τεχνολογία όπως µε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Εντούτοις είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε τεχνολογία για την υλοποίηση της κατανεμημένης παραγωγής. Παρακάτω θα περιγράψουμε τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες: ¾ Φωτοβολταϊκά Στοιχεία ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια απ’ ευθείας από τον ήλιο. Τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας μεταφέρουν την ενέργειά τους στα ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε ημιαγωγούς οι οποίοι είναι συνήθως κατασκευασμένοι από πυρίτιο. Η παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά είναι μια καλή λύση για καταναλωτές που βρίσκονται μακριά από το δίκτυο διανομής και έτσι πολλοί κατασκευαστές δραστηριοποιούνται σε αυτό το χώρο. Παρόλα αυτά, σήμερα η τεχνολογία αυτή αντιμετωπίζεται ως ένας τρόπος παραγωγής ενέργειας για περισσότερες εφαρμογές. Αν και αρκετές μονάδες της τάξης των MW έχουν κατασκευαστεί στο παρελθόν, πλέον το ενδιαφέρον έχει επικεντρωθεί στην ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών ως κατασκευαστικών στοιχείων των κτιρίων ώστε να μειωθεί το συνολικό κόστος και οι απαιτήσεις σε χώρο εγκατάστασης. Έτσι λοιπόν, αυτές οι σχετικά μικρές μονάδες ΦΣ μπορούν να συνδεθούν απ’ ευθείας στις εγκαταστάσεις των καταναλωτών και να αλληλεπιδρούν με το δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης. Η έξοδος των ΦΣ είναι συνεχούς ρεύματος και σχετικά χαμηλής τάσης. Για το λόγο αυτό η σύνδεσή τους με το δίκτυο διανομής γίνεται μέσω ενός αντιστροφέα (inverter). Ο αντιστροφέας αυτός συνήθως αποτελείται από: i) ένα κύκλωμα ανίχνευσης μεγίστου σημείου ισχύος (MPPT), ii) ένα στοιχείο αποθήκευσης ενέργειας, iii) ένα DC:DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης, iv) ένα DC:AC αντιστροφέα, v) ένα μετασχηματιστή απομόνωσης που εξασφαλίζει τη μη έγχυση συνεχούς ρεύματος στο δίκτυο και vi) ένα φίλτρο εξόδου που περιορίζει τις ανώτερες αρμονικές του ρεύματος που περνούν στο δίκτυο (σχήμα 2.5). Σχήμα 2.5: Δομή ενός αντιστοφέα φωτοβολταϊκών στοιχείων για διασυνδεδεμένη με το δίκτυο λειτουργία ¾ Ανεμογεννήτριες Οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν μετατρέποντας την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική εκμεταλλευόμενες τον άνεμο που κινεί τον δρομέα τους. Με την αύξηση της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, η διαθεσιμότητα της ηλεκτρικής ενέργειας από ανεμογεννήτριες καθώς και η επιρροή τους στο ηλεκτρικό δίκτυο 24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΤ ΖΟ Σ ¾ Μικρά υδροηλεκτρικά ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ αποτελεί ένα σοβαρό θέμα, καθώς κάθε δίκτυο διανομής είναι σχεδιασμένο με μοναδικό τρόπο. Η ηλεκτρική παραγωγή από τις ανεμογεννήτριες, παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις στο πεδίο του χρόνου, εξαιτίας της αστάθειας της ταχύτητας του ανέμου. Οι διακυμάνσεις που προκαλούνται από τις απότομες ριπές των ανέμων, προκαλούν αλυσιδωτά διακυμάνσεις στην τάση εξόδου, γνωστές ως ‘flicker’ (εξ’ αιτίας της επίπτωσης που έχουν στις λάμπες πυρακτώσεως), που με τη σειρά της προκαλεί σοβαρές επιπτώσεις στην ποιότητα της ηλεκτρικής ισχύος στο διασυνδεδεμένο δίκτυο. Γενικά η τεχνολογία των ανεμογεννητριών είναι ίσως η πιο διαδεδομένη τεχνολογία ΑΠΕ, η οποία έχει εξελιχθεί τεχνολογικά σε τέτοιο σημείο που κατασκευάζονται ανεμογεννήτριες ισχύος 5 MW. Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες τεχνολογίες ΑΠΕ, έτσι και με τις ανεμογεννήτριες η απόδοσή τους εξαρτάται από τα κλιματολογικά στοιχεία ή αλλιώς από το διαθέσιμο δυναμικό της περιοχής. Μπορούν να λειτουργήσουν ως αυτόνομες μονάδες, ή ως διασυνδεδεμένες στο υφιστάμενο δίκτυο. Λόγω της πολύχρονης παρουσίας τους στην αγορά, το κόστος τους συνεχώς μειώνεται και σε πολλές περιπτώσεις αποτελούν ανταγωνιστική λύση έναντι των συμβατικών εφαρμογών ηλεκτροπαραγωγής. Όμως συχνά οι περιοχές με υψηλό αιολικό δυναμικό βρίσκονται μακριά από κατοικήσιμες περιοχές και επομένως μακριά από ισχυρό δίκτυο διανομής. Συνεπώς πρέπει να εξεταστεί σοβαρά αν μπορούμε να συνδέσουμε τις ανεμογεννήτριες με ένα σχετικά ασθενές δίκτυο διανομής. ΔΕ Μ Η υδροηλεκτρική ενέργεια αποτελεί μια ανανεώσιμη μορφή ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε από τα πρώτα βήματα ανάπτυξης των ηλεκτρικών εφαρμογών, κυρίως με την κατασκευή φραγμάτων και τη δημιουργία υδάτινων ταμιευτήρων σε μεγάλους ποταμούς. Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται ραγδαία η τεχνική των μικρών υδροηλεκτρικών, ισχύος μέχρι 10MW, τα οποία εγκαθίστανται σε μικρά σχετικά ρέματα και έχουν περιορισμένη επίπτωση στο περιβάλλον, αφού περιλαμβάνουν απλώς μια υδροληψία, έναν αγωγό υπό πίεση και τον υδροστρόβιλο. Βασικής σημασίας τόσο για την αποδοτικότητα της επένδυσης όσο και για τις επιπτώσεις στο περιβάλλον, είναι η κατάλληλη επιλογή της θέσεως και η όλη σχεδίαση του έργου. Τα μικρά υδροηλεκτρικά που δεν έχουν μεγάλη δυνατότητα αποθήκευσης αντιμετωπίζουν μεγάλες διακυμάνσεις στη ροή του νερού και συνεπώς δεν μπορούν να παράγουν σταθερή ισχύ εξόδου. Χρησιμοποιούν είτε σύγχρονες γεννήτριες είτε ασύγχρονες. Μία παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη στο σχεδιασμό είναι να εξασφαλιστεί ότι ο στρόβιλος και η γεννήτρια δεν θα καταστραφούν σε περίπτωση διακοπής της σύνδεσης με το δίκτυο, πράγμα που θα οδηγήσει σε απώλεια του φορτίου και θα προκαλέσει την επιτάχυνση του στροβίλου της γεννήτριας. ¾ Βιομάζα Η βιομάζα θεωρείται ανανεώσιμο καύσιμο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Υπάρχουν δύο τρόποι εκμετάλλευσης της ενέργειας της βιομάζας: 25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 • • ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Άμεση καύση της βιομάζας μέσα σε λέβητα με αποτέλεσμα την παραγωγή ατμού που κινεί έπειτα έναν ατμοστρόβιλο. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα υλικά βιομάζας έτσι ώστε να αποφευχθεί η συσσώρευση στάχτης που μειώνει την απόδοση και αυξάνει το κόστος. Επεξεργασία της βιομάζας μέσω ενός αεριοποιητή, ο οποίος μετατρέπει τα υγρά και τα στερεά σε αέριο καύσιμο. Το καύσιμο αυτό μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί από έναν αεριοστρόβιλο. ¾ Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Τα εργοστάσια ΣΗΘ είναι μονάδες παραγωγής όπου η θερμότητα είναι το αρχικό προϊόν και ο ηλεκτρισμός παράγεται ως υποπροϊόν ή εναλλακτικά, ο ηλεκτρισμός είναι το αρχικό προϊόν και η συσσωρεμένη θερμότητα ξαναχρησιμοποιείται ως υποπροϊόν για χρήση, π.χ. για θέρμανση, [4]. Επειδή η ΣΗΘ εκμεταλλεύεται τη θερμότητα που σε άλλη περίπτωση θα χανόταν κατά τη συμβατική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η συνολική απόδοση αυτών των ολοκληρωμένων συστημάτων είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των μεμονωμένων, [5]. Με τη χρησιμοποίηση των ΣΗΘ επιτυγχάνεται μείωση της τάξης του 35% στην κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, σε σύγκριση με την ενέργεια που παράγεται από κεντρικές μονάδες και στη συνέχεια καταναλώνεται για θέρμανση. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα που προσφέρουν οι τεχνολογίες ΣΗΘ είναι ότι οι μονάδες μπορούν να εγκατασταθούν στο σημείο που είναι αναγκαία η παροχή ενέργειας (on- site). Με τον τρόπο αυτό αποφεύγονται οι απώλειες μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας από τους κεντρικούς σταθμούς ενώ με εκτεταμένη χρήση ΣΗΘ μειώνονται οι εκπομπές CO2 από 10-30% συνολικά αλλά αυξάνονται τοπικά. Η τεχνολογία της ΣΗΘ είναι ευπροσάρμοστη και μπορεί να συνδυαστεί με υπάρχουσες ή καινούργιες τεχνολογίες στον βιομηχανικό, εμπορικό, και οικιστικό τομέα. Τα αποδοτικότερα συστήματα ΣΗΘ (με πάνω από 80% συνολικό βαθμό απόδοσης) είναι εκείνα που ικανοποιούν μεγάλη θερμική ζήτηση με την ταυτόχρονη παραγωγή σχετικά μικρότερης ηλεκτρικής ισχύος. Η ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι σημαντική από οικονομικής άποψης για τα ΣΗΘ, καθώς η διάθεση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας στην αγορά είναι τεχνικά ευκολότερη απ’ ότι είναι η διάθεση της πλεονάζουσας θερμικής ενέργειας. Γι’ αυτό το λόγο οι μονάδες ΣΗΘ ελέγχονται έτσι ώστε να μπορούν να εξυπηρετήσουν το θερμικό φορτίο, πράγμα όμως που προκαλεί διακυμάνσεις στην ηλεκτρική ισχύ που πρέπει να παραχθεί από τις κεντρικές μονάδες παραγωγής για να καλυφθούν οι ανάγκες των φορτίων. Τα κυριότερα συστήματα ΣΗΘ είναι τα εξής: • • • • • • • Συστήματα ατμοστροβίλου Συστήματα αεριοστροβίλου Συστήματα με παλινδρομική μηχανή εσωτερικής καύσης Συστήματα συνδυασμένου κύκλου Μηχανές Stirling Συμπαραγωγή με κυψέλες καυσίμου Μικροστρόβιλοι (microturbines) 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 3.1 Γενικές αρχές Αρχική ισχύς βραχυκυκλώσεως Sk" ονομάζεται το μέγεθος: ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Sk" = 3 ⋅ I k" 3 p U n όπου: (3.1) I k" 3 p το αρχικό ρεύμα κατά το τριπολικό βραχυκύκλωμα Un η ονομαστική τάση του δικτύου (ενδεικνύμενη τιμή πολικής τάσεως) στο σημείο του σφάλματος ΕΤ ΖΟ Σ Το γινόμενο I k" 3 p U n δεν έχει φυσική υπόσταση ισχύος, επειδή η τάση και η ΔΕ Μ ένταση δεν επενεργούν συγχρόνως. Κατά τη διάρκεια του τριπολικού βραχυκυκλώματος οι εντάσεις είναι μεγάλες, οι τάσεις όμως στη θέση του σφάλματος είναι πολύ μικρές (πτώσεις τάσεως κατά μήκος ηλεκτρικών τόξων) ή έχουν τιμή μηδέν (μεταλλικά βραχυκυκλώματα). Παρ’ όλα αυτά το μέγεθος Sk" χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό της αντοχής των στοιχείων του δικτύου στις καταπονήσεις βραχυκυκλώσεως. Τα μεγαλύτερα ρεύματα και οι μεγαλύτερες θερμικές και δυναμικές καταπονήσεις των δικτύων προκαλούνται συνήθως από το τριπολικό βραχυκύκλωμα, γι’ αυτό και το μέγεθος S k" ορίζεται μόνο για το σφάλμα αυτό, [6]. Αρχικά τα συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είχαν τη δομή του σχήματος 3.1 χωρίς να περιλαμβάνουν κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Τα σημερινά συστήματα όμως περιλαμβάνουν μονάδες κατανεμημένης παραγωγής που συνδέονται όπως προαναφέρθηκε στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (σχήμα 3.2). Τα δίκτυα διανομής χαρακτηρίζονται κατά τον σχεδιασμό τους από μια συγκεκριμένη οριακή ισχύ βραχυκυκλώσεως σύμφωνα με την οποία επιλέγεται ο εξοπλισμός και οι γραμμές έτσι ώστε να έχουν την απαιτούμενη μηχανική και θερμική αντοχή στο βραχυκύκλωμα. Μια θεμελιώδης αρχή ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο, εκτός από τη διατήρηση της τάσης και της ποιότητας της ισχύος μέσα στα επιτρεπτά όρια, είναι η συνολική οριακή ισχύς βραχυκυκλώσεως, τροφοδοτούμενη και από το δίκτυο αλλά και από τις κατανεμημένες πηγές, να παραμένει μέσα στα επιτρεπτά όρια που καθορίστηκαν κατά τη σχεδίαση. Η αρχή αυτή αποτελεί συχνά τον κύριο αποτρεπτικό παράγοντα για την σύνδεση επιπλέον μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο υφιστάμενο δίκτυο. 27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Στα ακτινικά δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης, η συνεισφορά του δικτύου στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως καθορίζεται πρακτικά από την σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώσεως των μετασχηματιστών ΥΤ/ΜΤ και ΜΤ/ΧΤ, η οποία όμως επιλέγεται να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη ώστε να βελτιώνει τον έλεγχο της τάσης και την συνολική ποιότητα λειτουργίας του δικτύου. Συνεπώς η οριακή ισχύς βραχυκυκλώσεως των υφιστάμενων δικτύων διανομής, και ειδικά αυτών της μέσης τάσης, πλησιάζει το άνω όριο για το οποίο σχεδιάστηκαν τα δίκτυα, αφήνοντας μικρό περιθώριο για την σύνδεση ακόμα και μετρίου μεγέθους μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, [7]. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.1: Συμβατικό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Σχήμα 3.2: Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας με Κατανεμημένη Ηλεκτροπαραγωγή 28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Για τον υπολογισμό των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως και επομένως και της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύων διανομής με πηγές κατανεμημένης παραγωγής, στην εργασία αυτή θα εφαρμοστεί ο διεθνής κανονισμός IEC 60909/2001, [8].Οι γενικές παράμετροι των πηγών κατανεμημένης παραγωγής που φαίνεται γενικώς να επηρεάζουν την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου διανομής στο οποίο συνδέονται είναι, [9]: • • • • Το είδος των πηγών, καθώς η συνεισφορά του κάθε είδους στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως διαφέρει. Η απόσταση της κάθε πηγής από τη θέση σφάλματος, καθώς όσο μεγαλύτερη απόσταση τόσο μεγαλύτερη είναι η σύνθετη αντίσταση των αγωγών και συνεπώς τόσο μικρότερο είναι το ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Η ύπαρξη ή όχι μετασχηματιστή μεταξύ της θέσης του σφάλματος και της πηγής που συμβάλει στο σφάλμα, διότι η αντίσταση βραχυκυκλώσεως του μετασχηματιστή βοηθά στον περιορισμό του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Η δομή του δικτύου μεταξύ της πηγής και του σφάλματος, καθώς το μέτρο του ρεύματος βραχυκυκλώσεως επηρεάζεται από τη διαδρομή που ακολουθεί αυτό (εξαιτίας των διαφορετικών αντιστάσεων των αγωγών και του λοιπού εξοπλισμού). Ο τρόπος σύνδεσης της πηγής με το δίκτυο. Η απευθείας σύνδεση προκαλεί μεγαλύτερη συνεισφορά της πηγής στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως από τη σύνδεση της μέσω διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ • • Η δομή του δικτύου μπορεί να αλλάξει και/ή επιπρόσθετος εξοπλισμός να εγκατασταθεί ώστε να μειωθεί το ρεύμα βραχυκυκλώσεως σε συγκεκριμένα σημεία του δικτύου όπου αυτό υπερβαίνει τα όρια. Ο εμπλεκόμενος εξοπλισμός και πιθανόν τα καλώδια και οι εναέριες γραμμές μπορούν να αναβαθμιστούν ώστε να αντέχουν το αυξημένο ρεύμα βραχυκυκλώσεως. ΔΕ Μ • ΕΤ ΖΟ Σ Σε περίπτωση όπου η σύνδεση συγκεκριμένων πηγών κατανεμημένης παραγωγής σε κάποιο δίκτυο είναι επιβεβλημένη και λόγω αυτής προκύπτει υπέρβαση της οριακής ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου, υπάρχουν οι εξής επιλογές αντιμετώπισης του προβλήματος, [9]: 29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.2 Τρόποι περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Όποια μέθοδος και αν χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, παραμένει το πρόβλημα ένταξης νέων μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής, όταν η ισχύς βραχυκυκλώσεώς του πλησιάζει ήδη την μέγιστη τιμή για την οποία σχεδιάστηκε. Γι’ αυτό το λόγο δεν μπορούν τα δίκτυα διανομής να δεχτούν μεγάλη ποσότητα ισχύος από κατανεμημένη παραγωγή, ειδικά όταν το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από τις μονάδες αυτές κατανεμημένης παραγωγής είναι πολλές φορές μεγαλύτερο του ονομαστικού τους ρεύματος. Το ζήτημα του ελέγχου της ισχύος βραχυκυκλώσεως δεν είναι καινούργιο και είναι γνωστές οι επιπτώσεις της. Παρόλα αυτά η βιβλιογραφία που σχετίζεται με την κατανεμημένη παραγωγή δεν έχει δώσει την απαιτούμενη προσοχή σε ότι αφορά την ισχύ βραχυκυκλώσεως, αν και αποτελεί σημαντικό παράγοντα που εμποδίζει το μεγάλο βαθμό διείσδυσης κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα ΜΤ. Οι τρόποι μείωσης της ισχύος βραχυκυκλώσεως κατατάσσονται σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες: Α. Αύξηση της οριακής ισχύος βραχυκυκλώσεως για την οποία σχεδιάστηκε το δίκτυο ΕΤ ΖΟ Σ Η επιλογή αυτή δεν είναι ρεαλιστική για τα δημόσια δίκτυα διανομής όπου ο εξοπλισμός και οι κατασκευές είναι τυποποιημένες σε μεγάλο βαθμό από τις επιχειρήσεις ηλεκτρισμού, αφού θα χρειάζονταν μια γενική αναβάθμιση για τον εξοπλισμό αλλά και για τις εγκαταστάσεις των καταναλωτών. Β. Μείωση του αναμενόμενου ρεύματος βραχυκυκλώσεως από το δίκτυο • ΔΕ Μ Το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος βραχυκυκλώσεως προέρχεται από το ανάντι δίκτυο, διαμέσου του μετασχηματιστή υποβιβασμού της τάσης. Για να μειωθεί η συμβολή του ανάντι δικτύου στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως μπορούν να γίνουν τα ακόλουθα: Αναδιάταξη του δικτύου: Αυτό θα μπορούσε να γίνει σε βρογχοειδή δίκτυα με πολλά σημεία τροφοδότησης τους. Στα ακτινικά δίκτυα (τυπική περίπτωση δημόσιων δικτύων διανομής), θα μπορούσε πρακτικά να γίνει αναδιάταξη του δικτύου μόνο στους υποσταθμούς ΥΤ/ΜΤ με μετασχηματιστές να λειτουργούν παράλληλα, ανοίγοντας τον αποζεύκτη του ζυγού στην πλευρά της ΜΤ. Αυτό θα μπορούσε όμως να μειώσει την ισχύ βραχυκυκλώσεως τόσο πολύ (π.χ. ως και 50% αν δύο πανομοιότυποι μετασχηματιστές λειτουργούν παράλληλα), ώστε να δημιουργήσει προβλήματα στον έλεγχο της τάσης και στην ποιότητα της ισχύος, πρόωρη γήρανση των επαφών που αλλάζουν λήψεις, καθώς και άλλα λειτουργικά μειονεκτήματα (π.χ. την απαίτηση για σωστή κατανομή του φορτίου στους μετασχηματιστές). 30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Αύξηση της αντίστασης βραχυκυκλώσεως του μετασχηματιστή: Η συμβολή του ανάντι δικτύου στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως των ζυγών του υποσταθμού είναι αντιστρόφως ανάλογη της αντίστασης βραχυκυκλώσεως του μετασχηματιστή, ΖΤ. Μια λογική αύξηση της ΖΤ μπορεί να μειώσει αρκετά την ισχύ βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το ανάντι δίκτυο και έτσι να γίνει επιτρεπτή η σύνδεση επιπλέον μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, χωρίς ανεπιθύμητες επιπτώσεις. Η συγκεκριμένη λύση είναι αρκετά ρεαλιστική και γι’ αυτό αξίζει να ληφθεί υπ’ όψιν σε καινούργιους μετασχηματιστές ΥΤ/ΜΤ, ειδικά σε περιοχές όπου αναμένεται μεγάλη διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής. Εναλλακτικά μπορούν να συνδεθούν πηνία περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε σειρά με τους μετασχηματιστές πετυχαίνοντας το ίδιο αποτέλεσμα. Φυσικά απαιτείται έλεγχος της μείωσης της ισχύος βραχυκυκλώσεως και των επιπτώσεών της. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Γ. Μείωση του αναμενόμενου ρεύματος βραχυκυκλώσεως από τις πηγές κατανεμημένης παραγωγής Αυτό μπορεί να πραγματοποιηθεί με τους παρακάτω τρόπους: Επιλογή εξοπλισμού με μεγάλη σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώσεως: Δηλαδή επιλογή μετασχηματιστών ανύψωσης τάσης (ΧΤ/ΜΤ) με υψηλή τάση βραχυκυκλώσεως, σύγχρονων γεννητριών με μεγάλη υπομεταβατική αντίδραση κ.τ.λ. Η δυνατότητα πραγματοποίησης της παραπάνω μεθόδου περιορίζεται από τεχνικούς λόγους, καθώς και όρους διαθεσιμότητας της αγοράς, διότι ο ειδικά σχεδιασμένος εξοπλισμός κοστίζει περισσότερο. Επίσης μπορεί να προκύψουν λειτουργικά προβλήματα, εκ των οποίων το πιο σημαντικό είναι ο έλεγχος της τάσης στη μονάδα κατανεμημένης παραγωγής και ίσως η μεταβατική της ευστάθεια (που συνήθως δεν είναι σημαντικός παράγοντας στο δίκτυο διανομής). Η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κάποιες περιπτώσεις αλλά δεν μπορεί να θεωρηθεί γενικό μέσο ελέγχου της ισχύος βραχυκυκλώσεως. • • ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ • Εγκατάσταση πηνίων περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως: Είναι το πιο σύνηθες μέτρο για τον έλεγχο της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Περιλαμβάνει την εγκατάσταση ενός πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε σειρά με τη μονάδα κατανεμημένης παραγωγής, αυξάνοντας αποτελεσματικά τη σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώσεως. Το κόστος της εγκατάστασης είναι λογικό, η αξιοπιστία είναι καλή, οι απώλειες είναι χαμηλές και οι απαιτήσεις συντήρησης μικρές. Παρόλα αυτά χρειάζεται προσεκτικός έλεγχος της τάσης, δεδομένου ότι η επιθυμητή μείωση της συμβολής της μονάδας στην ισχύ βραχυκυκλώσεως προκύπτει μετά από εγκατάσταση πηνίων με αρκετά μεγάλη αντίδραση. Σύνδεση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής με το δίκτυο διανομής μέσω ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος: Οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής αυτού του τύπου συμβάλουν με ρεύματα βραχυκύκλωσης της τάξης των ονομαστικών τους. Άρα συμβάλουν 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ λιγότερο από άλλους τύπους μονάδων κατανεμημένης παραγωγής και στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως. Παρόλα αυτά, δεν μπορεί αυτή η μέθοδος να εφαρμοστεί πάντα, γιατί η επιλογή του τύπου της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής περιορίζεται από πολλούς παράγοντες (όπως τρέχουσες συνθήκες, τεχνικώς εφικτόν, διαθεσιμότητα στην αγορά, κόστος κ.τ.λ.). Πρέπει επίσης να αναφέρουμε ότι τα υψηλά ρεύματα βραχυκυκλώσεως δεν είναι πάντα ανεπιθύμητα καθώς βοηθούν την λειτουργία των μέσων προστασίας από υπερεντάσεις. Δ. Ενεργητική μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Η ενεργητική μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως μπορεί να επιτευχθεί με συσκευές που είναι γνωστές ως περιοριστές κρουστικού ρεύματος, υπεραγωγοί και στατικοί περιοριστές ρεύματος. Αυτές οι συσκευές συνδέονται σε σειρά με το κύκλωμα και παρουσιάζουν αμελητέα αντίσταση όταν το ρεύμα παραμένει κάτω από κάποιο κατώφλι, χωρίς να επηρεάζουν τη φυσιολογική λειτουργία. Όταν ανιχνευτεί μια αιχμή ρεύματος, αυξάνουν την αντίσταση τους ή ανοίγουν το κύκλωμα πριν εμφανιστεί η κρουστική τιμή ρεύματος μειώνοντας έτσι δραστικά τη μέγιστη στιγμιαία τιμή του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Πάντως οι συσκευές αυτές βρίσκονται ακόμα στο επίπεδο έρευνας και γι’ αυτό δεν είναι ακόμα έτοιμες για χρήση στα δίκτυα. Μόνο οι περιοριστές του κρουστικού ρεύματος είναι διαθέσιμοι εμπορικά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Αν και τέτοιες συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί σε δίκτυα διανομής σε κάποιες χώρες (κυρίως βιομηχανικά), οι περισσότερες επιχειρήσεις ηλεκτρισμού είναι επιφυλακτικές με την ευρεία χρήση τους, για διάφορους τεχνικούς και λειτουργικούς λόγους. 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3 Υπολογισμός της ισχύος διανομής με διείσδυση ηλεκτροπαραγωγής βραχυκυκλώσεως δικτύου μονάδων κατανεμημένης 3.3.1 Δεδομένα δικτύου ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στα δίκτυα διανομής με κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, η απαίτηση να μην ξεπεραστούν τα άνω όρια της ισχύος βραχυκυκλώσεως για τα οποία σχεδιάστηκαν τα δίκτυα πρέπει να ικανοποιείται σε κάθε σημείο του δικτύου υπό συνθήκες μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Σε τυπικά ακτινικά δίκτυα, που τροφοδοτούνται από έναν υποσταθμό Υ.Τ./Μ.Τ. και για ρεαλιστικό μέγεθος κατανεμημένης παραγωγής, η ισχύς βραχυκυκλώσεως συνήθως ελέγχεται στους ζυγούς Μ.Τ. του υποσταθμού. Αυτό συμβαίνει γιατί η συμβολή του δικτύου Υ.Τ. στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως είναι πολύ μεγάλη και μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από τον υποσταθμό εξαιτίας των σε σειρά αντιστάσεων των γραμμών. Αντίθετα η συμβολή των επιμέρους μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως μειώνεται σε μικρότερο βαθμό καθώς απομακρυνόμαστε από αυτές, επειδή η εσωτερική τους αντίσταση είναι σχετικά μεγάλη συγκρινόμενη με την αντίσταση των γραμμών. Για τους παραπάνω λόγους ο υπολογισμός του ρεύματος βραχυκυκλώσεως γίνεται συνήθως στους ζυγούς του δευτερεύοντος του υποσταθμού. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.3: Δίκτυο με κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή υπό συνθήκες 3πολικού βραχυκυκλώματος 33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Το σχήμα 3.3 απεικονίζει ένα ακτινικό δίκτυο διανομής με μονάδες κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής που υφίσταται τριπολικό βραχυκύκλωμα. Η τροφοδότησή του γίνεται από το δίκτυο μεταφοράς καθώς και από διάφορους τύπους γεννητριών που αποτελούν κατανεμημένη παραγωγή. Το δίκτυο μεταφοράς είναι τάσης 150kV και τροφοδοτεί το δίκτυο διανομής μέσω ενός μετασχηματιστή 50MVA με δυνατότητα αυτόματης αλλαγής λήψεων υπό φορτίο. Ο ζυγός στο δευτερεύον του μετασχηματιστή βρίσκεται σε τάση 20kV, και υφίσταται τριπολικό βραχυκύκλωμα στο σημείο F. Στο σημείο Α του ζυγού συνδέεται το Αιολικό Πάρκο 1 που αποτελείται από 6 σύγχρονες γεννήτριες με μετατροπέα (6 × 600kW (GI-G6)). Οι γεννήτριες συνδέονται με τον ζυγό μέσης τάσης μέσω της γραμμής L1 και μετασχηματιστών. Η γραμμή L1 αποτελείται από εναέριους αγωγούς ACSR (3 × 95 mm2) μήκους 10km και από υπόγειο καλώδιο XLPE (3 × 240 + 25 mm2) μήκους 0,5km. Σε κάθε γεννήτρια αντιστοιχεί ένας μετασχηματιστής (Tl-T6) ισχύος 630kVA, του οποίου το δευτερεύον βρίσκεται σε τάση 400V. Το Αιολικό Πάρκο 2 συνδέεται στο σημείο Β του ζυγού και αποτελείται από 6 ασύγχρονες γεννήτριες διπλής τροφοδότησης (6 × 660kW DFIG (G7-G12)). Οι γεννήτριες αυτές που χρησιμοποιούνται ευρέως σε ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας συνδέονται με τον ζυγό που υφίσταται το σφάλμα μέσω της γραμμής L2 και μετασχηματιστών. Σε κάθε γεννήτρια αντιστοιχεί ένας μετασχηματιστής (T7T12) ισχύος 700kVA, του οποίου το δευτερεύον βρίσκεται σε τάση 690V. Η γραμμή L2 αποτελείται από εναέριους αγωγούς ACSR (3 × 95 mm2) μήκους 10km και από υπόγειο καλώδιο XLPE (3 × 240 + 25 mm2) μήκους 0,5km. Το Αιολικό Πάρκο 3 συνδέεται στο ζυγό μέσης τάσης του υποσταθμού στο σημείο C, και αποτελείται από 6 ασύγχρονες γεννήτριες (6 × 850kW (G13-G18)). Η γραμμή L3 συνδέει τις γεννήτριες και τους μετασχηματιστές τους με το ζυγό. Σε κάθε γεννήτρια αντιστοιχεί ένας μετασχηματιστής (T13-T18) ισχύος 1000kVA, του οποίου το δευτερεύον βρίσκεται σε τάση 690V. Η γραμμή L3 αποτελείται από εναέριους αγωγούς ACSR (3 × 95 mm2) μήκους 10km και από υπόγειο καλώδιο XLPE (3 × 240 + 25 mm2) μήκους 0,5km, και πριν συνδεθεί με τους μετασχηματιστές τοποθετείται σε σειρά με αυτή ένα πηνίο περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως (reactor) ισχύος 5MVA. Στο σημείο D του ζυγού του δευτερεύοντος του υποσταθμού Υ.Τ./Μ.Τ. συνδέεται μια Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα μέσω της γραμμής L4 και μετασχηματιστών. Οι σύγχρονες γεννήτριες G19 και G20 ισχύος 1500kW η καθεμία συνδέονται σε σειρά με τον μετασχηματιστή Τ19 ονομαστικής ισχύος SrT=3.5MVA του οποίου το πρωτεύον βρίσκεται σε τάση 20kV και το δευτερεύον του σε τάση 690V. Η γεννήτρια G21 της μικρής υδροηλεκτρικής μονάδας είναι ισχύος 1500kW και ονομαστικής τάσης 690V, ενώ συνδέεται με την γραμμή L4 μέσω του μετασχηματιστή Τ21 ονομαστικής ισχύος SrT=2MVA. Η γραμμή L4 αποτελείται από εναέριους αγωγούς ACSR (3 × 95 mm2) μήκους 7,5km. Το δίκτυο διανομής τροφοδοτεί μη περιστρεφόμενο επαγωγικό φορτίο ισχύος 35MVA με συντελεστή ισχύος 0,85. Παρακάτω δίνεται ο πίνακας 3.1 με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των στοιχείων του δικτύου. 34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Πίνακας 3.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά των στοιχείων του δικτύου του σχήματος 3.3 Δίκτυο Q " UnQ=150kV, S kQ =3000MVA, RQ/XQ =0,1 Μετασχηματιστής Τ Δικτύου SrT Αιολικό Πάρκο 1 Γεννήτρια Μετασχηματιστής Γραμμή 1 =50MVA, ukr = 20,5% (uk_=19,5%, uk+=22%), ⎛ +12,5% ⎞ PkrT=160kW, tr = 150 ⎜ ⎟ / 21 kV ⎝ −17,5% ⎠ 6 × 600kW (GI-G6) Σύγχρονη με μετατροπέα (Gl-G6): ΡrG = 600kW, UrG = 400V , ΙrG=866Α (Tl-T6):SrT =630kVA, trT =20(±5%) / 0,4kV, ukrT =4%, ukRrT=1,2% Εναέριοι αγωγοί 20kV: RL 20 0C = 0,192 Ω/ km, XL = 0,334 Ω/km, l1=lOkm Υπόγειο καλώδιο: RL 20 0C = 0,127 Ω/ km, XL = 0,115 Ω/km, Μετασχηματιστής Γραμμή 2 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Αιολικό Πάρκο 2 Γεννήτρια l1=0,5km 6 × 660kW (G7-G12) DFIG (G7-G12): ΡrG = 660kW, UrG = 690V, ΙrG=560Α, ILR/IrG=8 (T7-T12): SrT =700kVA, trT =20(±5%) / 0,69kV , ukrT =5%, ukRrT=1,2% Εναέριοι αγωγοί 20kV: RL 20 0C = 0,192 Ω/ km, XL = 0,334 Ω/km, l2=lOkm Υπόγειο καλώδιο: RL 20 0C = 0,127 Ω/ km, XL = 0,115 Ω/km, Μετασχηματιστής ΕΤ ΖΟ Σ Αιολικό Πάρκο 3 Γεννήτρια l2=0,5km 6 × 850kW (G13-G18) Ασύγχρονη γεννήτρια (G13-G18): ΡrG =850kW, UrG = 690V, ΙrG=718,4Α, ILR=5,5kA (T13-T18): SrT =1000kVA, trT =20(±5%) / 0,69kV , ukrT =6%, ukRrT=1,1% ΔΕ Μ Πηνίο περιορισμού ρευμάτων SrT =5MVA, UrR = 20kV, ukr =14%, ukRr=0% βραχυκυκλώσεως Γραμμή 3 Εναέριοι αγωγοί 20kV: RL 20 0C = 0,192 Ω/ km, XL = 0,334 Ω/km, l3=lOkm Υπόγειο καλώδιο: RL 20 0C = 0,127 Ω/ km, XL = 0,115 Ω/km, l3=0,5km Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα Γεννήτρια Μετασχηματιστής Γραμμή 4 3 × 1500kW (G19-G21) Σύγχρονη γεννήτρια (G19-G21): SrG =1650kVA, UrG =690V, xd″=0,18 ρ.u., cοsφrG = 0,9 (επαγωγικός) (Σ.Ι. 0,95 επαγωγικός εώς 0,95 χωρητικός, Σ.Ι. για KG και KS0=0,95 επαγωγικός) Tl9: SrT=3,5MVA, trT =20(±5% ) / 0,69kV UkrT =8%, ukRrT=1% Τ20: SrT=2MVA, trT =20(±5%) / 0,69kV, UkrT =6%, ukRrT=1% Εναέριοι αγωγοί 20kV: RL 20 0C = 0,192 Ω/ km, XL = 0,334 Ω/km, l4=7,5km 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.2 Γενικές αρχές υπολογισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως με βάση τον κανονισμό IEC 60909/ 2001 Η αρχική ισχύς βραχυκυκλώσεως Sk" υπολογίζεται από την σχέση 3.1, επομένως για τον υπολογισμό της χρειάζονται τα I k" 3 p και U n . Το μέγεθος U n εκφράζει την τάση στο σημείο που υπολογίζουμε την ισχύ βραχυκυκλώσεως, ενώ το I k" 3 p είναι το Ei c × U n = , Zk 3Z k (3.2) ΕΤ ΖΟ Σ I k" 3 p = ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ αρχικό ρεύμα κατά το τριπολικό βραχυκύκλωμα, το οποίο υπολογίζεται με τη μέθοδο της ισοδύναμης πηγής τάσεως στο σημείο του σφάλματος. Σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 60909 τα αρχικά ρεύματα υπολογίζονται τοποθετώντας στη θέση του σφάλματος F την ισοδύναμη πηγή τάσης Ei και σχηματίζοντας το ισοδύναμο κύκλωμα για το ευθύ σύστημα. Με τον συντελεστή c λαμβάνονται υπόψη οι τοπικές και χρονικές διακυμάνσεις της τάσεως, η επίδραση των ρυθμίσεων τάσεως των μετασχηματιστών, η επίδραση της μεταβατικής συμπεριφοράς γεννητριών και κινητήρων και η επίπτωση της παράλειψης των παθητικών φορτίων και των χωρητικοτήτων των γραμμών. Ο συντελεστής c (cmax για τον υπολογισμό του μέγιστου, cmin για τον υπολογισμό το ελάχιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως) λαμβάνεται από τον κανονισμό IEC 60909. Ο cmax για μέση και υψηλή τάση συνιστάται να παίρνει την τιμή 1,1. Για τριπολικά βραχυκυκλώματα, το αρχικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως υπολογίζεται από την σχέση: όπου: ΔΕ Μ Ζk: το μέτρο της σύνθετης αντίστασης Ζk του ισοδύναμου κυκλώματος όπως αυτή φαίνεται από τη θέση του σφάλματος F. Για το σχεδιασμό του ισοδύναμου κυκλώματος και την εύρεση της Ζk, πρέπει πρώτα να υπολογιστούν οι σύνθετες αντιστάσεις των στοιχείων του κυκλώματος. Επομένως με την κατασκευή του ισοδύναμου κυκλώματος η μόνη πηγή στο δίκτυο είναι η Εi ενώ οι σύγχρονες και ασύγχρονες μηχανές, οι μετασχηματιστές, τα δίκτυα, τα πηνία περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, οι γραμμές και τα υπόλοιπα στοιχεία του δικτύου αντικαθίστανται από τις σύνθετες αντιστάσεις τους. Παρακάτω δίνονται οι σχέσεις για τον υπολογισμό των σύνθετων αντιστάσεων βραχυκυκλώσεως διαφόρων στοιχείων του δικτύου σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 60909, [8]. Με n (nominal) συμβολίζονται τα ονομαστικά μεγέθη των ζυγών ενώ με r (rated) τα ονομαστικά μεγέθη του εξοπλισμού του δικτύου. • Δίκτυα Η σύνθετη αντίσταση του ανάντι δικτύου ZQ = RQ + jXQ στο σημείο σύνδεσης Q καθορίζεται από το ρεύμα βραχυκυκλώσεως I kQ σε αυτό το σημείο: 36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ZQ = cU nQ " 3I kQ = 2 cU nQ " S kQ (3.3) Για δίκτυα με ονομαστική τάση άνω των 35kV μπορούμε να αμελήσουμε το ωμικό μέρος της ZQ, ενώ σε όλες τις άλλες περιπτώσεις εάν δεν είναι γνωστή η ακριβής τιμή της αντίστασης RQ του δικτύου υποθέτουμε ότι RQ = 0,1X Q , όπου X Q = 0,995Z Q , [8]. Μετασχηματιστές ZT (2) = ukr ⋅ U rT2 (2) S rT 2 P U rT (2) U rT2 = krT ⋅ S rT S rT S rT ΕΤ ΖΟ Σ RT (2) = uRr ⋅ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Η σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώσεως ενός μετασχηματιστή ZΤ = RΤ + jXΤ με η χωρίς αλλαγή λήψεων υπό φορτίο υπολογίζεται από τις σχέσεις: X T ( 2) = Z T2( 2 ) − RT2( 2 ) 2 ukr = u Rr + u xr2 (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) ΔΕ Μ • όπου: UrT SrT PkrT ukr uRr uxr ονομαστική τάση μετασχηματιστή (πολική τάση) ονομαστική φαινομένη ισχύς μετασχηματιστή συνολικές απώλειες χαλκού των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή για φόρτιση με το ονομαστικό ρεύμα ανηγμένη τάση βραχυκυκλώσεως ωμική συνιστώσα της τάσεως βραχυκυκλώσεως ukr (ανηγμένο μέγεθος επί τοις εκατό) επαγωγική συνιστώσα της τάσεως βραχυκυκλώσεως ukr (ανηγμένο μέγεθος επί τοις εκατό) 37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Διόρθωση αντίστασης μετασχηματιστή δύο τυλιγμάτων Για μετασχηματιστή δύο τυλιγμάτων με ή χωρίς σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο, εισάγεται ένας συντελεστής διόρθωσης KT. Ο συντελεστής διόρθωσης KT, ο οποίος πολλαπλασιάζεται με τη σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή που δίνεται από τη σχέση (3.4) Z KT = K T ⋅ Z T , υπολογίζεται από τη σχέση (3.8α), ή εναλλακτικά από τη σχέση (3.8β) εάν είναι γνωστές οι συνθήκες λειτουργίας του μετασχηματιστή πριν από το σφάλμα : K T = 0,95 ⋅ U nT ⋅ Ub όπου : xT (3.8β) συντελεστής τάσεως που σχετίζεται με την ονομαστική τάση του δικτύου που συνδέεται στην πλευρά χαμηλής τάσης του μετασχηματιστή = X T / U rT2 / SrT , ανά μονάδα αντίδραση του μετασχηματιστή ( ) ΕΤ ΖΟ Σ c max cmax ⎛ Ib ⎞ 1 + xT ⎜ T sin φTb ⎟ I rT ⎠ ⎝ (3.8α) ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ KT = c max 1 + 0,6 ⋅ xT ΔΕ Μ Error! Bookmark not defined. U b μέγιστη δυνατή τάση λειτουργίας πριν το βραχυκύκλωμα I Tb μέγιστο δυνατό ρεύμα λειτουργίας πριν το βραχυκύκλωμα (εξαρτάται από τη δομή του δικτύου και την αντίστοιχη φιλοσοφία αξιοπιστίας του) φTb γωνία του συντελεστή ισχύος πριν το βραχυκύκλωμα Ο δείκτης b δηλώνει προ του σφάλματος μεγέθη. Ο συντελεστής KT της σχέσης (3.8α) δεν χρησιμοποιείται για μετασχηματιστές μονάδων παραγωγής ισχύος. • Πηνία περιορισμού ρευμάτων βραχυκυκλώσεως Η σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώσεως ενός πηνίου περιορισμού των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως υπολογίζεται από την (3.9): Z R = ukR ⋅ Un 3 ⋅ I rR και X R >> RR , (3.9) 38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ όπου: Un I rR ukR RR • ονομαστική πολική τάση ονομαστικό ρεύμα πηνίου πτώση τάσεως (ανηγμένο μέγεθος επί τοις εκατό) προκύπτει από τη σχέση RR / X R = 0,1 Εναέριες γραμμές και καλώδια Σύγχρονες γεννήτριες Οι σύγχρονες γεννήτριες αντικαθίστανται από την σύνθετη αντίστασή τους: (3.10) ΕΤ ΖΟ Σ ZG = RG + j Xd”, όπου X d" είναι η υπομεταβατική αντίδραση και δίνεται από την σχέση X d" = xd" U r2G / S rG . Για τον υπολογισμό των κρουστικών ρευμάτων βραχυκυκλώσεως με ικανοποιητική ακρίβεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες τιμές για τις ωμικές αντιστάσεις RG: ΔΕ Μ • ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Η σύνθετη αντίσταση εναερίων γραμμών και καλωδίων ZL = RL + jXL υπολογίζεται από την αυτεπαγωγή και τη γεωμετρία τους και θεωρείται γνωστή για δεδομένους τύπους γραμμών. RG = 0, 05 X d" για γεννήτριες με UrG > 1kV και SrG ≥ 100 MVA (3.11α) RG = 0, 07 X για γεννήτριες με UrG > 1kV και SrG < 100 MVA (3.11β) RG = 0,15 X για γεννήτριες με UrG ≤ 1000 V " d " d (3.11γ) Διόρθωση σύνθετης αντίστασης για σύγχρονες γεννήτριες χωρίς δικό τους μετασχηματιστή Κατά τον υπολογισμό του αρχικού ρεύματος τριπολικού βραχυκυκλώματος σε συστήματα τροφοδοτούμενα από γεννήτριες χωρίς δικό τους μετασχηματιστή πρέπει να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη σύνθετη αντίσταση: ( Z GK = K G Z G = K G RG + jX d" ) (3.12) 39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ με συντελεστή διόρθωσης : KG = Un cmax ⋅ U rG 1 + xd" sin φrG (3.13) όπου: συντελεστής τάσεως ονομαστική τάση δικτύου ονομαστική τάση γεννήτριας διορθωμένη σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας στο ευθύ σύστημα: Z G = RG + jX d" φrG διαφορά φάσης μεταξύ IrG και U rG / 3 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ c max Un UrG ZGK ZG Error! Bookmark not defined. x d" υπομεταβατική αντίδραση της γεννήτριας ανηγμένη στην σύνθετη 2 " " αντίστασή της : xd = X d / Z rG όπου Z rG = U rG / S rG ΕΤ ΖΟ Σ Ο συντελεστής διόρθωσης KG (σχέση 3.13), για τον υπολογισμό της διορθωμένης σύνθετης αντίστασης ZGK της γεννήτριας, πρέπει να εισαχθεί διότι χρησιμοποιείται η ισοδύναμη πηγή τάσεως cU n / 3 στη " θέση της υπομεταβατικής τάσεως E της σύγχρονης γεννήτριας. Μονάδες παραγωγής με σύγχρονες γεννήτριες ΔΕ Μ • Για μονάδες παραγωγής με σύγχρονες γεννήτριες συνδεδεμένες με το δίκτυο μέσω δικού τους μετασχηματιστή, χρησιμοποιείται η παρακάτω αντίσταση που αναφέρεται στην πλευρά υψηλής τάσης: ZS = tr2 ZG + ZTHV, (3.14) όπου tr2 είναι ο λόγος μετασχηματισμού του μετασχηματιστή. Διόρθωση σύνθετης αντίστασης για μονάδες παραγωγής με σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο Για τον υπολογισμό των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως σε μονάδες παραγωγής ισχύος με σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο (S), σε περίπτωση βραχυκυκλώματος στη πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας, χρησιμοποιείται η ακόλουθη σχέση για την διόρθωση της σύνθετης αντίστασης της συνολικής μονάδας ισχύος : 40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Z S = K S (t r2 Z G + Z THV ) (3.15) με συντελεστή διόρθωσης : 2 U nQ U2 cmax K S = 2 ⋅ rTLV ⋅ 2 " U rG U rTHV 1 + xd − xT sin φrG (3.16) όπου : ZS x d" υπομεταβατική αντίδραση της γεννήτριας ανηγμένη στην σύνθετη ZTHV ΕΤ ΖΟ Σ ZG ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ UnQ UrG φrG διορθωμένη σύνθετη αντίσταση της μονάδας παραγωγής ισχύος, με σύστημα αλλαγής τάσης υπό φορτίο, ανηγμένη στη πλευρά της υψηλής τάσεως υπομεταβατική σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας στο ευθύ σύστημα : Z G = RG + jX d" (χωρίς συντελεστή διόρθωσης KG) σύνθετη αντίσταση μετασχηματιστή της μονάδας ανηγμένη στη πλευρά της υψηλής τάσεως (χωρίς συντελεστή διόρθωσης KT) ονομαστική τάση δικτύου ονομαστική τάση γεννήτριας διαφορά φάσης μεταξύ IrG και U rG / 3 2 αντίστασή της : xd" = X d" / Z rG , όπου Z rG = U rG / SrG xT ) ΔΕ Μ tr ( 2 = X T / U nT / S nT , ανά μονάδα αντίδραση του μετασχηματιστή στη κύρια θέση του συστήματος αλλαγής τάσεως υπό φορτίο λόγος μετασχηματισμού του μετασχηματιστή της μονάδας: U tr = rTHV U rTLV Εάν η ελάχιστη τάση λειτουργίας U Qb min ≥ U nQ στη πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας παραγωγής ισχύος, προσδιορίζεται με ακρίβεια από τις συνθήκες λειτουργίας του συστήματος 2 πριν το σφάλμα, τότε είναι δυνατόν στη σχέση (3.16) αντί της U nQ να χρησιμοποιηθεί το γινόμενο U Qb min ⋅ U nQ . Εάν όμως ζητούμενο των υπολογισμών είναι το μέγιστο ρεύμα βραχυκυκλώσεως της μονάδας παραγωγής ισχύος, τότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί στη σχέση (3.16) η UnQ αντί της U Qb min . Υποτίθεται ότι η τάση λειτουργίας στην έξοδο της γεννήτριας είναι ίση με την UrG. Εάν η τάση U G είναι μόνιμα μεγαλύτερη από την UrG, τότε αντί της UrG πρέπει να χρησιμοποιηθεί η U G max = U rG (1 + pG ) , με p G = 0,05 για παράδειγμα. 41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Εάν αναμένεται, αποκλειστικά και μόνο λειτουργία στην περιοχή της υπερδιέγερσης, τότε για τον υπολογισμό των ρευμάτων ασύμμετρων σφαλμάτων ο συντελεστής διόρθωσης KS στη σχέση (3.16) χρησιμοποιείται τόσο στις σύνθετες αντιστάσεις του ευθέος συστήματος όσο και στις σύνθετες αντιστάσεις του αντίστροφου συστήματος, της μονάδας παραγωγής, εκτός εάν υπάρχει μεταξύ του ουδετέρου κόμβου του μετασχηματιστή και της γης μία επαγωγική αντίδραση. Εάν αναμένεται η μονάδα παραγωγής, να λειτουργήσει για κάποια χρονικά διαστήματα στην περιοχή της υποδιέγερσης, τότε μόνο κατά τον υπολογισμό των ρευμάτων των ασύμμετρων σφαλμάτων με επαφή γης η χρήση του συντελεστή διόρθωσης KS σύμφωνα με τη σχέση (3.16) μπορεί να οδηγήσει σε αποτελέσματα στη μη ασφαλή πλευρά. Στην περίπτωση αυτή είναι απαραίτητο να ληφθούν ειδικές προϋποθέσεις, π.χ. χρήση της μεθόδου της υπέρθεσης. Κατά τον υπολογισμό των επιμέρους ρευμάτων βραχυκυκλώσεως στην πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας ισχύος ή του συνολικού ρεύματος βραχυκυκλώσεως στο σημείο του σφάλματος, δεν είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι κινητήρες που συνδέονται με βοηθητικούς μετασχηματιστές. Διόρθωση σύνθετης αντίστασης για μονάδες παραγωγής χωρίς σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο ΕΤ ΖΟ Σ Για τον υπολογισμό των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως σε μονάδες παραγωγής ισχύος χωρίς σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο (SO), σε περίπτωση βραχυκυκλώματος στη πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας, χρησιμοποιείται η ακόλουθη σχέση για την διόρθωση της σύνθετης αντίστασης της συνολικής μονάδας ισχύος: ( ) (3.17) ΔΕ Μ Z SO = K SO ⋅ t r2 ⋅ Z G + Z THV με συντελεστή διόρθωσης : K SO = U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax ⋅ (1 ± pT ) ⋅ " 1 + xd ⋅ sin φrG U rTHV (3.18) όπου : ZSΟ ZG διορθωμένη σύνθετη αντίσταση της μονάδας παραγωγής ισχύος, χωρίς σύστημα αλλαγής τάσεως υπό φορτίο, δηλαδή σταθερός λόγος μετασχηματισμού tr, ανηγμένη στη πλευρά της υψηλής τάσεως υπομεταβατική σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας στο ευθύ σύστημα : Z G = RG + jX d" (χωρίς συντελεστή διόρθωσης KG) 42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ZTHV σύνθετη αντίσταση μετασχηματιστή της μονάδας ανηγμένη στη πλευρά της υψηλής τάσεως (χωρίς τον συντελεστή διόρθωσης KT) UnQ ονομαστική τάση δικτύου UrG ονομαστική τάση γεννήτριας, U G max = U rG (1 + pG ) , με p G = 0,5 φrG έως 0,1 διαφορά φάσης μεταξύ IrG και U rG / 3 x d" υπομεταβατική αντίδραση της γεννήτριας ανηγμένη στην σύνθετη ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 2 / S nG αντίσταση της : x d" = X d" / Z nG , όπου Z nG = U nG λόγος μετασχηματισμού του μετασχηματιστή της μονάδας : tr U tr = rTHV U rTLV 1 ± pT εισάγεται εάν ο μετασχηματιστής της μονάδας έχει λήψεις χωρίς φορτίο και μια από αυτές χρησιμοποιείται μόνιμα, αλλιώς επιλέγεται 1 ± pT = 1 . Εάν ζητούμενο των υπολογισμών είναι το μέγιστο επί μέρους ρεύμα βραχυκυκλώσεως του σταθμού παραγωγής στην πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας με λήψεις χωρίς φορτίο, τότε επιλέγεται 1 − pT . • ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Στην περίπτωση ασύμμετρων σφαλμάτων, ο συντελεστής διόρθωσης KSO από τη σχέση (3.18) χρησιμοποιείται τόσο στις σύνθετες αντιστάσεις του ευθέος συστήματος όσο και στις σύνθετες αντιστάσεις του αντίστροφου συστήματος, της μονάδας παραγωγής ισχύος. Χρησιμοποιείται και στις σύνθετες αντιστάσεις του ομοπολικού συστήματος εκτός εάν υπάρχει μεταξύ του ουδετέρου κόμβου του μετασχηματιστή και της γης μία επαγωγική αντίδραση. Κατά τον υπολογισμό των επιμέρους ρευμάτων βραχυκυκλώσεως στην πλευρά της υψηλής τάσεως του μετασχηματιστή της μονάδας ισχύος ή του συνολικού ρεύματος βραχυκυκλώσεως στο σημείο του σφάλματος δεν είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι κινητήρες που συνδέονται με βοηθητικούς μετασχηματιστές. Ασύγχρονοι κινητήρες Η σύνθετη αντίσταση ZM = RM + jXM ασύγχρονων κινητήρων δίνεται από την σχέση (3.19) ZM = 1 U 1 U2 ⋅ rM = ⋅ rM , I k I rM 3I rM I k I rM SrM (3.19) όπου: U rM ονομαστική τάση του κινητήρα 43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 I rM I rM SrM Ik ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ονομαστική ένταση του κινητήρα PrM με PrM την ονομαστική ισχύ του κινητήρα, η τον = 3U rM η cos φ βαθμό απόδοσής και cos φ τον συντελεστή ισχύος του κινητήρα ισχύς του κινητήρα _ονομαστική φαινομένη ( SrM = PrM (ηrM cos φrM ) ) ρεύμα βραχυκυκλώσεως (εκκινήσεως). Δίνεται και ως ΙLR. XM = ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Εάν ο λόγος R M / X M είναι γνωστός, τότε η αντίδραση X M μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση : ZM 1 + (R M X M ) 2 (3.20) Οι παρακάτω σχέσεις (3.21) μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ικανοποιητική ακρίβεια : για κινητήρες υψηλής τάσεως με ισχύ PrM για κάθε ζεύγος πόλων ≥ 1MW ΕΤ ΖΟ Σ R M / X M = 0,10 X M = 0,995Z M για κινητήρες υψηλής τάσεως με ισχύ PrM για κάθε ζεύγος πόλων < 1MW RM / X M = 0, 42 X M = 0,922 Z M για ομάδες κινητήρων χαμηλής τάσεως συμπεριλαμβανομένων των γραμμών τροφοδοτήσεως ΔΕ Μ RM / X M = 0,15 X M = 0,989Z M • (3.21) Στατικοί μετατροπείς Σε εγκαταστάσεις τροφοδοτούμενες από στατικούς μετατροπείς (για παράδειγμα εγκαταστάσεις ελασματουργείων), εάν οι στρεφόμενες μάζες των κινητήρων και ο σταθερός εξοπλισμός προβλέπουν αντίστροφη μεταφορά ενέργειας κατά την επιβράδυνση (μεταβατική αντίστροφη λειτουργία) τη στιγμή του βραχυκυκλώματος, τότε λαμβάνονται υπόψη μόνο για τριπολικό βραχυκύκλωμα. Συνεισφέρουν όμως μόνο στο αρχικό ρεύμα τριπολικού βραχυκυκλώματος I k" και στο κρουστικό ρεύμα I S , και όχι στο ρεύμα διακοπής I a και στο μόνιμο ρεύμα βραχυκυκλώσεως I k . Συνεπώς, κατά τον υπολογισμό της συμβολής των εγκαταστάσεων με στατικούς μετατροπείς στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως, εκείνοι 44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ αντιμετωπίζονται όπως οι ασύγχρονοι κινητήρες. Άρα για τον υπολογισμό της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως έχουμε: σύνθετη αντίσταση σύμφωνα με τη σχέση (3.19) ZM U rM ονομαστική τάση του μετασχηματιστή του στατικού μετατροπέα στην πλευρά του δικτύου ή η ονομαστική τάση του στατικού μετατροπέα αν δεν υπάρχει μετασχηματιστής I rM ονομαστικό ρεύμα του μετασχηματιστή του στατικού μετατροπέα στην πλευρά του δικτύου ή το ονομαστικό ρεύμα του στατικού μετατροπέα αν δεν υπάρχει μετασχηματιστής I LR I rM =3 R M / X M =0,10 και X M = 0,995Z M Υπόλοιπα στοιχεία του δικτύου ΕΤ ΖΟ Σ Οι πυκνωτές και τα μη στρεφόμενα φορτία αγνοούνται. Όταν υπάρχουν πολλά επίπεδα τάσεων στο δίκτυο, οι τάσεις, τα ρεύματα και οι αντιστάσεις ανάγονται στο επίπεδο της τάσης στο σημείο του σφάλματος, χρησιμοποιώντας τους ονομαστικούς λόγους μετασχηματισμού tr των μετασχηματιστών. ΔΕ Μ • ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Όλοι οι υπόλοιποι στατικοί μετατροπείς αγνοούνται κατά τον υπολογισμό ρευμάτων βραχυκυκλώσεως σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 60909. 45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.3 Αναλυτικός υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου του σχήματος 3.3 ΔΙΚΤΥΟ Q Το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το δίκτυο στο σχήμα 3.3 υπολογίζεται από την σχέση: όπου cU n = 3 ( Z Qt + Z KT ) ⎛U ⎞ tr = ⎜ nQ ⎟ ⎝ Ua ⎠ ( cU n 3 Z Q / tr2 + KT Z TLV ) (3.22) 2 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ " I kQ = Οι σύνθετες αντιστάσεις ΖQ και ΖΤ αλλά και ο συντελεστής διόρθωσης ΚΤ υπολογίζονται από τις σχέσεις (3.3), (3.4) - (3.7), (3.8α). Επίσης από τον κανονισμό IEC60909 προκύπτει ότι XQ = 0,995 ZQ και RQ = 0,1 XQ. Η τάση Uα είναι η τάση αναφοράς. • ZQ = cmax ΕΤ ΖΟ Σ Δίκτυο Q 2 2 U nQ (21kV ) 2 ⎛ Ua ⎞ = 1,1 =0,1617 Ω " ⎜U ⎟ 3000 MVA S kQ nQ ⎝ ⎠ ΔΕ Μ XQ = 0,995 ZQ = 0,16 Ω RQ = 0,1 XQ =0,016 Ω • Μετασχηματιστής Τ ( 21kV )2 U rT2 =0,205 = 1,81 Ω ZΤ = ukr SrT 50 MVA 2 ⎛U ⎞ RT = Pkr ⎜ rT ⎟ = 160 kW ⎝ SrT ⎠ XT = (Z 2 T 2 ⎛ 21kV ⎞ ⎜ ⎟ = 0,028 Ω ⎝ 50MVA ⎠ ) − RT2 = 1,8098 Ω 46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Διόρθωση μετασχηματιστή Τ ΚΤ = 0,95cmax 1 + 0, 6 xT xΤ = XT 1,8098 = = 0,2052 Ω U SrT ( 21kV )2 50MVA ΚΤ = 0,95cmax = 0,930444 1 + 0, 6 xT xΤ = όπου XT U SrT 2 rT άρα: ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 2 rT Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή Τ γίνεται: ΖΤ= 0,02605 +j 1,6839 Ω ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ 1 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Μονάδες που συνδέονται στο δίκτυο μέσω DC/AC μετατροπέων εμφανίζουν πανομοιότυπα χαρακτηριστικά όσον αφορά την αναμενόμενη συνεισφορά τους στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως, ανεξάρτητα από την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιούν. Οι γρήγοροι ελεγκτές ρεύματος και η μικρή δυνατότητα των μετατροπέων να αντέχουν μεγάλα ρεύματα έχουν σαν αποτέλεσμα η συμβολή των μετατροπέων να μην ξεπερνά το 100%-150% του ονομαστικού ρεύματος, δεχόμενοι ότι τα στοιχεία των μετατροπέων δεν αλλοιώνονται με το χρόνο. Οπότε για τον υπολογισμό του ρεύματος βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από μονάδες κατανεμημένης παραγωγής τύπου IV που συνδέονται στο δίκτυο μέσω DC/AC μετατροπέων χρησιμοποιείται η σχέση (3.23), που προτείνεται από [7], " " I k = k I rG = ct (για χρόνο Δt) (3.23) όπου k = 1.0 – 1.5 και Δt είναι η διάρκεια της συνεισφοράς (μπορούμε να δεχτούμε ότι είναι 100 ms). Εάν χρησιμοποιείται μετασχηματιστής για την σύνδεση της μονάδας με το δίκτυο, το ρεύμα μετατρέπεται στη μέση τάση χρησιμοποιώντας το λόγο μετασχηματισμού. Όπως αναφέρεται στον κανονισμό IEC 60909, οι στατικοί μετατροπείς ισχύος κανονικά αντιμετωπίζονται ως επαγωγικοί κινητήρες και συνεπώς δεν συμβάλουν στο μόνιμο ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Αυτή η προσέγγιση όμως δεν ισχύει για μονάδες κατανεμημένης παραγωγής τύπου IV και γι’ αυτό το λόγο δεν υιοθετείται, [7]. 47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Αιολικό Πάρκο 1 Για k=1,5 η (3.22) γίνεται: " " I kA Π1 = 1,5 I rG U rG U 0, 4kV = 1,5 × 866Α rG = 1,299kA = 0,156 kA 20kV Ua Ua ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ 2 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Οι επαγωγικές γεννήτριες διπλής τροφοδότησης (DFIGs) χρησιμοποιούνται ευρέως σε αιολικές γεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας και έχουν αποτελέσει θέμα πολλών δημοσιεύσεων. Μια τέτοια διάταξη φαίνεται στο σχήμα 3.4. Εξαιτίας της μικρής ισχύος των μετατροπέων του δρομέα και της μικρής δυνατότητας υπερφόρτισής τους η συμβολή μιας DFIG στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως καθορίζεται κατά προσέγγιση από το ρεύμα του στάτη. Μια διάταξη ηλεκτρονικών ισχύος γνωστή ως crowbar (αποζεύκτης ασφαλείας) βραχυκυκλώνει τους ακροδέκτες του δρομέα ώστε να προστατέψει τους μετατροπείς σε καταστάσεις υπέρτασης ή υπερέντασης που υπερβαίνουν την αντοχή του μετατροπέα. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.4: Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδότησης (DFIG) Η απόκριση της DFIG σε περίπτωση βραχυκυκλώματος εξαρτάται από τον έλεγχο του AC/DC μετατροπέα που βρίσκεται στην πλευρά του δρομέα, από την δυνατότητα υπερφόρτισης που έχει και την λειτουργία της προστασίας που προσφέρει ο αποζεύκτης ασφαλείας (crowbar). Παρόλο που δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα 48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ • ΖGB= ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ που να δίνουν την μέγιστη συνεισφορά των DFIG στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως, μπορούν να αντιμετωπιστούν ως συμβατικές ασύγχρονες γεννήτριες (τύπου ΙΙ), όπως θα εξηγηθεί παρακάτω σύμφωνα με όσα αναφέρονται στην [7]. Μετά την εμφάνιση ενός σφάλματος, μεγάλα ρεύματα και τάσεις δημιουργούνται στο τύλιγμα του δρομέα που μπορούν να πυροδοτήσουν την προστασία του crowbar. Σε αυτή την περίπτωση η συμπεριφορά της μηχανής μέχρι να αποσυνδεθεί από το δίκτυο είναι πανομοιότυπη με αυτή της ασύγχρονης γεννήτριας. Αυτό ισχύει για όλες τις DFIGs χωρίς ειδική μέριμνα για ανοσία στις βυθίσεις τάσεως. Οι απαιτήσεις των διαχειριστών των συστημάτων για τις νέες ανεμογεννήτριες όσον αφορά την συμπεριφορά τους στα σφάλματα, έχουν επιφέρει αλλαγές και στη σχεδίαση αλλά και στον έλεγχο των μηχανών. Ο στάτης της μηχανής αποσυνδέεται μετά το σφάλμα σε μικρό χρονικό διάστημα (εξαρτάται από τον κατασκευαστή) ενώ ο μετατροπέας του δρομέα εξακολουθεί να λειτουργεί ώστε να παραμένει η γεννήτρια υπό διέγερση. Μετά την αποκατάσταση της τάσης, η γεννήτρια επανασυγχρονίζεται με το δίκτυο, και συνεχίζει τη λειτουργία της. Το μέγιστο ρεύμα εξόδου πριν την αποσύνδεση του στάση μπορεί να φτάσει την τιμή 5 p.u., που πλησιάζει πολύ τη συνεισφορά στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως μιας συμβατικής επαγωγικής γεννήτριας εάν ληφθεί υπ’ όψιν η αντίσταση του μετασχηματιστή. Για τους παραπάνω λόγους προτείνεται να μεταχειριζόμαστε τις DFIGs σαν συμβατικές επαγωγικές γεννήτριες (τύπου ΙΙ) όταν υπολογίζουμε το μέγιστο ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Οι σύνθετες αντιστάσεις ΖGB, ΖΤB αλλά και ο συντελεστής διόρθωσης ΚΤB υπολογίζονται με βάση τις σχέσεις (3.19), (3.4)-(3.7), (3.8α). Οι τιμές που προτείνονται για το λόγο RG/XG ασύγχρονων κινητήρων χαμηλής τάσης από τις σχέσεις (3.21), δεν γίνονται αποδεκτές γιατί βάσει τεχνικών χαρακτηριστικών που δίνονται από κατασκευαστές ανεμογεννητριών, ο λόγος RG/XG κυμαίνεται μεταξύ 0,1 και 0,15, [7], οπότε XGB = 0,995 ZG και RGB = 0,1 XG (ο κανονισμός IEC 60909 δίνει για ασύγχρονους κινητήρες χαμηλής τάσης RG/XG=0.42 και XG=0,922ΖG, πράγμα που δεν υιοθετείται γιατί αναφέρεται σε κινητήρες). Όλες οι αντιστάσεις των γραμμών είναι στους 20ο C όπως ορίζει ο κανονισμός για τον υπολογισμό του μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Γεννήτριες G7-G12 U rG 1 I LR I rG 3I rG 2 ⎛ Ua ⎞ 1 ⎜U ⎟ = 8 ⎝ rG ⎠ 2 690V ⎛ 20kV ⎞ ⎜ ⎟ = 74,77 Ω 3560 A ⎝ 0, 69kV ⎠ XGB = 0,995 ZG = 74,39 Ω RGB = 0,1 XG = 7,439 Ω • Μετασχηματιστές Τ7-Τ12 49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ZΤB = ukr ( 20kV )2 U rT2 =0, 05 = 28,57 Ω SrT 0, 7 MVA RTB = uRr ( 20kV )2 U rT2 =0, 012 = 6,86 Ω SrT 0, 7 MVA XTB = (Z • ΚΤB = 2 T ) − RT2 = 27,734 Ω Διόρθωση μετασχηματιστών Τ7-Τ12 0,95cmax 1 + 0, 6 xT όπου xΤB = XT U SrT 2 rT άρα: 2 rT Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: • ΕΤ ΖΟ Σ ΖΤB= 6,966 +j 28,162 Ω ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ XT 27, 734 = 0,04853 Ω = U SrT ( 20kV )2 0, 7 MVA 0,95cmax ΚΤB = = 1,015433 1 + 0, 6 xT xΤB = Γραμμή 2 ΔΕ Μ ΖL2= [(0,192 × 10) + (0,127 × 0,5)] + j [(0,334 × 10) + (0,115 × 0,5)] = 1,984 + j 3,398 Ω ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ 3 Το αρχικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως μιας επαγωγικής γεννήτριας δίνεται από τη σχέση (3.19). Στον κανονισμό IEC 60909 η σχέση αυτή αναφέρεται μόνο σε ασύγχρονους κινητήρες, όμως η αρχή υπολογισμού για κινητήρες και γεννήτριες είναι πανομοιότυπη και έτσι μπορεί να εφαρμοστεί και γι’ αυτές. Επειδή δεν δίνονται συγκεκριμένα δεδομένα, θεωρείται ILR/IrG=8, πράγμα που εξαρτάται από το μέγεθος της γεννήτριας. Οι σύνθετες αντιστάσεις ΖGC, ΖΤC αλλά και ο συντελεστής διόρθωσης ΚΤC υπολογίζονται με βάση τις σχέσεις (3.19), (3.4)-(3.7), (3.8α). Οι τιμές που προτείνονται για το λόγο RG/XG ασύγχρονων γεννητριών χαμηλής τάσης, βάσει τεχνικών χαρακτηριστικών που δίνονται από κατασκευαστές ανεμογεννητριών, κυμαίνονται μεταξύ 0,1 και 0,15, [7], οπότε XGB = 0,995 ZG και RGB = 0,1 XG (ο κανονισμός IEC 60909 δίνει για κινητήρες χαμηλής τάσης RG/XG=0.42 και 50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ XG=0,922ΖG, πράγμα που δεν υιοθετείται γιατί αναφέρεται σε κινητήρες). Όλες οι αντιστάσεις των γραμμών είναι στους 20ο C όπως ορίζει ο κανονισμός για τον υπολογισμό του μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως. • Γεννήτριες G13-G18 ΖGC = U rG 1 I LR 3I rG I rG ⎛ Ua ⎞ ⎜U ⎟ ⎝ rG ⎠ 2 = 1 5,5 0, 7184 690V ⎛ 20kV ⎞ ⎜ ⎟ 3718, 4 A ⎝ 0, 69kV ⎠ 2 = 60,8538 Ω XGC = 0,995 ZG = 60,55 Ω ΖGC = 6,055 + j 60,55 Ω • Μετασχηματιστές Τ13-Τ18 ( 20kV )2 U rT2 = 24 Ω ZΤC = ukr =0, 06 SrT 1MVA (Z • 2 T ) − RT2 = 23,593 Ω ΔΕ Μ XTC = ( 20kV )2 U rT2 = 4,4 Ω =0, 011 SrT 1MVA ΕΤ ΖΟ Σ RTC = uRr ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ RGC = 0,1 XG = 6,055 Ω Διόρθωση μετασχηματιστών Τ13-Τ18 ΚΤC = 0,95cmax 1 + 0, 6 xT xΤC = XT 23,593 = 0,059 Ω = U SrT ( 20kV )2 1MVA ΚΤC = 0,95cmax = 1,00927 1 + 0, 6 xT όπου xΤC = XT U SrT 2 rT άρα: 2 rT Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖΤC= 4,441 +j 23,812 Ω 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Πηνίο περιορισμού ρευμάτων βραχυκυκλώσεως (reactor) ( 20kV )2 ΖRC = XRC = 0,14 = 11,2 Ω 5MVA • Γραμμή 3 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΖL3= [(0,192 × 10) + (0,127 × 0,5)] + j [(0,334 × 10) + (0,115 × 1)] = 1,984 + j 3,455 Ω ΜΙΚΡΗ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ • X " dD ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Η μικρή υδροηλεκτρική μονάδα περιλαμβάνει τρεις σύγχρονες γεννήτριες και δύο μετασχηματιστές. Η γεννήτρια G21 συνδέεται στο δίκτυο με ξεχωριστό Μ/Σ ανύψωσης και γι’ αυτό το σύστημα «γεννήτρια + Μ/Σ ανύψωσης» («G21 + Τ20») θεωρείται ως μονάδα (UNIT) και γίνεται χρήση των σχέσεων (3.15) και (3.16) για τον υπολογισμό της συνολικής σύνθετης αντίστασης (γεννήτρια + Μ/Σ) ZSO και του συντελεστή διόρθωσης KSO. Οι γεννήτριες G19 και G20 αντιμετωπίζονται ως σύγχρονες γεννήτριες χωρίς δικό τους μετασχηματιστή, επομένως από την σχέση (3.11γ) για μηχανές χαμηλής τάσης παίρνω ότι RG = 0,15 Xd''. Για τον υπολογισμό των σύνθετων αντιστάσεων ΖG, ΖΤ19, ZΤ20, και των συντελεστών διόρθωσης ΚG, ΚΤ19 χρησιμοποιούνται οι σχέσεις (3.10), (3.4)-(3.7), (3.13) και (3.8α) αντίστοιχα. Όλες οι αντιστάσεις των γραμμών είναι στους 20ο C όπως ορίζει ο κανονισμός για τον υπολογισμό του μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Γεννήτριες G19-G21 2 = xd '' U rG SrG ( 0, 69kV ) ⎛ 20kV ⎞ ⎛ Ua ⎞ ⎜ U ⎟ = 0,18 1, 65MVA ⎜ 0, 69kV ⎟ = 43,636 Ω ⎝ ⎠ ⎝ rG ⎠ 2 2 2 Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) RGD = 0,15 Xd'' = 6,5454 Ω ΖGD = 6,5454 + j 43,636 Ω 52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • K SO = ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Διόρθωση γεννητριών G19-G21 U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax 1,1 ⋅ (1 ± pT ) ⋅ =1 = 1,041465 " 1 + 0,18 × 0,31 1 + xd ⋅ sin φrG U rTHV ΚGD = ΚSO Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: • Μετασχηματιστής Τ19 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΖGD= 6,8168 +j 45,4454 Ω ( 20kV )2 U rT2 ZΤ19 = ukr =0, 08 = 9,143 Ω SrT 3,5MVA (Z XT19 = • 2 T ) − RT2 = 9,071 Ω ΕΤ ΖΟ Σ RT19 = uRr ( 20kV )2 U rT2 =0, 01 = 1,143 Ω SrT 3,5MVA Διόρθωση μετασχηματιστή Τ19 0,95cmax 1 + 0, 6 xT xΤ19 = XT 9, 071 = 0,0794 Ω = U SrT ( 20kV )2 3,5MVA ΚΤ19 = 0,95cmax = 0,99748 1 + 0, 6 xT ΔΕ Μ ΚΤ19 = όπου xΤ19 = XT U SrT 2 rT άρα: 2 rT Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖΤ19= 1,14 +j 9,048 Ω • Μετασχηματιστής Τ20 53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ZΤ20 = ukr ( 20kV )2 U rT2 = 12 Ω =0, 06 SrT 2 MVA RT20 = uRr ( 20kV )2 U rT2 =2Ω =0, 01 SrT 2 MVA (Z XT20 = • 2 T ) − RT2 = 11,832 Ω Γραμμή 4 ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΖL4= (0,192 × 7,5) + j (0,334 × 7,5) = 1,440 + j 2,505 Ω Για να σχηματιστεί το ισοδύναμο κύκλωμα για το δίκτυο του σχήματος 3.3 για τριπολικό βραχυκύκλωμα στη θέση F θα υπολογίσω πρώτα τις παρακάτω αντιστάσεις: ΕΤ ΖΟ Σ Ζ1 = G19//G20 + T19 = ( KGD × ZGD/ 2 ) + ( KT19 × ZT19 ) = ( 3,41 + j 22,723 ) + ( 1,14 + j 9,048 ) = 4,55 + j 31,77 Ζ2 = G21 + T20 = ΚSO ( ΖGD + ZT20 ) = ( 6,8168 + 2 × 1,041465 ) + j ( 45,4454 + 11,832 × 1,041465 ) = 8,9 + j 57,77 ΔΕ Μ Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω σύνθετες αντιστάσεις βραχυκυκλώσεως σχηματίζω το ισοδύναμο κύκλωμα για το δίκτυο του σχήματος 3.3 ( σχήμα 3.5 ). Σχήμα 3.5: Ισοδύναμο κύκλωμα του σχήματος 3.3 για τον υπολογισμό της ισχύος βραχυκυκλώσεως 54 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Για την ισοδύναμη πηγή τάσης έχω: Ei = cmax × U n 1,1× 20kV = = 12,7 kV 3 3 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 " = I kQ Ei ΕΤ ΖΟ Σ Παρακάτω ακολουθεί ο υπολογισμός των επιμέρους ρευμάτων βραχυκυκλώσεως: ( RQ + RT ) + ( X Q + X T ) 2 2 = 12, 7kV 0, 042052 + 1,84392 = 6,886 kA I kQ *=6,886 88, 6936ο kA ΔΕ Μ " " ( S kQ = 238,54 MVA) I k"ΑΠ1 = 1,5 Ι"rG U rG U 0, 4kV = 1,5 × 866Α rG = 1,299kA = 0,156 kA Ua Ua 20kV " I k ΑΠ1 =0,156 kA ( S k"ΑΠ1 =5,4 MVA) 55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 I k"ΑΠ 2 = ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Ei ( RGB / 6 + RTB / 6 + RL 2 ) 2 + ( X GB / 6 + X TB / 6 + X L 2 ) 2 == 12, 7kV 4,38482 + 20, 492 = 0,606 kA " I k ΑΠ 2 =0,606 77,9211ο kA ( S k"ΑΠ 2 = 20,99 MVA) Ei ( RGC / 6 + RTC / 6 + RL 3 ) + ( X GC / 6 + X TC / 6 + X L 3 + X RC ) 2 2 12, 7kV = 3, 73332 + 28, 7152 = 0,439 kA " I k ΑΠ 3 =0,439 82,5924ο kA ( S k"ΑΠ 3 = 15,20 MVA) Ei " I kMYM = = ( Z1 // Z 2 ) + Z L 4 Ei ( RZ 1// Z 2 + RL 4 ) 2 + ( X Z 1// Z 2 + X L 4 ) 2 = = 0,542 kA ΕΤ ΖΟ Σ 12, 7kV = = ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ I k"ΑΠ 3 = (3, 014 + 1, 440) 2 + (20, 498 + 2,505) 2 " I k ΜΥΜ =0,542 79, 0416ο kA ΔΕ Μ " ( S kMYM = 18,78 MVA) " " " " " I k"ΟΛΙΚΟ = I kQ + I k ΑΠ 2 + I k ΑΠ 3 + I k ΜΥΜ + I k ΑΠ1 = 6,886 88, 6936ο + 0,156 90ο + " 0,606 77,9211ο + 0,439 82,5924ο + 0,542 79, 0416ο + I k ΑΠ1 = 8,45588 86,994ο + I k ΑΠ1 86,994ο = 8,45588 86,994ο + 0,156 86,994ο = 8,61188* 86,994ο " ( S k"ΟΛΙΚΟ = 298,324 MVA) 56 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 _______________________________________________________________________________________________________ *Η τιμή αυτή προέκυψε ύστερα από διανυσματική άθροιση των επιμέρους ρευμάτων. Εξαιρείται το I k"ΑΠ1 που προστίθεται αλγεβρικά λόγω έλλειψης της γωνίας του. Το σφάλμα που προκύπτει είναι στην ασφαλή πλευρά επομένως δεν δημιουργείται πρόβλημα. 3.3.4 Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με χρήση πακέτου λογισμικού • ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σε αυτό το κεφάλαιο θα υπολογίσουμε την ισχύ βραχυκυκλώσεως του σχήματος 3.3 με τη βοήθεια του πακέτου λογισμικού neplan, επιλέγοντας τον κανονισμό IEC60909. To αιολικό πάρκο 1 εξαιρέθηκε από τον υπολογισμό γιατί το neplan δεν μπορούσε να προσομοιώσει την διάταξη των σύγχρονων γεννητριών με μετατροπέα. Τα αποτελέσματα για τις υπόλοιπες μονάδες δεν επηρεάζονται, πρέπει όμως στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού μέσης τάσης του υποσταθμού να προσθέσουμε την ισχύ βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το αιολικό πάρκο 1 και έχουμε υπολογίσει στο προηγούμενο κεφάλαιο. Πριν αρχίσει όμως ανάλυση τριπολικού βραχυκυκλώματος του σχήματος 3.3 πρέπει πρώτα να συμπληρώσουμε τα δεδομένα του κάθε στοιχείου του κυκλώματος στα παράθυρα του neplan. Δίκτυο μεταφοράς (Q) Από τον πίνακα 3.1 συμπληρώνω τα δεδομένα που απαιτεί το neplan. To I k" max προέκυψε από την σχέση: I k" max = " Smax =11,547 kA " 3I max Σχήμα 3.6: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του δικτύου μεταφοράς 57 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Μετασχηματιστής υποσταθμού Υ.Τ./Μ.Τ. (Τ) ΕΤ ΖΟ Σ Τα δεδομένα που ζητάει το neplan συμπληρώνονται με βάση τον πίνακα 3.1. Η P URr(1) υπολογίζεται από τη σχέση URr(1) = krT = 160/50000 = 0,32%. SrT ΔΕ Μ Σχήμα 3.7: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του μετασχηματιστή του υποσταθμού 58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Γραμμή L2 Σύμφωνα με τον πίνακα 3.1 συμπληρώνονται τα παρακάτω δεδομένα για την εναέρια γραμμή. ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.8: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία της εναέριας γραμμής L2 Με τον ίδιο τρόπο συμπληρώνονται και τα στοιχεία για το καλώδιο: ΔΕ Μ Σχήμα 3.9: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του καλωδίου της γραμμής L2 59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Μετασχηματιστές (Τ7-Τ12) Σύμφωνα με τον πίνακα 3.1συμπληρώνονται τα παρακάτω στοιχεία για τους μετασχηματιστές Τ7-Τ12. • ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.10: Το παράθυρο του neplan με τα στοιχεία των μετασχηματιστών Τ7-Τ12 Ασύγχρονες γεννήτριες DFIG (G7-G12) ΔΕ Μ Από τον πίνακα 3.1 συμπληρώνονται τα στοιχεία των γεννητριών G7-G12. Υπολογίζεται cosφ = P/S=P/ 3 VI = 0, 9861573. Σχήμα 3.11: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία των γεννητριών G7-G12 60 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Γραμμή L3 • ΕΤ ΖΟ Σ Τα δεδομένα της γραμμής L3 είναι ίδια με αυτά της L2 επομένως δεν παρατίθενται τα παράθυρα του neplan ξανά. Πηνίο περιορισμού ρευμάτων βραχυκυκλώσεως (reactor) Υπολογίζεται το Ιr=S/ 3 V=144,337A, τα υπόλοιπα από τον πίνακα 3.1. ΔΕ Μ Σχήμα 3.12: Παράθυρο με τα στοιχεία του πηνίου περιορισμού ρευμάτων βραχυκυκλώσεως • Μετασχηματιστές (Τ13-Τ18) Σύμφωνα με τον πίνακα 3.1 συμπληρώνονται τα παρακάτω στοιχεία για τους μετασχηματιστές Τ13-Τ18. Σχήμα 3.13: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία των μετασχηματιστών Τ13-Τ18 61 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Ασύγχρονες γεννήτριες (G13-G18) ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Υπολογίζεται cosφ=P/S=P/ 3 VI =0, 9861573. Τα υπόλοιπα από τα δεδομένα. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.14: Το παράθυρο του neplan με τα στοιχεία των γεννητριών G13-G18 • Γραμμή L4 Από τα δεδομένα του πίνακα 3.1 συμπληρώνονται τα παρακάτω στοιχεία για την εναέρια γραμμή L4. Σχήμα 3.15: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία της γραμμής L4 62 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Μετασχηματιστής Τ19 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σύμφωνα με τα δεδομένα συμπληρώνονται τα στοιχεία του μετασχηματιστή Τ19. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.16: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του μετασχηματιστή Τ19 • Μετασχηματιστής Τ20 Από τα δεδομένα του πίνακα 3.1 συμπληρώνονται τα στοιχεία του μετασχηματιστή Τ20. Σχήμα 3.17: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του μετασχηματιστή Τ20 63 • ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Σύγχρονες γεννήτριες (G19-G21) ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΤ ΖΟ Σ Από τα δεδομένα συμπληρώνονται τα στοιχεία των γεννητριών. Για τη γεννήτρια G21 έχει επικυρωθεί η επιλογή Unit generator. ΔΕ Μ Σχήμα 3.18: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία των γεννητριών G19-G21 • Μη περιστρεφόμενο φορτίο Από τα δεδομένα του σχήματος 3.3 συμπληρώνω τα στοιχεία του φορτίου. Σχήμα 3.19: Παράθυρο του neplan με τα στοιχεία του μη περιστρεφόμενου φορτίου 64 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση του κυκλώματος του σχήματος 3.3 με τη χρήση του neplan. Στο σχήμα 3.20 φαίνονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Ακολουθούν οι πίνακες 3.2 και 3.3, στους οποίους γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων που υπολογίστηκαν από τις δύο μεθόδους (την αναλυτική και την ανάλυση βραχυκυκλώσεως με τη χρήση του neplan). Σχήμα 3.20: Υπολογισμός μέγιστου ρεύματος τριπολικού βραχυκυκλώματος για σφάλμα στο F. 65 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδωσαν: " " = 6,889 kA με S kQ = 238,648 MVA I kQ I k"ΑΠ1 = 0,156 kA με S k"ΑΠ1 =5,4 MVA (από το προηγούμενο κεφάλαιο) I k"ΑΠ 2 = 0,601 kA με Sk"ΑΠ 2 = 20,823 MVA I k"ΑΠ 3 = 0,443 kA με S k"ΑΠ 3 = 15,357 MVA " " = 0,557 kA με S kMYM = 19,282 MVA I kMYM I k"ΟΛΙΚΟ = 8,442 + 0,156 = 8,598 kA με S k"ΟΛΙΚΟ = 297,843 MVA Πίνακας 3.2: Συγκριτικός πίνακας υπολογισμών των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Ρεύμα βραχυκυκλώσεως " I kQ Αναλυτικός Υπολογισμός (kA) 6,886 Υπολογισμός με neplan (kA) 6,889 I k"ΑΠ1 * 0,156* 0,156* I k"ΑΠ 2 0,606 0,601 I k"ΑΠ 3 0,439 0,443 " I kMYM 0,542 0,557 I k"ΟΛΙΚΟ 8,612 8,598 Πίνακας 3.3: Συγκριτικός πίνακας υπολογισμών της ισχύος βραχυκυκλώσεως Αναλυτικός Υπολογισμός (MVA) 238,54 Υπολογισμός με neplan (MVA) 238,648 S k"ΑΠ1 ** 5,4 ** 5,4 ** Sk"ΑΠ 2 20,99 20,823 S k"ΑΠ 3 15,20 15,357 " S kMYM 18,78 19,282 S k"ΟΛΙΚΟ 298,328 297,843 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Ισχύς βραχυκυκλώσεως " S kQ _______________________________________________________________________________________________________ *Η τιμή αυτή προέρχεται από τον αναλυτικό υπολογισμό, αφού το Αιολικό Πάρκο 1 δεν προσομοιώθηκε στο neplan λόγω αδυναμίας του προγράμματος. To I k"ΟΛΙΚΟ υπολογίζεται από το διανυσματικό άθροισμα όλων των επιμέρους ρευμάτων βραχυκυκλώσεως εκτός από αυτό που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 1 που προστίθεται αλγεβρικά και στις δύο περιπτώσεις. " **Η τιμή αυτή προέρχεται από τον αναλυτικό υπολογισμό του I k ΟΛΙΚΟ , αφού όπως προαναφέρθηκε το Αιολικό Πάρκο 1 δεν προσομοιώθηκε στο neplan λόγω αδυναμίας του προγράμματος. 3.3.5 Αξιολόγιση των υπολογισθέντων τιμών 67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Οι τιμές του ρεύματος βραχυκυκλώσεως και της ισχύος βραχυκυκλώσεως που προκύπτουν από τον αναλυτικό υπολογισμό και τον υπολογισμό με το neplan διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους. Το I k"ΟΛΙΚΟ με τον αναλυτικό υπολογισμό βρέθηκε να είναι 8,612 kA ενώ με το neplan 8,598 kA, οπότε η διαφορά των δύο υπολογισμών είναι 13,88 Α. Η S k"ΟΛΙΚΟ με τον αναλυτικό υπολογισμό βρέθηκε να είναι 298,328 MVA ενώ με το neplan 297,843 MVA, οπότε η διαφορά των δύο υπολογισμών είναι 485 kVA. Προφανώς οι αποκλίσεις οφείλονται σε σφάλμα ακρίβειας υπολογισμών. Αν τα επιμέρους ρεύματα του αναλυτικού υπολογισμού αθροιστούν αλγεβρικά και όχι διανυσματικά τότε το I k"ΟΛΙΚΟ γίνεται 8,629 kA ενώ η S k"ΟΛΙΚΟ θα είναι 298,92 MVA. Διαπιστώνουμε λοιπόν ότι το αλγεβρικό άθροισμα των ρευμάτων βραχυκυκλώσεως δεν έχει μεγάλη διαφορά από το διανυσματικό άθροισμα όπως άλλωστε αναφέρεται και στην παράγραφο 4.2.1.2 της [8]. Κατά τη σχεδίαση του ζυγού του δευτερεύοντος του υποσταθμού Υ.Τ./Μ.Τ. η ισχύς βραχυκυκλώσεως του έχει θεωρηθεί ότι δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 250 MVA. Συνεπώς εύκολα παρατηρεί κανείς ότι η συμβολή του ανάντι δικτύου στην ισχύ βραχυκυκλώσεως που φτάνει τα 238,54 MVA (σύμφωνα με τον αναλυτικό υπολογισμό) δεν αφήνει σημαντικά περιθώρια για την εισαγωγή κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. Η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού, όταν στο δίκτυο έχουν συνδεθεί οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής, σύμφωνα με τον αναλυτικό υπολογισμό είναι 298,328 ΜVA και ξεπερνάει κατά πολύ τα 250 MVA για τα οποία σχεδιάστηκε. H συμβολή των κατανεμημένων μονάδων φτάνει τα 59,788 MVA ενώ δεν θα έπρεπε να ξεπερνάει τα 11,46 MVA ώστε να μην υπερβαίνονται τα 250 MVA. Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι δύσκολα μπορεί να συνδεθούν στο δίκτυο μονάδες κατανεμημένης παραγωγής έστω και μεσαίου μεγέθους χωρίς να ξεπεραστεί το όριο αντοχής του ζυγού στο βραχυκύκλωμα. Όπως ήταν αναμενόμενο η συμβολή του Αιολικού Πάρκου 1 στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως είναι μικρότερη από όλες τις άλλες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Αυτό οφείλεται στη διάταξη των μετατροπέων μέσω των οποίων συνδέεται με το δίκτυο η συγκεκριμένη μονάδα. Οι υπόλοιπες μονάδες συνδέονται με το ζυγό μέσω γραμμών σχεδόν ίσων μηκών και αντιστάσεων, συνεπώς οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη συμβολή κάθε μονάδας είναι η ισχύς, το είδος της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής και η ύπαρξη ή όχι πηνίου περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Παρατηρείται ότι το Αιολικό Πάρκο 3 συμβάλει λιγότερο από το Αιολικό Πάρκο 2 στην ισχύ βραχυκυκλώσεως παρά το γεγονός ότι είναι μεγαλύτερης ισχύος. Αυτό συμβαίνει γιατί το Αιολικό Πάρκο 3 συνδέεται με το ζυγό που υπόκειται το σφάλμα μέσω πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Χωρίς την ύπαρξη του πηνίου περιορισμού, το ρεύμα βραχυκυκλώσεως αυξάνεται από τα 0,443kA στα 0,708kA, δηλαδή κατά 37,4% (σύμφωνα με αποτελέσματα του neplan). Οπότε η ύπαρξη του πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως μειώνει σημαντικά το ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 3 χωρίς την ύπαρξη του πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως όπως προαναφέρθηκε φτάνει τα 0,708kA, ενώ το Αιολικό Πάρκο 2 συμβάλει κατά 0,601kA στο συνολικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Οι γραμμές που συνδέουν τις δύο αυτές μονάδες κατανεμημένης παραγωγής με τον ζυγό που υφίσταται τριπολικό βραχυκύκλωμα έχουν το ίδιο μήκος και την ίδια σύνθετη αντίσταση. Συνεπώς επιβεβαιώνεται ότι όσο πιο μεγάλη είναι η ισχύς μιας μονάδας κατανεμημένης παραγωγής συγκεκριμένου είδους, τόσο πιο μεγάλη είναι η συμβολή της στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως. Το μήκος των γραμμών επηρεάζει επίσης τη συμβολή των μονάδων στο συνολικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως. Για παράδειγμα αν 68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ διπλασιαστεί το μήκος της γραμμής L4 μήκους 7,5km τότε το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από τη Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα μειώνεται από τα 0,557kA στα 0,497kA. Δηλαδή μειώνεται κατά 10,8%. Από τα παραπάνω φαίνεται ότι πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη συμβολή κάθε μονάδας στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Στο επόμενο κεφάλαιο θα μελετηθεί η επίδραση των παραγόντων αυτών 3.3.6 Επίδραση διαφόρων παραμέτρων των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως 69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο για το σύστημα του σχήματος 3.3 η ισχύς βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το δίκτυο είναι 238,648 MVA, ενώ η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. δεν επιτρέπεται να ξεπεράσει τα 250 MVA. Συνεπώς οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής επιτρέπεται να συμβάλουν στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού αυτού με λιγότερα από περίπου 11,5 MVA (δεν μπορεί να προσεγγιστεί ακριβώς η τιμή της ισχύος γιατί τα ρεύματα αθροίζονται διανυσματικά). Αρχικά σε αυτό το κεφάλαιο θα εξεταστεί ποιες από τις τέσσερις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο χωρίς να δημιουργηθεί υπέρβαση της μέγιστης ισχύος βραχυκύκλωσης του ζυγού του δευτερεύοντος του υποσταθμού. Θα μελετηθεί επίσης πως θα μπορούσε να μειωθεί η συμβολή κάποιων μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως, ώστε να μπορούν να συνδεθούν περισσότερες μονάδες στο δίκτυο. Θα εξεταστεί ακόμα η επίδραση του μήκους των γραμμών σύνδεσης των μονάδων στην ισχύ βραχυκυκλώσεως, καθώς και αν το είδος της μονάδας επηρεάζει, και πόσο, τη συμβολή της στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως. 3.3.6.1 Εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε κάθε γραμμή σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής 70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Όπως φαίνεται στο σχήμα 3.21, τοποθετείται ένα πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε σειρά με κάθε γραμμή σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δικτύου διανομής του σχήματος 3.3. Προκαλείται έτσι μείωση της συμβολής της κάθε μονάδας στο συνολικό ρεύμα βραχυκύκλωσης. Στον πίνακα 3.4 φαίνεται η μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως που προκύπτει από τον υπολογισμό της με το neplan. Η ισχύς βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 1 έχει υπολογιστεί από τον αναλυτικό υπολογισμό σε προηγούμενο κεφάλαιο, ενώ το Αιολικό Πάρκο 3 είναι εξ’ αρχής συνδεδεμένο με πηνίο περιορισμού στη γραμμή του. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.21: Υπολογισμός μέγιστου ρεύματος τριπολικού βραχυκυκλώματος για σφάλμα στη θέση F με την εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε κάθε γραμμή σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής Πίνακας 3.4: Συγκριτικός πίνακας υπολογισμών της ισχύος βραχυκυκλώσεως 71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Αρχικός υπολογισμός με reactor μόνο στο ΑΠ3 (MVA) 238,648 Υπολογισμός με reactor σε όλες τις γραμμές (MVA) 238,648 S k"ΑΠ1 5,4 5,4 0 Sk"ΑΠ 2 20,823 13,843 33,5 S k"ΑΠ 3 15,357 15,357 0 " S kMYM 19,282 12,990 32,6 S k"ΟΛΙΚΟ 297,843 285,581 4,1 Ισχύς βραχυκυκλώσεως " S kQ Μείωση % 0 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Όπως φαίνεται η επί τοις εκατό μείωση της συνολικής ισχύος είναι μικρή και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυτή προέρχεται κυρίως από το ανάντι δίκτυο. Η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως εξακολουθεί να παραμένει κατά πολύ μεγαλύτερη από τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή, που είναι τα 250 MVA. Εντούτοις η ισχύς βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 2 και τη Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα μειώνονται σημαντικά, κατά 33,5% και 32,6% αντίστοιχα. Καμιά μονάδα εκτός από το Αιολικό Πάρκο 1 δεν συμβάλει λιγότερο από 11,352 MVA (250-238,648) ώστε να μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο χωρίς να υπερβεί ο ζυγός Μ.Τ. τη μέγιστη δυνατή ισχύ βραχυκυκλώσεως, δηλαδή τα 250 MVA. Επομένως υπό αυτές τις συνθήκες μόνο το Αιολικό Πάρκο 1 μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως πρόβλημα. Στη συνέχεια θα εξετάσουμε πως θα μπορούσε να συνδεθεί κάθε μονάδα μόνη της στο δίκτυο χωρίς να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως τη μέγιστη τιμή της, δηλαδή τα 250 MVA. 72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.2_Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών του Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μην υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τα 250 ΜVA, ενώ έχει συνδεθεί στη γραμμή του και πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από το Αιολικό Πάρκο 2 και όταν φτάσει τα 2,640 MW (4x660kW), έναντι της αρχικής των 3,960 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.22, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.22: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με την εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 2 73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.3 Μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών του Αιολικού Πάρκου 2 ώστε να μην υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τα 250 MVA. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από το Αιολικό Πάρκο 2 και όταν φτάσει τα 1,980 MW (3x660kW), έναντι της αρχικής των 3,960 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.23, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. Είναι φανερό λοιπόν ότι η μείωση της ισχύος της μονάδας προκαλεί σημαντική μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Συγκεκριμένα ο υποδιπλασιασμός της παραγόμενης ισχύος της μονάδας προκαλεί μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως κατά 45%. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.23: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 2 74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.4 Διατήρηση πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης _ισχύος του Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του _στην ισχύ βραχυκυκλώσεως ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών του Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μην υπερβεί η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τα 250 ΜVA, ενώ έχει συνδεθεί στη γραμμή και πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από το Αιολικό Πάρκο 3 και όταν φτάσει τα 2,550 MW (3x850kW), έναντι της αρχικής των 5,1 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.24, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. Η μείωση της ισχύος της μονάδας προκαλεί σημαντική μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Συγκεκριμένα ο υποδιπλασιασμός της παραγόμενης ισχύος της μονάδας, με διατήρηση του πηνίου περιορισμού, προκαλεί μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως κατά 33%. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.24: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με την εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 3 75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.5 Μείωση μόνο της παραγόμενης ισχύος Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών του Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μην υπερβεί η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τα 250 MVA. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από το Αιολικό Πάρκο 3 και όταν φτάσει τα 1,700 MW (2x850kW), έναντι της αρχικής των 5,1 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.25, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. Είναι φανερό λοιπόν ότι η μείωση της ισχύος της μονάδας προκαλεί μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.25: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 3 76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.6 Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης _ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η _συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μην υπερβεί η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως τα 250 ΜVA, ενώ έχει συνδεθεί στη γραμμή και πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από τη Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα και όταν φτάσει τα 3MW (2x1500kW), έναντι της αρχικής των 4,5 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.26, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.26: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με την εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως και μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας 77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.7 Μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Θα μελετηθεί ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των γεννητριών της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μην υπερβεί η συνολική ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τα 250 MVA. Σταδιακά μειώνεται η παραγόμενη ισχύς από τη Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα και όταν φτάσει τα 1,500 MW (1x1500kW), έναντι της αρχικής των 4,5 MW όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.27, η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού πέφτει κάτω από τα 250 ΜVA. Συνεπώς μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο δίχως να υπερβεί η ισχύς βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της. Είναι φανερό λοιπόν ότι η μείωση της ισχύος της μονάδας προκαλεί σημαντική μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Συγκεκριμένα ο υποτριπλασιασμός της παραγόμενης ισχύος της μονάδας προκαλεί μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως κατά 61%. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Σχήμα 3.27: Μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. με μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας 78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.8 Μελέτη της επίδρασης του πηνίου περιορισμού του ρεύματος _βραχυκυκλώσεως στο Αιολικό Πάρκο 3 στην ισχύ _βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Θα μελετηθεί πως επηρεάζεται η τιμή του ρεύματος και της ισχύος βραχυκυκλώσεως που προέρχονται από το Αιολικό Πάρκο 3 αν αφαιρεθεί το πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Η τιμή του ρεύματος και της ισχύος βραχυκυκλώσεως με το πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως βρέθηκαν από προηγούμενα παραδείγματα ότι είναι 0,443kA και 15,357ΜVA αντίστοιχα. Αν αφαιρεθεί το πηνίο περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, το ρεύμα βραχυκυκλώσεως γίνεται 0,708kA και η ισχύς βραχυκυκλώσεως 24,513ΜVA. Το πηνίο βραχυκυκλώσεως μειώνει το ρεύμα και την ισχύ βραχυκυκλώσεως κατά 37,4%. Συνεπώς μειώνει σημαντικά τη συμβολή του Αιολικού Πάρκου 3 στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. Από το σχήμα 3.28 μπορεί επίσης να φανεί ότι η μονάδα μεγαλύτερης ισχύος δηλαδή το Αιολικό Πάρκο 3 (5,1ΜW) συμβάλει με μεγαλύτερο ρεύμα βραχυκυκλώσεως από το Αιολικό Πάρκο 2 (3,96MW). Η σύγκριση είναι εφικτή αφού οι δύο μονάδες αντιμετωπίζονται σαν να είναι ίδιου είδους και οι γραμμές που τις συνδέουν με το ζυγό είναι ίσου μήκους. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.28: Αύξηση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 3 εξαιτίας της αφαίρεσης του πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως 79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.9 Μελέτη της επίδρασης του μήκους των γραμμών σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. Χρησιμοποιώντας το neplan μεταβάλλεται το μήκος των γραμμών σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής παίρνοντας διαδοχικά τις τιμές 0, 5, 10, 15 χιλιόμετρα. Με αυτό τον τρόπο θα μελετηθεί η επίδραση του μήκους των γραμμών αυτών στο ρεύμα και στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Η μεγαλύτερη τιμή είναι τα 15 χιλιόμετρα γιατί οι γραμμές Μ.Τ. του ελληνικού συστήματος συνήθως δεν ξεπερνούν αυτό το μήκος για λόγους πτώσης τάσης, [10]. Από τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από το neplan συμπληρώνω τους πίνακες 3.5 και 3.6 και σχηματίζω τις καμπύλες των σχημάτων 3.29 και 3.30. Πίνακας 3.5: Επιρροή του μήκους των γραμμών σύνδεσης στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως Ρεύμα βραχυκυκλώσεως από Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα (kA) 0,632 0,580 0,535 0,497 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Ρεύμα βραχυκυκλώσεως από Αιολικό Πάρκο 3 (kA) 0,508 0,474 0,443 0,416 ΕΤ ΖΟ Σ Ρεύμα Χιλιόμετρα βραχυκυκλώσεως Γραμμής Σύνδεσης από Αιολικό Πάρκο 2 (kA) 0 0,733 5 0,661 10 0,601 15 0,551 Σχήμα 3.29: Διαγραμματική απεικόνιση των τιμών του πίνακα 3.5 0.8 Ρεύμα βραχυκυκλώσεως (kA) ΔΕ Μ 0.7 0.6 0.5 Αιολικό Πάρκο 2 0.4 Αιολικό Πάρκο 3 Μικρή Υδρ. Μονάδα 0.3 0.2 0.1 0 0 5 10 15 20 Μήκος (km) 80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Πίνακας 3.6: Επιρροή του μήκους των γραμμών σύνδεσης στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Ισχύς Χιλιόμετρα βραχυκυκλώσεως Γραμμής Σύνδεσης από Αιολικό Πάρκο 2 (MVA) 0 25,403 5 22,889 10 20,823 15 19,097 Ισχύς βραχυκυκλώσεως από Αιολικό Πάρκο 3 (MVA) 17,614 16,412 15,357 14,424 Ισχύς βραχυκυκλώσεως από Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα (MVA) 21,889 20,084 18,539 17,205 Σχήμα 3.30: Διαγραμματική απεικόνιση των τιμών του πίνακα 3.6 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 25 20 Αιολικό Πάρκο 2 15 Αιολικό Πάρκο 3 Μικρή Υδρ. Μονάδα 10 5 0 0 ΕΤ ΖΟ Σ Ισχύς βραχυκυκλώσεως (MVA) 30 5 10 15 20 ΔΕ Μ Μήκος (km) Από τα παραπάνω αποτελέσματα φαίνεται ότι η επίδραση του μήκους των γραμμών στο ρεύμα και στην ισχύ βραχυκυκλώσεως είναι σχετικά μικρή. Αυτό συμβαίνει γιατί η συμβολή των επιμέρους μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο συνολικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως μειώνεται σε μικρό βαθμό καθώς απομακρυνόμαστε από αυτές, επειδή η εσωτερική τους αντίσταση είναι σχετικά μεγάλη συγκρινόμενη με την αντίσταση των γραμμών. Για παράδειγμα ο διπλασιασμός του μήκους της γραμμής L4, που συνδέει τη Μικρή Υδροηλεκτρική Μονάδα με το ζυγό Μ.Τ., από τα 7,5km στα 15km προκαλεί μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από τη συγκεκριμένη μονάδα κατά 10,8%. Όπως φαίνεται στον πίνακα 3.5 το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από το Αιολικό Πάρκο 2 όταν η γραμμή έχει μήκος 15km είναι 0,551kA ενώ όταν συνδεθεί απευθείας με το ζυγό είναι 0,733kA. Δηλαδή η αύξηση του μήκους της γραμμής από τα 0 στα 15 χιλιόμετρα προκαλεί μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως κατά 24,9%. Όμως οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συνήθως εγκαθίστανται σε συγκεκριμένες τοποθεσίες εκεί όπου μπορεί να γίνει μέγιστη εκμετάλλευση των διαθέσιμων πηγών ενέργειας και η θέση των υποσταθμών είναι προκαθορισμένη. Επομένως το μήκος των γραμμών τις περισσότερες φορές δεν μπορεί να μεταβληθεί σημαντικά. 81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Αντίστοιχη αύξηση του μήκους της γραμμής του Αιολικού Πάρκου 3 και της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας από τα 0 στα 15 χιλιόμετρα προκαλεί μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως κατά 18,2% και 21,4% αντίστοιχα. 82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.10 Μελέτη της επίδρασης του είδους των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Χρησιμοποιώντας τις επαγωγικές γεννήτριες διπλής τροφοδότησης του Αιολικού Πάρκου 2 και τις σύγχρονες γεννήτριες της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας σχηματίζω το δίκτυο του σχήματος 3.31, με το οποίο θα συγκρίνω την συμβολή των δύο μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στη συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως. Η μονάδα που συνδέεται στο σημείο Β αποτελείται από 7 γεννήτριες και 7 μετασχηματιστές ίδιων τεχνικών χαρακτηριστικών με αυτούς του Αιολικού Πάρκου 2, ενώ η μονάδα που συνδέεται στο σημείο D αποτελείται από 3 σύγχρονες γεννήτριες ίδιες με αυτές της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας, 2 μετασχηματιστές ίδιους με τον Τ19 (Τ14-Τ15) και έναν ίδιο με τον Τ20 (Τ16). Η συνολική ισχύς της πρώτης μονάδας είναι 4620kW (7x660kW), ενώ της δεύτερης 4500kW (3x1500kW). Οι δύο μονάδες συνδέονται με το ζυγό Μ.Τ. με εναέριους αγωγούς ACSR, 3 × 95 mm2, μήκους 10km. Η παραγόμενη ισχύς από τις δύο μονάδες είναι παραπλήσια και έτσι τα αποτελέσματα του neplan είναι συγκρίσιμα. ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Σχήμα 3.31: Δίκτυο για τη μελέτη της επίδρασης του είδους των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Το ρεύμα βραχυκυκλώσεως που προέρχεται από την πρώτη μονάδα είναι 0,683kA (ισχύς βραχυκυκλώσεως 23,667 MVA), ενώ εκείνο που προέρχεται από την δεύτερη είναι 0,582kA (ισχύς βραχυκυκλώσεως 20,147 MVA). Συνεπώς βγαίνει το συμπέρασμα ότι οι ασύγχρονες γεννήτριες του Αιολικού Πάρκου συμβάλουν περισσότερο στην συνολική ισχύ βραχυκυκλώσεως από ότι οι σύγχρονες γεννήτριες της Υδροηλεκτρικής Μονάδας. 83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ Κ. Π. ΣΤΗΝ ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ 3.3.6.11 Συνοπτικά συμπεράσματα Από τη διερεύνηση της επίδρασης των διαφόρων παραμέτρων στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού τροφοδότησης του δικτύου σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής προκύπτουν τα εξής: • ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ • ΕΤ ΖΟ Σ • Η παρεμβολή πηνίων περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως στις γραμμές σύνδεσης των μονάδων αυτών μπορεί να περιορίσει σε κάποιο βαθμό τη συμβολή των μονάδων στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Η μείωση της παραγόμενης ισχύος των μονάδων (σύνδεση λιγότερων μονάδων) είναι ένα άλλο μέσο περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως. Το είδος των μονάδων, εφόσον είναι δυνατή η επιλογή του, επηρεάζει επίσης την ισχύ βραχυκυκλώσεως. Τα χαρακτηριστικά της γραμμής σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, με επιλογή της διατομής ή του μήκους τους (εφόσον αυτό είναι δυνατό), μπορούν να συμβάλουν στη διαμόρφωση της τελικής τιμής της ισχύος βραχυκυκλώσεως του ζυγού τροφοδότησης. ΔΕ Μ • 84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΤ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 4.1 Περιγραφή του δικτύου ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στο προηγούμενο κεφάλαιο μελετήθηκε η επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ του σχήματος 3.3. Στο δίκτυο που χρησιμοποιήθηκε οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής ήταν συνδεδεμένες απευθείας στο ζυγό του υποσταθμού χωρίς να υπάρχουν φορτία στις γραμμές που συνέδεαν τις μονάδες αυτές με τον υποσταθμό. Στο δίκτυο που θα μελετηθεί σε αυτό το κεφάλαιο με τη βοήθεια του πακέτου λογισμικού neplan, οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής είναι διάσπαρτες, δηλαδή συνδέονται με το ζυγό του υποσταθμού μέσω γραμμών που φέρουν και φορτία. Το συγκεκριμένο δίκτυο φαίνεται στο σχήμα 4.1. Το δίκτυο διανομής του σχήματος 4.1 βρίσκεται στην Δυτική Μακεδονία στην περιοχή των Γρεβενών. Τροφοδοτείται από τον υποσταθμό ΥΤ/ΜΤ των Γρεβενών και αποτελεί την γραμμή 23 του υποσταθμού. Η ονομαστική τάση των ζυγών είναι 20kV. Η μέγιστη και η ελάχιστη τάση ζυγών του δικτύου είναι 21,4 kV και 20,4 kV αντίστοιχα, ενώ η ισχύς βραχυκυκλώσεως του δικτύου είναι S k" max = 197 MVA. Από αμπερομετρήσεις προέκυψε ότι η μέγιστη ισχύς φορτίου του δικτύου είναι 4,4 MVA και η ελάχιστη 0,84 MVA. Τα φορτία λειτουργούν με μέσο συντελεστή ισχύος cos φ Μ = 0,9 και είναι ταυτοχρονισμένα στα 21,4 kV για μέγιστο φορτίο. Στο δίκτυο διανομής συνδέονται 4 μονάδες κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής συνολικής ισχύος 11,52 MW. Όλες οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής είναι υδροηλεκτρικές, συνδέονται στο δίκτυο μέσω μετασχηματιστών και χρησιμοποιούν σύγχρονες γεννήτριες. Τα φορτία στο σχήμα 4.1 εμφανίζονται σε Α, και τα μήκη των γραμμών σε km. Όλες οι γραμμές είναι ΑCSR, εκτός από εκείνες που αναγράφεται ότι είναι είτε υπόγειο καλώδιο ΜΤ, είτε συνεστραμμένο καλώδιο ΜΤ. Περισσότερες πληροφορίες για τα στοιχεία του δικτύου δίνονται στον πίνακα 4.1. Η μονάδα ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. μπορεί να συνδεθεί με το δίκτυο διανομής είτε στην Αλατόπετρα, είτε στην Καληράχη. Οι διαχειριστές του δικτύου προς το παρόν συνδέουν τη μονάδα στην Καληράχη γιατί η γραμμή του 1km που απαιτείται για τη σύνδεση της με το δίκτυο στη θέση Αλατόπετρα δεν έχει ακόμα αναβαθμιστεί. Όπως διαπιστώθηκε από την [11], η συμπεριφορά του δικτύου όσον αφορά την εικόνα της τάσης είναι καλύτερη όταν η μονάδα είναι συνδεδεμένη στην Αλατόπετρα, ενώ και η ισχύς βραχυκυκλώσεως είναι μικρότερη με αυτή την σύνδεση, όπως θα διαπιστωθεί στη συνέχεια. 84 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ Πίνακας 4.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά των στοιχείων του δικτύου του σχήματος 4.1 Δίκτυο Q " UnQ =20kV, UQΜΑΧ =21,4kV, UQΜΙΝ =20,4KV, S kQ =197MVA, RQ/XQ =0,1 Μετασχηματιστές ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε Γεννήτριες Μετασχηματιστές ΥΗΣ Δίστρατου Γεννήτρια 2 × 1,58ΜW (G2,G3) (PELTON) Σύγχρονες γεννήτριες (G2,G3): PrG=1,58ΜW, UrG=660V, xd″=0,133 ρ.u., xd=2,4 ρ.u., cοsφrG = 0,95 (επαγωγικός) T2,Τ3: SrT=2MVA, trT=20/0,66kV, ukrT =6,0%, ukRrT=1% 1,5ΜW (G4) (PELTON) 3,2ΜW (G5) (FRANCIS) Σύγχρονη γεννήτρια (G4): PrG4=1,5ΜW, UrG4=660V, xd4″=0,14ρ.u., xd4=1,5 ρ.u., cοsφrG4 = 0,95 (επαγωγικός) Σύγχρονη γεννήτρια (G5): PrG5=3,2ΜW, UrG5=6,3kV, xd5″=0,23ρ.u., xd5=2,5 ρ.u., cοsφrG5 = 0,95 (επαγωγικός) T4: SrT4=2MVA, trT4=20/0,66kV, ukrT4 =6,0%, ukRrT4=1% T5: SrT5=4MVA, trT5=20/6,3kV, ukrT5 =6,25%, ukRrT5=1% 2ΜW (G6) Σύγχρονη γεννήτρια (G6): PrG6=2ΜW, UrG6=690V, xd6″=0,133ρ.u., xd6’=0,24ρ.u., xd6=1,77 ρ.u., cοsφrG = 1 T6: SrT1=2MVA, trT1 =20/0,69kV, ukrT1 =5,0%, ukRrT1=1% R20 0C =1,098 Ω/ km, X=0,393 Ω/ km, Ith=127 A ΔΕ Μ Μετασχηματιστής Εναέριες Γραμμές ΜΤ ACSR 16mm2 Σύγχρονη γεννήτρια (G1): PrG1=1,66ΜW, UrG1=660V, xd1″=0,131 ρ.u., xd1=2,39 ρ.u., cοsφrG1 = 0,95 (επαγωγικός) T1: SrT1=2MVA, trT1 =20/0,66kV, ukrT1 =5,66%, ukRrT1=1% ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Μετασχηματιστής ΥΗΣ Συμμετοχές Δυτικής Ελλάδας Α.Ε 2 Γεννήτριες 1,66ΜW (G1) (PELTON) ΕΤ ΖΟ Σ ΥΗΣ Συμμετοχές Δυτικής Ελλάδας Α.Ε 1 Γεννήτρια 2 ACSR 35mm 2 ACSR 95mm Συνεστραμμένο Καλώδιο 3X150+50 Υπόγεια Καλώδια ΜΤ XLPE 3X240+25 R20 0C =0,520 Ω/ km, X=0,369 Ω/ km, Ith=197 A R20 0C =0,192 Ω/ km, X=0,336 Ω/ km, Ith=400 A R20 0C =0,2375 Ω/ km, X=0,125 Ω/ km, Ith=280 A R20 0C =0,127 Ω/ km, X=0,115 Ω/ km, Ith=410 A 86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 4.2 Αναλυτικός Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στα δίκτυα διανομής με κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, η απαίτηση να μην ξεπεραστούν τα μέγιστα όρια της ισχύος βραχυκυκλώσεως για τα οποία σχεδιάστηκαν τα δίκτυα πρέπει να ικανοποιείται σε κάθε σημείο του δικτύου υπό συνθήκες μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως. Σε τυπικά ακτινικά δίκτυα, που τροφοδοτούνται από έναν υποσταθμό Υ.Τ./Μ.Τ. και για ρεαλιστικό μέγεθος κατανεμημένης παραγωγής, η ισχύς βραχυκυκλώσεως συνήθως ελέγχεται στους ζυγούς Μ.Τ. του υποσταθμού. Αυτό συμβαίνει γιατί η συμβολή του δικτύου Υ.Τ. στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως είναι πολύ μεγάλη και μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από τον υποσταθμό εξαιτίας των σε σειρά αντιστάσεων των γραμμών. Αντίθετα η συμβολή των επιμέρους μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως μειώνεται σε μικρότερο βαθμό καθώς απομακρυνόμαστε από αυτές, επειδή η εσωτερική τους αντίσταση είναι σχετικά μεγάλη συγκρινόμενη με την αντίσταση των γραμμών. Για τους παραπάνω λόγους ο υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου του σχήματος 4.1 θα γίνει στο ζυγό του δευτερεύοντος του υποσταθμού. Η αρχική ισχύς βραχυκυκλώσεως Sk" υπολογίζεται από την σχέση 3.1, επομένως για τον υπολογισμό της χρειάζονται τα I k" 3 p και U n . Το μέγεθος U n εκφράζει την τάση στο σημείο που υπολογίζουμε την ισχύ βραχυκυκλώσεως, ενώ το I k" 3 p είναι το όπου: ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ αρχικό ρεύμα κατά το τριπολικό βραχυκύκλωμα, το οποίο υπολογίζεται με τη μέθοδο της ισοδύναμης πηγής τάσεως στο σημείο του σφάλματος. Σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 60909 τα αρχικά ρεύματα υπολογίζονται τοποθετώντας στη θέση του σφάλματος F την ισοδύναμη πηγή τάσης Ei και σχηματίζοντας το ισοδύναμο κύκλωμα για το ευθύ σύστημα (σχήμα 4.2). Ο συντελεστής cmax για τον υπολογισμό του μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώσεως λαμβάνεται από τον κανονισμό IEC 60909 και για μέση και υψηλή τάση παίρνει την τιμή 1,1. Για τριπολικά βραχυκυκλώματα, το αρχικό ρεύμα βραχυκυκλώσεως υπολογίζεται από την σχέση: I k" 3 p = Ei c × U n = , Zk 3Z k (4.1) Ζk: το μέτρο της σύνθετης αντίστασης Ζk του ισοδύναμου κυκλώματος όπως αυτή φαίνεται από τη θέση του σφάλματος F. Σε αυτό το κεφάλαιο θα υπολογιστεί αναλυτικά η ισχύς βραχυκύκλωσης του δικτύου διανομής του σχήματος 4.1 με όλες τις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συνδεδεμένες στο δίκτυο. Η μονάδα ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. θεωρώ ότι συνδέεται στην Καληράχη. Αρχικά υπολογίζονται οι σύνθετες αντιστάσεις των γραμμών με τη βοήθεια του πίνακα 4.1 αλλά και του σχήματος 4.1. Οι αντιστάσεις αυτές τοποθετούνται στο ισοδύναμο κύκλωμα του σχήματος 4.2, αφού πρώτα αθροιστούν οι αντιστάσεις που βρίσκονται σε σειρά. Στη συνέχεια ακολουθεί ο υπολογισμός των σύνθετων αντιστάσεων βραχυκυκλώσεως των υπόλοιπων στοιχείων του δικτύου με τη βοήθεια σχέσεων που δόθηκαν στο κεφάλαιο 3. Η ισχύς βραχυκυκλώσεως υπολογίζεται στο ζυγό ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ και χρησιμοποιείται η 87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ ονομαστική (nominal) τάση του δικτύου, δηλαδή τα 20 kV. Όλες οι μονάδες είναι μονάδες παραγωγής με σύγχρονες γεννήτριες χωρίς σύστημα αλλαγής λήψεων υπό φορτίο. Οι σύνθετες αντιστάσεις των επιμέρους στοιχείων είναι: ΔΙΚΤΥΟ • Δίκτυο Q ZQ = cmax 2 U nQ = 1,1 " S kQ (20kV ) 2 =2,2335 Ω 197 MVA RQ = 0,1 XQ =0,2222 Ω ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ XQ = 0,995 ZQ = 2,2223 Ω ΥΗΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΕΣ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ Α.Ε. 1 • Γεννήτρια G1 X = xd '' U rG SrG ( 0, 66kV ) ⎛ Ua ⎞ ⎜ U ⎟ = 0,131 1, 747 MVA ⎝ rG ⎠ 2 2 2 ⎛ 20kV ⎞ ⎜ 0, 66kV ⎟ = 29,9943 Ω ⎝ ⎠ ΕΤ ΖΟ Σ 2 " d1 Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) ΔΕ Μ RG1 = 0,15 Xd1'' = 4,4991 Ω ΖG1 = 4,4991 + j 29,9943 Ω • K SO = Διόρθωση γεννήτριας G1 U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax 1,1 = 1,0568 ⋅ (1 ± pT ) ⋅ = " 1 + xd ⋅ sin φrG 1 + 0,131× 0,3122 U rTHV Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖG1= 4,7546 +j 31,6971 Ω 88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ • Μετασχηματιστής Τ1 ( 20kV )2 U rT2 =0, 0566 ZΤ1 = ukr = 11,32 Ω 2 MVA SrT RT1 = uRr XT1 = ( 20kV )2 U rT2 =0, 01 =2Ω SrT 2 MVA (Z 2 T ) − RT2 = 11,1419 Ω ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Άρα: Ζ1= ΖG1 + ΚSO ZT1 = 6,8681 + j 43,4716 Ω ΥΗΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΕΣ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ Α.Ε. 2 • Γεννήτριες G2, G3 2 U rG ( 0, 66kV ) ⎛ 20kV ⎞ ⎛ Ua ⎞ = 31,9865 Ω = 0,133 ⎜ ⎟ SrG ⎝ U rG ⎠ 1, 6632 MVA ⎜⎝ 0, 66kV ⎟⎠ 2 2 2 ΕΤ ΖΟ Σ X d" 2,3 = xd'' Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) RG2,3 = 0,15 X d" 2,3 = 4,7980 Ω • K SO = ΔΕ Μ ΖG2,3 = 4,7980+ j 31,9865 Ω Διόρθωση γεννητριών G2, G3 U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax 1,1 ⋅ (1 ± pT ) ⋅ = = 1,0561 " 1 + xd ⋅ sin φrG 1 + 0,133 × 0,3122 U rTHV Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖG2,3= 5,0673 +j 33,7822 Ω • ZΤ2,3 = ukr Μετασχηματιστές Τ2, Τ3 ( 20kV )2 U rT2 = 12 Ω =0, 06 2 MVA SrT 89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ RT2,3 = uRr ( 20kV )2 U rT2 =2Ω =0, 01 2 MVA SrT (Z XT2,3 = 2 T ) − RT2 = 11,8322 Ω Άρα: Ζ2,3= ΖG2,3 + ΚSO ZT2,3 = 7,1796 + j 46,2786 Ω ΔΕΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ Α.Ε. • Γεννήτρια G4 2 U rG ( 0, 66kV ) ⎛ 20kV ⎞ ⎛ Ua ⎞ = 0,14 = 35,4677 Ω ⎜ ⎟ SrG ⎝ U rG ⎠ 1,5789 MVA ⎜⎝ 0, 66kV ⎟⎠ 2 Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) RG4 = 0,15 Xd'' = 5,3202 Ω 2 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ 2 X d" 4 = xd'' • Διόρθωση γεννήτριας G4 U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax 1,1 = 1,0539 = ⋅ (1 ± pT ) ⋅ " 1 + xd ⋅ sin φrG 1 + 0,14 × 0,3122 U rTHV ΔΕ Μ K SO = ΕΤ ΖΟ Σ ΖG4 = 5,3202+ j 35,4677 Ω Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖG4= 5,6071 +j 37,3804 Ω • Μετασχηματιστής Τ4 ZΤ4 = ukr ( 20kV )2 U rT2 = 13,2 Ω =0, 06 2 MVA SrT RT4 = uRr ( 20kV )2 U rT2 =2Ω =0, 01 2 MVA SrT XT4 = (Z 2 T ) − RT2 = 13,0476 Ω 90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ Άρα: Ζ4= ΖG4 + ΚSO ZT4 = 7,7149 + j 51,1317 Ω • X " d5 Γεννήτρια G5 2 = xd '' U rG SrG ( 6,3kV ) ⎛ Ua ⎞ ⎜ U ⎟ = 0,23 3,3668MVA ⎝ rG ⎠ 2 2 2 ⎛ 20kV ⎞ ⎜ 6,3kV ⎟ = 27,3257 Ω ⎝ ⎠ Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) ΖG5 = 1,9128 + j 27,3257 Ω • U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ U rTLV cmax 1,1 = 1,0263 ⋅ (1 ± pT ) ⋅ = " 1 + xd ⋅ sin φrG 1 + 0, 23 × 0,3122 U rTHV ΕΤ ΖΟ Σ K SO = Διόρθωση γεννήτριας G5 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ RG5 = 0,07 Xd'' = 1,9128 Ω Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΖG5= 1,9631 +j 28,0442 Ω • ΔΕ Μ Μετασχηματιστής Τ5 ( 20kV )2 U rT2 = 6,25 Ω ZΤ5 = ukr =0, 0625 4 MVA SrT RT5 = uRr XT5 = ( 20kV )2 U rT2 =1Ω =0, 01 4 MVA SrT (Z 2 T ) − RT2 = 6,1695 Ω Άρα: Ζ5= ΖG5 + ΚSO ZT5 = 2,9894 + j 34,3759 Ω 91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ ΥΗΣ ΔΙΣΤΡΑΤΟΥ • X " d6 Γεννήτρια G6 2 = xd '' U rG SrG ( 0, 69kV ) ⎛ 20kV ⎞ ⎛ Ua ⎞ ⎜ U ⎟ = 0,133 2 MVA ⎜ 0, 69kV ⎟ = 26,6 Ω ⎝ ⎠ ⎝ rG ⎠ 2 2 2 Για μηχανές χαμηλής τάσης (UrG ≤ 1kV) RG6 = 0,15 Xd'' = 3,99 Ω • K SO = Διόρθωση γεννήτριας G6 U nQ U rG ⋅ (1 + pG ) ⋅ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΖG6 = 3,99 + j 26,6 Ω U rTLV cmax 1,1 = 1,1 = ⋅ (1 ± pT ) ⋅ " 1 + xd ⋅ sin φrG 1 + 0,133 × 0 U rTHV Συνεπώς η σύνθετη αντίσταση γίνεται: ΕΤ ΖΟ Σ ΖG6= 4,389 +j 29,26 Ω • Μετασχηματιστής Τ6 ΔΕ Μ ( 20kV )2 U rT2 = 10 Ω ZΤ6 = ukr =0, 05 2 MVA SrT RT6 = uRr XT6 = ( 20kV )2 U rT2 =2Ω =0, 01 2 MVA SrT (Z 2 T − RT2 ) = 9,7980 Ω Άρα: Ζ6= ΖG6 + ΚSO ZT6 = 6,5890 + j 40,0378 Ω Για τις γραμμές του δικτύου του σχήματος 4.1 δεν δίνεται αναλυτικός υπολογισμός σύνθετων αντιστάσεων. Αυτές προκύπτουν με πολλαπλασιασμό των παραμέτρων τους επί το μήκος τους και φαίνονται στο σχήμα 4.2. 92 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ Για την ισοδύναμη πηγή τάσης έχω: Ei = cmax × U n 1,1× 20kV = 12,7017kV = 3 3 Άρα το ρεύμα βραχυκυκλώσεως από το ισοδύναμο κύκλωμα του σχήματος 4.2 θα είναι από τη σχέση 4.1: Ei Zk όπου Ζk είναι η ολική σύνθετη αντίσταση του παραπάνω κυκλώματος. I k" 3 p = Το Ζk υπολογίστηκε ότι είναι 1,9455 Ω. Άρα: Επομένως Sk" = 12, 7017 = 6,5288 kA 1,9455 ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ I k" 3 p = 3 I k" 3 p Un = 226,164 MVA ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ Η ισχύς βραχυκυκλώσεως από τον αναλυτικό υπολογισμό προέκυψε αρκετά μικρότερη από τα 250 MVA και επομένως στο δίκτυο μπορούν να συνδεθούν και άλλες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. 94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 4.3 Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με το πακέτο λογισμικού neplan ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στo κεφάλαιο αυτό το δίκτυο διανομής του σχήματος 4.1 προσομοιώνεται με τη βοήθεια του neplan. Όλα τα χαρακτηριστικά των γραμμών και των υπολοίπων στοιχείων του δικτύου λαμβάνονται από τον πίνακα 4.1. Η ισχύς βραχυκυκλώσεως υπολογίζεται στο ζυγό ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ των Γρεβενών, και στην ονομαστική τάση, δηλαδή τα 20 kV. Αρχικά σχηματίζουμε το δίκτυο διανομής χωρίς να συνδέσουμε τις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Για σφάλμα στη θέση F του σχήματος 4.3 υπολογίζεται η ισχύς βραχυκυκλώσεως. Η τιμή της είναι προφανώς ίση με 197 kA, αφού μόνο το δίκτυο συμβάλει στην ισχύ βραχυκυκλώσεως, πράγμα που φαίνεται και στο σχήμα. Επομένως χωρίς τις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής η ισχύς βραχυκυκλώσεως είναι αρκετά μικρή και επομένως φαίνεται να μπορεί να δεχτεί διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής. Στο σχήμα 4.4 οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συνδέονται στο δίκτυο διανομής. Η μονάδα ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. συνδέεται στον κόμβο Ν6 (Καληράχη). Η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ζυγό ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ σύμφωνα με το neplan είναι 225,345 ΜVA. Η συμβολή των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως είναι 29,852 ΜVA. Επομένως σε ότι αφορά την ισχύ βραχυκυκλώσεως μπορούν να ενταχθούν στο δίκτυο και άλλες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Η ισχύς βραχυκυκλώσεως που υπολογίστηκε από τον αναλυτικό υπολογισμό ήταν 226,164 MVA. Άρα η διαφορά των δύο υπολογισθέντων τιμών είναι 0,819 ΜVA, δηλαδή προέκυψε ένα σφάλμα 0,36% που είναι όμως αμελητέο. Στη συνέχεια αποσυνδέθηκε η μονάδα ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. από τον κόμβο Ν6 και συνδέθηκε στον κόμβο Ν29 (σχήμα 4.5). Στην πραγματικότητα, όπως προαναφέρθηκε, η σύνδεση αυτή δεν είναι ακόμα εφικτή γιατί δεν έχει αναβαθμιστεί ακόμα η γραμμή του ενός χιλιομέτρου που απαιτείται για να συνδεθεί η μονάδα με τον κόμβο Ν29 (Αλατόπετρα). Η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ζυγό ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ γίνεται 222,378 ΜVA. Άρα δεν υπάρχει πρόβλημα με την ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού αφού αυτή είναι αρκετά μικρότερη από τα 250 MVA, και μάλιστα υπάρχουν περιθώρια από πλευράς ισχύος βραχυκυκλώσεως για σύνδεση και άλλων μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. Η συμβολή των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως είναι 26,297 ΜVA. Συνεπώς με αυτή τη σύνδεση προκύπτει μείωση της ισχύος βραχυκυκλώσεως κατά 2,967 ΜVA. Σύμφωνα με την [11] η σύνδεση της μονάδας ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. στον κόμβο Ν29 δίνει σαν αποτέλεσμα και καλύτερη εικόνα τάσης. Επομένως η σύνδεση της μονάδας στον κόμβο Ν29 προσφέρει και μικρότερη ισχύ βραχυκυκλώσεως στο ζυγό ΜΤ του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ, αλλά και καλύτερη εικόνας τάσης του δικτύου. 95 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 96 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 97 ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΠ 98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΔΕ Μ ΕΤ ΖΟ Σ ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η επίδραση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του βασικού ζυγού τροφοδότησης του δικτύου διανομής στο οποίο οι μονάδες συνδέονται. Συγκεκριμένα, αφού δόθηκαν γενικοί ορισμοί για την κατανεμημένη παραγωγή και παρουσιάστηκαν τα τεχνικά προβλήματα που εμφανίζονται με τη σύνδεση τέτοιων μονάδων σε σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, η ανάλυση επικεντρώθηκε στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Η σύνδεση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να αποδειχθεί ευεργετική για διάφορες παραμέτρους του δικτύου, αλλά αυξάνει την ισχύ βραχυκυκλώσεώς του. Αν το δίκτυο λειτουργεί ήδη σε τιμές ισχύος βραχυκυκλώσεως κοντά στην οριακή τιμή, που καθορίζει την αντοχή του εξοπλισμού του στο βραχυκύκλωμα, τότε η σύνδεση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να είναι πολύ περιορισμένη ή αδύνατη. Αρχικά εξετάστηκε ένα δίκτυο διανομής με μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συνδεδεμένες στο ζυγό του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ. Υπολογίστηκε η ισχύς βραχυκυκλώσεώς του τόσο αναλυτικά, με εφαρμογή του νέου κανονισμού ΙEC60909/2001 για τον υπολογισμό των ρευμάτων και της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύων, όσο και με τη βοήθεια του πακέτου λογισμικού neplan. Διαπιστώθηκε η σημαντική μείωση της συνεισφοράς των μονάδων στην ισχύ βραχυκυκλώσεως με την εισαγωγή πηνίων περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, καθώς και η αύξηση αυτής με την αύξηση της ισχύος των μονάδων. Εξακριβώθηκε επίσης η μικρή σχετικά εξάρτηση της πρόσθετης ισχύος βραχυκυκλώσεως από το μήκος, άρα και τη σύνθετη αντίσταση, των γραμμών σύνδεσης των μονάδων με το δίκτυο. Τέλος για ένα ρεαλιστικό δίκτυο διανομής με πολλούς ζυγούς και αρκετές διάσπαρτες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συνδεδεμένες, προσδιορίστηκε η ισχύς βραχυκυκλώσεως για μέγιστη τάση ζυγών και εναλλακτικές συνδέσεις των μονάδων τόσο αναλυτικά όσο και με τη βοήθεια του neplan. Σημαντική ήταν στα παραπάνω, όπως προαναφέρθηκε, η αξιοποίηση του πακέτου λογισμικού neplan, με τη χρήση του οποίου έγινε ο μεγάλος αριθμός των υπολογισμών και διερευνήσεων που απαιτήθηκαν. 99 Βιβλιογραφία [1] Pepermans G, Driesen J, Haeseldonckx D, Belmans RD, Haeseleer W, 2005. Distributed generation: definition, benefits and issues. [2] Ackerman T, Andersson G, Soder L, 2001. distributed generation: a definition. Electric Power Systems Research 57, 195204 [3] Jenkins N, Allan R, Crossley P, Kirschen D, Strbac G, 2000. Embedded Generation. ΓΙ Ω ΡΓ Ο Σ [4] Koeppel G, 2003. Distributed Generation- Literature review and outline of the Swiss situation. EEH Power systems Laboratory. Internal Report Zurich. [5] Havelsky V, 1999. Energetic efficiency of cogeneration systems for combined heat, cold and power production. International Journal of Refrigeration, 22, 479-485. [6] Δ. Κ. Τσανάκα, Συμμετρικές Συνιστώσες και Ανάλυση Σφαλμάτων στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας ΕΤ ΖΟ Σ [7] Thekla N. Boutsika, Stauros A. Papathanasiou, N. Drossos Calculation of the fault level contribution of Distributed Generation according to IEC Standard 60909 [8] CEI/IEC 60909-0, 2001. Short-circuit currents in three-phase a.c. systems ΔΕ Μ [9] KEMA Limited, 2005, The contribution to Distribution Network Fault Levels From the Connection of Distributed Generation [10] Σαφιγιάννη Α.Σ, 1997. Σημειώσεις συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας: 1. Ανάλυση ροής φορτίου 2. Πτώση τάσης σε δίκτυα διανομής, Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Δ.Π.Θ. [11] Κενδριστάκης Ιωάννης, Επίδραση μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στην τάση δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, Διπλωματική Εργασία ΔΕ 135, Ξάνθη 2007 100
© Copyright 2024 Paperzz
