Obnovljivi izvori i kvalitet elektrine energije 1 Prikljuenje

Obnovljivi izvori i kvalitet električne energije 1

Priključenje DG na elektroenergetski sistem ¡ Za priključenje i bezbedan paralelan rad DG sa DS, ME mora da zadovolji sledeće kriterijume: • kriterijum dozvoljenog odstupanja (promene) napona, • kriterijum snage kratkog spoja • kriterijum flikera, • kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika, • bezbedne sinhronizacije, • kriterijum maksimalno dozvoljenog injektiranja jednosmerne struje, 2

Priključenje DG na elektroenergetski sistem ¡ Orjentacione maksimalne snage priključenih DG (distributivnog generatora) u zavisnosti od naponskog nivoa i mesta priključenja Mesto priključenja Maksimalna snaga priključenja DG Na mreži 400 V 50 k. VA Na sabirnicama 400 V 200 -250 k. VA Na mreži 10 k. V 2 -3 MVA Na sabirnicama 10 k. V 8 MVA Na mreži ili sabirnicama 20 k. V Na mreži 35 k. V 12 -15 MVA Na sabirnicama 35 k. V 25 -20 MVA 3

TP-16 priključenje ME na DS ¡ ¡ Ova preporuka se odnosi na osnovne tehničke zahteve za priključenje malih elektrana snage do 10 MW na DS nazivnog napona 0, 4 k. V (1 k. V, NN mreža), 10 k. V, 20 k. V ili 35 k. V i poslednja izmena je 2. 2. 2016 U ME se koriste sledeće vrste generatora: sinhroni generatori, asinhroni generatori, izvori sa pretvaračima izlaznog napona naznačene frekvencije 50 Hz 4

TP-16 priključenje ME na DS ¡ Najveće dozvoljeno odstupanje (promena, povećanje) napona (Δum) na mestu priključenja na DS, u odnosu na vrednosti nazivnih napona (Un = 0, 4 k. V (1 k. V), 10 k. V, 20 k. V i 35 k. V), u prelaznom režimu, pri uključenju na DS ili isključenju generatora iznosi: 5

TP-16 priključenje ME na DS ¡ Dozvoljeno odstupanje (promena) napona procenjuje se iz izraza: ki, max = Ip/In - koeficijent određen količnikom maksimalne polazne struje Ip (struje uključenja) i naznačene struje In generatora Za naponske nivoe 10, 20 i 35 k. V važi: • ki, max = 1 za sinhrone generatore; • ki, max = 1, 5 za asinhrone generatore sa finom regulacijom polazne struje do 1, 5 In; • ki, max = 4 za asinhrone generatore priključene na distributivnu mrežu u granicama +/- 5% sinhrone brzine; • ki, max = 8 za asinhrone generatore pokrenute kao asinhroni motor preko mreže i slučajeve kada polazna struja nije data 6

TP-16 priključenje ME na DS Sngm – naznačena snaga priključenog DG-a čiji se uticaj analizira Sks – stvarna snaga kratkog spoja u tački priključenja DG-a ME ukupne instalisane snage svih generatora Smel= Σ Sng može da se priključi na DS bez štetnog delovanja, ako ispunjava uslov: Kriterijum flikera se ocenjuje pomoću faktora smetnji (Afs) ME, izazvanih flikerom dugog trajanja (preko dva sata) i prvenstveno ima značaj kod elektrana na vetar i solarnih elektrana ME sa n generatora ukupne instalisane snage: Smel = Σ Sng može da se priključi na DS ako je ispunjen uslov: 7

TP-16 priključenje ME na DS ¡ • • gde je: Alt – dugotrajni faktor smetnji prozrokovanih flikerima; Plt - dugotrajni faktor brojnosti (emisije) flikera Smel - ukupna instalisana snaga ME, u [MVA] Sng - snaga jednog generatora, u [MVA] Sks - snaga trofaznog kratkog spoja (stvarna vrednost) na mestu priključenja na DS, u [MVA] n - broj generatora u ME cfmel - koeficijent flikera ME sa "n" generatora cf 1 - koeficijent flikera ME sa jednim generatorom 8

TP-16 priključenje ME na DS ¡ ¡ ¡ Koeficijent flikera cf označava osobinu ME da proizvodi flikere Vrednost koeficijenta flikera cf daje proizvođač ME, odnosno ovlašćena nezavisna institucija, posebno za svaki generator i elektranu kao celinu, na osnovu atesta o tipskom ispitivanju ME koja ima iste ili slične karakteristike kao ME koja se gradi Nakon završene gradnje ME i priključenja na DS, mora merenjem da se potvrdi da koeficijenti flikera cf 1 (pojedinačno za svaki generator) i cfmel (za celu ME) ne prelaze vrednosti koje su garantovane atestom o ispitivanju tipa 9

TP-16 priključenje ME na DS ¡ ¡ Merenje se vrši u realnim pogonskim uslovima, tako da se ne uzimaju u obzir prelazne pojave Kriterijum flikera je zadovoljen ako je cf ≤ 20 Ovaj uslov ispunjavaju generatori koje pokreću: vodena, parna ili gasna turbine Kod elektrana na vetar i solarnih elektrana je cf > 20, a može da ima vrednost i do 40, pa je obavezan dokaz (atest) da ME zadovoljava kriterijum flikera dugog trajanja: Alt ≤ 0, 1, odnosno dokaz da priključenje ME na DS neće proizvesti štetno delovanje 10

TP-16 priključenje ME na DS ¡ U slučaju vetrogeneratora, pored navedene formule koja definiše kriterijum dugotrajni faktor brojnosti (emisije) flikera mora se izvršiti i provera ovog kriterijuma i prema sledećoj formuli: gde je: ¡ N – broj generatora u okviru ME ¡ N 120 i – maksimalni broj prekidnih operacija i – te proizvodne jedinice u vremenskom intervalu od 120 min, 11

TP-16 priključenje ME na DS Kf – faktor brojnosti (emisije) flikera koji daje proizvođač vetrogeneratora za fazne uglove impedanse distributivne mreže od 30°, 50°, 70° i 85° ¡ Kriterijum dozvoljenih struja viših harmonika se proverava pomoću izraza: gde je: ¡ Iνhdoz – dozvoljena vrednost struje višeg harmonika na naponskom nivou generatora, u [A]; ¡ Iνhs, v, μ – vrednost struje višeg harmonika/interharmonika koja je svedena na snagu kratkog spoja na mestu priključenja na DS, u [A/MVA]; ¡ Sks – snaga trofaznog kratkog spoja (stvarna vrednost) na mestu priključenja na DS, u [MVA] ¡ 12

Vrednosti struja viših harmonika svedenih na snagu kratkog spoja na mestu priključenja na DS 13

TP-16 priključenje ME na DS ¡ Ukoliko je nekoliko ME ili generatora priključeno na DS u istoj tački priključenja primenjuje se sledeća formula: ¡ Si – posmatrana ME/generator na mestu priključenja ¡ - suma svih ME/generatora na mestu priključenja 14

Kriterijum dozvoljenih vrednosti napona viših harmonika se proverava prema sledećoj tabeli 15

TP-16 priključenje ME na DS ¡ ¡ ¡ Ukoliko nisu ispunjeni prethodno navedeni kriterijumi, vlasnik ME treba da obezbedi atest o tipskom ispitivanju nekog drugog generatora koji ispunjava prethodno navedene kriterijume i koji ima iste ili slične karakteristike kao generator koji će se ugradi u ME, ili da preduzme posebne zaštitne mere, kao na primer: ugradnja filtra za odgovarajući red višeg harmonika; priključenje ME u tački sa većom vrednošću snage kratkog spoja (priključenje na viši naponski nivo itd. ). 16

Obnovljivi izvori i kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ ¡ Upravljivi energetski poluprovodnički elementi se često koriste u opremi za spajanje obnovljivih izvora energije na mrežu Takvi sistemi mogu značajno uticati na normalno funkcionisanje distributivne mreže uzrokujući izobličenje napona Sa razvojem elektrane, kao što su vetroelektrane, gorive ćelije, male hidroelektrane, proizvedena električna energija nije tako "čista" kako je to uobičajeno kod sistema bez velike penetracije takvih izvora Od obnovljivih izvora energije najveći prodor su napravile vetroelektrane Iz planova razvoja pojedinih zemalja EU očekuje se da će se sledećih godina nastaviti rast proizvodnje električne energije iz energije vetra, što znači da će se penetracija vetroelektrana u distributivni sistem i dalje povećavati Vetroelektrane mogu u velikoj meri uticati na kvalitet električne energije U tabeli su prikazani osnovni problemi uzrokovani vetroelektranama koje utiču na kvalitet električne energije 17

Uticaj vetroelektrana na kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ Unutar projekata za razvoj obnovljivih izvora energije napravljeno je nekoliko studija o ponašanju obnovljivih izvora energije i njihov uticaj na elektroenergetsku mrežu Utvrđeno je da odgovarajuća primena komunikacijskih elemenata u upravljanju obnovljivim izvorima može poboljšati ne samo kvalitet napona već i sigurnost i efikasnost proizvodnje, naročito u velikim distribucijskim mrežama Ipak, povećana penetracija distribuirane proizvodnje u energetskoj mreži predstavlja izazov postojećoj opremi elektroenergetskog sistema da se prilagodi standardima kvaliteta električne energije i dalje osigura pouzdano i sigurno funkcionisanje sistema 19

Uticaj vetroelektrana na kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ Uređaji energetske elektronike koji se koriste u radu neke vetroelektrane mogu bitno uticati na kvalitet električne energije u tački priključenja na distributivni sistem Elementi za kompenzaciju reaktivne snage, statički prekidači, uređaji za skladištenje energije, generatori promenljive brzine se često mogu naći u savremenim postrojenjima sa vetrogeneratorima Koncept vetrogeneratora sa promenljivom brzinom obrtanja i energetskim pretvaračem u statorskom kolu omogućava upotrebu kako asinhronih generatora sa kaveznim rotorom, tako i sinhronih generatora sa velikim brojem pari polova 20

Šema vetrogeneratora (sinhroni generator sa velikim brojem pari polova) sa promenljivom brzinom obrtanja i energetskim pretvaračem u statorskom kolu 21

Uticaj vetroelektrana na kvalitet električne energije ¡ ¡ Kompletna snaga generatora prolazi kroz energetski pretvarač, zbog čega je potrebno da nazivna snaga pretvarača bude jednaka nominalnoj snazi generatora, što povećava troškove u odnosu na koncept sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom Upotrebom višepolnog sinhronog generatora, umesto asinhronog generatora sa kaveznim rotorom, moguće je izbeći primenu reduktora, što predstavlja veliku prednost ovog koncepta u odnosu na ostale 22

Uticaj vetroelektrana na kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ ¡ Uticaj vetrogeneratora na kvalitet električne energije može se posmatrati sa dva aspekta Prvi predstavlja uticaj napojne mreže na potrošače koji se nalaze blizu tačke priključenja vetrogeneratora Drugi aspekt je zahtev distributivnog preduzeća prema vlasniku vetrogeneratora kako bi se održala stabilnost i pouzdanost isporuke električne energije u distributivnoj mreži Kvalitet električne energije se odnosi na kvalitet napona napajanja, prema standardu EN 50160: granična vrednost napona u opsegu Un ± 10%, za vreme usrednjavanja 10 min dozvoljenu ukupnu distorziju napona THDU < 8% (više vrednosti odgovaraju mrežama nižeg naponskog nivoa), i dozvoljena odstupanja frekvencije ± 1% tokom 99, 5% trajanja jedne godine, za vreme usrednjavanja 10 sekundi 23

Oprema za merenje parametara KEE ¡ ¡ Merni instrument koji se koristi za merenje električnih veličina (napona i struja) i računanje ostalih veličina (snage, faktori izobličenja, viši harmonici napona i struja) na osnovu kojih se određuje kvalitet električne energije prema važećim svetskim standardima je analizator kvaliteta električne energije Мogu sе koristiti i rešenja sa akvizicionim mernim sistemima ¡ 24

Oprema za merenje parametara KEE ¡ 1. 2. 3. 4. Primeri opreme za merenje parametara KEE su: Austrijsko-američka firma LEM (FLUKE) -FLUKE: MEMOBOX serije 800/808 A i 300/300 smart, zatim FLUKE 1743/1744/1745 i 1760 i TOPAS 1000/2000/1019/1020/1040 (trofazni uređaji) i VLog (jednofazni uređaj) Španske firme CIRCUTOR: AR 5, trofazni priručni uređaj širokih mogućnosti Nemačke firme GOSSEN METRAWATT (npr. Mavowatt 30/40/50/70) Francuske firme Chauvin Arnoux 25

Oprema za merenje parametara KEE 26

Obnovljivi izvori i kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ Osim pozitivnog uticaja u smislu rezerviranja napajanja i poboljšanja naponskih prilika, distributivni obnovljivi izvori energije mogu imati negativan uticaj na ostale pokazatelje kvaliteta električne energije, od kojih su najbitniji viši harmonici struje (napona), flikeri i propadi napona Većina mrežno povezanih obnovljivih izvora električne energije imaju uređaje energetske elektronike Glavna namena tih uređaja da se pomoću njih vrši upravljanje, kontrola i priključenje obnovljivih izvora električne energije na javnu distributivnu mrežu i da se obezbede što bolji uslovi rada ovih proizvodnih jedinica 27

Obnovljivi izvori i kvalitet električne energije ¡ ¡ ¡ Jedan od osnovnih delova PV sistema je invertor, energetski DC/AC pretvarač tako da ovi sistemi u mrežu injektiraju jako izobličene struje znatnih vrednosti koje narušavaju ovaj pokazatelj kvaliteta električne energije Kod vetroelektrana se koristi veliki broj različitih uređaja energetske elektronike, pa i ovaj tip distributivnog izvora električne energije na sličan način narušava talasni oblik napona i struje Upotrebu velikih sistema za kompenzaciju reaktivne snage i sistema za skladištenje energije, prati ista elektronska oprema 28

Naponski flikeri ¡ ¡ Fluktuacije napona (flikeri) su periodične varijacije anvelope napona ili serija nasumičnih promena napona, pri čemu se amplituda nalazi u granicama od 0, 9 r. j. do 1, 1 r. j. (prema ANSI standardu) Frekvencijski opseg flikera je od 0 do 25 Hz Termin fliker potiče od uticaja fluktuacije napona na izvore svetlosti, kada ljudsko oko primećuje treperenje (flicker) Fluktuacije napona predstavljaju elektromagnetsku pojavu, dok je treperenje (flicker) njihova neželjena posledica 29

Naponski flikeri 30

Naponski flikeri ¡ ¡ Svetlosni fliker se ima onda kada se naponske promene dešavaju jedna za drugom, sa određenom frekvencijom ponavljanja, te dovodi do iste takve sukscesivne promene svetlosnog fluksa, što stvara neprijatan osećaj i uznemirenost kod ljudi Istraživanja su pokazala da ljudsko oko zapaža promene svetlosnog fluksa od 1%, uzrokovane iznenadnom varijacijom napona Naučnim istraživanjima na određenom uzorku ljudi određen je prag opažaja svetlosnog flikera Prag opažaja ne zavisi samo od frekvencije promene svetlosnog fluksa već i od načina te promene 31

Naponski flikeri ¡ ¡ ¡ Najniži prag opažaja se ima na frekvencijama od 8 Hz do 10 Hz i sa tom frekvencijom se čak promene napona od 0, 2% (samo 0, 46 V za 230 V napajanje) mogu opaziti Nepravilne varijacije potražnje za reaktivnom snagom u distributivnoj mreži izaziva fluktuirajuće padove napona na mrežnim impendansama što dovodi do naponskih treperenja odnosno flikera Polasci motora i pokretanje nekog proizvodnog procesa stvaraju promene u naponu, ali se ne mogu smatrati uzrokom svetlosnog flikera iz razloga što su takve promene relativno retke ili ne toliko velike da stvaraju probleme sa treperenjem svetla 32

Naponski flikeri ¡ ¡ Uzroci flikera su velika opterećenja čija se vrednost periodično menja, tj. fluktuira, sa frekvencijom ponavljanja u blizini maksimalne osetljivosti ljudskog oka, tj. oko deset ciklusa u sekundi (frekvencija oko 10 Hz ) Klasičan primer ovakvog opterećenja su elektrolučne peći, kod kojih je slučajan karakter promene struje opterećenja usled stohastičke prirode električnog luka Ove promene struje, bez obzira što su slučajnog karaktera sadrže znatne komponente koje fluktuiraju sa frekvencijom Efektivna vrednost struje nije konstantna već se menja sa frekvencijom od oko 8 Hz 33

Naponski flikeri ¡ ¡ Iako promene efektivne vrednosti napona neće biti tako izrazite kao promene efektivne vrednosti struje, one će ipak biti više nego dovoljne da dovedu do svetlosnog flikera Elektrolučna peć locirana u urbanoj zoni, priključena na jaku distributivnu mrežu, stvaraće flikere ukoliko je opterećenje reda ili više 1 MW Kada su elektrolučne peći priključene na slabiju mrežu mogu izazvati probleme i sa manjom snagom Peći izuzetno velike snage sigurno uzrokuju flikere bez obzira na krutost mreže, pa je potrebno te probleme ublažiti i svesti na dozvoljeni minimum 34

Naponski flikeri ¡ ¡ ¡ Flikere mogu stvoriti distributivni izvori u procesu proizvodnje električne energije Ostrvski sistemi (nisu povezani sa EES-om), napajani dizel generatorima relativno male snage, usled loše regulacije dotoka goriva može doći do varijacije efektivne vrednosti napona što dovodi do svetlosnog flikera Vetroelektrane, zahvaljujući promenljivoj brzini vetroturbine tokom kontinuiranog rada predstavljaju izvor naponskih flikera u mreži na koju su priključeni 35

Dozvoljena jačina treperenja flikera ¡ ¡ ¡ Prema Evropskoj normi EN 50160 , jačina treperenja kao intezitet smetnji izazvanih svetlosnim flikerom ocenjuje se i utvrđuje pomoću sledećih veličina: Indeks kratkotrajne jačine treperenja koji se meri u toku desetominutnog intervala Pst Ovaj indeks se izračunava kao kombinacija pet procentualnih vrednosti, tj. vrednost nivoa flikera koji premašuje za 0, 1%, 3%, 5%, 10% i 50% u toku tih deset minuta ¡ 36

Dozvoljena jačina treperenja flikera ¡ ¡ Vrednost je vrednost flikera koji za većinu posmatrača predstavlja neugodnost Indeks dugotrajne jačine treperenja koja se na osnovu niza od 12 vrednosti Pst tokom vremenskog intervala od dva sata računa na osnovu izraza: 37

Dozvoljena jačina treperenja flikera ¡ ¡ Pri normalnim pogonskim uslovima , izazvana promenama napona, ne sme tokom bilo koje nedelje u godini prelaziti vrednost 1 Zbog subjektivne reakcije na treperenje, koja zavisi od uzroka i razdoblja u kojem dolazi do treperenja, u pojedinim slučajevima smetnje su moguće već kod , dok ih u drugim nema ni pri većim vrednostima od 1 38