Elosztott energiaforrások hálózati visszahatása Dr Dán András egyetemi tanár BME VET
Elosztott energiaforrások • Primer energia – Megújuló • • • •
nap szél víz biomassza
– Nem megújuló • kőolaj, földgáz • hidrogén
Elosztott energiaforrások • Mechanikai energia – Gázmotor – Turbina – Kazán+turbina
• Villamos energia – Közvetlen átalakítás (pl. nap, tüzelőanyag cella) – Generátor
Csatlakozás a villamos hálózatra • • • • • • •
Aszinkron generátor-H Aszinkron generátor+inverter-H Kétoldalról táplált aszinkron generátor-H Szinkron generátor-H Szinkron generátor+inverter-H Napelem-energiatároló-inverter-H Tüzelőanyag cella-inverter-H
Energia forrás
Mechanikaiból villamos energia átalakítás
Hálózati csatlakozás
Okozott zavar
Zavar csökkentő hatás
Nap
Nem szükséges
inverter
harmonikus
nincs
Tüzelőanyag cella
Nem szükséges
inverter
harmonikus
nincs
Szél
Aszinkron generátor mechanikus áttétellel
közvetlen
Meddő, szinkronozáskor feszültségváltozás, Villogás, HKV jelszint csökkentés
nincs
Szél
Kétoldalról táplált aszinkron generátor
Állórész közvetlen, forgórész inverter
Harmonikus, Villogás, HKV jelszint csökkentés
nincs
Szél
Gerjesztőgépes szinkron gen. mechanikus áttétellel
közvetlen
Villogás, HKV jelszint csökkentés
nincs
Szél
Állandó mágneses szinkron generátor
inverter
Harmonikus, villogás
nincs
Gerjesztőgépes szinkron generátor
közvetlen
HKV jelszint csökkentés
villogás
Árapály
Állandó mágneses szinkron generátor
inverter
Harmonikus
nincs
Tengeráramlás
Állandó mágneses szinkron generátor
inverter
harmonikus
nincs
Aszinkron, vagy egyéb generátor
Közvetlen akkumulátor töltés, inverter
Ha hálózatra kapcsolódik, akkor harmonikus
nincs
Gázmotor (Földgáz, biogáz)
Kisteljesítményű vízerőmű
Hálózati visszahatás • Minőségi vonatkozás – – – – –
Feszültség megváltozás Aszimmetria Harmonikus Villogás (flicker) HKV jelszint csökkenés
• Funkcionális vonatkozás – Rendelkezésre állás (megbízhatóság, szabályozhatóság) – Védelmek
• Piaci vonatkozás (mérlegkör)
Feszültség megváltozás Tűrésmezőn belüli gyors feszültségváltozások – nagy teljesítményű motorok indítása – kiserőművek hálózatra kapcsolódása (2%)
Feszültség megváltozás
δΔU Un
=
I G RTr 0.1X Tr S = 3U n I G = 0.1 G Un 3U n2 SZ
SG=0.2SZ
Feszültség megváltozás (csatlakozási feltételek) Sn =
0.02SZ k
– k=1 szinkrongenerátor, inverter – k=2 aszinkron generátor , ha 0.95-1.05 fordulatszámok között kapcsol be – k=Ii/In szélerőműveknél, aszinkron motoroknál – k=8, ha az Ii indítási áram nem ismert
Feszültség megváltozás (csatlakozási feltételek) • Szinkrongenerátor bekapcsolási feltétele: – Feszültségkülönbség max 10% – Frekvencia eltérés max 0.5Hz – Fázisszög különbség max 10º
• Aszinkron generátor bekapcsolási feltétele: – A szinkron fordulatszám 95-105% között legyen a fordulatszáma
• Szélerőmű 5MW teljesítmény felett – A szélerőmű bekapcsolási áramlökése kisebb kell legyen a névleges áramának 1.2-szeresénél.
Aszimmetria Definíció
AX =
X negativ X pozitiv
⎡U 0 ⎤ ⎡1 1 ⎢U ⎥ = 1 ⎢1 a ⎢ 1⎥ 3 ⎢ ⎢⎣U 2 ⎥⎦ ⎢⎣1 a 2
1 ⎤ ⎡U a ⎤ a 2 ⎥⎥ ⋅ ⎢⎢U b ⎥⎥ a ⎥⎦ ⎢⎣U c ⎥⎦
Aszimmetria Keletkezés – átmenetiek ( pl. zárlatok, szakadások a hálózatban) – kvazi stacionerek ( pl. vonali feszültségre csatlakozó vagy egyfázisú fogyasztó) – helyileg állandóak ( pl. adott geometriájú távvezeték)
Aszimmetria keletkezés
U1 f ⋅ I a ( I / 3) X ⋅ U U2 I X S = 1 1 = a 2 1 1v = = 3FF 2 U1 U1v / 3 U1v / 3 U1v SZ
Aszimmetria keletkezés
U2 I X 1 I b X 1 U1v I b S = 1 = = = F3F U1 U1v / 3 U1v U12v SZ X1
Aszimmetria Terjedés (forrás a kiserőmű)
Aszimmetria Terjedés (forrás a hálózat)
I 2F =
U2 j ( X 2H
Határérték: AU=2%
+
X 2Tr
+
X 2F )
≈
U2 j ( X 2Tr
+
X 2F )
≈
U2 jX 2F
Harmonikus • Definíció Feszültségre ∞
THDU=
∑U h=2
U1
100[%]
DI = Ih / I1
Áramra ∞
THDI=
2 h
DU = Uh / U1
∑I h=2
I1
2 h
100[%]
Harmonikus • Feszültségtorzulás keletkezése
Harmonikus rendszám
Határértékek: THDU≤0.05THDU(meg) Pl.: THDU(meg)=8% THDU=0.4% Ellenőrzés, ha ZH(h)>hZH(1)
Viszonylagos harmonikus áram (A/MVA)
5
0.7
7
0.6
11
0.5
13
0.3
17
0.3
19
0.2
23
0.2
25
0.2
Villogás Definíció [
]
U (t ) = 2U F (t )sin (ω F t + β (t ) δU
*
F e sz ü l t s é g (U)
2U F (t )
2U * = 2U
Idõ
t1-TF/4
t1
t1+TF/4
Villogás Megengedett érték és ellenőrzése: Plt≤0.4 SZ c = Plt, mért Villogásszám:
S n cos( ϕ Z + ϕ n )
ahol
tgϕ Z =
Q XZ és tgϕ n = n RZ Pn
Ha c és a hálózat ismert: Több szélerőműre: cer =
Plt = c
∑ (c S i
i
∑S
ni
)
2
ni
i
Villogás mérés
Sn cos(ϕ Z + ϕ n ) SZ
Aszimmetria, villogás, HKV jelszint
U zaG var = U za var
X2 XH + X2
Feszültségletörés EU funkcionális előírás: Ucsatl≥120kV és Sn≥5MVA
