| dc.relation.references | електроенергії, що раніше були виключно споживачами або незначними генераторами, стають активними учасниками процесів, пов'язаних з аварійними режимами [3]. Ключовою особливістю ФЕС є те, що їхня взаємодія з мережею відбувається через силові інвертори на основі IGBT-транзисторів, а не через синхронні генератори, як у традиційній енергетиці. Це кардинально змінює характер струмів короткого замикання (КЗ): їхня амплітуда обмежується системою керування інвертора, а не лише імпедансом електричного кола [2]. Проблема полягає в тому, що існуючі системи релейного захисту розподільних мереж спроектовані та налаштовані без урахування внеску ФЕС у струм КЗ. Підключення великих ФЕС змінює розподіл струмів при пошкодженнях, що може призводити до хибних спрацювань або відмов захисту. Метою цього дослідження є аналіз величини та характеру внеску ФЕС у струми КЗ, а також оцінка наслідків цього внеску для функціонування струмових захистів у розподільних мережах. В рамках дослідження розглядаються симетричні трифазні та несиметричні пошкодження, аналізуються різні рівні проникнення ФЕС у мережу, а також оцінюється можливість виникнення небажаних спрацювань захисту за умов незмінених уставок реле. Результати дослідження Для дослідження поведінки ФЕС при аварійних режимах у роботі [1] побудовано детальну модель розподільної мережі у середовищі PSCAD, до складу якої входить ФЕС потужністю 50 МВт, підключена до мережі 27,6 кВ. Фотоелектрична система включає масив сонячних модулів, шестипульсний IGBT-інвертор, LC-фільтр гармонік, контролери активної та реактивної потужності, модуль широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), а також підвищувальний трансформатор. Математична модель фотоелектричного масиву описує вихідний струм через рівняння, що враховує кількість паралельно та послідовно з'єднаних модулів, фотострум, струм насичення діода та теплову напругу. Фотострум, у свою чергу, залежить від рівня інсоляції та температури елементів. Струм фотоелемента визначається як: ( ) І фот.елем. = І кз + K темп.коеф (Tроб .темп. Tном.темп. ) . (1) де І кз струм короткого замикання елемента, K темп.коеф температурний коефіцієнт, Tроб .темп. робоча температура елемента, Tном.темп. номінальна температура, =G/Gn відносний рівень інсоляції [1]. Максимальний струм, що видається інвертором у мережу, апаратно обмежений на рівні 1,5–2,0 від номінального значення. Саме ця обставина є визначальною для оцінки внеску ФЕС у струм КЗ: незалежно від потужності станції, її аварійний внесок не може перевищити вказаного обмеження. У роботі [2], де досліджується ФЕС потужністю 3 МВт із центральними інверторами, підключена до мережі 20 кВ, розглянуто три типи пошкоджень: однофазне замикання на землю, двофазне та трифазне КЗ. Результати моделювання в середовищі Matlab/Simulink показали, що в усіх трьох сценаріях інвертор впорскує виключно струм прямої послідовності, переважно реактивного характеру. Це пов'язано з вимогами німецьких мережевих кодексів: при просіданні напруги інвертор зобов'язаний генерувати ємнісний реактивний струм для підтримки напруги в мережі, тоді як активний струм та струм зворотної послідовності пригнічуються до нуля [2]. Такий режим роботи принципово відрізняється від поведінки синхронного генератора, який при КЗ видає значний симетричний струм з яскраво вираженою аперіодичною складовою. Внесок ФЕС є контрольованим, практично без ударного струму, і швидко стабілізується на рівні, визначеному уставкою обмеження струму інвертора. Дослідження за сценарієм Fault1 (трифазне КЗ, рівень проникнення ФЕС 30%) показало, що хоча ФЕС і вносила додатковий струм у точку пошкодження, рівень цього струму не перевищував двократного номінального значення. Захист OC2 спрацював коректно в обох випадках з ФЕС та без неї, однак час відключення при наявності ФЕС виявився дещо меншим, оскільки сумарний струм КЗ був вищим. Це свідчить про те, що за помірних рівнів проникнення координація існуючих захистів не порушується, а лише дещо прискорюється їх спрацювання. Рисунок 1 - Принципова схема розподільчої мережі з системою фотоелектричної генерації, що використовується в PSCAD Складніша ситуація виникла у сценарії Fault3 (трифазне КЗ поблизу шин ФЕС, рівень проникнення 45%). Пошкодження було успішно ліквідовано реле OC6, проте після його відключення ФЕС почала передавати весь згенерований потік потужності через реле OC5, яке не було налаштоване на такий режим. Внаслідок цього через кілька секунд OC5 видало сигнал на відключення, хоча пошкодження вже не існувало [1]. Цей випадок ілюструє принципово новий клас проблем для захисту: навіть коректне відключення пошкодження може ініціювати ненавмисне відключення суміжних елементів через перерозподіл потоків потужності від ФЕС. Для запобігання подібним ситуаціям необхідне застосування направлених реле струму або перерахунок уставок захисту з урахуванням можливих топологій мережі після відключення пошкодження. Зокрема, реле OC5 має бути налаштоване таким чином, щоб не реагувати на нормальний потік потужності від ФЕС при зміні конфігурації мережі [1]. Щодо рівнів струмів КЗ, обидва дослідження підтверджують, що підключення ФЕС збільшує загальний рівень струму КЗ у мережі. Хоча цей приріст і не є катастрофічним з точки зору координації захисту, він має враховуватися при перевірці вимикачів та іншого комутаційного обладнання за відключаючою здатністю. Якщо ФЕС вносить до 2 номінальних одиниць струму, то при великих рівнях проникнення сумарний струм КЗ може виявитися близьким до граничних значень для встановленого обладнання. Порівнюючи два підходи до моделювання детальна PSCAD-модель у [1] та EMT-моделювання в Matlab/Simulink у [2] можна стверджувати, що обидва методи узгоджено вказують на обмежений, але не нульовий внесок ФЕС у струм КЗ, а також на відсутність ударного струму, характерного для синхронних машин. Принципова відмінність між підходами полягає у тому, що [1] зосереджується на наслідках для координації захисту в реальній мережі, тоді як [2] детально розглядає фізику процесів керування інвертором при несиметричних пошкодженнях. Висновки Проведений аналіз дозволяє стверджувати, що великомасштабні ФЕС справляють реальний, хоча й обмежений вплив на струми короткого замикання в розподільних мережах. Завдяки апаратному обмеженню струму інвертора, внесок ФЕС у струм КЗ не перевищує двократного номінального значення, а характер цього струму суттєво відрізняється від внеску синхронних генераторів зокрема, відсутній ударний струм та струм зворотної послідовності. За помірних рівнів проникнення ФЕС існуюча координація струмових захистів, як правило, зберігається, проте час спрацювання реле може скорочуватися. При рівнях проникнення понад 30–45% виникає ризик ненавмисних спрацювань захисту внаслідок перерозподілу потоків потужності після ліквідації пошкоджень. З практичної точки зору, при підключенні великих ФЕС до діючих мереж необхідно виконувати перевірку координації захисту з урахуванням внеску станції, застосовувати направлені реле у вузлах, де можливий реверс потужності, а також перевіряти відключаючу здатність вимикачів на предмет відповідності зростаючим рівням струмів КЗ. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ | uk |
