Diplomsko delo Cugelj Anton

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Anton Cugelj ANALIZA NAPETOSTNIH RAZMER IN IZGUB V RAZDELJEVALNEM OMREŽJU Z RAZPRŠENO PROIZVODNJO Maribor, december 2014

2

3 ANALIZA NAPETOSTNIH RAZMER IN IZGUB V RAZDELJEVALNEM OMREŽJU Z RAZPRŠENO PROIZVODNJO Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Somentor: Lektor(ica): Anton Cugelj univerzitetni študijski program elektrotehnika UN Močnostna elektrotehnika prof. dr. Gorazd Štumberger, Močnostna elektrotehnika doc. dr. Klemen Deželak, Močnostna elektrotehnika Margit Berlič Ferlinc, prof. I

4 II

5 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju. Posebna zahvala velja družini za vso podporo, ki sem je bil deležen v času študija. III

6 ANALIZA NAPETOSTNIH RAZMER IN IZGUB V RAZDELJEVALNEM OMREŽJU Z RAZPRŠENO PROIZVODNJO Ključne besede: distribucijsko omrežje, napetostni profili, izgube, razpršena proizvodnja UDK: :338.33(043.2) Povzetek Delo obravnava analizo napetostnih razmer in izgub razdeljevalnega omrežja električne energije, v katerega so vključeni razpršeni viri. Pri analizi napetostnih razmer ob vključitvi razpršenih virov je prikazana primerjava med rezultati statičnega (Gredos) in poenostavljenega dinamičnega (Matlab/Simulink) modela razdeljevalnega omrežja. Rezultati kažejo velik razkorak v spremembah napetosti v stacionarnem obratovalnem stanju v primerjavi s prehodnim pojavom spreminjanja moči vira, katerim so različne vrste virov povsem različno podvržene. IV

7 ANALYSIS OF VOLTAGE CONDITIONS AND LOSSES IN DISRIBUTION NETWORKS WITH DISTRIBUTED GENERATION Keywords: distribution network, voltage profiles, losses, distributed generation. UDK: :338.33(043.2) Abstract This diploma thesis deals with the analysis of voltage conditions and losses in an electricity distribution network with distributed generation. The analysis of voltage conditions in the distribution network with distributed generation units is performed by using the program Gredos for steady-state analysis and a simplified dynamic model build in the program package Matlab/Simulink. The results presented in the diploma thesis show a substantial difference between the voltage profiles in steady-state and transient operations caused by changing power of distributed generation units. V

8 KAZALO 1 UVOD VKLJUČEVANJE RAZPRŠENIH VIROV V RAZDELJEVALNO ELEKTROENERGETSKO OMFREŽJE RAZPRŠENI VIRI ELEKTRIČNE ENERGIJE Vodne elektrarne Sončne elektrarne Kogeneracije Vetrne elektrarne RAZDELJEVALNO ELEKTROENERGETSKO OMREŽJE OBRATOVANJE RAZDELJEVALNEGA ELEKTROENERGETSKEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RAZPRŠENIMI VIRI VPLIV RV NA NAPETOSTNE RAZMERE V RO VPLIV RV NA IZGUBE RO IN FAKTOR DELAVNOSTI ZAKONODAJA IN POGOJI PRIKLJUČITVE RAZPRŠENEGA VIRA ELEKTRIČNE ENERGIJE ANALIZA SREDNJENAPETOSTNEGA RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RAZPRŠENIMI VIRI OBRAVNAVANI REALNI PRIMER RO Z VKLJUČENIMI RV ANALIZA REALNEGA RO Z VKLJUČENIMI RV S STATIČNIM MODELOM Model RO Vhodni podatki omrežja Potek analize in rezultati ANALIZA REALNEGA RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RV S POENOSTAVLJENIM DINAMIČNIM MODELOM Model razdeljevalnega omrežja Vhodni podatki omrežja Rezultati analize VPLIV OBRATOVANJA RV NA IZGUBE RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA VI

9 4 SKLEP SEZNAM UPORABLJENIH VIROV KAZALO SLIK Slika 2.1: Deleži posameznih virov energije na Zemlji... 4 Slika 2.2: Število sončnih elektrarn po področjih Slovenije... 7 Slika 2.3: Inštalirana moč sončnih elektrarn po področjih Slovenije... 8 Slika 2.4: Splošni pregled delovanja bioplinske elektrarne Slika 2.5: Shema vetrne elektrarne Slika 2.6: Klasični elektroenergetski sistem Slika 2.7: Aktivni elektroenergetski sistemi Slika 2.8: Ekstremno slab primer obratovanja RO z vključenim RV Slika 2.9: Primer RV, ki zagotavlja le delovno moč Slika 2.10: Idealni primer obratovanja RV v RO Slika 3.1: Mesečne obremenitve TR 1 v RTP Črnomelj Slika 3.2: Mesečne obremenitve TR 2 v RTP Črnomelj Slika 3.3: Napetostne razmere v točki priključitve RV in na koncu DV Loka Slika 3.4: Napetostne razmere v točki priključitve RV na DV Mavrlen Slika 3.5: Napetostne razmere na koncu DV Mavrlen Slika 3.6: Napetostne razmere v točki priključitve RV in na koncu DV Loka Slika 3.7: Napetostne razmere v točki priključitve RV na DV Mavrlen Slika 3.8: Napetostne razmere na koncu DV Mavrlen Slika 3.9: Napetostne razmere na DV Loka v primeru kompenzacije jalove moči pri obeh RV Slika 3.10: Shema modela trinavitnega transformatorja s parametri VII

10 Slika 3.11: Shema modelov kablovoda in prostozračnega voda Slika 3.12: Shema modela bremena Slika 3.13: Shema modela RV Slika 3.14: Model DV Loka brez RV Slika 3.15: Model DV Mavrlen brez RV Slika 3.16: Model DV Loka z vključenima kogeneracijama Slika 3.17: Časovni poteki parametrov na koncu DV Loka Slika 3.18: Model DV Mavrlen z vključenimi RV Slika 3.19: Časovni poteki parametrov v točki priključitve SE na DV Mavrlen Slika 3.20: Model RO s prikazom izgub posameznega voda KAZALO TABEL Tabela 2.1: Hidroenergetski potencial Slovenije... 6 Tabela 3.1: Mesečne obremenitve TR 1 v RTP Črnomelj Tabela 3.2: Mesečne obremenitve TR 2 v RTP Črnomelj Tabela 3.3: Rezultati analize napetostnih razmer za primer maksimalne obremenitve in brez delovanja RV Tabela 3.4: Podatki o doseženi maksimalni moči obravnavanih RV v letu Tabela 3.5: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve in maksimalnega delovanja RV Tabela 3.6: Rezultat analize napetostnih razmer za primer popolne kompenzacije jalove moči pri obeh RV, priključenih na DV Loka Tabela 3.7: Največje pričakovane spremembe DV VIII

11 Tabela 3.8: Podatki transformatorjev v RTP Črnomelj Tabela 3.9: Podatki obremenitev TP in posameznih bremen modela za DV Loka Tabela 3.10: Podatki obremenitev TP in posameznih bremen modela za DV Mavrlen 42 Tabela 3.11: Rezultati analize napetostnih razmer za primer maksimalne obremenitve in brez delovanja RV Tabela 3.12: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve DV Loka pri različnih časih naraščanja moči RV od nič do maksimalne Tabela 3.13: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve DV Mavrlen pri različnih časih naraščanja moči RV od nič do maksimalne Tabela 3.14: Največje izračunane spremembe napetosti dv Tabela 3.15: Izgube na omrežju RTP Črnomelj IX

12 SEZNAM UPORABLJENIH SIMBOLOV * pu spremenljivka oziroma konstanta (*) v sistemu enotinih vrednosti [ / ] (0) (1) cosφ konstanta ( ) ničnega zaporedja sistema simetričnih komponent konstanta ( ) pozitivnega zaporedja sistema simetričnih komponent faktor moči [ / ] f frekvenca [Hz] I efektivna vrednost linijskega toka [A] I 0 efektivna vrednost toka prostega teka ali magnetilni tok [A] I 0f efektivna vrednost faznega toka prostega teka [A] I 1 fazor toka primarnega navitja [A] I 2 fazor toka sekundarnega navitja [A] I f efektivna vrednost faznega toka [A] I fe delovna komponenta magnetilnega toka [A] I k kratkostični tok [A] I n efektivna vrednost nazivnega toka [A] I jalova komponenta magnetilnega toka [A] l dolžina voda [m] L b bazna vrednost induktivnosti [H] L induktivnost magnetilne veje [H] P 0 moč prostega teka [W] P br delovna moč bremena [W] P k moč kratkega stika [W] Q br jalova moč bremena [VAr] R upornost med priključnimi sponkami (ali R mf ) [Ω] X

13 R * fazne upornosti navitij ( * A, B, C, ma, mb, mc, a, b, c, kjer so A, B,C sponke VN navitja, ma, mb, mc sponke SN navitja in a, b, c sponke NN navitja) [Ω] R ohmske upornosti navitij ( 1, 2, 3, kjer je 1 primarno, 2 sekundarno in 3 terciarno navitje) [Ω] R xy upornosti med sponkami x in y ( x, y A, B, C, ma, mb, mc, a, b, c, kjer so A, B,C sponke VN navitja, ma, mb, mc sponke SN navitja in a, b, c sponke NN navitja) [Ω] R br ohmska upornost bremena [Ω] R f fazna upornost (tudi upornost okvare) [Ω] R fe ohmska upornost magnetilne veje (ali R m ) [Ω] R k kratkostična upornost [Ω] R kf kratkostične upornosti navitij ( 1, 2, 3, kjer je 1 primarno, 2 sekundarno in 3 terciarno navitje) [Ω] R kfxy upornost kratkega stika med navitjema x in y ( x, y 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in3 NN navitje) [Ω] R mfsr srednja vrednost upornosti med priključnimi sponkami [Ω] R s statorska upornost generatorja [Ω] S b bazna moč ( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [VA] S br iznos navidezne moči bremena [VA] S br kompleksni zapis navidezne moči bremena [VA] S br * konjugirano kompleksna vrednost navidezne moči bremena [VA] S n nazivna navidezna moč [A] S n nazivna moč ( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [VA] t čas [s] U efektivna vrednost medfazne napetosti [V] XI

14 U 1 fazor napetosti primarnega navitja [V] U 2 fazor napetosti sekundarnega navitja [V] U b bazna vrednost napetosti ( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [V] U f efektivna vrednost fazne napetosti [V] u k kratkostična napetost v odstotkih [%] u kxy kratkostična napetost med navitjema x in y v odstotkih ( x, y 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [%] U k kratkostična napetost [V] U max maksimalna vrednost napetosti [V] U n efektivna vrednost nazivne napetosti [V] U n nazivna napetost ( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [V] X reaktance navitij ( 1, 2, 3, kjer je 1 primarno, 2 sekundarno in 3 terciarno navitje) [Ω] X b bazna vrednost reaktance [Ω] X br reaktanca bremena [Ω] X xy vrednosti reaktanc med navitjema x in y ( x, y 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [Ω] X reaktanca magnetilne veje [Ω] Z Z impedanca fazor impedance [Ω] [Ω] Z impedanca navitja( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [Ω] Z b bazna vrednost impedance ( 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [Ω] Z br impedanca bremena [Ω] Z br fazor impedance bremena [Ω] Z k kratkostična impedanca [Ω] XII

15 Z kxy kratkostična impedanca med navitjema x in y ( x, y 1, 2, 3, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje) [Ω] magnetni sklepi navitij ( 1, 2, 3, kjer je 1 primarno, 2 sekundarno in 3 terciarno navitje) [Vs] Φ magnetni pretok [Vs] U 0, I 0, P 0 napetosti, toki in moči prostega teka uporabljene za določitev magnetno nelinearne karakteristike železnega jedra ( 1, 2, 3, 4, 5, kjer so 1, 2, 3, 4 in 5 točke na magnetni karakteristiki)[v, A, W] dv padec napetosti (v primeru negativne vrednosti pomeni porast napetosti) glede na izbrano referenčno napetost [%] XIII

16 SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC EE VN SN NN RTP TP DV KBV RO RV Kogeneracija SE VE cos φ SONDO elektroenergetski visoka napetost srednja napetost nizka napetost razdelilna transformatorska postaja transformatorska postaja daljnovod kablovod razdeljevalno omrežje razpršeni viri naprava, ki pretvarja eno obliko energije v dve ali več oblik energije (najpogosteje iz enega energenta v toploto in električno energijo) sončna elektrarna vetrna elektrarna faktor delavnosti za osnovni harmonik sistemska obratovalna navodila za distribucijsko omrežje XIV

17 1 UVOD Energetske potrebe človeštva se glede na množičnost in dostopnost uporabe neprestano povečujejo. Energija ne nastane iz nič in se tudi v nič ne more spremeniti, lahko le prehaja iz ene oblike v drugo. Pri izrabi določenih oblik energije, katere so trenutno množično uporabljajo, pa nastajajo tudi oblike, katere puščajo sled v okolju. Med različnimi oblikami energij, katere človek uporablja, ima električna energija posebno mesto. Zaradi svoje prehodne oblike je ni možno masovno skladiščiti, hkrati pa je edina oblika energije, ki jo je možno transportirati na večje razdalje. Ker je njena uporaba možna na mnogo različnih načinov, je postala nujna človeška dobrina. Tudi v Sloveniji se poraba električne energije nezadržno povečuje. Leta 1996 je bilo v Sloveniji porabljene 9582 GWh električne energije, leta 2011 pa že , kar predstavlja 32,7 % povečanje [15]. Za povečanje je zaslužen del, ki ga porabi večji obseg gospodarstva, precejšnji del pa pomeni porabo gospodinjstev, saj se je v tem času standard prebivalstva v tehničnem smislu močno izboljšal. Proizvodnja električne energije je leta 1996 obsegala GWh, do leta 2011 je narasla na GWh, kar pomeni 25,3 % povečanje proizvodnje [15]. Ker bo tako naglemu trendu rasti težko slediti (tako proizvodnja kot tudi prenos in distribucija), je potrebno iskati rešitve. Prvi del rešitev predstavlja politika učinkovite rabe električne energije, drugi del pa izgradnja novih proizvodnih enot oz. uvoz električne energije. Ker se kljub ukrepom na področju učinkovitejše rabe električne energije poraba slednje še vedno povečuje, je nujno iskati tudi rešitve v smislu izgradnje novih virov oz. tehnologij, ki puščajo čim manjše posledice v okolju. Slovenija je kot podpisnica kjotskega sporazuma v energetsko politiko in zakonodajo preko evropskih direktiv vnesla ukrepe, ki spodbujajo večjo izrabo obnovljivih virov električne energije. Lastnost teh virov naj bi bila majhna priključna moč ter geografska razširjenost, zaradi česar jim pravimo tudi razpršeni viri električne energije. Kljub namenu, da naj bi razpršeni viri pokrivali predvsem lokalne potrebe po energiji, nastajajo tudi večje enote, ki s svojim delovanjem močno vplivajo na razdeljevalno omrežje. 1

18 V preteklosti je bilo izvedeno veliko raziskav na temo vključevanja razpršenih virov in njihovega vpliva na razdeljevalno omrežje. V zadnjih letih pa je bilo precej teh virov tudi zgrajenih in priključenih. Večji del teh predstavljajo sončne elektrarne manjših moči, nekaj objektov pa je tudi večjih moči, ki skupaj tvorijo priključne moči več MW. Zaradi priključitve teh virov se je obratovanje nekaterih razdeljevalnih omrežij že spremenilo. Na določenih daljnovodih že prihaja do situacij, ko se smer pretoka energije obrne tudi večkrat na dan. Izkušnje preteklih let so pokazale, da je izgradnja razpršenih virov zelo povezana z energetsko politiko. Posledično je razvoj neke tehnologije lahko v določenem obdobju zaradi ugodnih pogojev zelo intenziven, potem pa v kratkem času povsem zamre. Kljub nepredvidljivim nihanjem interesa po razpršenih virih pa mora upravljavec razdeljevalnega omrežja poskrbeti, da omogoči priključitev vseh virov na omrežje (do te mere, da vplivi na parametre niso preveliki). Za vsako priključitev posameznega vira je potrebno izvesti analizo vplivov predvidene priključitve na posamezne parametre omrežja. Najboljši prikaz stanja parametrov omrežja sicer predstavljajo meritve. Ker pa izvedba meritev glede na število novih priključitev vedno ni možna (pogosto zahteva tudi posege na omrežju), se za analizo omrežij uporablja različna programska oprema. Za analizo omrežij obstaja veliko različnih programskih orodij, od enostavnejših, ki zajemajo le določene parametre v stacionarnem obratovalnem stanju, pa vse do zelo kompleksnih dinamičnih, ki celostno analizirajo najrazličnejše parametre tudi v času prehodnih pojavov. V diplomskem delu je predstavljeno realno razdeljevalno omrežje, v katerega so vključeni različni tipi razpršenih virov. Poleg osnovnih podatkov razdeljevalnega omrežja so bili za analizo parametrov omrežja uporabljeni podatki o porabi porabnikov in proizvodnji virov v preteklem letu. Glavni namen raziskave je bil, da se preveri, v kakšni meri vpliva hitrost spremembe moči vira na napetostne razmere omrežja. Za analizo statičnih obratovalnih stanj je bil zgrajen model v programskem paketu Gredos. Z zgrajenim modelom so bile nadalje analizirane še izgube omrežja v različnih režimih obratovanja virov in omrežja. Za analizo prehodnih pojavov hitrega spreminjanja moči razpršenih virov pa je bil zgrajen model v programskem paketu Matlab Simulink. S tem modelom so bile z namenom ugotavljanja 2

19 pravilnosti delovanja modela najprej preverjene razmere v stacionarnih obratovalnih stanj. Nato so bile izvedene še analize prehodnih stanj, v katerih se je spreminjala moč virov od 0 do največje možne, z naraščanjem v različnih časovnih okvirih. Dobljeni rezultati so potrdili domneve, da so pri hitrih spremembah moči virov odstopanja napetosti precej večja kot v primeru počasnih sprememb in jih zato ne bi smeli zanemariti. Pregled po poglavjih V drugem poglavju so predstavljeni trenutno najbolj razširjeni razpršeni viri, ki se priključujejo na razdeljevalno omrežje. Nadalje je predstavljen elektroenergetski sistem, njegove glavne lastnosti in posebnosti, ki se pojavljajo ob vključevanju razpršenih virov. V zadnjem delu je predstavljena še zakonodaja, ki določa pogoje vključevanja in obratovanja razpršenih virov. V tretjem poglavju je najprej predstavljeno obravnavano razdeljevalno omrežje s podatki preteklega obratovanja. Nato je prikazan statični model in izvedena analiza obravnavanih omrežij z vključitvami virov ter podanimi rezultati. V nadaljevanju je predstavljen poenostavljen dinamični model z izračuni vseh uporabljenih elementov. Nato so prikazane izvedene analize z rezultati. V zadnjem delu je prikazana še analiza izgub razdeljevalnega omrežja za primere različnih obratovalnih stanj vključenih virov. Četrto poglavje predstavlja sklep, ki zaokrožuje ugotovitve predhodnih poglavij. 3

20 2 VKLJUČEVANJE RAZPRŠENIH VIROV V RAZDELJEVALNO ELEKTROENERGETSKO OMFREŽJE 2.1 RAZPRŠENI VIRI ELEKTRIČNE ENERGIJE Obnovljivi viri energije v najširšem pomenu besede vsi izhajajo iz energije sonca, vključno z vetrom, biomaso, vodno in energijo oceanov. Slika 2.1 kaže primerjavo deležev med letno razpoložljivo obnovljivo energijo in skupnimi zalogami neobnovljivih virov energije [9]. Slika 2.1: Deleži posameznih virov energije na Zemlji V nadaljevanju sledi opis najpogostejših načinov pridobivanja električne energije iz obnovljivih virov. Deleži posameznih tehnologij, ki so vključene v elektroenergetski sistem, se stalno spreminja. Še pred nekaj leti so bile edini predstavnik vodne elektrarne. Pred nekaj leti je nastal trend priključitev sončnih elektrarn, trenutno pa narašča zanimanje 4

21 tudi za kogeneracije. Slednje se gradijo v okviru industrijskih postrojev, zadnji trend pa predstavljajo gradnje kogeneracij v okviru ogrevanja individualnih objektov. Po doslej uveljavljeni definiciji velja, da so razpršeni viri električne energije vsaka manjša proizvodnja električne energije v bližini porabnikov, ki je priključena bodisi na razdeljevalno omrežje bodisi na inštalacije odjemalcev Vodne elektrarne Vodno energijo uvrščamo med obnovljive vire, ker je voda, ki teče skozi vodno elektrarno, del vodnega cikla, ki ga poganja sonce. Čista je v tem pomenu besede, saj njena pretvorba v električno energijo ne onesnažuje okolja. V kolikor je elektrarna skrbno načrtovana, je možno vodno energijo označiti za obnovljivo in trajno. Glavne značilnosti vodnih elektrarn: - zanesljiva, preizkušena, zrela tehnologija z znanimi vplivi, - dolga življenjska doba, - najbolj učinkovita tehnologija od vseh vrst elektrarn, - enostavno vzdrževanje in obratovanje z nizkimi stroški, - hiter odziv na spremembe pretoka, učinkovita izhodna regulacija, lahko so razvite za večnamensko uporabo vode in upravljanje z vodnimi viri, - glede na vodne vire so zelo porazdeljene v okolju. Tabela 2.1 kaže vodni potencial slovenskih rek [8]. Iz tabele je razvidno, da je velik del vodne energije v Sloveniji še neizkoriščen. 5

22 Tabela 2.1: Hidroenergetski potencial Slovenije HIDROENERGETSKI POTENCIAL Obratujoče Površina Teoretični Pro. izk. Tehnični Pro. izk. Ekonom. Pro. izk. HE Porečje (km 2 ) (GWh/leto) % (GWh/leto) % (GWh/leto) % (GWh/leto) 1 2 5/2 3 5/3 4 5/4 5 Drava , , , Sava , , ,3 320 Soča , , ,0 350 Mura , , ,0 0,0 Manjši vodotoki-mhe , , ,5 330 Slovenija , , , Sončne elektrarne Sončno energijo lahko pretvarjamo v toploto in preko nje posredno v električno energijo ali pa jo pretvarjamo v električno energijo direktno s pomočjo fotonapetostnega efekta (predvsem ta tehnologija je sedaj v uporabi). Sončne celice proizvajajo napetost približno 0,5 V in tok 200 A/m 2. Da bi dobili primerno napetost in moč, se celice združujejo zaporedno in vzporedno. Tako dobimo module sončnih celic v obliki panelov, na katere so celice pritrjene in zaščitene pred atmosferskimi in drugimi vplivi. Moduli skupaj z drugimi potrebnimi elementi (ožičenjem, pretvorniki, regulatorji, razsmerniki) tvorijo fotonapetostni sistem. Glavne značilnosti sončnih elektrarn: - enostavna namestitev, - minimalno vzdrževanje, - neslišno delovanje brez onesnaževanja, - možna integracija v streho objekta, - visoka začetna investicija, ki se brez dodatnih subvencij trenutno še ne povrne. 6

23 Po podatkih [14] je bilo v letu 2008 inštaliranih za 1062 kw novih sončnih elektrarn, v letu 2011 pa že kw. Kot prikazujeta sliki 2.2 in 2.3 je bilo v Sloveniji v začetku leta 2014 skupno priključenih 3336 sončnih elektrarn s skupno inštalirano močjo 255,6 MW. V zadnjih letih je bilo zelo ugodno subvencioniranje energije sončnih elektrarn s strani države glavni razlog za izjemo zanimanje zasebnih investitorjev. S padanjem subvencije se je kljub nižanju investicijskih stroškov zmanjšal interes za izgradnjo novih sončnih elektrarn. Slika 2.2: Število sončnih elektrarn po področjih Slovenije 7

24 Slika 2.3: Inštalirana moč sončnih elektrarn po področjih Slovenije Kogeneracije Pri analizi proizvodnje iz razpršenih virov je potrebno upoštevati tudi proizvodnjo električne energije iz soproizvodnje toplote in električne energije, z drugo besedo iz kogeneracijskih naprav. Kogeneracije so naprave, ki pretvarjajo eno obliko energije (energenta) v dve ali več oblik energije, ki jih lahko koristno uporabimo. Najpogostejše so kogeneracije, ki proizvajajo toploto in električno energijo. Služijo lahko posebnim namenom, zato se delijo glede na prioriteto: 8

25 - Prioritetna proizvodnja električne energije so v bistvu elektrarne, ki imajo možnost odpadno toploto izrabljati v komercialne namene. Za optimalno delovanje mora biti zagotovljen zadosten odjem toplote. - Prioritetna proizvodnja toplote: v tem primeru predstavlja proizvodnja električne energije stranski produkt. Ker je odjem toplote časovno zelo odvisen (zima, poletje, dan, noč), se za čim bolj optimalno delovanje prilagaja proizvodnja električne energije. - Naprave za povečanje zanesljivosti napajanja so naprave, ki skrbijo za rezervno napajanje ob izpadu omrežja in hkrati delujejo kot kogeneracijske naprave, odvisno od potreb lastnika bolj za potrebe proizvodnje toplote oz. električne energije. Kogeneracije si običajno predstavljamo kot industrijske postroje ali postroje v sklopu večjih sistemov daljinskega ogrevanja. Razvoj naprav pa nakazuje možnost kogeneracij tudi v manjših sistemih, predvsem z namenom povečevanja izkoristka celotnega postroja. Posebno vrsto kogeneracij pa predstavljajo bioplinske elektrarne in elektrarne na biomaso. Gorivi (kot sta bioplin in biomasa) se prav tako uvrščata med obnovljive vire energije, čeprav pri njunem zgorevanju nastajajo toplogredni plini, in sicer zato, ker bi nastali izpusti plinov tudi v primeru naravnega razpada teh goriv. Pod pojmom biomasa se šteje les (drva, razni produkti iz lesnih ostankov). Bioplin nastaja v procesu fermentacije, po navadi iz kmetijskih ostankov, ostankov iz gospodinjstev in živalskih ostankov, lahko pa se primerne odpadke zbira tudi na odpadnih deponijah in v čistilnih napravah. Po podatkih [11] je bilo v Sloveniji do leta 2008 inštaliranih za približno 15 MW bioplinskih proizvodnih enot ter za približno 10 MW proizvodnih enot na biomaso. Medtem ko so postroji za izrabo biomase zelo podobni kogeneracijam na fosilna goriva, pa so bioplinske elektrarne kompleksnejše. Slika 2.4 kaže splošen pregled delovanja bioplinske elektrarne [2]. Proizvedeni plin se lahko uporablja v plinski turbini ali (kar je pogosteje) v motorju z notranjim izgorevanjem. V uporabi so različne enote od manjših z inštalirano močjo nekaj 10 kw do velikih sistemov z močjo po več MW. 9

26 Slika 2.4: Splošni pregled delovanja bioplinske elektrarne Vetrne elektrarne Proizvodnja električne energije iz vetra se sicer obravnava kot razpršeni vir, vendar pa je zaradi omejenih in redkih lokacij s primernim potencialom bolj omejena na ozka območja, kjer se skoncentrira večje število elektrarn. Takšne skupine vetrnih elektrarn zaradi nenadzorovane proizvodnje običajno priključujemo na prenosno omrežje, kjer je zaradi velike kratkostične moči njihov vpliv manjši. Uporaba energije vetra je neugodna zaradi majhne gostote energije in zelo hitrih ter pogostih sprememb hitrosti vetra. Iz vetrnice pridobljena energija je sorazmerna površini, ki jo obsežejo vetrnice in tretji potenci hitrosti vetra, kar pomeni, da z manjšanjem hitrosti vetra izkoristek naglo pada. Slika 2.5 prikazuje shemo vetrne elektrarne [9] in način njenega priklopa na omrežje. 10

27 Slika 2.5: Shema vetrne elektrarne Izkoriščanja energije vetra je v Sloveniji trenutno še zelo malo, omejeno je na nekaj posameznih manjših enot. 2.2 RAZDELJEVALNO ELEKTROENERGETSKO OMREŽJE Razdeljevalno elektroenergetsko omrežje predstavlja le del širšega elektroenergetskega sistema, ki obsega proizvodnjo, visokonapetostno prenosno omrežje, razdelilne transformatorske postaje VN/SN, srednjenapetostno omrežje, transformatorske postaje SN/NN in nizkonapetostno omrežje, na katerega so praviloma priključeni končni odjemalci [5]. V preteklosti je imel elektroenergetski sistem zelo enoznačno smer pretokov energije, in sicer od višjega napetostnega nivoja proti nižjemu. Proizvodnji viri so bili večjih zmogljivosti in manjšega števila, priključeni le na prenosno omrežje. Tovrsten elektroenergetski sistem imenujemo tudi klasični elektroenergetski sistem in ga prikazuje Slika 2.6 [4]. Tako imenovani klasični elektroenergetski sistem se je v času od nastanka do danes dodobra razvil. Glavne njegove značilnosti so: - zanesljivost in stabilnost, - neobčutljivost na kratkotrajna nihanja proizvodnje, 11

28 - regulacija frekvence, delovne in jalove moči, - zmožnost prilagajanja spremembam odjema, - zmožnost zagotavljanja stabilne rezerve sistemu, - zadovoljiv nivo kakovosti dobavljene električne energije, - nizki stroški obratovanja. Slika 2.6: Klasični elektroenergetski sistem Vendar pa so ne glede na vse prednosti potrebe in zahteve po umeščanju novih proizvodnih enot pripeljale do neizogibnega dejstva, da bo klasični elektroenergetski sistem (je že) podvržen mnogim spremembam, ki bodo zelo spremenile ustaljene načine obratovanja, vzdrževanja in tudi njegovo konfiguracijo. Ta ne bo več sistemsko enotna, ampak bo prilagojena posameznim dejavnikom v okolju, ki bodo s svojimi napravami vplivali na samo obratovanje sistema. To v praksi ne pomeni zgolj vplivov razpršenih 12

29 virov, ampak tudi aktivnih porabnikov, ki bodo glede na trenutne razmere sistema sposobni svoje karakteristike spreminjati primerno stanju bilanci, ki se bo v danem trenutku pojavila. Zaradi naštetega bodo tako imenovani aktivni elektroenergetski sistemi, ki jih prikazuje Slika 2.7 [4] z današnjega gledišča zelo kompleksni tako za načrtovalce, obratovalce kot tudi vzdrževalce in ne nazadnje tudi za končne porabnike. Ker pa je večina razpršenih virov glede na tehnologijo zelo nepredvidljivih, bo v bodoče potrebno stimulirati predvsem uporabnike, da postanejo aktivni in se s prilagajanjem odjema prilagodijo omrežju ter s tem optimirajo pretoke energije. Slika 2.7: Aktivni elektroenergetski sistemi 13

30 2.3 OBRATOVANJE RAZDELJEVALNEGA ELEKTROENERGETSKEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RAZPRŠENIMI VIRI Izgradnja in vključitev razpršenih virov v elektroenergetski sistem ima več tako pozitivnih kot negativnih učinkov. Če se omejimo zgolj na vplive razpršenih virov na razdeljevalno omrežje, v katerega je vključeno, sta glavna vpliva predvsem dva: - vpliv razpršenih virov na napetostne razmere, - vpliv razpršenih virov na izgube pri pretakanju energije v omrežju in vpliv na faktor delavnosti VPLIV RV NA NAPETOSTNE RAZMERE V RO V klasičnem razdeljevalnem omrežju napetost pada v smeri od RTP proti koncu obremenjenega voda. Večja je obremenitev voda, večji so tudi napetostni padci vzdolž voda. V času, ko pa ni obremenitve, lahko zaradi dozemnih kapacitivnosti voda pride do naraščanja napetosti proti koncu voda. Tako imamo za vsako izbrano točko omrežja dve skrajni velikosti napetosti. Bolj se oddaljujemo od RTP proti koncu omrežja, toliko večji razkorak je med tema dvema vrednostma napetosti. V primeru vključitve RV v omrežje vključeni vir proizvaja energijo, ki kompenzira porabo odjemalcev, ki so priključeni na vod. Ker vod prenaša manj energije, se zato ustvarja manjši padec napetosti vzdolž voda, kar pomeni, da je minimalna napetost na koncu voda v času obratovanja višja. V času minimalne obremenitve pa se napetost proti koncu voda lahko dvigne preko maksimalne napetosti voda pred vključitvijo RV. To pomeni, da v času delovanja RV dobimo dve novi skrajni vrednosti napetosti za vsako točko vzdolž omrežja, ki sta obe višji od prejšnjih dveh vrednosti. Ker je obratovanje RV zelo nestalno in nepredvidljivo, moramo kot skrajni točki obratovanja upoštevati naslednja scenarija: - maksimalna poraba, RV ne deluje, - minimalna poraba, RV deluje z maksimalno močjo. 14

31 2.3.2 VPLIV RV NA IZGUBE RO IN FAKTOR DELAVNOSTI Vsak vir v omrežju v splošnem vpliva na pretoke energije. V kolikor izdatnost vira ne presega porabe bremen, priključenih na omrežje, se pretoki energije od zunaj zmanjšajo, posledično se zmanjšajo tudi izgube. Pri izgubah omrežja je pomemben faktor delavnosti, saj jalova moč poleg delovne povzroča izgube v omrežju. Pri obratovanju RV je njegovemu lastniku vedno cilj čim večja oddaja energije v omrežje. V primeru obratovanja s faktorjem delavnosti cos φ = 1 se vsa proizvedena energija odrazi na števcu delovne energije, kar pomeni največji učinek za lastnika. Faktor delavnosti proizvodnega postroja je zelo odvisen od vrste generatorja. Sinhronske generatorje je možno zvezno regulirati in nastaviti ciljno jalovo moč na dogovorjeno vrednost. Nasprotno pa asinhronski generatorji kot pogoj za delovanje potrebujejo jalovo moč in jih je zato potrebno kompenzirati. Kompenzacija s kondenzatorji ni zaželena zaradi možnosti samovzbujanja generatorja oz. morajo biti izbrani tako, da je skupen značaj postroja še vedno nekoliko induktiven npr. cos φ = 0,95. Na ta način lahko pride do absurdnega primera, ki ga prikazuje Slika 2.8 [3], da generator pokrije vse potrebe porabnikov vzdolž voda po delovni moči, jalovo moč za delovanje porabnikov in generatorja pa zagotavlja razdeljevalno omrežje. Slika 2.8: Ekstremno slab primer obratovanja RO z vključenim RV Nekoliko boljše razmere obratovanja nastanejo v primeru obratovanja RV s cos φ = 1. V tem primeru lahko nastane situacija, ko RV pokriva vse potrebe po delovni moči porabnikov, potrebe po jalovi moči pa pokriva razdeljevalno omrežje. 15

32 Tipični predstavniki obratovanja s cos φ = 1 so tisti, ki skladno s [13] regulirajo jalovo moč le kot funkcijo napetosti. V teh primerih (večina primerov, saj je majhen napetostni padec pogoj za priključitev RV na RO) se zaradi majhnih sprememb napetosti faktor delavnosti sploh ne spreminja RV deluje s cos φ = 1. Primer prikazuje Slika 2.9 [3]. Slika 2.9: Primer RV, ki zagotavlja le delovno moč Zagotavljanje pravega razmerja med proizvodnjo delovne in jalove moči hkrati zagotavlja ustrezne napetostne razmere vzdolž omrežja in zadostne količine jalove moči. Oba pogoja hkrati rešuje regulacija, ki uravnava proizvodnjo jalove moči glede na proizvedeno delovno moč in napetost na priključnem mestu RV. Primer prikazuje Slika 2.10 [3]. Takšna regulacija omogoča v primeru visokih napetosti voda (ko obremenitve ni, napetost pa dviguje še dozemna kapacitivnost voda) obratovanje RV v induktivnem režimu, kar zniža napetost ter obratno. V primeru visoke obremenitve, ko napetost ni previsoka, RV prispeva delež jalove moči, ki jo porabljajo porabniki. Slika 2.10: Idealni primer obratovanja RV v RO 16

33 2.4 ZAKONODAJA IN POGOJI PRIKLJUČITVE RAZPRŠENEGA VIRA ELEKTRIČNE ENERGIJE S področja priključevanja obnovljivih virov energije je aktualna direktiva 2009/28/ES Evropskega parlamenta in Sveta [4]. Njeno bistveno določilo je, da upravljavci omrežja pri priključevanju zagotovijo: - objektivne stroške priključevanja, - transparentnost, - nediskriminatornost. Slovenija je usmeritve direktive vnesla v Energetski zakon in Sistemska obratovalna navodila za razdeljevalno omrežje električne energije (SONDO) [13]. Energetski zakon predvsem opredeljuje splošne pogoje priključitve in razmejitev stroškov priključitve. SONDO pa določa tehnične pogoje priključitve in v Prilogi 5 obsega Navodila za priključevanje in obratovanje elektrarn inštalirane moči do 10 MW, ki obsegajo: - klasifikacijo elektrarn (glede na inštalirano moč, na smer pretoka energije ter na način obratovanja), - osnovne načine vključevanja v razdeljevalno omrežje (vključitev NNO, SNO, načini priprave podatkov o proizvodnji in porabi energije, prikaz osnovnih načinov vključevanja v razdeljevalno omrežje), - opis zahtev za ločilno mesto (lastnosti odklopnika, blokada vklopa, električna zaščita, nadtokovna zaščita, zemeljskostična zaščita, uporaba in signalizacija, elementi za dostop avtomatike elektrarne do odklopnika, shema praktične izvedbe ločilnega mesta), - opis parametrov priključnega mesta, ki so podani v soglasju za priključitev, - kakovost električne energije (presojanje dovoljenih motenj v omrežje, meje dovoljenih motenj naprav v omrežje, vključitev v NN omrežje, vključitev v SN omrežje, metode za analiziranje vključitve RV brez opravljanja meritev), 17

34 - karakteristiko jalove moči (naprave za kompenzacijo jalove moči, RV z nazivnim tokom 16 A razred A, RV moči do 250 kw, vključeni v NN omrežje razred B, RV moči nad 250 kw, vključeni v NN omrežje razred C, RV moči do 10 MW, vključeni v SN omrežje razred D), - karakteristiko delovne moči, - obratovanje (elektrarne z običajnimi zahtevami, elektrarne porabniškoproizvodnega tipa, porabniški priklopi, sistemske elektrarne), - vzdrževanje (vzdrževanje in pregledi zaščitnih naprav ločilnega mesta, vzdrževanje proizvajalčeve energetske oskrbe, vzdrževanje razdeljevalne opreme in vodov). 18

35 3 ANALIZA SREDNJENAPETOSTNEGA RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RAZPRŠENIMI VIRI 3.1 OBRAVNAVANI REALNI PRIMER RO Z VKLJUČENIMI RV V diplomski nalogi je analiziran realni primer "klasičnega" razdeljevalnega omrežja, v katerega je bilo v zadnjih nekaj letih vključenih več različnih tipov razpršenih virov. Obravnavana sta dva 20 kv daljnovoda, ki sta napajana iz RTP Črnomelj v Beli krajini, in sicer: - DV Loka daljnovod, ki napaja del mesta Črnomelj ter del industrije. Na ta DV je bilo v zadnjih letih priključenih več RV, posebej pa sta pomembni dve kogeneraciji z inštalirano močjo 1500 kw ter 999 kw. Poleg teh dveh je na ta DV priključenih še nekaj sončnih elektrarn (SE), torej znaša skupna inštalirana moč virov 2.645,38 kw. Specifika RV na DV Loka je v enakomernosti proizvodnje, saj kogeneraciji obratujeta neprekinjeno, izhodna moč pa se jima zelo malo spreminja. Zaradi tehnologije obeh kogeneracij (asinhronski generator) pa obremenjujeta razdeljevalno omrežja z jalovo močjo. - DV Mavrlen predstavlja podeželski daljnovod, ki napaja pogorje zahodno od Črnomlja. Na ta DV so v eni točki priključene štiri SE s skupno inštalirano močjo 3.897,84 kw. Ker predstavljajo SE zelo nepredvidljiv in neenakomeren vir, prihaja na tem DV do hitrih in pogostih sprememb moči in pretokov energije. Skupna konična moč teh štirih elektrarn v letu 2013 je bila 3.711,3 kw ( ob uri). RTP Črnomelj predstavlja klasično razdelilno transformatorsko postajo z dvema transformatorjema moči po 20 MVA. SN stikališče je razdeljeno na dva sistema, od katerih prvi napaja predvsem mestni odjem z industrijo (tudi DV Loka), drugi pa podeželske daljnovode z manjšo obremenitvijo ter dolgimi razdaljami (tudi DV Mavrlen). 19

36 Regulacija napetosti v RTP Črnomelj je avtomatska glede na konstantno sekundarno napetost. Transformatorja imata 25 regulacijskih stopenj, čas zakasnitve je nastavljen na 2 3 minute, odstopanje napetosti pa na ±1 % od želene vrednosti. Želena napetost se navezuje na napetost SN zbiralk in je nastavljena na 2,5 % do 5 % nad nazivno vrednostjo srednjenapetostnega omrežja. Tabeli 3.1 in 3.2 ter sliki 3.1 in 3.2 podajajo mesečne minimalne in maksimalne moči (pretoke energije) preko transformatorjev TR 1 in TR2 ter jalovo moč ob teh ekstremih. Tabela 3.1: Mesečne obremenitve TR 1 v RTP Črnomelj minimalna jalova moč maksimalna jalova moč čas čas mesec delovna moč [W] [VAR] delovna moč [W] [VAR] nov : , , : , ,875 okt : , , : sep : , , : ,75 avg : , , : , ,25 jul : , , : ,5 jun : , , : ,25 maj : , , : apr : , , : ,75 mar : , , : ,25 feb : , : ,75 jan : , , : ,5 dec : , : , minimalna delovna moč [W] jalova moč [VAR] maksimalna delovna moč [W] jalova moč [VAR] Slika 3.1: Mesečne obremenitve TR 1 v RTP Črnomelj 20

37 Tabela 3.2: Mesečne obremenitve TR 2 v RTP Črnomelj minimalna jalova moč maksimalna jalova moč Čas čas mesec delovna moč [W] [VAR] delovna moč [W] [VAR] nov : , , : , ,625 okt : , , : , ,5625 sep : , , : ,3125 avg : , , : ,11719 jul : , , : ,65625 jun : , , : ,25 maj : , : , ,4219 apr : , : , ,25 mar : , , : , ,1719 feb : , , : , ,86719 jan : , , : ,2188 dec : , , : , , minimalna delovna moč [W] jalova moč [VAR] maksimalna delovna moč [W] jalova moč [VAR] Slika 3.2: Mesečne obremenitve TR 2 v RTP Črnomelj 21

38 Iz obeh grafov obremenitev RTP Črnomelj je razvidna specifičnost obeh obravnavanih primerov. TR1, ki napaja sistem 1, napaja mesto in industrijo. Na ta sistem so priključene tudi obravnavane kogeneracije, ki dodatno povečujejo jalovo moč. TR2 pa napaja sistem 2, ki predstavlja manjše obremenitve. Na ta sistem so priključeni RV inštalirane moči preko 8 MW, kar posledično v ugodnih vremenskih razmerah povzroča pretok energije v smeri prenosnega omrežja. Zaradi narave priključenih virov, ki obratujejo blizu cos φ = 1, je tudi faktor delavnosti tega TR ustreznejši. 3.2 ANALIZA REALNEGA RO Z VKLJUČENIMI RV S STATIČNIM MODELOM Model RO Za preverbo statičnih razmer na obravnavanemu razdeljevalnem omrežju je bila izvedena analiza v programu Gredos. Gredos predstavlja programski paket, ki ga je za slovensko distribucijo razvil Elektro inštitut Milan Vidmar. Uporabniški vmesnik programa omogoča uporabo geokodiranih rastrskih in vektorskih podlog. Vnos omrežja se izvede na podlagi geodetskih podlog, preko katerih se izvede vnos vodov in naprav (transformatorskih postaj). Programski paket vsebuje tipske elemente omrežja, kot so: vodi, razdelilne transformatorske postaje, transformatorske postaje [5]. Program na podlagi modeliranega realnega omrežja in naprav omogoča naslednje izračune in analize: - bilanco moči (pretoki energije), - padce napetosti, - obremenitve posameznih vodov in naprav, - faktor delavnosti, - izgube, - kratkostične razmere, - optimalne razklope omrežja na podlagi želenih kriterijev. 22

39 3.2.2 Vhodni podatki omrežja Za namen analize omrežja je bil po podatkih upravljavca razdeljevalnega omrežja zgrajen model celotnega omrežja RTP Črnomelj. VN priključitev RTP se obravnava kot togo omrežje. Transformator je modeliran po podatkih realnega transformatorja. Posamezne transformatorske postaje se obravnavajo kot bremena, priključena na omrežje z delovno in jalovo močjo. Razmerje moči posameznih TP je določeno ekvivalentno z njihovo inštalirano močjo, vsota vseh pa predstavlja znano moč izvoda iz RTP. Maksimalni in minimalni porabi je bilo v času posameznih ekstremov odšteta moč obravnavanih RV. Napetostne razmere posamezne karakteristične točke v omrežju so podane v odstotkih odstopanja od referenčne vrednosti v RTP (dv). Glede na to, da je analiza izvedena z uporabo statičnega modela, se predpostavlja, da je vsa odstopanja napetosti od referenčne odpravil regulator napetosti v RTP Potek analize in rezultati Analiza je bila izvedena za primer največje potrošnje porabnikov v času, ko RV ne obratujejo ter nato še v primeru najmanjše porabe ob sočasni največji proizvodnji RV. Rezultati analize prikazujejo napetostne razmere v naslednjih točkah: - točki priključitve RV, - na koncu DV (pri zadnji TP). 1. Maksimalna poraba, proizvodnja RV = 0: V letu 2013 je bila zabeležena konica porabe, zmanjšana za trenutno moč virov: o J09 DV Loka: 2,32 MW, o J10 DV Mavrlen: 0,58 MW (v času konice viri niso delovali); 23

40 Slika 3.3: Napetostne razmere v točki priključitve RV in na koncu DV Loka Slika 3.4: Napetostne razmere v točki priključitve RV na DV Mavrlen 24

41 Slika 3.5: Napetostne razmere na koncu DV Mavrlen Rezultati analize so pričakovani in sledijo posamezni dolžini daljnovoda ter njegovi obremenitvi. Tabela 3.3 ter slike 3.3, 3.4 ter 3.5 predstavljajo rezultate analize napetostnih razmer v primeru maksimalnih obremenitev posameznega DV brez delovanja RV in so prikazani kot odstotek padca (ali porasta) napetosti v določeni točki omrežja glede na referenčno točko vira (v tem primeru zbiralke na SN strani RTP). Prikazane napetostne razmere pričakovano sledijo obremenitvam posameznega DV, tako so padci napetosti na DV Loka nekoliko višji od padcev na DV Mavrlen, vendar so oboji znotraj predpisanih po SONDO [13]. 25

42 Tabela 3.3: Rezultati analize napetostnih razmer za primer maksimalne obremenitve in brez delovanja RV Naziv DV dv v točki priključitve RV [%] dv na koncu DV [%] DV Loka 1,6 1,6 DV Mavrlen 0,1 0,4 2. Minimalna poraba, maksimalna proizvodnja RV: V letu 2013 je bila zabeležena naslednja minimalna poraba, zmanjšana za trenutno moč virov: o J09 DV Loka: 0,572 MW, o J10 DV Mavrlen: 0,283 MW; Za namen analize napetostnih razmer za primer maksimalne proizvodnje RV je bila obravnavana največja dosežena moč posameznega vira v letu Tabela 3.4 prikazuje maksimalne moči obravnavanih virov. Moči predstavljajo 15-minutne povprečne vrednosti. Tabela 3.4: Podatki o doseženi maksimalni moči obravnavanih RV v letu 2013 Naziv RV DV Čas, v katerem je RV dosegel max. Pmax [kw] Qmax [kvar] ESOL Loka ,1 407,9 BIOPLIN Loka ,6 155,4 DOBLIČICA 1 Mavrlen ,6 63,3 DOBLIČICA 2 Mavrlen ,1 72,3 DOBLIČICA 3 Mavrlen ,6 59,2 DOBLIČICA 4 Mavrlen ,0 67,6 26

43 V nadaljevanju Tabela 3.5 in slike 3.6, 3.7 in 3.8 podajajo napetostne razmere v primeru največje proizvodnje RV, priključenih na obravnavana daljnovoda. Slika 3.6: Napetostne razmere v točki priključitve RV in na koncu DV Loka 27

44 Slika 3.7: Napetostne razmere v točki priključitve RV na DV Mavrlen Slika 3.8: Napetostne razmere na koncu DV Mavrlen 28

45 Tabela 3.5: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve in maksimalnega delovanja RV Naziv DV dv v točki priključitve RV [%] dv na koncu DV [%] DV Loka 0,5 0,5 DV Mavrlen -0,1 0,1 3. Primer vzpostavitve kompenzacije jalove moči za RV na DV Loka: Iz Tabele 3.4 je razvidno, da sta obe kogeneraciji priključeni na DV Loka slabo oz. nekompenzirani. Ker jalova moč prav tako povzroča padec napetosti, je v danem primeru za napetostni profil DV koristno. V primeru popolne kompenzacije jalove moči obeh RV na DV Loka bi dobili napetostne razmere, kot jih prikazuje Slika 3.9 in Tabela 3.6. Slika 3.9: Napetostne razmere na DV Loka v primeru kompenzacije jalove moči pri obeh RV 29

46 Tabela 3.6: Rezultat analize napetostnih razmer za primer popolne kompenzacije jalove moči pri obeh RV, priključenih na DV Loka Naziv DV dv v točki priključitve RV [%] dv na koncu DV [%] DV Loka 0,1 0,0 Rezultati analize napetostnih razmer s statičnim modelom omrežja prikazujejo ustrezne napetostne razmere na obeh obravnavanih daljnovodih. Tabela 3.3 prikazuje največje pričakovane padce napetosti na obeh obravnavanih vodih, ki se zgodijo ob največji potrošnji bremen ter brez delovanja RV. Tovrstno stanje je na DV Mavrlen precej pogosto, saj ob konicah porabe SE pogosto ne delujejo (npr. pozimi). Nasprotno se obe kogeneraciji na DV Loka praktično ne zaustavljata ter predstavljata stalen in stabilen vir. Edina pomanjkljivost obeh kogeneracij je neustrezna kompenzacija jalove moči, ki sicer ugodno znižuje napetostni profil, pa vendar nepotrebno obremenjuje omrežje z jalovo močjo. Tabela 3.6 in Slika 3.9 prikazujeta napetostne razmere na DV Loka v primeru popolne kompenzacije jalove moči, ki jo za svoje delovanje porabljata delujoči kogeneraciji. Tabela 3.5 pa kaže najmanjše padce napetosti oz. napetostne razmere, ko RV delujejo z največjo močjo, ob tem pa porabniki trošijo najmanj energije, kar privede do najvišje napetosti omrežja. Tovrstna situacija se pojavi večkrat na DV Loka, saj kogeneraciji delujeta nespremenjeno podnevi in ponoči, ko najpogosteje nastopajo najmanjše potrošnje porabnikov. Nasprotno na DV Mavrlen prihaja do največje proizvodnje iz RV le ob ugodnih vremenskih pogojih, v dnevnem času in za vse SE hkrati. Tabela 3.7 kaže največje spremembe napetostnih razmer, ki se lahko pojavijo v izbranih točkah omrežja. Naziv DV Tabela 3.7: Največje pričakovane spremembe dv max. sprememba dv v točki priključitve RV [%] max. sprememba dv na koncu DV [%] DV Loka 1,1 1,1 DV Loka v primeru kompenzacije Q obeh RV 1,5 1,6 DV Mavrlen 0,2 0,3 30

47 Iz Tabele 3.7 je razvidno, da RV na obravnavanih dveh DV na podlagi analize statičnega modela ne povzročata sprememb napetosti, večjih od 2 %, kot je predpisano po SONDO [13]. 3.3 ANALIZA REALNEGA RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA Z VKLJUČENIMI RV S POENOSTAVLJENIM DINAMIČNIM MODELOM Model razdeljevalnega omrežja Za dinamično analizo vključevanja RV v realno razdeljevalno omrežje (RO) je bil izdelan model obravnavanega omrežja v programskem paketu Matlab/Simulink z uporabo knjižnice SimPowerSystems [1]. Za izdelavo modela je bilo najprej potrebno izdelati modele posameznih elementov RO, kot so: 110 kv omrežje kot togo omrežje, transformator 110/20 kv, model kablovoda, model nadzemnega daljnovoda, model bremena, model RV, model merilnika. 1. Model 110 kv omrežja: 110 kv omrežje pri analizi vplivov v 20 kv omrežju predstavlja togo omrežje z določeno kratkostično močjo. Za primer RTP Črnomelj znaša kratkostična moč na 110 kv strani po podatkih upravljavca RO 1138 MVA. 2. Model transformatorja: transformator je element elektroenergetskega sistema, ki pretvarja električno energijo med različnimi napetostnimi nivoji. Najpomembnejša podatka vsakega transformatorja sta nazivna napetost in moč, ki je v primeru večnavitnega transformatorja podana za vsako navitje posebej, pri dvonavitnem pa je enotna. Za primer RTP Črnomelj sta oba transformatorja enaka, trinavitna, nazivne moči 20/20/6,67 MVA, nazivnih napetosti 110/21/10,5 kv, vezalne skupine Y y6 d5. Za kreiranje trinavitnega modela transformatorja v knjižnici SimPowerSystems so potrebni podatki o transformatorju v sistemu enotinih vrednosti in izračun podrobnih parametrov, za katere so 31

48 bili podlaga tehnični podatki obravnavanih transformatorjev [16] in so povzeti v Tabeli 3.8. Celoten izračun parametrov transformatorja je povzet po [10], in sicer za primer, ko so na voljo vse upornosti navitij transformatorja. Tabela 3.8: Podatki transformatorjev v RTP Črnomelj Opis parametra Oznaka Enota Vrednost Moč na VN strani transformatorja S n1 MVA 20 Moč na SN strani transformatorja S n2 MVA 20 Moč na NN strani transformatorja S n3 MVA 6,67 Napetost na VN strani transformatorja U n1 kv 110 Napetost na SN strani transformatorja U n2 kv 21 Napetost na NN strani transformatorja U n3 kv 10,5 Kratkostična napetost med VN in SN u k12 % 10,6 Kratkostična napetost med VN in NN u k13 % 15,3 Kratkostična napetost med SN in NN u k23 % 3,3 Moč kratkega stika med VN in SN P k12 kw 82 Moč kratkega stika med VN in NN P k13 kw 224 Moč kratkega stika med SN in NN P k23 kw 210 Tok prostega teka I 0 A 11,41 Moč prostega teka P 0 kw 15,750 Upornost med VN sponkama A in B R AB Ω 2,559 Upornost med VN sponkama B in C R BC Ω 2,558 Upornost med VN sponkama C in A R CA Ω 2,563 Upornost med SN sponkama ma in mb R mamb Ω 0,263 Upornost med SN sponkama mb in mc R mbmc Ω 0,263 Upornost med SN sponkama mc in ma R mcma Ω 0,263 Upornost med NN sponkama a in b R ab Ω 0,057 Upornost med NN sponkama b in c R bc Ω 0,057 Upornost med NN sponkama c in a R ca Ω 0,057 Najprej določimo srednje vrednosti faznih upornosti VN R 1, SN R 2 in NN R 3 navitja. Posamezne fazne upornosti navitij, vezanih v zvezdo (VN in SN navitje) R A, R B, R C in R ma, R mb, R mc določimo iz upornosti med sponkami po enačbah: 32

49 R a R R R 2 ab ca bc (3.1) R R R R R 2 bc ab ca b (3.2) R R R 2 ca bc ab c (3.3) Srednjo vrednost fazne upornosti NN navitja (R 3 ), vezanega v trikot, pa po enačbi: R f 3 3 R R R ab bc ca Rmfsr (3.4) R R R R 2,559 2,558 2,563 2, A B C 1 (3.5) R R R R 0,263 0,263 0,263 0, ma mb mc 2 (3.6) 3 Rab Rbc Rca 3 R3 0,057 0, (3.7) Izračun bazne vrednosti impedanc transformatorja s tremi navitij (Z b1, Z b2, Z b3 ): Z 2 3 Un U b1 3 3 b1 6 S S b1 n bazna impedanca VN navitja (3.8) 33

50 Z 2 3 Un U b2 3 3 b2 6 S S b2 n , bazna impedanca SN navitja (3.9) Z U U (10,5 10 ) 16, b3 n3 b3 6 S S b3 n3 6, bazna impedanca NN navitja (3.10) U b in S b bazne vrednosti napetosti in moči na fazo so tam, kjer je 1 VN, 2 SN in 3 NN navitje. Srednje vrednosti faznih upornosti idealnega transformatorja v sistemu enotinih vrednosti (R 1pu, R 2pu in R 3pu ) so izračunane v nadaljevanju: R 1pu R Z 1 0, (3.11) b1 2, R 2pu R Z 2 0, (3.12) b2 0,263 22,05 R 3pu R Z 3 0, (3.13) b3 0, ,55 Sledi izračun kratkostičnih impedanc v sistem enotinih vrednosti: u 10, k12 Zk12pu 0,106 (3.14) u 15,3 0, k13 Zk13pu (3.15) 34

51 u 3, k23 Zk23pu 0,033 (3.16) Z k12pu je kratkostična impedanca med VN in SN navitjem, Z k13pu kratkostična impedanca med VN in NN navitjem in Z k23pu kratkostična impedanca med SN in NN navitjem v sistemu enotinih vrednosti. Za izračun induktivnosti navitij transformatorja je osnova nadomestno vezje transformatorja v kratkem stiku, v katerem je zanemarjena magnetilna veja. Ob poznavanju kratkostične impedance in ohmske upornosti posameznih navitij v sistemu enotinih vrednosti lahko za kratek stik na posameznih navitjih zapišemo sistem treh enačb, pri čemer so reaktance primarnega X 1pu, sekundarnega X 2pu in terciarnega X 3pu navitja v sistemu enotinih vrednosti iskane spremenljivke. Z ( R R ) ( X X ) X X X Z ( R R ) k12pu 1pu 2pu 1pu 2pu 1pu 2pu 12pu k12pu 1pu 2pu (3.17) Z ( R R ) ( X X ) X X X Z ( R R ) k13pu 1pu 3pu 1pu 3pu 1pu 3pu 13pu k13pu 1pu 3pu (3.18) Z ( R R ) ( X X ) X X X Z ( R R ) k23pu 2pu 3pu 2pu 3pu 2pu 3pu 23pu k23pu 2pu 3pu (3.19) X Z ( R R ) 0,106 (0, ,00119) 0,10586 (3.20) pu k12pu 1pu 2pu X Z ( R R ) 0,153 (0, ,00516) 0,15271 (3.21) pu k13pu 1pu 3pu 35

52 X Z ( R R ) 0,033 (0, ,00516) 0,03238 (3.22) pu k23pu 2pu 3pu Pri tem so X 12pu reaktanca med VN in SN navitjem, X 13pu reaktanca med VN in NN navitjem in X 23pu reaktanca med SN in NN navitjem v sistemu enotinih vrednosti. Izračun reaktanc posameznih navitij je določen z rešitvijo treh enačb s tremi neznankami. X 1pu X X X 0, , , , pu 13pu 23pu (3.23) X 2pu X X X 0, , , pu 23pu 13pu 0,00723 (3.24) X 3pu X X X 0, , , pu 23pu 12pu 0,03962 (3.25) Induktivnost primarnega (L 1pu ), sekundarnega (L 2pu ) in terciarnega (L 3pu ) navitja v sistemu enotinih vrednosti izračunamo na podlagi spodnje enačbe, v kateri L predstavlja induktivnost, L b bazno vrednost induktivnosti, X reaktanco ter X b bazno reaktanco posameznega navitja : L pu X L 2 f X L X b b Xb Xpu (3.26) 2 f L1pu X1pu 0,11309 (3.27) L2pu X2pu 0,00723 (3.28) L3pu X3pu 0,03962 (3.29) 36

53 Sledi določanje parametrov prečne oziroma magnetilne veje (R fe ohmska upornost in X μ reaktanca prečne oz. magnetilne veje), katerih vrednosti določimo iz podatkov prostega teka za primer, ko je bilo NN navitje priključeno na nazivno napetost tega navitja U n3, sponke VN in SN navitja pa so bile odprte. Ker sta ohmska in induktivna upornost (R 3 in X 3 ) v primerjavi z ohmsko upornostjo in induktivnostjo magnetilne veje zanemarljivo majhni, ju v izračunu parametrov magnetilne veje zanemarimo. R fe 2 2 Un (3.30) P I P ,5 A fe 3 Un3 10,5 10 delovna komponenta magnetilnega toka (3.31) I 11,41 6,587 A I0f efektivna vrednost faznega toka prostega teka (3.32) I I I jalova komp. magnetilnega toka μ 0f fe 6,587 0,5 6,568 A (3.33) X μ U I 3 n3 1598,66 (3.34) μ 10,5 10 6,568 Na podlagi izračunanih rezultatov dobimo ohmsko upornost (R fepu ), reaktanco(x μpu ) in induktivnost (L μpu ) magnetilne veje v sistemu enotinih vrednosti: R X fepu μpu R Z fe (3.35) X b ,88 16,55 μ 96,595 (3.36) Z b3 1598, 66 16,55 Lμpu Xμpu 96, 595 (3.37) 37

54 Shemo modela trinavitnega transformatorja iz knjižice SimPowerSystems prikazuje Slika 3.10: Slika 3.10: Shema modela trinavitnega transformatorja s parametri 38

55 3. Model 20 kv omrežja: srednjenapetostno omrežje na obravnavanem območju je izvedeno v dveh različicah: na območjih naselij in urbanih območij je izvedba kabelska, v večini primerov z enožilnimi kabli preseka 150 mm 2, izven urbanih območij pa je omrežje izvedeno kot prostozračni daljnovod, večinoma z vodniki AlFe 70/12 mm 2. Posamezne odseke omrežja tako predstavimo s Π nadomestnim vezjem, ki je pripravljeno v knjižnici SimPowerSystems. Model voda je sestavljen iz vzdolžne impedance Z in prečne admitance Y, ki sta predstavljeni s podatki [12] o upornosti, induktivnosti in kapacitivnosti pozitivnega in ničnega zaporedja simetričnih komponent izraženih na enoto dolžine. Slika 3.11 kaže modela nadzemnega in kabelskega voda, ki sta predstavljena s Π nadomestnim vezjem. Slika 3.11: Shema modelov kablovoda in prostozračnega voda 39

56 4. Model bremena: v 20 kv omrežju se odjem energije vrši preko transformatorskih postaj 21/0,4 kv. V analizi so bile zaradi velikega števila TP manjših moči le-te združene v skupne točke bremen glede na geografsko oddaljenost. Delovna in jalova moč posamezne TP je bila določena na podlagi podatkov o inštalirani moči posamezne TP ter merjene moči izvoda iz RTP, katero je podal upravljavec RO. Slika 3.12 predstavlja shemo modela bremena. Obremenitev posameznih TP, ki so združene v posamezne modele bremen, podajata tabeli 3.9 in Slika 3.12: Shema modela bremena 40

57 Tabela 3.9: Podatki obremenitev TP in posameznih bremen modela za DV Loka št. bremen TP Breme 1 Breme 2 Breme 3 Breme 4 Breme 5 Breme 6 Breme 7 Breme 8 DV Loka moči bremen P min [MW] Q min [MVAr] P max [MW] Q max [MVAr] Elektro ČR 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Kočevje pri ČR 0,0232 0,0076 0,0948 0,0232 Skupaj 0,0598 0,0196 0,2443 0,0599 Loka ČR 0,0145 0,0047 0,0592 0,0144 Šola Loka 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Center Sr. Šol 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Butorajska 0,0232 0,0076 0,0948 0,0232 Skupaj 0,1109 0,0363 0,4530 0,1109 Drage 0,0232 0,0076 0,0948 0,0232 Majer 1 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Majer 2 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 ČN ČR 0,0145 0,0047 0,0592 0,0144 Skupaj 0,1109 0,0363 0,4530 0,1109 Vojna vas 0,0093 0,0030 0,0380 0,0092 Skupaj 0,0093 0,0030 0,0380 0,0092 Kovinar ČR 0,0145 0,0047 0,0592 0,0144 OKP ČR 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Skupaj 0,0511 0,0167 0,2087 0,0510 Pekarna ČR 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Pod gozdom 0,0093 0,0030 0,0380 0,0092 Skupaj 0,0459 0,0150 0,1875 0,0458 Žaga Zora 0,0366 0,0120 0,1495 0,0367 Leso 0,1164 0,0382 0,4754 0,1167 Skupaj 0,1530 0,0502 0,6249 0,1534 KZ Lokve 0,0232 0,0076 0,0948 0,0232 Bioplinska elektrarna 0,0145 0,0047 0,0592 0,0144 Skupaj 0,0377 0,0123 0,1540 0,0376 Skupaj DV Loka 0,5786 0,1894 2,3633 0,

58 Tabela 3.10: Podatki obremenitev TP in posameznih bremen modela za DV Mavrlen DV Mavrlen moči bremen št. bremen TP P min [MW] Q min [MVAr] P max [MW] Q max [MVAr] Breme 1 Snečji vrh 0,0066 0,0021 0,0135 0,0032 Jelševnik 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Doblički hrib 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Blatnik pri Čr 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Skupaj 0,0465 0,0150 0,0952 0,0226 Breme 2 Bistrica 0,0046 0,0015 0,0094 0,0023 Doblička gora 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Skupaj 0,0179 0,0058 0,0367 0,0087 Breme 3 Dobliče 0,0214 0,0070 0,0438 0,0105 Grič pri Dobličah 0,0214 0,0070 0,0438 0,0105 Skupaj 0,0428 0,0140 0,0877 0,0211 Breme 4 Doblička gora 2 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Mavrlen 0,0334 0,0109 0,0684 0,0164 Zadružna zidanica 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Skupaj 0,0600 0,0195 0,1229 0,0294 Breme 5 Stražnji vrh 0,0214 0,0070 0,0438 0,0105 Rožič vrh 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Tušev dol 0,0046 0,0015 0,0094 0,0023 Skupaj 0,0393 0,0128 0,0805 0,0193 Breme 6 Naklo 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Rodine 0,0133 0,0043 0,0272 0,0065 Male Rodine 0,0214 0,0070 0,0438 0,0105 Skupaj 0,0480 0,0156 0,0983 0,0235 Breme 7 Planina 0,0066 0,0021 0,0135 0,0032 Leso 0,0066 0,0021 0,0135 0,0032 Skupaj 0,0132 0,0042 0,0270 0,0063 Skupaj DV Mavrlen 0,2677 0,0869 0,5482 0,

59 5. Model RV: razpršeni viri, priključeni v RO, so naprave z zelo različnimi karakteristikami. V grobem se delijo na vire, ki so na RO priključeni preko pretvornikov, ki omogočajo pretvorbo enosmerne napetosti v izmenično ter na rotacijske generatorje (asinhronski, dvojno napajani asinhronski in sinhronski generator). Pri generatorjih predstavlja glavno razliko med posameznimi vrstami predvsem sposobnost nastavljanja jalove moči. Pri razsmernikih, preko katerih so na omrežje priključene predvsem SE, pa omejitev generiranja jalove moči (tako induktivnega kot kapacitivnega značaja) predstavlja le nazivna moč razsmernika in omejitve v programski opremi. Prednost razsmernika v smislu vodenja je tudi v zmožnosti spreminjanja jalove moči v času reda milisekund. V analizi napetostnih razmer je bil uporabljen model RV, ki ga kaže Slika Za podobne analize je bil sestavljen v okviru Laboratorija za energetiko FERI. Obnaša se kot tokovni vir, ki podobno kot sončne elektrarne v omrežje vsiljuje tok. Slika 3.13: Shema modela RV 43

60 3.3.2 Vhodni podatki omrežja Kot je razvidno iz predhodnega razdelka, so bili najprej izračunani oz. pridobljeni parametri posameznih elementov omrežja. Modeli posameznih elementov so bili nato povezani v vezni model realnega omrežja. Z namenom analiziranja napetostnih razmer glede na hitrost spremembe moči priključenih virov je bila na vhode modelov RV pripeljana naraščajoča linearna funkcija (rampa), ki je spremembo od 0 do maksimalne proizvodnje moči RV izvedla v naprej določenem času. Ker regulacija napetosti v RTP deluje z 2 3 minutno zakasnitvijo, le-ta ne vpliva na potek napetosti v opazovanih časovnih okvirih. Na ta način je bil razviden prehodni pojav naraščanja napetosti v določenih točkah RO kot posledica dinamike naraščanja moči RV Rezultati analize 1. Maksimalna poraba, proizvodnja RV = 0: namen analize brez RV je primerjava rezultatov z rezultati predhodno izvedene analize v Gredosu. Za primerjavo rezultatov so le-ti (enako kot v Gredosu) prikazani v odstotkih padca napetosti v določeni točki glede na izvor (RTP). Sliki 3.14 in 3.15 kažeta modela daljnovodov, ki sta bila analizirana. Slika 3.14: Model DV Loka brez RV 44

61 Slika 3.15: Model DV Mavrlen brez RV Rezultati analize so podobni rezultatom analize v Gredosu, kar potrjuje ustreznost modela RO. Tabela 3.11 predstavlja rezultate analize napetostnih razmer v primeru maksimalnih obremenitev obeh DV brez delovanja RV. Tabela 3.11: Rezultati analize napetostnih razmer za primer maksimalne obremenitve in brez delovanja RV Naziv DV dv v točki priključitve RV [%] dv na koncu DV [%] DV Loka 1,2 1,2 DV Mavrlen 0,068 0,41 45

62 2. Minimalna poraba, spreminjanje proizvodne moči od 0 do maksimalne: za analizo vpliva časovne odvisnosti spreminjanja moči RV na porast napetosti RO je bila za vhod modela RV uporabljena linearno naraščajoča funkcija (rampa). Analizirani so poteki spremembe moči od 0 do maksimalne v časih od 0,1 s do 15 s in njihov odziv na spremembe efektivne vrednosti medfazne napetosti v določenih točkah omrežja. Sliki 3.16 in 3.18 prikazujeta modela obravnavanih daljnovodov z vključenimi RV, nato sliki 3.17 in 3.19 kažeta časovne poteke naraščanja faznih napetosti, toka ter delovne in jalove komponente moči na obravnavanih točkah RO: o DV Loka na koncu DV, ki je hkrati priključna točka druge kogeneracije, o DV Mavrlen v točki priklopa vseh štirih SE. V nadaljevanju tabeli 3.12 in 3.13 podajata rezultate analize za posamezne primere časovno odvisnega spreminjanja moči RV. Slika 3.16: Model DV Loka z vključenima kogeneracijama 46

63 Slika 3.17: Časovni poteki parametrov na koncu DV Loka Tabela 3.12: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve DV Loka pri različnih časih naraščanja moči RV od nič do maksimalne čas spremembe moči od 0 do max [s] Tabela napetosti DV Loka z RV napetost na izvodu RTP [kv] napetost v točki priklopa RV1 [kv] napetost na koncu DV RV2 [kv] 15 20,963 21,027 21, ,963 21,027 21, ,966 21,031 21, ,966 21,032 21, ,966 21,032 21,046 0,5 20,970 21,036 21,048 0,25 20,975 21,041 21,053 Spremembe napetosti na DV Loka min. možna napetost 20,904 20,641 20,641 max. razlika nap. [V] 0,071 0,400 0,412 max. razlika nap. [%] 0,339 1,902 1,958 47

64 Slika 3.18: Model DV Mavrlen z vključenimi RV Slika 3.19: Časovni poteki parametrov v točki priključitve SE na DV Mavrlen 48

65 Tabela 3.13: Rezultati analize napetostnih razmer za primer minimalne obremenitve DV Mavrlen pri različnih časih naraščanja moči RV od nič do maksimalne čas spremembe moči od 0 do max [s] Tabela napetosti DV Mavrlen z RV napetost na izvodu RTP [kv] napetost v točki priklopa RV [kv] napetost na koncu DV [kv] 15 20,963 21,018 20, ,963 21,018 20, ,968 21,020 20, ,970 21,025 20, ,972 21,027 20,991 0,5 20,977 21,031 20,992 0,25 20,992 21,036 20,999 0,1 21,055 21,128 21,089 Spremembe napetosti na DV Mavrlen min. možna napetost 20,960 20,946 20,873 max. razlika nap. [V] 0,095 0,182 0,217 max. razlika nap. [%] 0,452 0,861 1,027 Analiza napetostnih razmer s poenostavljenim dinamičnim modelom realnega omrežja s časovnim spreminjanjem moči priključenih virov pričakovano pokaže večje razlike med najnižjo in najvišjo možno napetostjo v posamezni točki omrežja. Kolikor hitrejša je sprememba moči RV, toliko večji je prirast napetosti v omrežju. Ne glede na to, da tovrstne spremembe predstavljajo kratkotrajne prehodne pojave, jih je potrebno povsem enakovredno obravnavati, saj so lahko vir težav na vseh napetostnih nivojih. V primerjavi z analizo s statičnim modelom (Gredos) se v primeru najhitrejše obravnavane spremembe priključne moči od 0 do maksimalne v času 0,1 s sprememba napetosti poveča za približno štirikrat. Tabela 3.14 prikazuje največje v analizi zaznane spremembe napetosti, ki nastanejo v določenih točkah DV. 49

66 Naziv DV Tabela 3.14: Največje izračunane spremembe napetosti dv max. sprememba napetosti v točki priključitve RV [%] max. sprememba napetosti na koncu DV [%] DV Loka 1,9 1,95 DV Mavrlen 0,86 1,03 Rezultati analize kažejo, da tudi v primeru hitrih sprememb moči virov sprememba napetosti na obravnavanih DV še vedno ne presega predpisanih 2 %, kot jih določa SONDO [13]. Tej vrednosti se teoretično približujejo razmere ob hitrih spremembah moči virov na DV Loka, katere pa so manj verjetne, saj obe kogeneraciji obratujeta neprekinjeno, poleg tega ne obratujeta medsebojno usklajeno. Obratno je pri SE, ki so priključene na DV Mavrlen, kjer so obratovalne razmere za vse štiri enote skoraj identične in jih posledično lahko obravnavamo kot enoten vir. Ta vir je podvržen nenehnim nihanjem priključne moči, vpliv na spreminjanje napetosti pa ni znaten predvsem zaradi bližine RTP oz. velike kratkostične moči v točki priključitve. 3.4 VPLIV OBRATOVANJA RV NA IZGUBE RAZDELJEVALNEGA OMREŽJA Izgube so na prenosnih poteh električne energije vedno prisotne in se jim ne moremo izogniti. Delimo jih na: a) Netehnične oz. komercialne izgube: - pogreški merjenja, - nedelovanje merilnih naprav, - neupravičen odjem (kraja). b) Tehnične izgube: - fiksne: predstavljajo predvsem stalne izgube transformatorjev (izgube jedra) in pomožnih naprav ter so neodvisne od obremenitve, 50

67 - variabilne: v RO predstavljajo večino izgub, odvisne so od obremenitve postrojev in so sorazmerne s kvadratom toka. Ukrepi za zmanjšanje so: povečanje preseka vodnikov, sprememba konfiguracije omrežja optimizacija pretokov, uravnoteženje bremen, kompenzacija jalove moči, umestitev virov (ali transformacije) v bližini porabnikov. V Sloveniji se po podatkih [7] izgube celotnega elektroenergetskega sistema gibljejo med 2 in 2,5 %. Za znižanje komercialnih izgub se uvaja uporaba naprednih merilnih sistemov, ki omogočajo odkrivanje nesorazmernih odtekanj energije v okviru območja zaznave. Za zmanjševanje tehničnih izgub pa so potrebna investicijska vlaganja v nove prenosne povezave, TP, RTP. Tovrstna vlaganja pogosto pomenijo velik finančni zalogaj za investitorja in tudi večje posege v okolje. Posledično izgradnji novih elektroenergetskih objektov pogosto nasprotujejo lokalne skupnosti, ki so proti umestitvi tovrstne infrastrukture v prostor. Vsi ti razlogi botrujejo situaciji, da se nekatere zelo potrebne povezave in elektroenergetski objekti ne zgradijo. Analiza izgub RO obravnava vse tehnične izgube celotnega omrežja, priključenega na RTP Črnomelj (vključno s transformacijo). Izgube celotnega omrežja predstavlja vsota izgub moči posameznih vodov in transformatorjev. Slika 3.20 kaže izgube moči na nekaterih vodih v okolici RTP Črnomelj. V programskem paketu Gredos se za vsak odsek voda v bazi kreirajo vse lastnosti ter tudi podatki o električnih parametrih glede na trenutno obremenitev in napetost. Za prikaz rezultatov o izgubah za določena obratovalna stanja so bili ti podatki tabelarično obdelani. 51

68 Slika 3.20: Model RO s prikazom izgub posameznega voda Tabela 3.15 kaže izgube moči za celotno omrežje RTP Črnomelj. Iz posameznih obratovalnih stanj je razvidno, kakšen nivo izgub povzročajo posamezna obratovalna stanja. S stališča izgub bi bilo optimalno vključevanje več manjših RV vzdolž omrežja. V primeru obravnavanih dveh DV pa največja moč RV predstavlja večkratnik moči potrošnje odjemalcev, priključenih na ta DV, kar posledično pomeni, da so nekateri vodi veliko bolj obremenjeni ob delovanju RV kot pa v primeru največje potrošnje. Tako na primer odsek nadzemnega voda iz RTP Črnomelj na DV Mavrlen, AlFe 70/12, v primeru največje potrošnje povzroča 0,397 kw izgub, v primeru delovanja največje proizvodnje RV pa kar 12,430 kw izgub. Kljub temu je vsota izgub na omrežju RTP Črnomelj še vedno manjša, saj proizvodnja iz RV razbremeni transformatorja 110/20 kv, ki predstavljata velik del izgub. 52

69 Tabela 3.15: Izgube na omrežju RTP Črnomelj Obratovalno stanje Izgube RO RTP Črnomelj [kw] Max. poraba bremen brez delovanja RV 351,08 Max. poraba bremen, RV na DV Mavrlen obratujejo z ½ moči Max. poraba bremen, RV na DV Mavrlen obratujejo z max. močjo Max. poraba bremen, RV na DV Loka obratujejo z ½ moči Max. poraba bremen, RV na DV Loka obratujejo z max. močjo Max. poraba bremen, RV na DV Loka obratujejo z max. močjo, kompenzacija Q 340,04 342,90 326,65 332,85 324,59 Za primerjavo Tabela 3.15 podaja tudi nivo izgub v primeru polovične proizvodnje RV na posameznih daljnovodih. Iz rezultatov je razvidno, da s stališča izgub veliki proizvodni viri niso primerni za postavitev vzdolž RO, ki nima velikih obremenitev. 53

70 4 SKLEP Razpršeni viri električne energije so v zadnjih letih postali tako rekoč dejstvo v EES. Ideja RV je tako v teoriji kot tudi v praksi povsem dobrodošla, dokler koncentracija moči virov ne povzroča prevelikih sprememb parametrov omrežja. Rezultati analize napetostnih razmer s poenostavljenim dinamičnim modelom kažejo velike razlike med napetostmi v razmerah stacionarnega obratovanja in med prehodnimi pojavi, ki jih povzročajo hitre spremembe moči RV. Ob zelo hitrih spremembah moči RV nastajajo spremembe napetosti, ki predstavljajo večkratnik povečanja napetosti zaradi obratovanja vira kot pa v stacionarnem obratovalnem stanju. Pomembno je tudi dejstvo, da nekatere vrste RV zaradi zunanjih vplivov delujejo usklajeno (SE so na nekem območju vpliva na RO vse enako odvisne od vremenskih razmer) in jih zato moramo obravnavani kot enoten vir vplivov. Izgube v EES so v glavnem odvisne od tokovne obremenitve. Z vključevanjem RV se izgube zmanjšujejo, dokler tokovna obremenitev vodov in naprav ne preseže tiste, ki je bila pred vključitvijo RV. Ugodne učinke na nivo izgub ima tudi generacija jalove moči. V tem pogledu so bistveno bolj prilagodljive SE, ki so sposobne zelo hitro prilagajati cos glede na razmere v omrežju. Rezultati analize kažejo na potrebo po preverjanju napetostnih razmer tudi ob prehodnih pojavih zaradi hitrih sprememb moči, pri tem pa je potrebno posebno pozornost nameniti tudi usklajenosti delovanja več RV. Razdeljevalna omrežja so do neke mere z vključevanjem razpršenih virov že postala aktivna. Za bodočnost pa se kaže izziv, kako ustvariti pogoje, da postanejo tudi porabniki aktivni. 54

71 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV [1] A. Rojko, Matlab s Simulinkom, UM, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, Dostopno na: [ ] [2] Biogoriva zelena energija. Dostopno na: [3] D. Matvoz, Preverjanje pogojev za obratovanje razpršenih virov in vpliva njihovega obratovanja na kakovost dobavljene električne energije, Elektroinštitut Milan Vidmar, Ljubljana, [4] E. Turk:Vpliv razpršenih virov na napetostne razmere v distribucijskem omrežju, UL, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana [5] F. August Viawan, Steady State Operation and Control of Power Distribution Systems in the Presence of Distributed Generation, Göteburg, [6] Gredos MO, EIMV. Dostopno na: [ ]. [7] J. Klančnik, M. Rejc, M. Pantoš: Napoved prenosnih izgub v elektroenergetskem sistemu na podlagi distribucijskih faktorjev, Elektrotehniški vestnik, 76, (2009), 1 2, str [8] J. Mravljak: Hidroenergetski potencial, Maribor Dostopno na: [ ]. [9] J. Voršič, Vključevanje majhnih elektrarn v javna razdeljevalna omrežja, UM, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, [10] K. Deželak: Dinamični model elektroenergetskega sistema, diplomsko delo, UM, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko, Maribor [11] M. Pantoš, Strateški pomen jedrske energetike v primerjavi z ostalimi viri, UL, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana,

72 [12] Primerjava kablov in nadzemnih vodov, Dostopno na: [ ]. [13] Sistemska obratovalna navodila za razdeljevalno omrežje električne energije, Ul. RS št. 41/2011, str. št [14] Slovenski portal za fotovoltaiko, UL, Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana. Dostopno na: [ ] [15] Statistični podatki Slovenija, Statistični urad RS, Dostopno na: [ ] [16] Tehnični podatki transformatorja, Energoinvest, Ljubljana

73 57

74 58

75 59