Detekcija i zaštita od otočnog pogona distribuiranih elektrana priključenih na distribucijsku elektroenergetsku mrežu

Transcription

1 Detekcija i zaštita od otočnog pogona distribuiranih elektrana priključenih na distribucijsku elektroenergetsku mrežu Prof.dr. Srete Nikolovski Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Elektrotehnički fakultet, Kneza Trpimira 2b, Osijek, Hrvatska, tel. 031/224717, fax. 031/224605, . srete.nikolovski@etfos.hr Doc.dr. Predrag Marić Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Elektrotehnički fakultet, Kneza Trpimira 2b, Osijek, Hrvatska, . predrag.maric@etfos.hr Marko Vukobratović, mag.ing.el Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Elektrotehnički fakultet, Kneza Trpimira 2b, Osijek, Hrvatska, . vukobratovic@etfos.hr Sažetak U radu će biti prikazani problemi rada distribuiranih elektrana na priključenih na distribucijsku elektroenergetsku mrežu nadležnog operatera (HEP), s posebnim osvrtom na otočni rad elektrana na biomasu, elektrana na bioplin i fotonaponskih elektrana veće snage. Prema Mrežnim pravilima elektroenergetskog sustava (MINGORP, NN 036/06) otočni pogon elektrane mora biti posebno dopušten ukoliko su ispunjeni uvjeti za takav način rada i ukoliko operater distribucijskog sustava i proizvođač zaključe Ugovor o vođenju pogona. U pravili HEP ne dopušta nikada otočni pogon elektrana disribuirane proizvodnje. Pojedine elektrane imaju odgovarajuća, a neke neodgovarajuća tehnička rješenja zaštite od otočnog pogona s mrežom. Prilikom isklopa prekidača na izvodu mreže koji napaja elektranu može doći do pogonskih uvjeta pri kojima elektrana i dalje ostaje napajati izvod, posebice ako je snaga opterećenja na izvodu jednaka trenutnoj snazi proizvodnje. Loše tehnički projektirano i izvedeno rješenje na elektrani na biomasu Strizivojna Hrast snage 3,4 MW prouzrokovalo je znatne probleme i odgodu priključka na mrežu, dok se ne riješi zaštita od otočnog pogona. Autori referata su pronašli rješenje, dokazali računalnim simulacijama da numerička zaštita koja reagira na brzinu promjene frekvencije "df/dt" releja ABB REF 541 može kvalitetno obaviti tu zadaću. Kod bioplinskih postrojenja za standardne generatore 1 MW tipa GE- Jenbacher prikazana je vrlo kvalitetna zaštita SEG Woodward tipa MRG-3 s funkcijama brze i spore pod/nad naponske U<, U<<, i U>, U>> brze i spore pod/nad frekvencijske f< i f<<, i f> f>> kao i zaštite of pomaka kuta napona Δ θ. Za fotonaponske prikazana je zaštita AID-Anti Islanding Detection tvrtke SMA čiji su pretvarači u Hrvatskoj najzastupljeniji. Abstract This paper presents the problems in operation of distributed generation on distribution power system of network operator in charge (HEP) with special reference to island operation of biomass power plants, biogas power plants and large photovoltaic power plants. According to

2 Grid Code (Ministry of Economy, PP 036/06) isolated operation must be specially permitted, providing the conditions for this kind of operation and if the distribution system operator and producer conclude an agreement on keeping the operation. General rule is that HEP never allows isolated operation of distributed generation. Some power plants have adequate and some have inadequate technical solutions for protection of isolated operation. During the tripping of a switch on a feeder of the network that powers the plant, operating conditions could be achieved in which power of the production equals the power of consumers. Poor technically designed and performed solution in the biomass power plant Hrast Strizivojna, rated power of 3,4 MW has caused significant problems and delayed connection to the grid, while did not resolved protection of isolated operation. The authors of the paper have found a solution, demonstrated in simulations that numerical protection device that responds to the rate of change of frequency "df / dt" relay ABB REF 541 can successfully perform this task. In a biogas power plant for standard type generators 1 MW GE Jenbacher very high quality protection SEG Woodward type MRG-3 is shown along with functions of fast and slow under /over voltage U <, U <<, and U>, U >> fast and slow under/over frequency f <, f <<, and f>, f >> as well as protection of displacement of angle of voltage Δθ. For photovoltaic protection AID- Anti Islanding Detection is shown, from company SMA whose inverters in Croatia are most common. 1 Uvod Mrežna pravila elektroenergetskog sustava definiraju otočni pogon kao pogonsko stanje proizvodne jedinice u kojem ona može sigurno podnijeti djelomično opterećenje u izdvojenom dijelu elektroenergetskog sustava. Dodato, paralelni pogon sa mrežom definiran je na način da elektrana ne smije imati nedopuštena povratna djelovanja na distribucijsku mrežu [1]. Uvjeti paralelnog pogona osiguravaju e međusobno usklađenim zaštitnim uređajima elektrane i distribucijske mreže [1]. U slučaju odstupanja od propisanih uvjeta za paralelni pogon, zaštita mora odvojiti elektranu iz paralelnog pogona. Ako je elektrana predviđena za otočni pogon, proradne vrijednosti zaštite moraju biti podešene tako da poslije odvajanja distribucijska mreža i elektrana ostanu u stabilnom pogonu [1]. Uključivanje elektrane sa sinkronim generatorima u paralelni pogon s distribucijskom mrežom zahtijeva uporabu uređaja za sinkronizaciju uz poštovanje uvjeta razlike napona od ±10% nazivne vrijednosti, razlike frekvencije od ±0,5 Hz i razliku faznog kuta od ±10 stupnjeva. Dodatno, za vjetroelektrane uvjet razlike frekvencije iznosi ±0,1 Hz [1]. Na razmeđi elektrane i distribucijske mreže se ugrađuje prekidač za odvajanje elektrane iz paralelnog pogona sa mrežom koji možda biti u nadležnosti operatora distribucijskog sustava. 2 Elektrana na biomasu Strizivojna Hrast snage 3,3 MW Poduzeće Strizivojna Hrast d.o.o. izgradilo je kogeneracijsko postrojenje čiji je rad baziran na parnom kotlu loženom drvom i šumskom biomasom. Toplinska energija koristi se za potrebe tvornice, a električna energija isporučuje se u distribucijsku mrežu HEP-a. U prvoj fazi, godine poduzeće je bilo priključeno na 10 kv mrežu gdje je snaga isporuka električne energije u mrežu HEP-a bila ograničena na 2,2 MW. Prelaskom na 20 kv mrežu u godini omogućena je snaga isporuke od 3,3 MW.

3 U toj elektrani je realizirana zaštita od otočnog rada korištenjem zaštitnog uređaja Woodward XN2-1 kao na slici. Slika 2.1. Industrijski zaštirini relej za generator u elektrani Strizivojna Hrast Radi se o jednostavnom industrijskom releju koji samo ima spori U<, U> pod/nadnaponski i f< i f> pod/nad frekvencijski član kao i član promjene kuta Δ θ. Podešenje ove zaštite su : Tablica 2.1. Podešenja zaštitnog releja Woodward XN2-1 Opis Opseg podešenja Podešenje Primarne vrijednosti Podnaponska zaštita U< % U n 90% U n 90V 90% U n 5,67kV Prenaponska zaštita U> % U n 115 U n 115V 115% U n 7,24kV Podfrekventna zaštita f< 97,5 100% f n 98,5% f n 49,25 Hz Nadfrekventna zaštita f> ,5% f n 101,5% f n 50,75 Hz Napon blokade UB U n 50% U n 50V 50% U n 3,15kV Zaštita od ispada iz sinkronizma Δθ> 1-22 el. 7 el Kako HEP inzistira da prema Mrežnim pravilima elektrana ne smije ostati u otočnom pogonu u situacijama kada postoji balans između snage proizvodnje elektrane i potrošnje izvoda, moguće je da kod APU-a (Automatskog Ponovnog Uklopa) na izvodu prekidač izvoda isklopi, a elektrana zbog malog debalansa i male promjene kuta Δθ i frekvencije ostane u otočnom pogonu. To se ne smije dopustiti pa se pristupilo prijedlogu aktiviranja zaštite df/dt>, df/dt< zaštite ili u teoriji poznate kao ROCOF (Rate of Change of Frequency). Princip detekcije VVS (Voltage Vector Shift), je prikazan na slici 2.2. Ekvivalentna shema generatora prikazuje najvažnije električne veličine kao i pomak kuta vektora napona generatora. Do pomaka dolazi zbog debalansa snage na stezaljkama generatora uslijed kvarova u mreži, najčešće zemljospojeva, drugih prekida te djelovanja APU-a

4 Slika 2.2. Ekvivalentna shema generatora; Vektroski dijagam napona mreže i EMS generatora Relej XN2-1 koji služi za zaštitu od otočnog rada detektira pomak napona koji nastaje zbog kvarova u mreži i debalansa snage. Prema [2], u posljednje su vrijeme razvijene brojne metode detekcije otočnog pogona od kojih se najčešće u Velikoj Britaniji koriste metoda detekcije promjene kuta napona generatora VVS (Voltage Vector Shift), te metoda detekcije promjene brzine frekvencije generatora ROCOF (Rate of Change of Frequency). Algoritmi navedenih metoda su implementirani u suvremene numeričke releje, no osjetljivost postavki dotičnih funkcija predstavljaju izazov u

5 koordinaciji zaštite i vođenju sustava distribuirane proizvodnje zbog mogućnosti krive interpretacije kvarova u mreži kao stanja otočnoga pogona. Kako zaštita od otočnog pogona takva kakva je instalirana tvornički u elektrani nije dobro radila, to jest na isklope prekidača na izvodu i zemljospojeve na izvodu nije siklapala elektranu ETF Osijek je predložio u [4], postavku osjetljivost releja brzine promjene frekvencije generatora trebala biti df/dt > Hz/s, na iznosa 0,2 Hz/s. Nadalje, prema [4], nakon provedenih testiranja autori su mišljenja da je ROCOF metoda vjerojatno najbolja za detekciju otočnog pogona. Funkcija df/dt se bazira na mjerenju brzine promijene frekvencije uslijed postojanja debalansa proizvodnje i potrošnje do kojeg dolazi uslijed odvajanja dijela mreže zbog trajnog ili prolaznog kvara u mreži [2], [3]. Prema [2], autori navode da se brzina promjene frekvencije generatora u praksi najčešće aproksimira formulom : df P f / dt (1) 2 G H gdje je : ΔP razlika u djelatnoj snazi generatora između sinkroniziranog i otočnog pogona, f- nazivna frekvencija generatora, G- nazivna prividna snaga generatora, H inercijska konstanta Najveće brzine promjene frekvencije u analiziranom slučaju rad elektrana s mrežom se uočavaju za stanja najveće proizvodnje djelatne snage generatora i najmanjeg opterećenja glavnog izvoda, najmanje proizvodnje djelatne snage generatora i najvećeg opterećenja glavnog izvoda, najveće proizvodnje djelatne snage generatora i najvećeg opterećenja pomoćnog izvoda, najveće proizvodnje djelatne snage generatora i najmanjeg opterećenja pomoćnog izvoda. Za ova stanja urađene analize promjene brzine frekvencije kod debalansa proizvodnje i potrošnje od 10% u programskom alatu DIgSILENT Power Factory u kojemu je izrađen detaljan model analiziranog sustava sa svom sklopnom opremom te funkcijama postojećih releja [4] Desbalans proizvodnje i potrošnje od 10% se uvažava kao pogonsko stanje prema kojem ne smije reagirati zaštita od otočnog pogona, a promjene brzine frekvencije za ta stanja moraju biti manja od 0,2 Hz/s što je najmanja osjetljivost frekvencijskog člana releja ABB REF 541 df/dt [3],[4]. 2.1 Simulacija ispitivanja zaštite od otočnog pogona Opterećenje VP Strizivojna mjereno u TS Đakovo 3, PLmax = 3,0 MW Generator PG = PGmax = 3,4 MW Isključenje VP Strizivojna u t =150 ms nakon početka simulacije u trajanju od 750 ms u TS Đakovo kv Đakovo 3.

6 DIgSILENT 57,00 55,00 53,00 51,00 49, s deg s deg s deg 47,00-0,1000 0,0684 0,2367 0,4051 0,5734 [s] generator: Rotor angle with reference to reference bus voltage in deg 0,7418 0,80 0,60 0,40 0, s s Hz s Hz Hz 0,00-0,20-0,1000 0,0684 0,2367 0,4051 0,5734 [s] generator: Deviation of the El. Frequency in Hz 0,7418 generator Date: 6/27/2013 Annex: /6 Slika 1.1 Kut rotora u odnosu na kut napona referentne sabirnice (krute mreže); odstupanje frekvencije generatora u Hz Nakon isključenja VP Strizivojna u TS 110/20 kv Đakovo 3, generator preuzima cjelokupno opterećenje izvoda što rezultira povećanjem generatorske frekvencije i smanjenjem kuta rotora. Pri maksimalnoj djelatnoj snazi generator opskrbljuje sve potrošače izvoda,a višak djelatne snage prelazi u ekvivalentnu mrežu TS 110/20 kv Đakovo 3, te se isključenje izvoda manifestira kao smanjenje opterećenja generatora što se očituje smanjenjem kuta rotora i povećanjem generatorske frekvencije. U trenutku t = 0,182 s promjena frekvencije iznosi Δf = 0,036 Hz (slika 1.1); odnosno, uzimajući vrijeme početka prijelazne pojave ispada VP Strizivojna u t = 0,150 s, trajanje ove promjene je Δt= 0,182 s 0,150 s = 0,032 s. Stoga je Δf/Δt =0,036/0,032 = 1,125 Hz/s. Zaštita df/dt > bi proradila Najveća promjena kuta rotora za vrijeme prijelaznog procesa prema slici 1.1. je manja od 7 pa zaštita Δθ> ne bi reagirala Najveća proizvodnja generatora i najmanje opterećenje izvoda Analizama je pogonskih događaja utvrđena najveća promjena brzine frekvencije za slučaj isključenja glavnog izvoda kod najveće proizvodnje djelatne snage generatora uz najmanje opterećenje izvoda, te najmanje proizvodnje djelatne snage generatora uz najveće opterećenje glavnog izvoda. Najmanje promjene brzine frekvencije se uočavaju kod isključenja glavnog izvoda za slučaj kada je proizvedena djelatna snaga generatora jednaka opterećenju čitavog

7 DIgSILENT izvoda odnosno kada je P G P L odnosno kada nema injekcije proizvedene djelatne snage u nadređenu ekvivalentnu mrežu TS 110/20 kv A. Navedena razmatranja ukazuju da je nužno promotriti brzinu promjene frekvencije sa disbalansom snage od 10% kod najvećih uočenih promjena brzine frekvencije. 58,00 54,00 50, s deg s deg 46,00 42, s deg 38,00-0,1000 0,0688 0,2376 0,4064 0,5752 [s] generator: Rotor angle with reference to reference bus voltage in deg 0,7440 2,00 1,50 1, s Hz s Hz s Hz 0,50 0,00-0,50-0,1000 0,0688 0,2376 0,4064 0,5752 [s] generator: Deviation of the El. Frequency in Hz 0,7440 generator Date: 7/1/2013 Annex: /6 Slika 1.5. Kut rotora u odnosu na kut napona referentne sabirnice (krute mreže); odstupanje frekvencije generatora u Hz Nakon isključenja glavnog izvoda u TS 110/20 kv A, generator preuzima cjelokupno opterećenje izvoda što s obzirom na isporuku od P G =3,2 MW rezultira povećanjem generatorske frekvencije i smanjenjem kuta rotora budući da je prije isključenja najveći dio proizvedene djelatne snage bio injektiran u nadređenu u ekvivalentnu mrežu TS 110/20 kv - A. Povećanje se frekvencije u ovom slučaju načelno može aproksimirati linearnom funkcijom; u trenutku t=0,188 s vrijedi : Δt= 0,188 s 0,150 s = 0,038 s. Stoga je : Δf/Δt =0,154/0,038 = 4,052 Hz/s. Nadalje, u trenutku t= 0,258 s vrijedi : Δt= 0,258 s 0,150 s = 0,108 s Δf/Δt =0,339/0,108 = 3,138 Hz/s. Zaštita df/dt > bi proradila Kut rotora generatora u trenutku isključenja glavnog izvoda skokovito pada na vrijednost 45,429, a nakon toga približno linearno. Sada bi došlo i do isključenja generatora s mreže jer je promjena kuta rotora za vrijeme prijelaznog procesa veća od 7 (Δθ>7 je podešeno na vrijednost ove generatorske zaštitne funkcije elektrane), a brzina promjene frekvencije veća od 0,2 Hz/s.

8 DIgSILENT Analiza brzine promjene frekvencije sa debalansom snage od 10% za slučaj najveće proizvodnje generatora i najmanjeg opterećenja glavnog izvoda Disbalans snage od 10% izvršen je na generatoru u trenutku t =150 ms nakon početka simulacije čije je trajanje 1000 ms, uz proizvodnju djelatne snage P G =P Gmax =3,2 MW i opterećenje izvoda P Lmin =1 MW : 60,00 59, s deg s deg 58,00 57, s deg 56,00 55,00-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] generator: Rotor angle with reference to reference bus voltage in deg 0,9918 0,03 0,02 0, s Hz s Hz s Hz -0,00-0,01-0,02-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] generator: Deviation of the El. Frequency in Hz 0,9918 Slika 2.2. Kut rotora u odnosu na kut napona referentne sabirnice (krute mreže); odstupanje frekvencije generatora u Hz Za trenutak t=0,192 s na oscilogramu vrijedi : Δt= 0,192 s 0,150 s = 0,042 s. Stoga je : Δf/Δt =0,004/0,042 = 0,095 Hz/s Nadalje, u trenutku t= 0,222 s vrijedi : Δt= 0,222 s 0,150 s = 0,072 s, odnosno Δf/Δt =0,009/0,072 = 0,125 Hz/s. U ovom slučaju zaštita nebi proradila. Daljnje oscilacije frekvencije su slabijeg intenziteta, odnosno brzina promjene frekvencije je manja od ovih dviju izračunatih vrijednosti. Kako je najmanja osjetljivost frekvencijskog člana releja ABB REF 541 df/dt> 0,2 Hz/s ovim događajem ne bi bila dostignuta, te ne dolazi do prorade zaštite od otočnog pogona. 3 Elektrana na bioplin snage 1 MW generator Date: 7/1/2013 Ukupna električna snage male elektrane je 1095kW/1550 kva, priključnog napona Un=10kV. Proizvedena električna energija male elektrane namjenjena je isporuci u distribucijsku mrežu iznosi, te prema zakonskom okviru iznosi 1000kW. Planirano vrijeme Annex: /6

9 neraspoloživsti generatora jest samo za potrebe održavanja i remonta. Mjesto sinkronizacije generatora jest genaratorski prekidač. Proizvodnja jalove energije treba biti u granicama od cos φ = 0,85 induktivno do cos φ = 1. Skokovita promjena snage pri opterećenju i rasterećenju ne smije biti veća od 10% nazivne snage generatora kako bi se osigurale minimalne kratkotrajne promjene napona. Nadalje, potrebno je osigurati trenutno odvajanje male elektrane od distribucijske mreže u slučaju pogona male elektrane u okolnostima koje bi za posljedicu imale veće odstupanje napona od ±10% nazivnog priključnog napona, a frkevencije opsega Hz. Prekidač za odvajanje i glavni prekidač moraju biti opremljeni zaštitom u slučaju nestanka napona na srednje naponskim sabirnicama 10(20) kv u pripadajućem rasklopnom postrojenju. Uklopni položaj generatorskog prekidača izveden je tako da je uklop moguć isključivo preko uređaja za sinkronizaciju. Pri tome razlika napona mora biti manja od ±10%, razlika frekvecnija manja od ±0,5Hz, te razlika faznog kuta manja od ±10 stupnjeva. Podaci o generatoru nalaze se u tablici 3.1. Pogonska snaga kw 1095 Snaga pri cos φ = 1,0 kw 1063 Snaga pri cos φ = 0,8 kw 1051 Nazivna struja pri cos φ = 0,8 A 1897 Frekvencija Hz 50 Nazivni napon V 400 Broj okretaja o/min 1500 Dozvoljena maksimalna brzina vrtnje o/min 2250 Dozvoljeni cos φ 0,8 1,0 Učinkovitost pri cos φ = 1,0 % 97,1 Učinkovitost pri cos φ = 0,8 % 96,0 Moment inercije kgm 2 36,33 Izvedba B3/B14 Mehanička zaštita IP 23 Razred izolacije H Najveća dopuštena temperatura okoline C 40 Ukupno harmonijsko izobličenje THD % 1,5 Elektrane na bioplin imaju zaštitu od otočnog pogona puno kvalitetniju od elektrana na biomasu Strizivojna Hrast, mada su od iste forme SEG Woodward, ali tipa MRG3 kao na slici

10 Slika 3.1. Zaštitni uređaj SEG Woodward MRG3 Numerički relja SEG Woodward MRG-3 koji se koriste u bioplinskim postrojenjima su više razine integracije i imaju više funkcija u odnosu na relej u elektrani na biomasu Strizivojna Hrast. Sa slike se vidi da postoje spora i brza pod/nad naponska zaštita U>,U>> i U<, U<< kao i spora i brza pod/nad frekvencijska zaštita f<, f<< i f>, f>>. Ono što je važnije je da kod bioplinskih postrojenje postoji i zaštita Δθ kao i df/dt> odnosno df/dt< Podešenje zaštite za odvajanje kod bioplinskih elektrane je paramterirano prema tablici. Tablica 3.1. Podešenje zaštite u bioplinskom postrojenju Prvi stupanj podnaponske zaštite U< 90% U n t< 1 sec Drugi stupanj podnaponske zaštite U<< 80% U n t<< 0,2 sec Prvi stupanj nadnaponske zaštite U> 110%U n t> 30 sec Drugi stupanj nadnaponske zaštite U>> 115%U n t>> 0,2 sec Prvi stupanj nadzora frekvencije f1-1 Hz (f n ) t1 0,5 sec Drugi stupanj nadzora frekvencije f2-1,5 Hz (f n ) t2 0,1 sec Treći stupanj nadzora frekvencije f3 +1,5 Hz (f n ) t3 0,1 sec Vrijeme provjere faznog pomaka tf 4 ciklusa Δθ 8

11 4 Sunčana elektrana snage 300 kw Zaštita u sunčanim elektranama će se razmatrati kroz primjer 300kW sunčane elektrane Comprom. Zaštita elektrane od otočnog pogona je realizirana pasivnim i aktivnim principom. Pasivni princip zaštite je na prekidaču za odvajanje i aktivni u izmjenjivačima. Izmjenjivač koji je upotrijebljen u ovoj elektrani je opremljen sa kontinuiranim nadzorom FN modula, zaštitom od gubitka mrežnog napajanja, prenaponskom zaštitom FN modula, zaštitom od inverznog polariteta FN modula, digitalnim ulazom za vanjski nadzor, potpunom integracijom sa SANTERNO daljinskim sustavom nadzora za provjeru proizvodnje i detekcije alarma, potpunim daljinskim nadzorom i pristupom putem SunwayPortal web portala, sustavom za praćenje rada mreže, uređajem za automatsku sinkronizaciju, sustavom za praćenje valnog oblika napona mreže, zaštitnim uređajem relej (U>, U>>, U<, U<<, f<, f> >i uređajem za isključenje s mreže i uključenje na mrežu (isključenje s mreže u slučaju nedozvoljenog pogona i uključenje na mrežu nakon ispunjenja uvjeta paralelnog rada) i uređajem za detekciju otočnog rada (vrijeme prorade maks. 5 s). TS 10/0.4 kv COMPROM BREZJE 0.4 kv QAC TS 35/10 kv VARAŽDIN 1 VP 10 kv Biškupečka 500 A Slika 4.1. Sustavi zaštite na sućelje SE Comprom i mreže HEP-a U izmjenjivaču su realizirane sljedeće funkcije prema VDE standardu zaštite: podnaponska U<, trenutna podnaponska U<<, nadnaponska U>, trenutna nadnaponska U>>, podfrekvencijska f< i nadfrekvencijska f> i df/dt>. Za zaštitu podnapona koristi se podnaponska zaštita koja je podešena na U<0,90Un s vremenom prorade 20 s i brza podnaponska U<<0,75Un. Za zaštitu od prenapona mrežne frekvencije koristi se prenaponska zaštita U> koja je podešena na 1,1Un s vremenom prorade

12 DIgSILENT 10 s (Prema zahtjevu HEP-a). Za zaštitu od visokog prenapona koristi se brza prenaponska zaštita U>> koja je podešena na 1,15 Un s vremenom prorade 0,1 spodfrekvencijska zaštita je podešena na 47 Hz s vremenom prorade od 0,1 s, a nadfrekvencijska zaštita je podešena na 52 Hz s vremenom prorade od 0,1 s. Zaštita od brzine propada frekvencije df/dt =0,5 Hz s vremenom 0,1 s. 4.1 Simulacija ispitivanja zaštite od otočnog pogona sunčane elektrane U trenutku t=100 ms od početka simulacije isključen je vod 10 kv iz TS 35/10 kv V1: 0,16 0,12 0,08 0,04-0,00-0,04-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] Izvod iz TS 35/10 kv Varazdin 1: Positive-Sequence Current, Magnitude/Terminal i in ka 0,04 0,03 0,02 0,01-0,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, s ka s ka s ka s ka s ka -0,01-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] TRF TS Comprom Plus: Positive-Sequence Current, Magnitude/HV-Side in ka s ka s ka s ka -0,20-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] QAC- TS SE Comprom plus: Positive-Sequence Current, Magnitude/Terminal i in ka 0,40 0,30 0,20 0,10 0, s ka s ka s ka -0,10-0,1000 0,1184 0,3367 0,5551 0,7734 [s] QAC-Izmjenjivac A: Positive-Sequence Current, Magnitude/Terminal i in ka 0,9918 0,9918 0,9918 0,9918 Slika 4.2. tijek promjena vrijednosti I ks na vodu 10 kv iz TS 35/10 kv V1 struje Date: 2/23/2014 Prvi oscilogram od gore prikazuje promjene na VN-strani transformatora 10/0,4 kv TS. Drugi oscilogram od gore prikazuje promjene na vodu između razvodnog ormara QAC i 0,4 kv sabirnica TS. Treći oscilogram od gore prikazuje promjene na vodu između stezaljki izmjenjivača A (100 kw) i razvodnog ormara QAC. Četvrti oscilogram od gore priazuje promjene u trenutku t = 205 ms od početka simulacije kada dolazi do prorade podnaponske zaštite izmjenjivača te isključenja svih izmjenjivača sa mreže 0,4 kv. U trenutku t=300 ms od početka simulacije dolazi do prorade podnaponske zaštite uređaja Thytronic unutar QAC. (- Q1) U trenutku t=400 ms od početka simulacije dolazi do prorade podnaponske zaštite prekidača za odvajanje. (-Q02). Otočni se pogon u izmjenjivačima pored U/f zaštite u samim Annex: /1

13 izmjenjivačima detektira i aktivnim mjerenjem impedancije mreže korištenjem periodičkog utiskivanja strujnih impulsa. Ako dođe do ravnoteže proizvodnje Sunačne elektrane i potrošnje na izvodu, izmjenjivači prate impedanciju mreže i detektiraju naglu promjenu impedancije. Izmjenjivači kod tog ravnotežnog stanja mogu detektirati otočni pogon kod prekida. Pri tim uvjetima sklop ENS31 u izmjenjivačima automatski isključuje izmjenjivače s mreže u vremenu do 5 s. Slika 4.3. Detekcija otočnog pogona sugladno VDE pokusu U nekim drugim sunčanim elektranama kod koji se koriste izmjenjivači tvrtke SMA zaštita od otočnog pogona je izvedena s aktivom zaštitom od otočnog pogona SunnyTriPower koja prati promjenu radne točke reaktivne komponente struje izmjenjivača. Reaktivna komponenta struje se mijenja putem AID (Anti islanding Detection kontrolera) u namjeri da omogući isporuku induktivne ili kapacitivne snage kako bi se naizmenice injektirala u mrežu. Ako ne postoji priključena mreža koja iz bilo kojeg razloga ispadne pri ravnoteži predane i primljene snage ili ako se pojavi oscilatorni strujni LRC krug na izlazu izmjenjivača (Sunny Central izlaz), reaktivna snaga se ne može isporučiti u mrežu. Nadzorna jedinica u izmjenjivaču isključuje izmjenjivač. Slika 4.4. Zaštita od otočnog pogona SMA izmjenjivača Kod kratkih prekida (manjim od 3 s), nakon kratkih spojeva i prorade zaštita elektrane ili prekidača za odvajanje elektrana se uključuje nakon 5 s. Detekcija nesimetrije napona je

14 uključena i podešena na 10 % Un i vrijeme prorade 5 ms. Detekcija maksimalne brzine promjene frekvencije napona df/dt je uključena i podešena na 1 Hz/s i vrijeme prorade 10 ms. 5 Zaključak U radu su prikazane zaštite od otočnog pogona za tri različita tipa distribuirane proizvodnje iz obnovljivih izvora energije. U prvom dijelu obrađena je elektrana na biomasa sa parnim kotlom, parnom turbinom i sinkronim generatorom. U drugom dijelu je obrađena elektrana na bioplin sa plinskim motorom i sinkronim generatorom. U trećem dijelu opisana je sunčana elektrana sa statičkim izmjenjivačima renomiranog proizvođača. Kod prvog tipa elektrane je ustanovljeno kako zaštita od pomaka faznog kuta napona i mreže Δθ> ne zadovoljava uvjete postavljene Mrežnim pravilima elektroenergetskog sustava ODS-a vezano za otočni rad elektrane. Zato je predloženo uvođenje funkcije zaštite brzine promjene frekvencije df/dt> koja je osjetljivija i bolje prepoznaje debalans snage proizvodnje i potrošnje izvoda kod realnih vrijednosti. Kod drugog tipa elektrane već proizvođač generatorskog bloka koristi višu razinu integracije mikroprocesorskog releja koji ima i brzi stupanj podfrekvencijske zaštite uz postojeću df/dt> funkciju. Kako je dinamika plinskog motora u generatorskom bloku različita od parne turbine ovakav sustav zaštite je neosjetljiv na promjene uslijed debalansa snage. Kod sunčanih elektrana koriste se vrlo kvalitetni izmjenjivači koji u sebi imaju ugrađene pasivne elemente i posebne aktivne elemente zaštite od otočnog pogona. Široka primjena u Europi ovakvih pretvarača rezultirala je najnaprednijim sustavom zaštite od otočnog pogona. 6 Popis referenci [1.] Mreža pravila elektroenergetskog sustava, NN 36/06, MINGORP [2.] R. Bugdal, A. Dysko, G.M.Burt, J.R. McDonald :''Performance analysis of the ROCOF and Vector Shift Methods using a dynamic protection modelling approach'', PSP 2006, Effect of distributed generation on power system protection, pp [3.] A. Beddoes, P. Thomas, M. Gosden :''Loss of Mains protection relay performances when subjected to network disturbances/events'', 18 th International Conference on Electricity Distribution CIRED, Turin, 6-9 June 2005 [4.] S. Nikolovski, P. Marić Elaborat podešenje zaštite elektrane na biomasu Strizivojan Hrast na mrežu HEP-a ETF Osijek, listopad 2010 [5.] Energocontrol Zagreb : ''Izbor podešenja električnih zaštita u postrojenjima me Hrast Strizivojna'', Elaborat, [6.] S.Nikolovski, P.Marić, Elaborat podešenja zaštite Sunčane elektrane Comprom Plus 300 kw na mrežu HEP-a, Elektrotehnički fakultet Osijek, veljača [7.] W. Freitas, Z. Huang, W. Xu, A Practical Method for Assessing the Effectiveness of Vector Surge Relays for Distributed Generation Applications, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, no. 1, siječanj [8.] Woodward Manual MRG3 GB, Woodward SEG GmbH & Co. KG, 2006