Розглядаються суттєві фактори впливу ВДЕ на режими напруги в електричній мережі
Основні параметри напруги та їх вплив на роботу споживачів
Якість напруги є одним із ключових показників функціонування електроенергетичної системи. В умовах інтеграції відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) це питання набуває особливої актуальності, оскільки розподілена генерація безпосередньо впливає на профіль напруги в мережі.
Згідно з вимогами стандарту [1], для мереж середньої та низької напруги регламентуються такі основні показники якості напруги - відхилення напруги від номінального значення, частота, коефіцієнт гармонічних спотворень (THD), несиметрія фаз, короткочасні провали та перенапруги, флікери (короткочасні коливання напруги). Наприклад, для мереж 110–330 кВ допустимі відхилення напруги зазвичай не перевищують ±5 %, тоді як для мереж 0,4–10 кВ допускається ±10 %. Навіть незначні відхилення можуть призводити до перегріву асинхронних двигунів, прискореного старіння ізоляції трансформаторів або некоректної роботи силової електроніки [7].
Відповідно до стандарту [3], гармонічні складові напруги повинні контролюватися та вимірюватися за уніфікованою методикою. Перевищення допустимого рівня THD (зазвичай 5 % для низьковольтних мереж) викликає додаткові втрати, резонансні явища та помилки в роботі релейного захисту [6]. Таким чином, параметри напруги визначають не лише комфорт споживача, але й надійність і економічність роботи всієї енергосистеми [6].
Сучасні засоби регулювання напруги в електричній мережі
Традиційно регулювання напруги в електричних мережах здійснюється централізовано з можливістю локального регулювання у споживачів. Основними технічними засобами є:
• регулятори під навантаженням (OLTC) силових трансформаторів;
• ступінчасті та плавні регулятори напруги;
• батареї статичних конденсаторів;
• шунтуючі реактори;
• синхронні компенсатори.
У магістральних мережах високої напруги широко застосовуються системи FACTS (Flexible AC Transmission Systems), зокрема SVC та STATCOM. Їх робота регламентується вимогами [4] та рекомендаціями [5] щодо підтримки стабільності напруги. Водночас традиційні методи не завжди ефективні в умовах значної частки розподіленої генерації, оскільки не враховують локальний характер змін потужності від ВДЕ.
Вплив ВДЕ на якість напруги
Інтеграція сонячних та вітрових електростанцій змінює класичну структуру потоків потужності [8]. Якщо раніше енергія передавалася зверху вниз (від підстанцій до споживачів), то сьогодні можливий зворотний перетік.
Це викликає:
• локальні перенапруги у години максимуму генерації;
• швидкі коливання напруги через зміну погодних умов;
• зростання гармонічних складових через інверторну техніку.
Стандарт [2] визначає вимоги до роботи розподілених джерел у частині підтримки напруги та реактивної потужності. Зокрема, інвертори повинні мати можливість роботи за характеристикою Volt-Var та Volt-Watt.
Таким чином, ВДЕ можуть бути як джерелом погіршення якості напруги, так і інструментом її покращення — залежно від режиму керування.
Можливості і способи регулювання та оптимізації напруги засобами ВДЕ
Саме цей напрям сьогодні є найбільш перспективним. Сучасні інвертори ВДЕ фактично стали активними елементами системи регулювання. Згідно з [2] інвертори повинні підтримувати:
• автоматичне регулювання реактивної потужності (Volt-Var);
• обмеження активної потужності при перевищенні напруги (Volt-Watt);
• участь у підтримці частоти;
• роботу в режимі «grid support».
Основні механізми оптимізації:
Локальна компенсація реактивної потужності: Інвертор генерує або споживає реактивну потужність для стабілізації локального вузла мережі. Це дозволяє зменшити коливання напруги без втручання диспетчера.
Децентралізоване керування напругою: Алгоритми автономного керування дозволяють підтримувати напругу в допустимих межах навіть при швидких змінах генерації.
Інтеграція з накопичувачами енергії: Акумуляторні системи забезпечують згладжування піків генерації, зменшуючи ризик перенапруги.
Smart Grid-підхід: Застосування цифрових підстанцій, протоколів [11]] та SCADA-систем дозволяє координувати роботу ВДЕ з традиційними засобами регулювання.
Динамічна стійкість та підтримка при аваріях: Сучасні вимоги (згідно з останніми звітами [10]) зобов’язують інвертори не лише регулювати напругу в нормальних режимах, а й забезпечувати швидке впорскування реактивного струму під час коротких замикань. Це критично для стабілізації профілю напруги в моменти системних збоїв.
Робота в режимі компенсатора (STATCOM-mode): Можливість інверторів ВДЕ надавати послуги з регулювання напруги навіть за відсутності первинного енергоресурсу (наприклад, робота СЕС у нічний період) дозволяє використовувати їх як розподілені засоби компенсації 24/7.
Гнучкість конфігурації: Можливість дистанційного перемикання між режимами регулювання (за напругою, за реактивною потужністю або за cos φ) дозволяє оператору системи адаптувати роботу ВДЕ до поточної топології мережі.
На відміну від класичних систем, де регулювання було централізованим і повільним, ВДЕ забезпечують швидкодіючий локальний вплив на профіль напруги.
Таким чином, відновлювані джерела переходять із категорії «проблемного елемента» до статусу активного регулятора мережевих режимів.
Висновки
Інтеграція ВДЕ змінює підхід до регулювання напруги в електричних мережах усіх класів напруги — від 0,4 кВ до 330 кВ.
Параметри напруги безпосередньо впливають на надійність електрообладнання та якість електропостачання. Традиційні засоби регулювання залишаються необхідними, проте їх недостатньо при високій частці розподіленої генерації. ВДЕ створюють нові виклики щодо стабільності напруги. Найбільш перспективним напрямом є використання інверторів ВДЕ як активних регуляторів напруги.
Оптимізація напруги із залученням ВДЕ є одним із ключових напрямів розвитку сучасних електричних мереж і невід’ємною складовою концепції Smart Grid.
Література:
1. EN 50160 — Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. URL: https://standards.globalspec.com/std/14582389/en-50160?utm_source=chatgpt.com
2. IEEE 1547-2018 — Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources. URL: https://standards.ieee.org/ieee/1547/5915/
3. IEC 61000-4-30 — Power quality measurement methods. URL: https://www.en-standard.eu/iec-61000-4-30-2015-electromagnetic-compatibility-emc-part-4-30-testing-and-measurement-techniques-power-quality-measurement-methods/?utm_source=chatgpt.com
4. IEC 60038 — Standard voltages. URL: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/fa679165-f06d-4f44-8e45-4bda6e1057f0/iec-60038?utm_source=chatgpt.com
5. CIGRÉ Technical Brochures on voltage stability and renewable integration. URL: https://www.e-cigre.org/publications/detail/943-evaluation-of-voltage-stability-assessment-methodologies-in-modern-power-systems-with-high-penetration-of-inverter-based-resources.html?utm_source=chatgpt.com
6. Dugan, R. C. et al. Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill. URL: https://www.overdrive.com/media/779476/electrical-power-systems-quality?utm_source=chatgpt.com
7. Bollen, M. H. J. Power Quality in Power Systems and Electrical Machines, Wiley. URL: https://www.sciencedirect.com/book/edited-volume/9780123695369/power-quality-in-power-systems-and-electrical-machines?utm_source=chatgpt.com
8. Boyle, G. Renewable Electricity and the Grid, Routledge. URL: https://www.routledge.com/Renewable-Electricity-and-the-Grid-The-Challenge-of-Variability/Boyle/p/book/9781844077892
9. IEC 61850. https://iec61850.dvl.iec.ch/
10. GRID FORMING CAPABILITY OF POWER PARK MODULES URL: https://eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-documents/Publications/SOC/20240503_First_interim_report_in_technical_requirements.pdf
11. IEC 61850. URL: https://github.com/mz-automation/libiec61850
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter