1

1. UVOD Elektroenergetski sistem BiH, kao i elektroenergetski sistemi (EES) u ostalim državama Evrope i Svijeta, prije uvođenja slobodnog tržišta električnom energijom, sastojali su se iz: proizvodnog sistema, prenosnog sistema, distributivnog sistema i potrošnje i bili su uređeni i upravljani „vertikalno“. U takvom EES, tok energije u distributivnom sistemu tekao je samo u jednom smijeru, tj. od mjesta preuzimanja energije (transformatorske stanice između prenosnog i ditributivnog sistema) preko uglavnom radijalnih vodova i transformatorskih stanica do potrošača. Nakon uvođenja slobodnog tržišta električne energije, osnovne komponente EES su ostale iste, ali je sada uređenje i upravljanje EES iz „vertikalnog“ prešlo u „horizontalno“ (slika 1).

Slika 1. Osnovne komponente EES

Pored uvođenja slobodnog tržišta električne energije došlo je i do pojave distribuiranih generatora. Pojavom distribuiranih generatora, koji se priključuju direktno na distributivnu mrežu, dolazi do promjene smijera tokova snaga u distributivnom sistemu. Pored promjene tokova snaga u samoj distributivnoj mreži, dolazi i do pojave da distributivni sistem predaje aktivnu snagu u prenosni sistem. Sada distributivna mreža nije više samo „pasivan“ član, nego postaje „aktivan“ elemenat EES. 1.1. Šta su to distribuirani generatori? Postoji više definicija i objašnjenja šta su to distribuirani ili disperzni generatori, zavisno od države do države i njihovih zakonskih uređenja EES i različitih tehnoloških standarda. Uglavnom pod distribuiranim generatorima se podrazumjevaju generatori manjih snaga, koji se priključuju direktno na distributivnu mrežu i koji za pogon koriste obnovljive izvore energije ili viškove energije iz nekog drugog tehnološkog (proizvodnog) procesa, npr. višak tehnološke pare iz gradskih toplana. Samo ime „distribuirani“ generator ili „disperzni“ generator nastalo je zbog toga što su izvori energije koje oni koriste „raštrkani“ po cijelom teritoriju EES, tako da imamo pojavu velikog broja malih elektrana koje nisu centralizovane nego su naširoko raspoređene po cijelom EES, zavisno od izvora energije koji koriste [1]. Snaga distribuiranih generatora je u praksi definisana naponskim nivoom na koji se oni priključuju (tabela 1). Takvu definiciju snage treba uzeti kao neki okvirni nivo, a ne kao neko strogo definisano pravilo. Tabela 1 Naponski nivoi i granica snage distribuiranih generatora [7]

Proizvodni sistem

Prenosni sistem

Distributivni sistem

Potrošnja

2

„Tehnička preporuka za priključenje malih elektrana na elektroenergetski sistem JP EP BiH“ definiše pojam distribuiranih generatora na slijedeći način [13]: • mE su postrojenja koja u elektrodistributivnu mrežu isporučuju svu proizvedenu

električnu energiju ili višak proizvedene električne energije po podmirenju vlastitih potreba, najveće pojedinačne ili ukupne snage 5 MW.

• mE su :

• Mali termoenergetski objekti u kojima se istovremeno proizvodi električna i toplotna energija, kao rezultat visoke energetske produktivnosti ( mTE ),

• Male hidroelektrane ( mHE) i • Male elektrane na vjetar ( mVE).

Gdje su: mE (male elektrane) = distribuirani generatori (distribuirane elektrane)

1.2. Razlozi koji su doveli do pojave distribuiranih generatora Ne postoji samo jedan razlog zbog kojeg je došlo do pojave distribuiranih generatora, nego je to uglavnom splet većeg broja razloga i okolnosti, a to su [1]:

- energetska kriza u svijetu, nastala zbog veoma malih preostalih rezervi fosilnih goriva, izazvala je aktuelizaciju korištenja obnovljivih izvora energije,

- povećanje ekološke svijesti na globalnom nivou i pokušaj da se smanji emisija CO2, - pokušaj da se dostigne što veća energetska efikasnost i iskoristivost energije uopšte, - uvođenjem slobodnog tržišta i slobodnog pristupa distributivnoj mreži otvorile su se

mogućnosti manjim investitorima da svoj kapital ulože u male elektrane, - manja cijena izgradnje malih elektrana i brže vrijeme njihovog puštanja u rad, - lakše je pronaći prihvatljivu lokaciju za malu elektranu nego za veliku konvencionalnu

elektranu, - proizvodnja se može približiti potrošačima tako da se znatno smanjuju troškovi

prenosa i dr. 1.3. Obnovljivi izvori energije U novom izvještaju organizacije United Nations Environment Programme (UNEP) navodi se slijedeće [14]: - Obnovljivi izvori energije sve se više koriste kao glavna alternativa fosilnim gorivima koja su odgovorna za velike emisije stakleničkih plinova. - Na kraju 2005 godine instalirana snaga obnovljivih izvora energije bila je oko 182 GW. Novi izvještaj (Renewables Global Status Report 2007) [14] udruženja REN21, kaže da je trenutno u svijetu instalirano oko 4.300 GW snage ukupno, a od toga oko 240 GW dolazi iz čistih obnovljivih izvora energije (bez velikih hidroelektrana), i time se izbjegava emisija od oko pet gigatona ugljika u atmosferu. To je oko 32-postotni rast obnovljivih izvora energija u manje od dvije godine što je vrlo ohrabrujuće za tržište obnovljivih izvora energije. U obnovljive izvore energije spadaju: - energija vjetra, - energija vode (hidropotenicijali na kojima su izgrađene male hidroelektrane do 5 MW), - energija sunca, - geotermalna energija, - biomasa, - energija mora (plima i oseka) i dr.

3

1.4. Vrste distribuiranih generatora Distribuirani generatori se razlikuju po vrsti energenta koji koriste. Ovdje su navedene neke vrste distribuiranih generatora koji su trenutno najčešće u upotrebi u svijetu:

- kombinovane toplane-elektrane (kogeneracija) - male hidroelektrane - vjetroelektrane na kopnu - vjetroelektrane na moru - solarne elektrane - gasne elektrane (na prirodni zemni gas) - elektrane koje koriste biomasu (biomasa – drvo, slama i ostale materije organskog

porjekla) - elektrane koje koriste biomasu - biogas (biogas se dobija raspadanjem organskih

materija) - geotermalne elektrane

1.5. Postojeći (instalirani) kapaciteti u svijetu i BiH U tabeli 2. prikazani su postojeći instalirani kapaciteti u svijetu (dati u MW), tabela 3 pokazuje vrste i snage instaliranih distribuiranih generatora, dok je u tabeli 4. prikazan instalirani kapacitet vjetroelektrana do januara 2000. Na slici 2. prikazan je odnos instaliranih distribuiranih generatora u odnosu na ukupan instalirani proizvodni kapacitet za nekoliko zamalja Evrope i Australiju. Tabela 2. Postojeći instalirani kapaciteti distribuiranih generatora dati u MW do 2000.godine [1]

Država Ukupan instalirani kapacitet

distribuiranih generatora

Ukupan instalirani kapacitet sistema

Maksimalno opterećenje

(potrošnja) u sistemu

Odnos distribuirane proizvodnje u

odnosu na ukupan instalirani kapacitet

sistema u % Australija 5 224 42 437 29 841 12,3 Belgija 1 938 14 693 11 972 13,2 Danska 3 450 12 150 6 400 28 Francuska 1 753 114 500 68 900 2,5 Grčka 43 9 859 6 705 0,4 Italija 3 708 70 641 43 774 5,2 Nizozemska 5 280 18 981 12 000 28 Poljska 5 008 33 400 23 500 15 Španija 4 000 50 311 27 251 8 UK 5 977 68 340 56 965 8,7

4

Slika 2. Odnos instaliranih kapaciteta distribuiranih generatora u odnosu na cjelokupnu instaliranu

proizvodnu snagu EES zemalja Evrope i Australije do 2000.godine [1] Tabela 3. Snage instaliranih distribuiranih generatora u svijetu zavisno od vrste energije (MW) do 2000.godine [1]

Država Dizel i gas Kogeneracija Vjetar Para Hidro Solarne Ostale (npr. otpad) Australija 718 1747 5 2754 Austrija * 70 13,3 616 0,7 Belgija 214 1174 5 97 1938 Češka 977 Danska 2000 1450 Francuska ** 610 435 8 450 250 Njemačka 2800 1545 3333 17 904 Grčka 3 40 Indija 970 155 32 Italija 492 766 34 2159 5 252 Norveška 4736 427 37 80 Poljska 3000 2008 Španija 2500 1500 UK 3732 330 1494 421 * Samo elektrane do 10MW ** Samo elektrane priključene na mrežu naponskog nivoa do 20kV Tabela 4. Instalirani kapaciteti vjetroelektrana u MW do januara 2000 [1] Njemačka 3 899Danska 1 761Španija 1 131UK 351Ukupno Evropa 8 349Sjeverna Amerika 2 617Indija 1 062Ostali 427Ukupno u svijetu 12 455

5

Podaci za instalirane kapacitete vjetroelektrana iz 2005.godine, govore slijedeće [14]: • U Europskoj uniji je 2005 instalirano 6183 MW novih vjetroelektrana, a time je pet

godina prije roka postignut cilj unije da se do 2010 godine instalira barem 40 GW vjetroelektrana.

• U zadnjih deset godina svake se godine snaga instaliranih vjetroelektrana povećavala za u prosjeku 32% na području cijele Europske unije.

• Pet najvećih tržišta energije vjetra u Europskoj uniji u 2005 godini su Njemačka (1808 MW), Španjolska (1764 MW), Portugal (500 MW), Italija (452 MW) i Ujedinjeno kraljevstvo (446 MW).

• Nakon 2005 godine dvije zemlje unutar Europske unije imaju instalirano više od 10 GW vjetroelektrana (Njemačka sa 18428 MW i Španjolska sa 10027 MW), a pet ih ima više od jednog gigawata (Danska 3122 MW, Italija 1717 MW, Ujedinjeno kraljevstvo 1353 MW, Nizozemska 1219 MW i Portugal 1022 MW).

• Ukupno instaliranih 40504 MW vjetroelektrana daje godišnje u prosjeku oko 83 TWh električne energije, a to je 2.8% potrošnje električne energije u Europskoj uniji 2004 godine.

U Hrvatskoj u rad su puštene dvije vjetroelektrane i planirana je izgradnja još nekih kapaciteta, a podaci o njima dati su u tabelama 5 i 6. Tabela 5. Instalirani i u rad pušteni kapaciteti vjetroelektrana u Hrvatskoj [17]

Lokacija Broj vjetrogeneratora

Snaga vjetrogeneratora

Ukupna instalirana snaga

Broj radnih sati

Ravna – Pag 7 850 kW 5,95 MW 1600 Trtar - Krtolin 14 1000 kW 14 MW 2200 Tabela 6. Planirane i u raznim fazama izgradnje vjetroelektrane u Hrvatskoj [17]

Lokacija Broj vjetrogeneratora

Ukupna instalirana snaga

Predviđen početak gradnje

Investitor

Vrataruša – Senj 22 66 MW 2007. Valalta Ćićarija 34 80 MW 2008. Valalta Ponikve - Ston 17 34 MW 2007. Enersys Pometeno brdo - Klis 16 16 MW 2006. Končar

Ostvare li se svi najavljeni projekti, Hrvatska će već 2010. godine raspolagati sa šest vjetroelektrana ukupne snage 171,65 MW, a kako ukupna instalirana snaga elektrana iznosi 3745 MW, radilo bi se o 4.5% instalirane snage iz vjetroelektrana [17].

U BiH stanje već instaliranih ditribuiranih generatora prikazano je u tabeli 7. [6, 10, 11, 24,]. Tabela 7. Instalirani kapaciteti distribuiranih gneratora u BiH Vrsta i vlasništvo Broj elektrana Instalisana snaga EP BiH male hidroelektrane 8 19,82 MW EP RS male hidroelektrane 5 14,08 MW Privatne male hidroelektrane 11 12 MW „Global Ispat“ industrijska elektrana 1 16,5 MW

6

Hidroenergetski potencijali BiH [8]: • ukupni procijenjeni tehnički hidropotencijal u BiH je oko 23.395 GWh/god • od toga ukupni procijenjeni tehnički potencijal malih hidroelektrana (mHE) je oko

2.599 GWh/god U BiH za sada nema niti jedne vjetroelektrane, ali su najavljeni neki projekti u okolini Mostara (Podveležje) [26], gdje bi trebalo biti instalirano nekoliko vjetroelektrana ukupne snage 60 MW. Energija vjetra u BiH, prema nekim istraživanjima, procjenjuje se na oko 600 MW. Na slici 3. prikazan je izgled vjetroelektrane, male hidroelektrane sa hidrogeneratorom i bilans snaga proizvodnje i potrošnje u JP EP BiH.

Vjetroelektrana [17] Protočna mala hidroelektrana i hidrogenerator [11]

Bilans proizvodnje i potrošnje električne energije u JP EP BiH [10]

Slika 3.

7

2. TEHNIČKI UTICAJ DISTRIBUIRANIH GENERATORA NA DISTRIBUTIVNU MREŽU Pored neospornih pozitivnih uticaja distribuirane proizvodnje, pogotovo ako te uticaje posmatramo sa strane uticaja na okolinu, priključenje distribuiranih generatora na distributivnu mrežu izaziva i razne probleme tehničke prirode, koji će ovdje biti samo nabrojani i ukratko opisani, dok će neki od njih biti posebno i detaljno obrađen u glavnom dijelu ovog diplomskog rada (poglavlje 4.). 2.1. Uticaj na tokove snaga Distributivna mreža je u većini slučajeva radijalna i izgrađena mnogo godina ranije, tako da prilikom njezine gradnje nije bilo planirano priključenje distribuiranih generatora na nju. Tokovi snaga u distributivnim mrežama, bez distribuiranih generatora, teku u jednom smjeru, tj. od mjesta preuzimanja energije (transformatorske stanice između prenosne i distributivne mreže), pa do potrošača. Nakon priključenja distribuiranih generatora na distributivnu mrežu, [1] dolazi do promjene smjerova u tokovima snaga i može se reći da distributivni vodovi postaju dvostrano napajani vodovi. Tokovi snaga u distributivnoj mreži sa i bez distributivnih generatora prikazani su na slikama 4.a. i 4.b. Ako je distribuirani generator priključen blizu mjesta velike potrošnje, onda će sva aktivna snaga koju generator proizvede biti odmah potrošena i praktično će se smanjiti potreban put koji energija treba preći do potrošača, a time se smanjuju i gubici u distributivnoj mreži. Ali ako je distribuirani generator ili grupa njih priključen na kraju radijalnog voda, distributivne mreže koja je slabo opterećena (najčešći slučaj u praksi), tada je moguće da distribuirani generator proizvede više energije, nego što je potrošači mogu potrošiti, tako da dolazi do pojave da distributivna mreža predaje aktivnu snagu u prenosni sistem (što nije uobičajeni tok snaga). A pošto je distribuiranu proizvodnju teško kontrolisati i njome upravljati na konvencionalan način, tada taj problem itekako dobija na značaju. Lako se može desiti da u mrežama koje nisu imale problema sa preopteretivošću, nakon priključenja distribuiranih generatora, te mreže rade blizu svojih gornijh prenosnih opterećenja. [1]

Slika 4.a. Tokovi snaga u distributivnom sistemu

bez distribuiranih generatora [1]

8

Oznake: CHP – kombinovana toplana-elektrana (kogeneracija), A – asinhroni generator, S – sinhroni generator, pv – fotonaponske ćelije, P – aktivna snaga, Q – reaktivna snaga

Slika 4.b. Tokovi snaga u distributivnom sistemu sa distribuiranim generatorima [1]

2.2. Uticaj na naponske prilike u distributivnoj mreži Svaki distributivni sistem ima obavezu da svoje potrošače snabdijeva električnom energijom određenog kvaliteta. Jedan od zahtjeva, koje svaka distribucija mora da ispuni, je da se naponski nivo kod svakog potrošača održava konstantnim tj. napon može da varira u standardom propisanim granicama ( npr. ± 5 %). Svaka država ima standarde koji propisuju naponske nivoe u distributivnom sistemu, u BiH to su: 35kV, 10(20)kV i 0,4kV. Jedan od načina održanja napona u određenim granicama, kako prilikom maksimalnog opterećenja (maksimalne potrošnje), tako i prilikom minimalnog opterećenja (minimalne potrošnje) je pomjeranjem „štufe“ regulacionih transformatora. Vodovi u distributivnim mrežama su radijalni i naponske prilike duž jednog takvog voda prikazane su na slici 5.

Slika 5. Pad napona duž distributivnog radijalnog voda, zavisno od opterećenja (potrošnje)

Ako sada na distributivnu mrežu priključimo distribuirani generator na kraju voda, kao na slici 6. doći će do promjene naponskih prilika na vodu.

9

Oznake: A napon se održava konstantnim pomoću regulacionog transfornatora

A-B pad napona, zbog potrošnje, duž srednjenaponskog (SN) voda B-C porast napona zbog pomjeranja „štufe“ na SN/NN transformatoru C-D pad napona u SN/NN transformatoru D-E pad napona na niskonaponskom (NN) vodu

Slika 6. Distributivni vod sa distribuiranim generatorom i naponske prilike duž voda [1]

Najveće promjene u mreži se osjećaju kada je distributivna mreža veoma malo opterećena, tako da snaga koju proizvodi distribuirani generator ne može biti potrošena u samoj distributivnoj mreži, nego snaga teče prema prenosnom sistemu. Do promjene naponskih prilika dolazi i zbog toka reaktivne snage u ditributivnoj mreži, npr. ako sinhroni generator radi u poduzbuđenom sistemu ili ako je na mrežu priključen nekompenzirani asinhroni generator (kome je reaktivna energija potrebna da bi uopšte mogao raditi). [1] Ono što se mora uzeti u obzir prilikom proračuna distributivnih [5] mreža je odnos X/R, jer kod distributivnih mreža ne možemo zanemariti aktivnu otpornost kao kod prenosnih mreža, u obzir moramo uzeti i induktivnost ali zato možemo zanemariti kapacitivnost distributivnih vodova, tako da distributivne vodove možemo modelovati impedansom Z = R + jX. (Slika 7.)

Slika 7. Distributivni vod modelovan impedansom Z

Vidimo da na vodu dolazi do pada napona zbog postojanja impedanse voda ( Z ) i taj pad moguće je računati prema formuli:

2

22

VXQRPV +

=Δ (2.1)

10

2.3. Povećanje snage kratkog spoja Distribuirani generator priključenjem na distributivnu mrežu povećava snagu kratkog spoja mreže, tako da se moraju ponovo razmotriti i najvjerovatnije izmjeniti zaštitne mjere koje su već postojale u distributivnoj mreži. Ako pojavu povećanja snage kratkog spoja posmatramo sa aspekta kvaliteta električne energije, onda je to pozitivna pojava. Jer veća snaga kratkog spoja distributivne mreže znači i da je bolji kvalitet električne energije u toj mreži. [1] 2.4. Kvalitet električne energije Postoje dva aspekta sa kojih se može posmatrati kvalitet električne energije, a to su [3]:

1. varijacije napona zbog tranzijentnih pojava u sistemu i 2. harmonijska distorzija napona u distributivnoj mreži.

Distribuirani generatori mogu i poboljšati i pogoršati kvalitet električne energije u distributivnoj mreži, zavisno od njihove snage i važnosti u toj mreži..

Zaštita Potrebno je uočiti nekoliko različitih aspekata kada se posmatra zaštita [1]:

1. Sama zaštita distribuiranog generatora i cijele male elektrane 2. Zaštita od kvarova u distributivnoj mreži od struja kratkog spoja koje su značajno

povećane zbog priključenja distribuiranog generatora 3. Zaštita od pojave ostrvskog rada 4. Uticaj distribuiranog generatora na već postojeću zaštitnu opremu u distributivnom

sistemu Svi ovi aspekti izazivaju dodatna ulaganja u adaptaciju sistema zaštite, nakon priključenja distribuiranih generatora. Stabilnost sistema

Distribuirani generator kada se priključi na distributivnu mrežu postaje aktivan dio cjelokupnog sistema i ima manji ili veći uticaj na stabilnost tog sistema, zavisno od same njegove snage, mjesta gde je priključen, jačine konzuma u njegovoj blizini i sl. Ako je distribuirani generator priključen na jaku mrežu (veliki konzum) i ako je njegov uticaj takav da se može posmatrati samo kao objekat koji proizvodi kWh iz obnovljivih izvora energije, onda je njegov uticaj na tranzijentnu stabilnost zanemariv. Tj. ako dođe do poremećaja (kvara) u distributivnoj mreži koji za posljedicu ima pad napona u mreži, tada će doći do ubrzanja rotora distribuiranog generatora (koji nastoji da nadoknadi pad napona) sve dok ne proradi zaštita generatora i dođe do njegovog ispadanja sa mreže. Kada se prilike u mreži vrate u normalu, relej koji je satavni dio šeme upravljanja distribuiranog generatora poslaće signal i doći će do ponovnog automatskog uključenja generatora na mrežu. Najveća „šteta“ u tom slučaju je period (vrijeme) u kojem nema proizvodnje električne energije od strane distribuiranog generatora. [1] Ali ako je generator priključen na slabu mrežu (mali konzum) tada on ima itekako veliki uticaj na tranzijentnu ugaonu stabilnost distributivne mreže. Promjene u takvoj mreži može izazvati i samo uključenje ili isključenje generatora na mrežu, kao i režim njegovog rada. Zavisno od tačke priključenja distribuiranog generatora i njegove snage distribuirani generator ima manji ili veći uticaj i na cjelokupan EES.

11

Ekonomski uticaj distribuiranog generatora na distributivni sistem

Sa ekonomskog stajališta, distribuirani generatori mogu povećati ili smanjiti gubitke u distributivnoj mreži tako da mogu uticati i negativno i pozitivno na ekonomske rezultate distributivnih kompanija. Dakle ako su distribuirani generatori priključeni na distributivnu mrežu koja ima veliki konzum, smanjiće se put potreban da energija dođe do potrošača i samim time će se smanjiti i troškovi koje izazivaju gubici u mreži, dok je sasvim suprotna slika ako je distribuirani generator priključen na mrežu malog konzuma, tada se gubici u distributivnoj mreži povećavaju na značajan nivo i praktično su distributivne kompanije na gubitku. Trenutno, distribuirani generatori nemaju ulogu regulatora napona u mreži, mada bi se to moglo urediti određenim mrežnim pravilima tako da tokom velikih (vršnih) opterećenja (potrošnje) generator u mrežu injektira reaktivnu snagu (Q), a tokom minimalnog opterećenja mogao bi reaktivnu snagu da vuče iz mreže. Takav pokušaj uređenja rada distribuiranih generatora uveden je u Danskoj za generatore koji su instalirani u kombinovanim toplanama-elektranama (kogeneraciji). U stvari urađeno je slijedeće: distribuirani generatori rade u tri režima (tri različita faktora snage) zavisno od doba dana. Tokom perioda vršnog opterećenja generatori u mrežu injektiraju reaktivnu snagu, dok u periodu slabog opterećenja (male potrošnje) generatori rade sa jediničnim faktorom snage ili ako je to potrebno u poduzbuđenom režimu (vuku reaktivnu snagu iz mreže).[1] Zaštitna tehnika i ostala oprema u distributivnim mrežama priključenjem generatora više nije adekvatna ni po snazi niti po parametrima na koje je podešena zaštita, te su zbog toga potrebna dodatna finansijska ulaganja. Uticaj distribuiranih generatora na prenosni sistem Uticaj na prenosni sistem takođe može biti pozitivan, ako se problem postavi na taj način da će tokom „vrha“ potrošnje (vršnog opterećenja) zbog rada distribuiranog generatora biti potrebno manje snage preuzeti iz prenosnog sistema, tako da će se i na prenosnim vodovima (zbog manje potražnje) smanjiti prenos snage. Taj uticaj može biti veoma značajan ako imamo prenosne vodove koji rade na gornjoj granici svoga kapaciteta. Takođe taj uticaj može biti i negativan, npr. ako tokom „vrha“ potrošnje iz nekog razloga distribuirani generator prekine proizvodnju (ispadne sa mreže), tada naglo poraste snaga koja se povlači iz prenosnog sistema koji je u tom periodu već ionako opterećen i radi na granici svoga kapaciteta. [1] Uticaj distribuiranih generatora na proizvodni sistem

Ovdje pod proizvodnim sistemom podrazumjevamo velike konvencionalne elektrane koje su centralizovane oko velikih izvora energije (rudnici ili velike akumulacije). Distribuirani generatori mogu umanjiti potražnju za izlaznom snagom velikih elektrana, ali sistem upravljanja postaje nesigurniji, jer je sada teže procijeniti stanje i potrebe u EES. Tako da sistem operator koji upravlja EES zbog nemogućnosti upravljanja distirbuiranim generatorima na način kojim upravlja velikim elektranama mora u sistemu uvijek imati dodatne rezerve u odnosu na sistem bez distribuiranih generatora kako bi održao cjelovitost i integritet EES. Nesigurnost koju izazivaju distribuirani generatori u EES može se opisati na način da je teško predvidjeti njihovu mogućnost proizvodnje u svakom trenutku, prvenstveno zbog izvora energije koje oni koriste (vjetar, sunce itd.), tako da se predviđanja proizvodnje vrše na osnovu meteroloških izvještaja koji ne moraju biti tačni. [1]

12

Načini i metode analize

Analiza stabilnosti i uticaj distribuiranih generatora na distributivne mreže, vrši se pomoću do sada poznatih načina i metoda, a to su: proračun tokova snaga; proračun kvarova (proračun kratkih spojeva); studije stabilnosti ( proračun stabilnosti malih i velikih poremećaja, statička i tranzijentna stabilnost). U ovom radu, za analizu stacionarnog stanja, biće korišten progranski paket PSAT, pomoću kojeg će se, na modelu testne mreže, ilustrovati uticaj disatribuiranih generatora na distributivni sistem.

13

3. OSNOVNE KARAKTERISTIKE RADA GENERATORA Distribuirani generatori, koji su danas u upotrebi, su u stvari konvencionalne rotacione mašine, tj. sinhroni ili asinhroni generator ili u nekim slučajevima to su strujni sklopovi sačinjeni od energetske elektronike. Ako uporedimo sinhroni generator koji se koristi u velikoj konvencionalnoj elektrani i sinhroni generator koji se koristi u distribuiranoj proizvodnji, mogu se uočiti velike razlike u načinu rada, kontrole i načinu priključenja tih generatora. Zbog toga, različit je i njihov uticaj na EES. Sa druge strane asinhrone mašine veoma su česte i naširoko su raspoređene po cijelom EES, ali se uglavnom koriste kao motori a veoma rijetko kao generatori. Energetska elektronika koristi se za konverziju energije koja se dobija iz fotonaponskih ćelija, gorivih ćelija i sl., ali koriste se i kao pretvarači koji služe za upravljanje rotacionim mašinama. Na slici 8. prikazan je distribuirani generator priključen na radijalni distributivni vod , koji je preko regulacionih transformatora priključen na prenosni sistem. Potrošači su vezani na distributivni vod na različitim mjestima.

Slika 8. Distribuirani generator priključen na radijalni distributivni vod [1]

Kada imamo distributivne mreže koje su komplikovanije od ove, radi lakšeg proračuna cijeli distributivni vod može se zamijeniti ekvivalentnom impedansom (slika 8) koja je vezana na krutu mrežu (V=const i f=const). Ako proračun vršimo u per unit sistemu, tada je moduo ove impedance jednak recipročnoj vrijednosti snage kratkog spoja mreže na mjestu priključenja generatora, kada na nju nije priključen distribuirani generator. Podrazumjeva se da odnos X/R mora biti poznat.

14

3.1. Sinhroni generator Sinhroni generator sa stanovišta izbora modela za proračun stabilnosti i energetskih prilika u mrežama je jedan od najkomplikovanijih elemenata mreže. Dinamika sinhronog generatora uključuje različite mehaničke, električne i magnetne komponente koje treba uzeti u obzir prilikom proračuna. Dodatno, na dinamiku sinhronih generatora utiče i sprega između sistema i generatora, kao i sprega sa pogonskim sistemom koji imaju svoje (sopstvene) dinamičke karaktristike. Brzina obrtanja rotora (sinhrona brzina) može se računati prema formuli

p

fn 60= (3.1)

gdje je: n - brzina obrtanja rotora (sinhrona brzina), f - frekvencija EES (50 ili 60Hz) p- broj pari polova Postoje razlike u konstrukciji rotora, koje takođe unose dodatne probleme pri preciznim proračunima, tako da razlikujemo rotore sa istaknutim i rotore sa neistaknutim polovima, zavisno od brzine obrtanja za koju su predviđeni. Veliki generatori koji rade na paru (turbogeneratori) vrte se brzinama od 3000 ob/min i izrađuju se kao rotori sa neistaknutim polovima (cilindrični rotor) i jednim parom polova namotaja, dok se generatori koji se koriste u hidroelektranama (hidrogeneratori) izrađuju sa rotorima se istaknutim polovima i više pari polova namotaja, zbog manjih brzina vrtnje. [1] Dinamiku sinhronih generatora možemo razdvojiti na segmente elektromehaničkih i elektromagnetnih prelaznih pojava, koje međusobno djeluju jedna na drugu ali se mogu aproksimirati odvojeno.[2] Elekromehaničke pojave modelujemo preko jednačina obrtnih masa [2]:

etm

Dm MM

dtd

Ddt

dJ −=+

θθ2

2

(3.2)

gdje su: mθ - mehanički fazni ugao rotora, mjeren u odnosu na referentnu osu, koja se obrće

sinhronom brzinom [rad] J - aksijalni moment svih obrtnih masa sveden na osovinu generatora [kgm2] DD - prigušni koeficijent generatora [kgm2/s]

tM - mehanički moment turbine [Nm]

eM - električni moment generatora [Nm] Ako gornju jednačinu podjelimo sa sGnS ω gdje je GnS nazivna snaga generatora u [VA], a sω sinhrona kružna učestalost u [rad/s], onda dobijamo formulu:

0)(22

2

=−−⋅+⋅ etSGn

D

s

PPdtd

SD

dtdH δ

ωδ

ϖ (3.3)

gdje je: H – vremenska konstanta inercije, koja se u praktičnim primjenama računa kao

922

10)(

37,1 −⋅=Gn

n

SNmD

H [MWs/MVA], a gdje su: 2mD -aksijalni moment inercije svih

obrtnih masa sveden na osovinu generatora [kgm2], nN - nazivna brzina obrtanja rotora

15

navedena na natpisnoj pločici generatora [ob/min], GnS -prividna snaga generatora [MVA]

dtd

Sδω = - sinhrona ugaona brzina [rad/s]

δ - električni ugao između napona na krajevima generatora i indukovane elektromotorne sile na q-osi

tP - mehanička snaga pogonske turbine [p.u.]

eP - električna snaga na krajevima generatora [p.u.] Izraz za mehaničku snagu tP zavisi od tipa pogonske mašine (parna, gasna, hidraulička turbina i sl.), dok izraz za električnu snagu eP ima poseban zančaj pri analizi stabilnosti. Elektrodinamičke pojave modeluju se zavisno od svrhe korišćenja, preciznosti modela i uproštenja koja su uvedena pri modelovanju sinhronog generatora. U literaturi moguće je naći četri (ili više) nivoa preciznosti i modelovanja elekrodinamičkih prelaznih pojava. [2] U praksi najčešće korišten model sinhrone mašine koji se koristi za analizu tranzijentne stabilnosti je jednostavan naponski izvor iza konstantne reaktanse (slika 9 ) Taj model se zasniva na slijedećim pretpostavkama [2]:

1. momenat na osovini mašine ostaje konstantan tokom cijelog perioda analize, 2. tokovi fluksa u mašini su konstantni (zanemaruje se djelovanje sistema za regulaciju

pobude), 3. zanemaruju se efekti prigušnih namotaja rotora, 4. predpostavlja se da su napon i reaktanse mašine konstantni i neosjetljivi na promjene

brzine, 5. mehanički ugao rotora korespondira sa uglom fazora unutrašnje elektromotorne sile u

q-osi.

Slika 9. Model sinhronog generatora za proračun u stacionarnom stanju [1]

Za analizu tranzijentnog stanja uvodi se tranzijentna reaktansa '

dX , a za subtranzijentna stanja uvodi se subtranzijentna reaktansa ''

dX . Vrijednosti svih ovih reaktansi daje proizvođač generatora. [2]

16

3.1.1. Model sinhronog generatora za proračun stacionarnog stanja Da bi smo mogli razmatrati kako se sinhroni generator ponaša u statički stabilnom režimu rada, možemo koristiti veoma jednostavan model sinhronog generatora prikazan na slici 9. Dakle koristimo model pri kojem smo predpostavili da važi slijedeće [1]:

- magnetni tok je konstantan, - zračni zazor je konstantan, - fluks u zračnom zazoru je sinusiodalan, - aktivna otpornost statora je zanemarivo mala.

Možemo pisati formulu: IjXEV sf −= (3.4)

gdje je V napon na stezaljkama (izlaznim terminalima) generatora, fE elektromotorna sila generatora (unutrašnji napon generatora) i sX sinhrona reaktansa (sadrži i armaturnu reaktansu i reaktansu koja predstavlja reakciju armature). Za male distribuirane generatore napon V na izlaznim stezaljakma generatora, obično se održava konstantnim od strane mreže, tako da fazorski dijagram izgleda kao na slici 10.

Slika 10. Fazorski dijagram sinhronog generatora sa neistaknutim polovima priključen na konstantan

napon V (kao da je generator priključen na krutu mrežu) [1]

Fazorski dijagram prikazuje rad sinhronog generatora u uslovima kada se napon V održava konstantnim (posmatra se problem na način kao da je generator priključen na krutu mrežu). Na dijagramu je prikazan faktor snage cos φ ( ugao između fazora V i I ) kao i ugao rotora δ (ugao za koji rotor prednjači u odnosu na polje statora tj. ugao između fE iV ).

17

Za ovakav primjer (koji je u stvari sistem sa dvije sabirnice) mogu se pisati formule za aktivnu i reaktivnu snagu koju generator daje u sistem:

ss

f

s

f

XV

XVE

Q

XVE

P

2

cos

sin

−=

=

δ

δ (3.5)

U praksi, za režim normalnog rada, ugao rotora δ je manji od 30o tako da se iz jednačine za Q vidi da je reaktivna snaga, pod tim uslovima, prilično konstantna. Takođe vidimo da ako povećamo mehanički momenat koji djeluje na osovinu rotora, povećavamo i ugao δ, a samim time i aktivnu snagu koju generator daje u mrežu. Povećavajući magnetni tok, možemo povećati intenzitet fazora fE i samim time povećavamo reaktivnu snagu koja se injektira u sistem. Na fazorskom dijagramu (slika 9) vidimo da pri istom uglu rotora δ , tj. pri jednakoj aktivnoj snazi koja se predaje u sistem, imamo dva različita slučaja vezana za različitu pobudu, tako da imamo:

a) Rad generatora u podpobuđenom režimu za koji vrijedi da je VE f p , tj. imamo

slučaj da fazor struje prednjači fazoru napona i generator iz mreže povlači (troši) reaktivnu snagu.

b) Rad generatora u naduzbuđenom režimu rada za koji vrijedi da je VE f f , tj. imamo

slučaj da fazor struje kasni za fazorom napona, i u tom slučaju generator u mežu injektira reaktivnu snagu.

Može se izvuči zaključak da ako struja promjeni smijer, tada generator radi u motorskom režimu i opet možemo posmatrati oba slučaja ( naduzbuđeni ili poduzbuđeni motor). Zbog toga umjesto da posmatramo slučajeve da li struja prednjači ili kasni za naponom, bolje je posmatrati slučajeve na taj način u kojima generator daje u mrežu ili povlači iz mreže bilo aktivnu ili reaktivnu snagu. Podatak za vrijednost Xs daje sam proizvođač generatora. Pogonska karta generatora dobija se kada fazorski dijagam skaliramo množeći ga odnosom V/ Xs (koji je konstantan). Tako dobijamo pogonsku kartu generatora kao na slici 11. U pogonsku kartu generatora ucrtavaju se razna ograničenja koja nam omogućavaju da vidimo koja su dozvoljena područja rada generatora. Ta ograničenja su:

- maksimalna snaga koju je moguće dobiti iz sitema koji pokreće rotor ( maksimalna pogonska snaga),

- maksimalna struja statora, - maksimalna pobuda, - minimalna pobuda.

Ova ograničenja predstavljaju granice područja normalnog rada generatora. Još se na pogonsku kartu mogu dodati: minimalna izlazna snaga (koja se određuje iz zahtjeva tehnološkog procesa) i uticaj reaktanse transformatora koji je vezan za generator.

18

Slika 11. Pogonska karta sinhronog generatora [1]

Sa pogonske karte generatora se vidi da sinhroni generator koji je vezan na krutu mrežu konstantnog napona i frekvencije, može promjenom određenih parametara nezavisno upravljati iznosom aktivne te iznosom i smijerom toka reaktivne snage. Ako mjenjamo obrtni momenat na osovini rotora, mijenjamo i ugao δ i na taj način vršimo željene promjene aktivne snage. Sa druge stane ako mijenjamo struju uzbude, mjenjamo i magnetnopobudni tok tako da time mjenjamo i intenzitet fE i samim time mijenjamo tok i intenzitet reaktivne snage. Na primjeru pogonske karte na slici 11. označene su karakteristične tačke x,y i z. U tački x i aktivna i reaktivna snaga se predaju u mrežu, u tački y je cos φ = 1, tako da se u sistem predaje samo aktivna snaga a reaktivna snaga je jednaka nuli, dok u tački z aktivna snaga se predaje u sistem dok se reaktivna snaga uzima iz sistema. Na slici 12. prikazana je šema upravljanja sinhronog distribuiranog generatora nominalne snage 5 MW.

Slika 12. Šema upravljanja distribuiranog sinhronog generatora [1]

19

Za dati primjer ako je snaga kratkog spoja na mjestu konekcije (C) 100 MVA, a ako je odnos X/R jednak 10, tada ekvivalentna impedansa voda preračunata na 100 MVA baznu snagu iznosi

0.11.0 jZ += (3.6) Sa realnom vrijednosti Xs od 1.5 p.u. za baznu snagu 100 MVA dobijamo

30jX s = (3.7) Odmah se može uočiti da je ZX s ff . Ovakva pojednostavljena simulacija pokazuje da će ovaj sinhroni generator imati veoma malo efekta na napon mreže. Kako mali generator ne može uticati na frekvenciju velikog interkonektovanog EES, tako u ovom slučaju možemo posmatrati generator kao da je direktno konektovan na krutu mrežu. Slika 9. ima neka prevelika zanemarenja. Naime zanemaren je uticaj ostalih opterećenja (potrošača) koji su priključeni na mrežu a koji nisu prikazani eksplicitno i koji u realnosti imaju značajan uticaj na promjenu napona na mjestu konekcije generatora, tako da taj napon u realnosti ne možemo smatrati konstantnim. U EES promjene u ukupnom opterećenu EES ili promjene u izlaznim snagama glavnih generatora, izazivaju značajne promjene frekvencije EES. [1] 3.1.2. Regulacija napona i frekvencije Uloga automatskog regulatora napona je da na izlazu generatora zadrži i održi željenu vrijednost napona.[1] Referentnu vrijednost napona zadaje (podešava) korisnik. Poređenjem referentne i stvarne vrijednosti (koja se dobija mjerenjem na izlazu generatora) formira se signal greške, na osnovu kojeg se formira signal koji djeluje na povećanje ili smanjenje uzbude generatora. Taj signal može služiti za povećanje ili smanjenje pogonske mehaničke snage generatora (šalje se signal da se otvore ili zatvore ventili za paru koja pokreće turbinu). U praksi se sada koriste digitalni regulatori napona. Regulator napona, pored funkcije upravljanja, zaštite i signalizacije u sustavu uzbude, mora osiguravati minimalno slijedeće regulacijske funkcije[23]:

• Regulaciju napona - ograničenje struje uzbude i struje statora, - kompenzaciju po frekvenciji i struji generatora.

• Regulaciju struje uzbude - automatsko praćenje.

Opcije rada digitalnih AVR: • stabilizator elektroenergetskog sistema, • regulator reaktivne snage / faktora snage, • upravljanje procesom električkog kočenja.

Radi povećanja raspoloživosti i pouzdanosti sustava uzbude, regulatori napona se za veće generatore rade u dvokanalnoj konfiguraciji, s dva identična međusobno neovisna hardware-a. Konvencionalni način upravljanja izlaznom snagom proizvodne jedinice je taj da se kontroler podesi prema upravljačkoj opadajućoj karakteristici. Ta karakteristika prikazana je na slici 13. gdje linija (a-b) predstavlja varijaciju frekvencije (uobičajeno 4%) koja zahtijeva promjene izlaznih snaga pogonskih turbina od nivoa bez opterećenja do nivoa punog opterećenja. To znači da ako podesimo frekvenciju na 1 per unit (50 Hz), proizvodna jedinica će proizvoditi aktivnu snagu P1. Ako frekvencija padne za 1%, izlazna snaga će se povećati na P3, sve dok frekvencija sistema raste. Kada je rast frekvencije dostigao 1% izlazna aktivna snaga se smanjuje na P2. Naravno ovakav precizan način upravljanja se zahtijeva od generatora koji imaju uticaja na frekvenciju EES. [1]

20

Slika 13. Konvencionalna opadajuća upravljačka karakteristika sinhronog generatora [1]

Dakle osnovni zaključak je da, ako frekvencija opada potrebno je povećati proizvodnju aktivne snage, a ako frekvencija sistema raste potrebno je smanjiti proizvodnju aktivne snage. Željene pozicije na opadajućoj karakteristici mogu se postići, ako se ugradi regulator brzine (prenosnik), tako da i pri porastu frekvencije prebacivanjem na karakteristiku (a' – b') može se postići proizvodnja aktivne snage P1 ili prebacivanjem na karakteristiku (a'' – b'') ako frekvencija sistema opada. Na sličan način može se prikazati način regulisanja napona (slika 14.), samo se na ose sada nanosi reaktivna snaga i napon.

Slika 14. Opadajuća upravljačka karakteristika uzbude sinhronog generatora [1]

21

Dakle, ako posmatramo opadajuću pravu (a – b), pri naponu od 1 per unit između proizvodnje i sistema nema nikakve razmjene reaktivne snage (radna tačka Q1). Ako poraste napon sistema za 1%, generator će preći u radnu tačku Q2 i iz sistema vući (uzimati) reaktivnu snagu, dok u suprotnom slučaju ako napon sistema padne tada će generator u sistem injektirati reaktivnu snagu (radna tačka Q3). Nagib karakteristika ( frekventne i naponske) može se podešavati zavisno od potreba. Ovaj konvencionalni način kontrole i upravljanja uglavnom nije pogodan za male distribuirane sinhrone generatore. Npr. industrijski kombinovani generator pare i el. energije može da ima potrebu da radi sa fiksnom izlaznom snagom ili fiksnom razmjenom energije sa mrežom, bez obzira na promjene frekvencije mreže. Slično, može se zahtijevati rad u režimu kada je razmjena reaktivne snage sa mrežom jednaka nuli, zbog izbjegavanja plaćanja troškova reaktivne snage. Ako bi distribuirani generator radio prema prikazanim opadajućim karakteristikama (prikazane na slikama 13. i 14.) tada bi izlazna snaga generatora (aktivna i reaktivna) stalno varirala, odnosno mijenjali bi se i P i Q zavisno od promjena napona i frekvencije u distributivnoj mreži. Upravljanje malih distribuiranih generatora vezano je za kontrolu proizvodnje aktivne i reaktivne snage, koja se daje ili vuče iz mreže, i ta kontrola nije vezana za promjene napona i frekvencije u EES kao što je slučaj kod velikih konvencionalnih elektrana. To je i prikazano na primjeru upravljanja distribuiranog generatora (slika 12.), gdje se signal napona i struje mjeri na izlazu generatora i vodi u transdjuser, koji mjeri proizvedenu aktivnu i reaktivnu snagu generatora. Glavne upravljačke varijable su MW, za realnu snagu, i MVAr ili cos φ za reaktivnu snagu. Signal izmjerenog napona se vodi na automatski regulator napona (AVR), a signal mjerenja brzine/frekvencije vodi se i na AVR i na kontroler, ali u ovom modelu to su dopunski signali. Može izgledati kao veoma pogodno rješenje upravljanja distribuiranim generatorom, takvo da se koriste signali greške MW i MVAr/cos φ indirektno, tako da bi se mogle iskoristiti prednosti opadajućih karakteristika barem u slučajevima poremećaja u mreži, ali to zavisi u velikoj mjeri od unutarnje strukture AVR i kontrolera. [1] Ipak princip upravljanja je isti: za upravljanje aktivnom snagom je taj da se izmjerena vrijednost u MW poredi sa referentnom vrijednosti i tada se signal greške vodi na kontroler koji daje signal za otvaranje ventila koji dovode paru na turbinu i obratno. Sličan način je i za kontrolu MVAr i cos φ. Izmjerene varijable se upoređuju sa referentnim vrijednostima i onda se signal greške vodi na upravljač uzbude, koji će povećati/smanjiti proizvodnju reaktivne snage. Može se primjetiti da šema za upravljanje distribuiranim generatorom (slika 12.) ne uzima u obzir stanja promjene varijabli u EES. Aktivna snaga koja se proizvodi vezana je za upravljanje u odnosu na zadatu referentnu vrijednost, bez obzira na frekvenciju u sistemu, odnosno proizvodnja reaktivne snage nema nikakve veze sa naponskim prilikama u sistemu. Jasno je da ako imamo distribuirani generator koji značajno može uticati na prilike u mreži tada ovakav način upravljanja nije zadovoljavajući, nego se ti generatori moraju upravljati na konvencionalan način. Problem kod ovakvih distribuiranih generatora, koji značajno mogu uticati na stanje u mreži, je kako pomiriti zahtjeve i interese vlasnika male elektrane i EES. Taj problem se još povećava kako se povećava broj distribuiranih generatora na mreži. Jedan od načina da se pomire sukobljeni ineresi vlasnika, za što većim profitom, i operatora sistema, koji ima za cilj održati stabilnost i kvalitet EES, je da se uspostave komercionalno/administrativna mrežna pravila koja će negativne efekte rada distribuiranih elektrana svesti na minimum, a poboljšati njihov pozitivan uticaj na stanja u mreži.

22

3.1.3 Sistem pobude (uzbude) sinhronog generatora Rad i ponašanje sinhronog generatora zavisi od njegove pobude, naravno uz uvažavanje uslova tranzijentne i dinamičke stabilnosti generatora. Za distribuirane generatore, obzirom da su priključeni na distributivnu mrežu koja ima relativno dugo vrijeme prekidanja struje kratkog spoja, veoma je važna njihova sposobnost da izdrže (snabdjevaju) trajnu struju kratkog spoja u mreži. To je pogotovo važno za male distribuirane generatore. Za distribuirane generatore čiji je značaj, kada se prevedu na per unite u odnosu na distribuiranu mrežu, jednak odnosu velikih sistemskih generatora u odnosu na EES, važi da će takav generator održavati trajnu struju kratkog spoja u granicama svojih karakteristika. Za distributivne mreže važi da je njihova prekostrujna zaštita podešena na određeno vrijeme kašnjenja (vremenski stepenovana), tako da je jačina struje kvara u mreži koja izaziva trenutnu proradu releja znatno viša od maksimalne dozvoljene struje u mreži. [1] Zbog svega gore navedenog, tj. potrebe da distribuirani generatori održe (izdrže) trajnu struju kratkog spoja i režime kvara u distribuiranoj mreži jedan duži vremenski period, potrebno je sa posebnom pažnjom uvažiti ove činjenice kada se dizajnira i konstruiše kompletan sistem generatora. Stariji tipovi distribuiranih generatora za uzbudu koriste sistem sastavljen od istosmijernog generatora i komutatora koji proizvode potrebnu uzbudnu struju, a koja izaziva nastanak glavnog uzbudnog polja preko klizećih prstenova na rotoru. Ovakav način uzbude još se može pronaći u praksi sa izmjenama, koje se odnose na to da je jednostavni regulator napona i uzbudne struje, zamijenjen modernim AVR (automatskim regulatorom napona). Moderni uzbudni sistemi dijele se na dva tipa [1]: sistem uzbude bez četkica i statički uzbudni sistem. Šema uzbudnog sistema bez četkica prikazana je na slici 15.

Slika 15. Uzbudni sistem sinhronog generatora bez četkica [1]

Uzbuda je u stvari alternator, mnogo manji od glavnog generatora, sa stacionarnim poljem i obrtnom (rotacionom) armaturom. Punovalni diodni most je pričvršćen na rotacionu (obrtnu) osovinu i njegova uloga je da izvrši ispravljanje trofaznog izlaznog signala sa rotora uzbude u istosmjerni, koji se koristi kao uzbuda glavnog generatora. Uzbudnim poljem upravlja AVR,

23

koji vrši upravljanje na osnovu signala, koji dobija od kontrolera faktora snage (cos φ), kako bi se omogućilo održanje ili konstantnog faktora snage ili definisane željene izlazne reaktivne snage distribuiranog generatora. Energija (snaga) potrebna za rad uzbude može se uzimati sa terminala (izlaza) generatora, tada imamo samouzbuđivanje, ili tu snagu možemo dobiti od generatora sa permanentnim magnetom i tada imamo nezavisnu uzbudu. Generator sa permanentnim magnetom je montiran (pričvršćen) na osovinu glavnog generatora i kontinuirano obezbjeđuje snagu za uzbudni sistem dok god se rotor generatora obrće. Nasuprot tome, šema sistema samouzbude može da radi nepravilno zato što kvar u distributivnoj mreži izaziva pad napona na izlaznim terminalima generatora i samim time samouzbudni krug ne može (zbog smanjenog napona) da obezbjedi dovoljnu uzbudu generatoru, kako bi izdržao struju kvara u mreži i to baš u momentu kada je to najpotrebnije. Ovo je jednim dijelom problematično za distribuirane generatore priključene direktno na distributivnu mrežu, jer će impedansa genetarorskog transformatora težiti da održi konstantan napon na izlaznim terminalima generatora i na taj nančin težiti da pomogne generatoru u slučajevima kvara u distributivnoj mreži. Moguće je da se koristi i takvo rješenje da se struja transformatora ili napon transformatora koriste direktno da snabdijevaju uzbudni sistem, ali takvo rješenje je mnogo skuplje. Mnogo pouzdaniji metod je da se koristi upravljačka uzbuda sa permanentnim magnetom. Na slici 16. prikaza na je šema statičkog sistema uzbude [1], u kojoj je istosmijerni kontroler napajan iz upravljačkog tiristorskog ispravljača i on napaja polje generatora preko klizećih prstenova. Napajanje tiristorskog ispravljača vrši se direktno sa izlaznih terminala generatora. Osnovni nedostatak statičke uzbude je taj što ako napon na izlaznim terminalima generatora, sa kojih se napaja tiristorski ispravljač, padne ispod određenog nivoa, onda uzbuda može biti potpuno izgubljena, tj. uzbudni sistem će prestati sa radom.

Slika 16. Šema statičkog uzbudnog sistema sinhronog generatora [1]

I u ovom slučaju moguće je da se za napajanje uzbude koriste i napon i struja sa transformatora vezanog na izlazne terminale generatora. Treba razmotriti problem: da li je bolje ponašanje statičke uzbude u odnosu na šemu uzbude bez četkica sa permanentnim magnetom i kako se svaka od ovih šema može prilagoditi radu malih distribuiranih generatora.

24

Ovdje su opisani samo glavni tipovi uzbude, a tokom proteklih godina razvijeni su novi sistemi uzbude i u razvoju su mnogi inovativni dizajni koji rješavaju ovaj problem, a koji su namjenjeni distribuiranim generatorima. Ova rješenja uključuju upotrebu magnetnih krugova kao uzbudu u režimu praznog hoda i strujnih transformatora koji mogu obezbjediti dodatnu struju uzbude kada je to potrebno. Dakle takvi sistemi mogu raditi samostalno i robusni su, ali su i veoma problematični za modelovanje u sistemskim studijama uticaja distribuiranih genratora. Za veće generatore i njihove uzbudne sisteme većina proizvođača koristi takozvane IEEE šeme (modele) uzbude. Ti modeli zasnivaju se na takvim šemama i dizajnu, da se njihovi uzbudni sistemi mogu modelovati prema IEEE modelu, koji je uključen u većinu programa za analizu i sistemske studije energetskih sistema. [1] 3.1.4. Rad tokom poremećaja u mreži Uzbudni i upravljački sistem generatora ima značajan uticaj na rad i ponašanje distribuiranog generatora tokom poremećaja koji se javljaju u distributivnoj mreži. Sposobnost sinhronog generatora da ostane stabilan tokom kvarova u mreži (tranzijentna stabilnost) može biti simulirana u programskim paketima koji omogućavaju analizu tranzijentne stabilnosti i podaci potrebni za tu analizu u glavnom su dostupni. Jednačina (3.5.) može biti prilagođena za proračun u tranzijentnim uslovima rada i ilustruje potencijalne prednosti brzoreagujuće uzbude [1]:

δsin'

'

XVE

P f= (3.8)

gdje je 'fE tranzijentan elektromotorna sila generatora (tranzijentni unutarnji napon

generatora), a X' je njegova tranzijentna reaktanca. Tranzijentna reaktanca je određena samom konstrukcijom generatora, ali zato '

fE može se povećati brzoodzivnim (brzoreagujućim) sistemom uzbude. Znači, korištenjem brzoodzivnog uzbudnog sistema može se održati prelazni kapacitet generatora, tako da generator ostaje stabilan čak i kada je napon mreže V znatno smanjen zbog kvara u mreži. Ako je generator sposoban da ostane stabilan tokom dužeg vremena isključenja struje kvara u mreži ili tokom većih opterećenja (potrošnje) u mreži, tada je za takav generator moguće koristiti sporiji AVR ili sporiju uzbudu. Korištenje brzoodzivnog upravljačkog sistema u odnosu na napon na izlaznim terminalima generatora, nažalost ima za rezultat usporavanje rotora tj. prigušenje generatora, što u nekim uslovima može dovesti do oscilatorne nestabilnosti generatora. To je vrlo rijedak slučaj kada imamo generator priključen na jaku mrežu (veliki konzum), ali se to veoma često dešava kada je generator velike snage priključen na slabo opterećenu distributivnu mrežu[1]. Podešavanje AVR da radi kao stabilizator prilika u mreži je moguće ali izaziva potrebu posebnog uređenja mrežnih, zakonskih i tržišnih pravila.

25

Doprinos sinhronog turbogeneratora struji trofaznog kratkog spoja može se opisati jednačinom [1]:

λλω cos1)cos(11111''''''

'''add Tt

df

Tt

dd

Tt

dddf e

XEte

XXe

XXXEI

−−−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+= (3.9)

gdje su

dX - sinhrona reaktanca (direktne ose) 'dX - tranzijentna reaktanca (direktne ose) ''

dX - subrtanzijentna reaktanca (direktne ose)

fE - unutarnje EMS generatora prije kvara '

dT - tranzijentna vremenska konstanta kratkog spoja (direktne ose) ''

dT - subtranzijentna vremenska konstanta kratkog spoja (direktne ose)

aT - vremenska (istosmjerna) konstanta armature λ - fazni ugao za vrijeme t = 0 ω - sistemska ugaona brzina Napomena: gornja jednačina je napisana u konvencionalnom obliku zadnovanom na dvoosnoj teoriji električnih mašina. Ako se radi o generatoru sa neistaknutim polovima direktna osa ima istu vrijednost reaktanse kao kvadratna osa. Subtranzijentna, tranzijentna i sinhrona reaktansa se koriste kako bi se opisalo ponašanje mašine za različita vremena nakon kvara koja su definisana i odgovarajućim vremenskim konstantama. Vremenska (istosmijerna) armaturna konstanta koristi se kako bi se prikazao doprinos istosmijernoj komponenti struje kratkog spoja. Posljednja komponenta gornje jednačine opisuje istosmjernu komponentu struje koja zavisi od tačke u kojoj kvar počinje (tačke na valnom obliku), dok ostatak jednačine pokazuje osnovnu frekvenciju naizmjenične komponente. Vremenske konstante kratkog spoja ( '

dT i ''

dT ) i vremenska (istosmjerna) konstanta armature aT nisu fiksne vrijednosti nego zavise od lokacije kvara. Konstante '

dT i ''dT računaju se na slijedeći način [4]:

ed

eddd

ed

eddd

ZXZX

TT

ZXZX

TT

++

=

++

=

'

''''0

''

''0

'

(3.10)

gdje su: '0dT i ''

0dT vremenske konstante generatora u praznom hodu, a eZ je impedansa od mjesta priključenja generatora do mjesta kvara. Dok se konstanta aT računa kao [4]:

)()( ''

ea

eda RR

XXT

++

=ω

(3.11)

gdje je eX (vanjska) reaktanca do mjesta kvara, eR je otpornost do mjesta kvara (vanjska), dok je aR otpornost armaturnog kruga.

26

Sinhrone mašine imaju vlastiti odnos X/R mnogo veći od istog tog odnosa distributivne mreže. Zbog toga struja kvara bliže sinhronom generatoru ima veću aT konstantu, te zbog toga i veću istosmjernu komponentu struje kratkog spoja u odnosu na kvarove koji su udaljeniji od generatora. [1] To je veoma važna činjenica koju treba uzeti u obzir prilikom konstrukcije i dizajniranja šeme distribuiranih generatora. Tradicionalni distributivni sistemi, napajaju se iz visokonaponske prenosne mreže preko niza transformatora i može se smatrati da istosmijerna komponenta struje kratkog spoja brzo opada, tj. veoma brzo izčezava. Nasuprot tome istosmijerna komponenta će biti veoma značajna i veoma sporo izčezava kod struja kratkog spoja koji se dešavaju u blizini generatora ili velikih motora, tako da IEC 909 standard propisuje dvije vrste proračuna za dva različita slučaja „kvar blizu generatora“ i „kvar udaljen od generatora“. Inženjerske preporuke G74 takođe predlažu dva različita modela koja se koriste prilikom kompjuterskih simulacija i proračuna kvar blizu i udaljenog od mjesta priključenja generatora. [1] Slika 17. prikazuje reagovanje (odziv) sinhronog generatora na kvar u mreži blizu i na kvar udaljen od mjesta priključenja generatora. Očigledno je da je struja kratkog spoja mnogo veća za „bliži“ kvar od struje u slučaju „udaljenog“ kvara. „Bliži“ kvar ima sporo isčezavanje istosmjerne komponente struje kvara i veliki pad amplitute naizmjenične komponente. „Udaljeniji“ kvar ima veoma brzo isčezavanje istosmjerne komponente i neznatno smanjenje amplitude naizmjenične komponente tokom vremena.

Kvar blizu generatora

Kvar udaljen od generatora

Slika 17. Struja kvara u mreži koji se desio blizu i dalje od mjesta na kojem

je priključen sinhroni generator [1]

27

Na slici 18. prikazana je kriva koju uobičajeno dostavljaju proizvođači malih distribuiranih sinhronih generatora, koja pokazuje ponašanje sinhgonog generatora i njegove mogućnosti u slučaju trofaznog kratkog spoja na izlaznim terminalima generatora. U ovom slučaju struja je izražena u realnim mjernim jedinicama, sa logaritamskom skalom na apcisi.

Slika 18. Struja trofaznog kratkog spoja na stezaljkama distribuiranog sinhronog generatora [1]

Može se vidjeti da očekivani pad struje traje oko 20 ms, a onda uzbudni sistem reaguje tako da poveća pobudu i struja kratkog spoja raste do vrijednosti koja odgovara struji pri trostrukoj maksimalnoj opterećenosti sistema. Ovo je neophodno, jer je zaštita u distributivnoj mreži vremenski stepenovana i potrebno je da generatorska prekostrujna zaštita bude podešena tako da generator jedno određeno vrijeme bude u stanju da izdrži i održi trajnu struju kvara u mreži. Mogućnost da generator poveća struju kvara ( poveća fE ) zavisi prvenstveno od vrste uzbudnog sistema koji generator koristi. [1] Zavisno od dizajna generatora (definisanog tako da održi 3 per unit struju kratkog spoja) u uslovima trofaznog kratkog spoja na izlaznim terminalima generatora, se zahtijeva forsiranje uzbude i povećanje unutrašnje elektromotorne sile fE osam do deset puta veće u odnosu na rad neopterećenog generatora (u praznom hodu).

28

3.2. Asinhroni generator Asinhroni generator je u stvari isto što i asinhroni motor kome vanjski obrtni momenat (sila) djeluje na osu rotora tako da izaziva njegovo obrtanje. Potrebne su još neke manje prepravke dizajna, kako bi asinhroni motor optimalno radio kao generator. Postoje dvije vrste asinhronih mašina koje se koriste kao generatori, to su: kliznokolutni i kavezni generator (motor). Kliznokolutni generator se rijeđe koristi i to uglavnom u nekim specijalizovanim generatorskim postrojenjima. Mnogo češće su u upotrebi kavezni generatori, zbog svoje jednostavnosti, cijene, robusnosti, nema potreba za sinhronizmom, a mogu se prilagoditi raznim tipovima distribuiranih elektrana. Radna karakteristika je rezultat razlike brzine obrtanja statorskog i rotorskog polja, ali kako se povećavaju gabariti asinhronih generatora (njihova veličina) tako se njihovo prirodno (nominalno) klizanje smanjuje, tako da je ponašanje u tranzijentnom stanju velikih asinhronih generatora veoma slično ponašanju sinhronih generatora u tranzijentnom stanju. [1] Asinhroni generatori su najčešće u upotrebi u vjertoelektranama sa fiksnom brzinom obrtanja, vezanim direktno na distributivnu mrežu, ali se mogu naći i u nekim rješenjima hidroelektrana. 3.2.1. Rad u ustaljenom stanju (stacionarno stanje) Ponašanje i rad asinhronog motora u stacionarnom stanju može se posmatrati pomoću ekvivalentne šeme (slika 19.)

Slika 19. Ekvivalentana zamjenska šema asinhronog generatora za stacionarno stanje [1]

Klizanje asinhronog motora dato je formulom [1]:

s

rssωωω −

= (3.12)

gdje je sω ugaona brzina obrtanja polja statora (sinhrona brzina), a rω je ugaona brzina obrtanja rotora, koja ima negativan predznak kada mašina radi u generatorskom režimu. Ako se proračun radi u jediničnim vrijednostima, onda je mehanička snaga rotora data formulom [1]:

s

sRIPmeh)1(2

22 −

= (3.13)

dok je snaga gubitaka u bakru rotora: 2

22 RIPgub = (3.14)

29

U pojednostavljenoj analizi zanemaruje se poprečna grana (grana sa mX ) i tada dobijamo izraz za struju rotora, kao:

)( 21

21

2

XXjs

RR

VI+++

= (3.15)

Tako, sada ukupna snaga rotora je zbir razvijene mehaničke snage na rotoru i gubitaka u bakru rotora, tj. [1]:

s

R

XXjs

RR

Vs

RIProtor

2

2

212

1

222

)( ⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+++== (3.16)

Ta formula nam omogućava da nacrtamo familiju krivih momenta asinhronog rotora u zavisnosti od klizanja (slika 20.). Na ovom primjeru prikazana je kriva za asinhronu mašinu 1MW, 690 V, četveropolnu, i vidi se da je moment na izlazu u oba režima i motornom i generatorskom veoma sličan za vrijednost 2 per unita (2 MW). [1] Normalno područje rada generatora je do momenta vrijednosti -1 per unit, za koji je odgovarajuće klizanje -0.7%.

Slika 20. Momentna karakteristika asinhrone mašine u odnosu na klizanje [1]

Područje u kojem generator radi normalno može se prikazati i grafikom koji je nacrtan za odnos reaktivne i aktivne snage (slika 21.) To je, dobro poznati, kružni dijagram asinhronog generatora.

Slika 21. Kružni dijagram asinhronog generatora [1]

30

U odnosu na sinhroni generator, razlika je ta da asinhroni generator može samo raditi u cirkularnom području i uvijek je tačno definisan odnos između reaktivne i aktivne snage. Znači da nije moguće postići nezavisno kontrolisan faktor snage za jednostavan asinhroni motor. Npr. u tački B generator predaje aktivnu snagu u mrežu, a iz mreže vuče (uzima) reaktivnu snagu, dok u tački A ne predaje se aktivna snaga u mrežu ali generator iz mreže vuče reaktivnu snagu potrebnu za rad u praznom hodu (nema operećenja). Može se vidjeti da se faktor snage smanjuje sa smanjenjem opterećenja. Na slici 22. prikazan je dio kružnog dijagrama ( za primjer je uzet 1MW asinhroni generator), koji kada nema opterećenja (u praznom hodu) iz mreže vuče 250 kVAr, dok se sa povećanjem proizvodnje aktivne snage povećava reaktivna snaga koja se vuče iz mreža na 500 kVAr.

Slika 22. Dio kružnog dijagrama za 1 MW asinhroni motor [1]

Gubici reaktivne snage nisu u potpunosti prikazani kada se za analizu koristi ekvivalentna zamjenska šema asinhronog generatora. Faktor snage se može popraviti ako se na izlaznim terminalima asinhronoh generatora priključi uređaj za popravak faktora snage (kompenzator, kondenzatorske baterije). Sa dijagrama se vidi da to ima za efekat pomjeranje kružnog dijagrama prema dole u odnosu na y-osu (slika 21.). Uobičajena je praksa da se sva reaktivna snaga, koju asinhroni generator vuče iz mreže u praznom hodu, kompenzira u potpunosti ili većim dijelom. [1] Povećanjem opterećenja, povećava se proizvodnja aktivne snage, a time i potreba za reaktivnom snagom. Ako je jedan asinhroni generator velike snage ili grupa asinhronih generatora priključena na mrežu koja ima malu struju kratkog spoja, tada impedansa izvora, uključujući efekat generatorskih transformatora ima veliki značaj u proračunima. Zbog toga ekvivalentna zamjenska šema mora biti proširena kao na slici 23. , tj u statorski krug priključuje se impedansa izvora.

Slika 23. Zamjenska ekvivalentna šema asinhronog motora za stacionarno stanje koja uvažava

reaktansu priključenih kondenzatorskih baterija (PFC) [1]

31

Za primjer je uzeta grupa [1] od deset 1 MW generatora, koji čine farmu vjetroekektrana. Svaki generator je kompenziran sa 200 kVAr kondenzatorskom baterijom i vezan na 1MVA generatorski transformator, čija je reaktansa 6% i vezan na sabirnicu male snage kratkog spoja od 100 MVA, koja je predstavljena impedansom izvora vezanom na krutu mrežu. Grupa od deset generatora zamjenjena je jednim generatorom ekvivalentne snage od 10 MW (slika 24.). U per unit sistemu ova transformacija se može veoma pouzdano izvršiti uvažavajući sve per unit impedanse svih generatora, sve kapacitivnosti i transformatorske konstante ali se značajno mjenja bazna snaga u MVA koja se uzima za proračun. Ovo ima efekat povećanja impedanse koja se veže na krutu mrežu zbog većeg broja generatora (tj. deset).

Slika 24. Prikaz 10 x 1 MW koherentnih generatora pomoću jednog 10 MW generatora [1]

Slika 25. prikazuje momenat-klizanje krivu 10 MW koherentnog generatora. Može se primjetiti da izlazni momenat generatora je značajno opao na malo preko 1 per unit ( 1 MW po turbini) zbog uticaja dodatne impedanse izvora. Klizanje se nije promjenilo, ali je pad momenta asimetričan, sa iznosom magnitude izlaznog momenta nešto višeg nivoa nego u motorskom režimu rada.

Slika 25. Momentna karakteristika zamjenskog 10 MW asinhronog generatora [1]

32

Povećanje broja turbina u farmi vjetroelektrana ima efekat povećanja uticaja impedanse izvora i vodi ka nestabilnosti kada generator više nije sposoban da preda izlazni momenat (snagu) koju proizvodi turbina. Dodatno kondenzatorske baterije, pomjeraju izvorni dijagram kako je prikazano na slici 26.a. ali se može vidjedi da je došlo do povećanja zahtjeva za reaktivnom snagom za više od 1 per unit, kada se povećava proizvodnja aktivne snage. Na slici 26.b. prikazana je promjena reaktivne snage u odnosu na klizanje koja se preuzima sa krute mreže. Može se vidjeti da za svih 10 x 1 MW turbina kada ubrzaju do maksimuma svoga izlaznog momenta i ostanu priključeni na krutu mrežu, vuku potrebnu reaktivnu snagu od 250 MVAr –a. Ovo će svakako izazvati pad napona u ostatku mreže i doći će do isključivanja generatora sa mreže ili zbog preubrzavanja rotora ili zbog releja koji reaguje na prenizak napon mreže. Može se povući analogija sa stabilnošću rada sinhronog generatora u stacionarnom stanju. [1] Naime ako asinhroni generator, zbog povećanja izlaznog momenta ubrza, povećava se reaktivna snaga koju on vuče iz mreže, što izaziva pad napona u mreži. Zbog pada napona u mreži dolazi do ubrzavanja rotora (generator nastoji da povećanjem proizvodnje aktivne snage poveća napon u mreži), sve dok ne proradi zaštita zbog prevelike brzine rotora.

Slika 26.a. Dio kružnog dijagrama za kompenzirani 10 x 1 MW asinhroni generator

(Treba primjetiti smanjenje porebne reaktivne snage u praznom hodu, ali i njen veliki porast za više od 1.2 per unita za povećanje aktivne snage od 1 per unit) [1]

Slika 26.b. Promjena reaktivne snage, koja se vuče iz mreže, u odnosu na klizanje

za 10 x 1 MW asinhrone generatore [1]

33

Za velike farme vjetroelektrana, koje su vezane na slabu mrežu, kao i za generatore koji se nalaze na moru a vezani su za slabu potrošnju na obali ova vrsta nestabilnosti postaje veoma značajna. Jer u radijalnim vodovima sa aktivnom snagom koju generatori predaju u mrežu i reaktivnom snagom koju vuku iz mreže, pad napona se može aproksimirati slijedećom formulom [1]:

V

XQPRV −=Δ (3.17)

Veoma često se dešava da je odnos X/R ekvivalentan odnosu P/Q asinhronog motora pri punom (maksimalnom) opterećenju. To ima za posljedicu da amplituda napona na izlaznim terminalima generatora će se veoma malo mijenjati sa opterećenjem (ali će se za isto vrijeme povećati relativan ugao i gubitci u mreži) i tako da potencijalna nestabilnost neće biti indicirana abnormalnom promjenom napona u stacionarnom režimu, tj. zbog male promjene napona nije moguće prepoznati nestabilan rad generatora, a gubici u mreži značajno će da narastu. [1] Program proračuna tokova snaga sa dobrim modelom asinhrone mašine u stacionarnom stanju može prepoznati ovaj problem potencijalne naponske nestabilnosti i neće konvergirati ako je impedanca izvora prevelika za određeni generator. U većini slučajeva važno je da se uoči problem, tj. da upravljački sistem za neke od distribuiranih generatora koji upravlja turbinom, nije veoma precizan, tao da se svako stanje i rad koji se razlikuje od nominalnog, mora posebno analizirati i razmotriti. Ovaj fenomen može se preciznije istražiti ako se koriste programi za elektromagnetno tranzijentno stanje ili programi tranzijentne stabilnosti sa potpunim tranzijentnim modelom asinhrone mašine ili u poslijednje vrijeme mogu se koristiti nedavno razvijeni programi za kontinuirani proračun tokova snaga da bi se pronašla (izračunala) tačna početna tačka za proračun i početak naponske nestabilnosti. [1] Veliki asinhroni generatori ili grupa asinhronih generatora koji rade na granici svoje statičke stabilnosti će biti mnogo osjetljiviji na tranzijentne nestabilnosti izazvane kvarom u mreži i propadom (padom) napona. 3.2.2. Način povezivanja (konekcije) asinhronih generatora Sinhroni generator se priključuje na mrežu na taj način da se generator prvo ubrza do sinhrone brzine, postepeno se podešava napon uzbude i veoma pažljivo se prati izlazna amplituda i faza na izlazu generatora i pokušava da se uskladi sa amplitudom i fazom napona mreže. U momentu kada su napon generatora i mreže blizu podudarnosti zatvara se prekidač, generator je priključen na mrežu i kaže se da je generator „uskočio u sinhronizam“. Izolovani asinhroni generator [1] ne može proizvesti napon na izlaznim terminalima ako nema izvora reaktivne snage koja će indukovati nastanak magnetnog polja. Zbog toga, kada se asinhroni generator priključi na mrežu, potreban je jedan tranzijentni period magnetiziranja, slično procesu energiziranja transformatora, nakon toga slijedi transfer reaktivne i aktivne snage kako bi generator ubrzao do svoje nominalne (radne) brzine. Za velike distribuirane asinhrone generatore startanje direktno na mreži, zbog velikih naponskih tranzijenata koje on izaziva, je zapravo neprihatljivo zbog naponske stabilnosti mreže. Zbog kontrole i upravljanja i procesa magnetiziranja i posljedičnih tranzijentnih tokova snaga da bi se ubrzao ili zaustavio generator i njegova turbina, u praksi se često koristi šema tzv. „mekanog starta“ ili zaleta (slika 27.). To znači da je potrebno imati konsekventno paljenje jednog za drugim tiristorskog para u svakoj fazi generatorskih izlaznih terminala. Meki start radi na taj način što se kontroliše (upravlja) ugao paljenja tiristora i na taj način se postepeno povećava fluks u generatoru i ograničava se struja koja je potrebna da bi došlo do željenog ubrzanja. Jednom kada se postigne puni napon, obično nakon nekoliko sekundi, zatvara se prekidač na bajpasu (obilaznici) i tako se eliminiraju gubici koji bi nastali daljnjim korištenjem tiristora. Ovaj

34

mekani start može biti korišten za priključenje generatora iz stanja mirovanja ili generatora koji se već rotira, a sa dobrim upravljačkim krugovima moguće je ograničiti iznos struje konekcije na vrijednost sasvim malo veću od struje pri punom opterećenju. Naravno da se slični uređaji veoma često koriste za start asinhronih motora.

Slika 27. Jednofazna šema uređaja koji se koristi za mekani start asinhronog generatora [1]

3.2.3. Samopobuda Upravljanje faktorom snage na izlazu iz asinhronog generatora je moguće ugradnjom i dodavanjem određenih uređaja. Obično su to kondenzatorske baterije (slika 22.). Ako je dodano dovoljno kapacitivnosti onda se snabdijevanje reaktivnom snagom može obezbjediti lokalno, pa čak i ako se generator otpoji sa mreže on nastavlja da proizvodi aktivnu snagu. [1] To je jedan od najnepovoljnijih režima rada, ako se gleda sa strane asinhronog generatora. Zavisno od karakteristike zasićenja generatora u ovom slučaju, asinhroni generator proizvodi velike distorzije napona, koje se povećavaju kako generator ubrzava. Fenomen samouzbude je zabilježen kao uzročnik oštećenja opreme potrošača koji su ostali priključeni na izolovani dio mreže koju je nastavio da snabdijeva asinhroni generator, koji ima opremu za popravak faktora snage. Ako dođe do prekida konekcije sa mrežom [1], klizanje je malo, tako da je reaktansa statora zajedno sa reaktansom rotora mnogo manja od reaktanse magnetiziranja, tako da ekvivalentna šema sa slike 23. može se reducirati na šemu prikazanu na slici 28.

Slika 28. Prikaz efekta samopobude asinhronog generatora [1]

35

Reaktansa magnetiziranja je prikazana kao varijabla, jer se njena vrijednost mijenja sa strujom tokom magnetskog zasićenja. Slika 28. prikazuje paralelni rezonantni krug čija je radna tačka određena tačkom presjecanja reaktivne karakteristike kondanzatora (prava linija) sa karakteristikom magnetizirajuće reaktance koja je u zasićenju pri velikim strujama. To znači da će frekvencija f1 (frekvencija sistema) veoma brzo dostići frekvenciju f2 rotora (narasti će) i rast napona je ograničen samo krivom zasićenja, tj narasti će do tačke „b“. Samouzbuda se može izbjeći ograničenjem kapaciteta kondenzatorskih baterija, koje vrše popravku faktora snage, na nivo koji je manji od granične vrijednosti potrebne za nastanak rezonancije. [1] Preveliko ubrzanje generatora može se ograničiti brzoreagujućom prekonapoanskom zaštitom. Većina dostupnih programa za analizu sistema nema mogućnost modeliranja zasičenih asinhronih mašina, tako da se oni ne mogu koristiti u analizi ovih efekata. U detaljnim modelima za elekromagnetnu analizu, može se uključiti i slučaj zasićenja generatora ako su nam poznati i dostupni potrebni podaci. Generalno, stanje samouzbude i rad u ostrvskom režimu su neželjeni događaji u mreži koji se izbjegavaju, tako da njihova posebna analiza za većinu distribuiranih generatora nije niti potrebna. 3.2.4. Rad tokom poremećaja u mreži Asinhroni generator ima malu impedansu pri nesimetričnom naponu (nebalansiranom) i zbog toga će vući veliku struju ako fazni naponi u mreži nisu simetrični. [1] To se može vidjeti sa slike 29. koja prikazuje ekvivalentnu zamjensku šemu asinhronog generatora sa indirektnom komponentom napona.

Slika 29. Ekvivalentna zamjenska šema asinhronog generatora u stacionarnom stanju ako dođe do

pojave nesimetričnosti napona u mreži [1]

U normalnom radu klizanje teži nuli tako da možemo smatrati da je efektivna vrijednost otpora rotora jednaka R2/2. Efekat nesimetričnih struja u fazama generatora izaziva dodatno zagrijavanje namotaja i na generator djeluje kao parazitski moment (kao da smo dodali dodatni teret). Fazni naponi u ruralnim distributivnim mrežama su uglavnom nesimetrični, zbog velikog broja jednofaznih potrošača i u praksi se pokazalo da asinhroni generatori koji su priključeni na ruralne mreže (koje su uz to još i slabe) imaju problema u radu zbog pojave nesimetričnih struja u fazama. [1] To ima za posljedicu nepotrebna iskakanja (iskapčanja) generatora sa mreže, jer je proradila njihova zaštita koja reaguje kada su fazni naponi van balansa (nesimetrija napona) i to se uglavnom događa noću, kada se uključe termoakumulacioni uređaji koji imaju automatske regulatore za uključenje i isključenje. Jedino rješenje za ovaj problem je to da distributivno preduzeće pokuša da izbalansira opterećenja (potrošnju) po fazama. Seosko 11 kV distributivno područje u Engleskoj i Velsu

36

koristi jednofazne transformatore i na taj način uspjeli su da djelimično eliminišu ovaj problem [1]. Ponašanje asinhronih generatora tokom kvarova i poremećaja u mreži se veoma razlikuje od ponašanja sinhronih generatora. Naime trofazni kratak spoj u mreži za posljedicu ima prestanak napajanja asinhronog generatora reaktivnom snagom, koja je potrebna da bi se u asinhronom generatoru indukovalo elekromagnetno polje ( tj. bez reaktivne snage asinhroni generator ne može da radi), što za posljedicu ima prestanak proizvodnje (rada) asinhronog generatora. [1] Tako, može se reći, da pri trofaznom kratkom spoju u distributivnoj mreži asinhroni generator nema nikakvog udjela u jačini struje kratkog spoja. Na slici 30. prikazana je struja jedne faze asinhronog generatora u slučaju trofaznog kratkog spoja u mreži. Može se vidjeti da nakon 100 – 200 ms struja u potpunosti isčezava (pada na nulu). Primjer za ovu simulaciju je rađen za asinhroni generator slijedećih karakteristika: 1 MW, 3.3 kV.

Slika 30. Struja trofaznog kratkog spoja koji se desio na

izlaznim terminalima asinhronog generatora [1]

Doprinos asinhronog generatora struji trofaznog kratkog spoja na izlaznim terminalima generatora može se računati prema jednačini koja je slična izrazu (3.9), ali se zbog nedostupnosti podataka potrebnih za tu jednačinu, koristi jednačina [1]:

aTt

Tt

eetXEI

−−++= )cos()(cos(

'''' λλω (3.18)

gdje je :

ms

ms

a

XXXX

XX

RXT

RXT

++=

=

=

2

21

1

2

''

''

''''

ω

ω

(3.19)

E je napon mreže za nominalne parametre ekvivalentne zamjenske šeme (a ako se u indeksu navede „s“ tj. Es, to znači da je rotor zakočen – miruje). Kao i za sinhroni generator i ovdje ako postoji bilo kakva vanjska impedansa koja ima uticaja, onda se ona dodaje u statorski strujni krug na šemi.

37

Nesimeričan kvar u mreži može izazvati stanje u kojem asinhroni generator daje stalni doprinos struji kvara i u nekin slučajevima može doći do povećanja struje u fazama u kojima se nije desio kvar („zdravim fazama“). [1] Potrebna je odgovarajuća kompjuterska simulacija, da bi se moglo razmatrati ponašanje i uticaj asinhronog generatora, prilikom nesimetričnih kvarova u mreži. Struja kvara koja dolazi od strane asinhronog generatora, nije pouzdana da bi se mogla koristiti kao indikacija za proradu zaštitnih releja. Zbog toga ako dođe do kvara u distributivnoj mreži na koju je vezan asinhroni generator, struja kvara iz mreže koristi se za proradu (okidanje) zaštitnih prekostrujnih releja. Na taj način se izolira generator, tako da se vlastita (generatorska) zaštita od prenapona, prevelike frakvencije ili neka druga koristi da bi se prekinuo rad generatora tj. zaustavila pogonska turbina. Sekvencijalna prorada zaštite generatora i to naponska, frekventna ili zaštita od prevelikog broja obrtaja, je neophodna u slučajevima kada generator nije sposoban da održi (izdrži) struju kratkog spoja u mreži. 3.2.5. Napredni načini kompenzacije za asinhrone generatore Korištenje stalno priključenih klasičnih kondenzatorskih baterija, koje se koriste za popravak faktora snage izaziva mnoge poteškoće u radu. Ranije je navedeno da ako je kompenzacija približno jednaka reaktivnoj snazi u praznom hodu, tada prilikom kvara u mreži može doći do neželjene samopobude. Zbog toga je portebno za ovakve načine kompenzacije obezbjediti njihovo povremeno i diskretno uključivanje. Ti problemi se prevazilaze korištenjem kompenzatora reaktivne snage koji rade na bazi energetske elektronike. [1] Ova ideja je istraživana na projektu koji je proveo CEU priključenjem 8 MVAr STATCOM kompenzatorskog uređaja na farmi vjetroelektrana snage 24 MW u Danskoj. Na slici 31. je prikazana šema farme koja sadrži 40 x 600 kW vjetrogeneratora, sa fiksnom brzinom, konektovanih na 15 kV sabirnicu. Farma vjetroelektrana je zatim konektovana na 60 kV ruralnu distributivnu mrežu (snage kratkog spoja 745 MVA) preko 3-namotajnog transformatora kako bi se ograničila snaga kratkog spoja sa 15 kV sabirnice.

Slika 31. Šema farme vjetroelektrana u Danskoj [1]

38

STATCOM je naponski konvertor koji radi kao kompenzator reaktivne snage i na taj način se može u svakom trenutku kompenzirati reaktivna snaga, tako da farma vjetroelektrana radi sa jediničnim faktorima snage (cos φ = 1), a da je pri tome izbjegnuta mogućnost pojave efekta samopodude. STATCOM (ili ASVC) sastoji se od dva troslojna GTO (gate turn-of thyristor) konvertora spojenih na 12-pulsnu konfiguraciju kako bi se ograničili harmonici. Ograničavač harmonika SHEM (selective harmonic elimination) je takođe korišten kako bi se selektivno otklonili određeni harmonici nižeg reda, naravno da to ima za posljedicu povećanje amplituda nekih od viših harmonika. Eksperimentalna instalacija za sada radi dobro, ali još nije došlo do masovne proizvodnje i upotrebe kompenzatora zasnovanih na energetskoj elektronici. Za sada je njihova upotreba ograničena na nekolicinu istražnih/demonstracionih projekata. [1] 3.3. Konvertori na bazi energetske elektronike Konvertori na bazi energetske elektronike služe za povezivanje nekih vrsta obnovljivih izvora električne energije i uređaja koji se koriste za skladištenje energije (razne vrste baterija, zamašnjaci i sl.) sa distributivnom mrežom.[1] Razvoju konvertora treba zahvaliti velikom napretku u razvoju poluprovodničke tehnologije a najveći napredak je učinjen u dizajnu upravljačkih sklopova za regulaciju brzine vrtnje velikih motora. Jedna od svima poznatih uloga konvertora na bazi energetske elektronike je da vrše invertovanje istosmjerne energije iz nekog od obnovljivih izvora (npr. fotonaponske ćelije) u energiju naizmjeničnog napona željene voltaže i sistemske frekvencije 50Hz ili 60Hz. Konvertori se mogu koristiti kao i uređaji za upravljanje brzine vrtnje generatora, tako da se iz postojećeg izvora energije dobija najveća moguća efikasnost i iskoristivost u proizvodnji električne energije. [1] Ovo je jedan od argumenata koji je povećao njihovu upotrebu u vjetroelektranama sa promjenjivom brzinom vrtnje a u posljednje vrijeme počinju da se koriste i u nekim tipovima malih hidroelektrana. Još jedana od prednosti rada sa promjenjivom brzinom je ta što se može reducirati mehanički momenat korištenjem efekata zamašnjaka tokom tranzijentnih perioda. Ali veliki elektroenegetski konvertori imaju i mnoge nedostake kao što su [1]:

- značajna kapitalna ulaganja, - velika složenost (kompliciranost) takvih uređaja, - električni gubici, - „prljanje mreže“ (upotreba energetske elektronike stvara pojavu harmonika i distorziju

napona u mreži). Na slici 32. prikazan je tipičan sistem sa konvertorom [1] koji se koristi kao regulator brzine u vjetroelektrani. Na taj način omogućen je rad vjetrogeneratora pri različitim brzinama vrtnje. Energija koju on proizvodi pretvara se u istosmjernu a ona se putem invertora pretvara u naizmjeničnu, željenog napona i frekvencije.

Slika 32. Konvertor koji radi kao regulator brzine [1]

39

Tipični gubici snage svakog pojedinačnog konvertora su oko 2-3 %, tako da ukupna snaga koju generator proizvodi je na račun gubitaka umanjena za 4-5 %. Ovi gubici mogu se značajno umanjiti, ako samo jedan dio energije prolazi kroz konvertore. (slika 33.) Na šemi se vidi da je na ovaj način varijacija dozvoljenih brzina obrtanja ograničena. Za ovakva rješenja koristi se kliznokolutni motor na čiji je rotor priključen konvertor koji upravlja frekvencijom struje rotora, a samim time i njegovom brzinom obrtanja.

Slika 33. Konvertor regolacije brzine vrtnje kliznokokutne asinhrone mašine [1]

Sa konvertorom koji radi u sva četiri kvadranta omogućen je rad i ispod i iznad sinhrone brzine. Različiti oblici i vrste sistema koji vrše upravljanje na bazi kontrole klizanja testirani su u multi-megavatnom prototipu vjetroturbine, koja je korištena i konstruisana kao dio nacionalnog istraživačkog programa ( u Engleskoj) tokom ranih 80-setih. [1] Ustanovljeno je da ove turbine ne daju dobre rezultate rada, zbog mnogobrojnih problema koji nisu bili vezani za rad elektroenergetskih konvertora i taj koncept je na kraju napušten i odbačen. Bez obzira na taj neuspjeh, nedavno je na tržištu ponuđena komercijalna vjetroturbina 1,5MW i dijametra 60m, opremljena sa IGBT (insulated gate bipolar transistor) i PWM (pulse width modulated) konvertorima u rotorskom strujnom krugu. Vektorsko upravljanje brzinom [1] je moguće korištenjem kliznokolutne mašine kojoj je u rotorski krug vezan upravljački (kontrolabilni) otpornik (resistor), ali u ovom slučaju energiju gubitaka rotora nije moguće vratiti u mrežu nego se ona nepovratno gubi. 3.3.1. Konvertori naponskih izvora Postoji veoma veliki broj rješenja i načina koji koriste koncept elektoenergetskih konvertora na bazi energetske elektronike, a koji služe da bi se mali distribuirani generatori povezali na mrežu. Ovi uređaji koriste prednosti koje pružaju radne karakteristike različitih poluvodičkih uređaja, koji su dostupni na tržištu i koji se svakim danom unapređuju i razvijaju. Prije nekoliko godina u upotrebi je bio tiristorski invertor koji koristi prirodnu komutaciju i koji se još i danas može naći u upotrebi sa fotonaponskim ćelijama. Ovaj tip opreme ima prednost u tom smislu što su gubici energije veoma mali, ali nedostatak je taj što je faktor snage određen naponom istosmjernog linka i pored toga izaziva pojavu nepoželjnih harmonika u mreži. Teorija kaže da će 6-pulsni invertor koji radi na osnovnoj frekvenciji proizvesti 5-ti harmonik struje amplitude 1/5 (20%) njegove izlazne struje i 7-mi harmonik struje amplitude 1/7 (14%) njegove izlazne struje. Zbog toga, pri upotrebi ove jednostavne tehnologije, javljaju se dodatni troškovi zbog potrebe ugradnje dodatnih filtera i potrebno je određeno vrijeme utrošiti u studije i ispitivanja da bi se utvrdilo da će „zaprljanje „ mreže zbog pojave harmonika biti prihvatljivo za mrežu na koju se ova oprema priključuje. Ove vrste invertora se sve manje koriste u novijim šemama dirtribuirane proizvodnje. [1] Većina modernih konvertora koristi neki od oblika naponskih konvertora, koji sinezuju naponski valni oblik iz naponskih izvora. Na slici 34. prikazan je tipični naponski konvertor.

40

Snaga iz izvora energije napaja jednosmjernu sabirnicu, koja se u najjednostavnijim rješenjima održava na konstantnom naponu radom sistema za upravljanje rada enegretskog izvora. Zatim invertor sinetizira naponski valni oblik koji se koristi da bi se injektirala struja u mrežu preko reaktora Xc i reaktance lokalnog transformatora. Može se zaključiti da je osnovni princip rada naponskog konvertora veoma sličan radu sinhronog generatora. [1] Naime aktivna snaga P koja se injektira u mrežu se kontroliše uglavnom faznim uglom između sinusnog naponskog oblika na izlazu iz konvertora i naponskog oblika u mreži. Dok se reaktivna snaga Q kontroliše relativnim odnosom amplituda dva naponska oblika. Ako je napon na istosmjernoj sabirnici konstantan, konvertor mora vršiti i upravljanje (kontrolu) amplitude sinusnog oblika napona i faznog ugla, da bi mogao upravljati tokovima reaktivne i aktivne snage. Da ne bi došlo do injektiranja harmonika u mrežu, konvertor mora sintetizovati skoro idealan sinusni oblik napona na svom izlazu. Zahtjevi koji se moraju ispuniti da bi se mogao sintetizirati približno sinusan valni oblik izlaznog napona iz istosmjernog izvora su opisani u teoriji i praksi energetske elektronike. Postoje mnoge strategije za modulovanje sinusnog oblika napona, a neke od njih su [1]:

- Inverzija koja daje kvadratni oblik napona, je najjednostavnija i zahtijeva najjednostavniju šemu upravljanja, ali i proizvodi najviše harmonika.

- Metoda koja koristi tehniku modulacije praćenja referentmog ulaznog signala, tj. poredi referenti signal sa signalom okidanja, je takođe veoma dobro poznata. Najčešće korištena od tih tehnika je sinusoidalna širokopulsna modulacija (PWM) i ona se veoma lako implementira kao hardversko rješenje.

- Upravljanje histerezom je način u kojem se izlaznim signalom upravlja unutar referentnih graničnih vrijednosti sa svih strana željenog naponskog oblika.

- Programirana PWM (poznata i kao selektivni eliminator harminika, SHEM) u kojoj se koriste sofisticirane optimizacione metode, da bi se odredio potreban ugao okidanja i da bi se eliminisali određeni harmonici.

Za jednostavni dvoslojni krug (slika 34.) sinusni oblik struje može se dobiti jedino ako se IGBT uključuju veoma brzo. [1] To izaziva elektične gubitke, koji možda nemaju neki komercijalni značaj u šemi sa velikim generatorima, ali su itekako značajni u šemama malih distribuiranih generatora. Znači da za velike generatore mogu se koristiti rješenja koja koriste višeslojne (višestepene) invertore koji spajaju više naponskih izvora ili se može koristiti kombinacija više invertora zajedno koji vrše transformaciju po fazama i zajedno čine višefazni invertor. Bilo koja tehnika da se izabere uticaće na visinu kapitalne investicije, a ne treba zaboraviti da je ovo jedna od tehničkih grana koja se najbrže razvija, tako da se već sutra može pojaviti invertor koji ima bolju iskoristivost, bolje radne osobine i manju cijenu. Razvoj konvertora ide u tom smijeru da se razvijaju konvertori sa „mekim“ okidanjem, tako da se sve više smanjuju gubitci. Neke vrste rezonantnih konvertora su već u upotrebi u malim fotonaponskim generatorima, i moguće je razviti takvu topologiju koja eliminiše postojanje istosmjernog linka.

Slika 34. Šest pulsni dvoslojni IGBT naponski konvertor [1]

41

Šeme upravljačkih konvertora koje se koriste za upravljanje malim distribuiranim generatorima su veoma slične šemama koje se koriste za upravljanje veliki mašinama. Uglavnom se zasnivaju na teoriji vektora u prostoru i koriste se u dvokordinatnom sistemu. Ovaj način omogućava brzo i nezavisno upravljanje aktivnom i reaktivnom snagom, koja se injektira u mrežu. IEC 909 zahtijeva [1] da se izvrši proračun upravljačkih uređaja koji rade na bazi energetske elektronike i njihov doprinos početnoj struji kratkog spoja (i simetričnoj i početnoj maksimalnoj struji kratkog spoja), ali nije potreban proračun doprinosa stalnoj struji kratkog spoja. U ovim proračunima oni se posmatraju kao ekvivalentni motori sa zakočenim rotorom i strujom 3 puta većom od nominalne struje. Ovo se može smatrati sasvim odgovarajućom aporoksimacijom uređaja energetske elektronike, pri određivanju značaja i uticaja distibuiranih elektrana ove vrste. CIGRE izvještaj o distribuiranoj proizvodnji navodi da je očekivana struja kratkog spoja jednaka nominalnoj struji, a ponašanje invertora u određenoj situaciji će zavisiti i od njegovih izvora napajanje i njegovog upravljačkog uređaja. Kao i kod asinhronih motora i kola sa energetskom elektronikom nisu sposobna da održe (izdrže) trajnu struju kratkog spoja (osim ako nije neko specijalno rješenje ovog slučaja ugrađeno u sam konvertor). Zbog toga rad njihovih zaštitnih uređaja imaju veliki uticaj na rad zaštitnih uređaja u distributivnoj mreži.

42

4. UTICAJ DISTRIBUIRANIH GENERATORA NA KVALITET ELEKTRIČNE

ENERGIJE I GUBITKE U DISTRIBUTIVNOJ MREŽI U STACIONARNOM STANJU

4.1. Kvalitet električne energije Distibutivne kompanije imaju obavezu da svojim potrošačina obezbjede neprekinuto napajanje električnom energijom određenog kvaliteta. Kvalitet električne energije propisan je zakonskim i tehničkim pravilima i standardima. Pitanje kvaliteta električne energije kojim se snabdjevaju potrošači, posebno je dobio na značaju pojavom soficticiranih elektronskih uređaja i računarske tehnike, čiji pravilan rad direktno zavisi od kvaliteta napona kojim su napajani. Kvalitet električne energije određuju slijedeći parametri [3]: frekvencija, amplituda, valni oblik i simetričnost. Svaki potrošač koji je priključen na distributivnu mrežu zahtijeva određeni kvalitet napona napajanja i pri tome ga ne interesuje da li je na tu mrežu priključen ili nije distribuirani generator. Određeni poremećaji u kvalitetu električne energije su opisani i definisani raznim tehničkim standardima, a to su: prekidi u napajanju, propadi napona, porasti napona, flikeri, naponska distorzija, strujna distorzija, naponski harmonici, strujni harmonici i dr. Na slici 35. prikazan je efekat koji na kvalitet električne energije u mreži ima međusobni uticaj generatora/potrošača sa mrežom na koju su vezani.

Slika 35. Izvori poremećaja u kvalitetu električne energije [1]

43

4.2. Kvalitet napona u mreži Po važećim Opštim uslovima za isporuku električne energije u BiH napon u distributivnoj mreži srednjeg napona može varirati od +5% do -5% nazivnog napona, a u niskonaponskoj mreži od +5% do -10% nazivnog napona [6]. Priključenjem distribuiranih generatora na mrežu (zbog sposobnosti generatora da proizvode i troše reaktivnu energiju) u distributivnim mrežama može doći do trajno povišenih ili sniženih napona koji ugrožavaju rad ostalih potrošača na mreži, ali mogu izazvati i proradu postojeće zaštitne opreme na mreži, što za posljedicu ima prekide u napajanju potrošača. Priključivanje ili isključivanje generatora na mrežu može izazvati propade ili poraste napona u mreži. Pod propadom napona [27] smatra se smanjenje efektivne vrijednosti napona na vrijednost između 10% i 90% nazivne vrijednosti, pri nazivnoj frekvenciji i koji ima dužinu trajanja do pola periode do jedne minute. Propadi napona uglavnom su izazvani kvarovima u distributivnoj mreži i imaju negativan uticaj i na distribuirane generatore i na ostale potrošače u mreži. Tokom ozbiljnih propada napona u mreži potrošači (motori) će usporavati, dok će za isto vrijeme distribuirani generatori (i sinhroni i asinhroni) ubrzavati, to za posljedicu ima nastanak tranzijentne nestabilnosti. Prilikom propada napona lako može doći do isključenja prekidača i osjetljivi regulatori napona će početi da rade neispravno. Porast napona predstavlja [27] povećanje efektivne vrijednosti napona na vrijednosti između 110% i 180% nazivne vrijednosti, pri nazivnoj frekvenciji, čija je dužina trajanja od polovine periode do jedne minute. I oni obično nastaju zbog kvara u mreži (npr. jednofazni kratak spoj sa zemljom) ili prilikom procesa isključivanja ili uključivanja velikih potrošača u mreži. Ovi poremećaji su nešto rjeđi od propada napona. Prema Tehničkim preporukama za priključenje malih elektrana na EES JP EP BiH [13], napon generatora se ne smije razlikovati od napona na mjestu priključenja za više od 10%. U praksi se dešava [6] da nakon priključenja distribuiranih generatora na ruralnu mrežu (koja je prije priključenja generatora imala normalne i zadovoljavajuće naponske prilike, sa mogućnošću proširenja konzuma) distributivna mreža radi sa trajno povišenim naponom i na granici termičke opteretivosti, te da nema nikakve rezerve za povećanje snage prenosa. Dakle došlo je do pogoršanja naponskih prilika u mreži, kojih prije priključenja distribuiranih generatora nije bilo. Da bi se to izbjeglo potrebno je izvršiti dodatna ulaganja u distributivnu mrežu (promjeniti promjer vodiča) i podestiti automatski regulator napona na generatorima tako da ne dolazi do naponskih preopterećenja mreže (takva podešenja ne izaivaju promjenu aktivne snage koju generator proizvodi nego samo promjene u reaktivnoj snazi). Takođe, [1] povećanje ili pad napona koji izazivaju distribuirane elektrane u distributivnoj mreži, prilikom njihovog puštanja u rad ili zaustavljanja, treba razmotriti sa posebnom pažnjom, jer ako se desi da je napon u mreži već blizu dozvoljene gornje granice, onda njegovo čak i kratkotrajno povećanje može izazvati neželjena ispadanja pojedinih potrošača sa mreže. Harmonijska distorzija napona [1] je takođe sve češća pojava u mnogim energetskim sistemima, što u mreži izaziva pojave kratkotrajnog povećanja napona znatno većeg od dozvoljenih vrijednosti za tu mrežu. Zbog toga se u rotacionim mašinama (i generatorima i motorima) javljaju dodatni gubici grijanja namota, kao i parazitski momenti koji djeluju kao dodatno opterećenje na mašinu. Na uređaje energetske elektronike ovi poremećaji djeluju tako da oni nepravilno rade, što ima velikih posljedica kada se zna da je riječ o upravljačkim sklopovima.

44

U praksi se često sa asinhronim mašinama ( generatori i motori) koriste kompenzatori za popravak faktora snage. [1] Oni zbog svoje reaktance koja ima kapacitivni karakter predstavljaju veoma malu otpornost kada su u pitanju viši harmonici struje. Zbog toga veoma lako može doći do pojave rezonancije između kompenzatora (kapacitet) i ostalih induktivnih reaktansi (induktivitet) koji postoje u samom postrojenju ili u mreži. Nesimetrija napona u mreži izaziva povećanje gubitaka u rotacionim mašinama (pojava parazitskih momenata) i njihovo pretjerano zagrijavanje. Nesimetrija napona u mreži može dovesti i do toga da uređaji energetske elektronike injektiraju nazad u mrežu harmonike struje koji se inače ne očekuju (osim ako uređaji nisu tako dizajnirani da prepozanju nesimetrično napajanje iz mreže). Ponašanje distribuiranih generatora kada se dese poremećaji u mreži veoma je slično ponašanju velikih potrošača. Razlika je u tome što veliki industrijski potrošači teže da su priključeni na jaku mrežu ( sa velikom snagom kratkog spoja), jer to obično za sobom povlači i dobar kvalitet električne energije, dok distribuirani generatori ako se priključe na slabu mrežu, povećavaju ukupnu snagu kratkog spoja mreže, pa se sa te strane gledano može reći da imaju pozitivan uticaj na kvalitet napona. [1] Na slici 35. prikazani su poremećaji koje distribuirani generator unosi (izaziva) u mreži. Svi distribuirani generatori, koji koriste uređaje energetske elektronike (bez obzira na vrstu generatora) u mrežu injektiraju harmonike struje. Ako generator iz bilo kog razloga radi i proizvodi nesimetričan napon, on u distributivnoj mreži, zbog injektiranja indirektne komponente (sistem simetričnih komponenti), izaziva nesimetriju napona u mreži. Zbog sposobnosti distribuiranih generatora da injektiraju i da proizvode reaktivnu snagu, u mreži u stacionarnom stanju mogu izazvati dodatne poremećaje napona (ili trajno povišen ili trajno snižen napon mreže). Flikeri napona su dinamičke promjene napona mreže, [1] a najčešće ih izazivaju generatori ali mogu nastati i zbog rada potrošača ( najveći uzročnici flikera su vjetrogeneratori). Efekat koji izazivaju je treperenje svjetla (zbog toga su i dobili ime) vidljivo ljudskom oku kod sijalica sa žarnom niti. Kao što je već ranije navedeno distibuirani generatori povećavaju snagu kratkog spoja distributivne mreže (poboljšanje kvaliteta električne energije), ali zbog injektiranja aktivne snage u mrežu mogu dovesti do stalno povišenog napona u mreži (negativan uticaj), tj. do prekoračenja dozvoljene visine napona za koju je mreža dimenzionisana. Može se reći da distribuirani generatori imaju sličan uticaj na kvalitet elekrične energije kao i veliki potrošači, tako da se na njih mogu primjeniti isti standardi. [1] Uticaj „idealnog“ distribuiranog generatora priključenog na distributivnu mrežu prikazan je na slici 36. [1] Za „idealan“ generator smatra se da proizvodi idealnu sinusoidalnu struju. Na slici 36.a. prikazan je potrošač koji injektira poremećaje u distributivnu mrežu. Distributivna mreža predstavljena je ekvivalentnom impedancom distributivne mreže )(hZ s , koja je

priključena na krutu mrežu. )(hZ s , impedanca mreže, zavisi od frekvencije, tako da je predstavljena kao funkcija broja harmonika (h). Potrošač je predstavljen kao izvor distorzije struje )(hI d , a uticaj ostalih potrošača je zanemaren. Primjenom Ohm-ovog zakona dobijamo formulu za izračunavanje distorzije napona u mreži koju izaziva potrošač:

)()()( hZhIhV sdd = (4.1) Na slici 36.b. na mrežu je priključen idealan distribuirani genertator, koji je predstavljen pomoću idealnog naponskog izvora i generatorske impedance )(hZ g . Primjenom principa

45

superpozicije, iz istu injektiranu struju distorzije )(hId , dobijamo novu vrijednost distorzije napona:

)()(

)()('

hZhZ

hZhVV

gs

gdd +

= (4.2)

Dakle idealani distribuirani generator povećava snagu kratkog spoja u distributivnoj mreži. Priroda potrošača koji injektira distorziju struje u mrežu, određuje vrijednosti impedansi. Za osnovni strujni harmonik sZ je osnovna impedansa mreže, za frekvenciju f = 50Hz, dok

impedanca generatora gZ može biti ili tranzijentna ili sinhrona reaktanca generatora, zavisno

od frekvencije promjene struje dI .

Slika 36. Uticaj „idealnog“ distribuiranog generatora na kvalitet napona mreže [1]

Na sličan način se može proračunati i harmonik napona, samo je u tom slučaju potrebno poznavati harmonijske impedance. Za proračun nesimetrije napona mora se koristiti indirektna impedansa (sistem simetričnih komponenti). Naravno da u praksi ne postoji „idealan“ distirbuirani generator, te da i on proizvodi i injektira u mrežu određenu distorziju struje (slika 37). [1] Slučaj je pojedostavljen do te mjere da se zanemaruju reaktanse potrošača i distribuiranog generatora. Distorzija napona se sada računa kao:

)(''gdsd IIZV += (4.3)

Prilikom izračunavanja distorzije napona, za određivanje vrijednosti distorzije struje u obzir se moraju uzeti njihove frekvencije, kao i relativni fazni pomaci. Ako fazni pomak između strujnih harmonika nije poznat, onda se oni računaju kao korjen zbira kvadrata vrijednosti svakog harmonika.

46

Slika 37. Uticaj distribuiranog generatora na distorziju napona u distributivnoj mreži [1]

Iz predhodnih jednačina može se vidjeti kakav uticaj distribuirani generator ima na kvalitet energije u mreži. Za preciznije proračune uticaja distribuiranih generatora na kvalitet električne energije u praksi postoje dobro razvijeni softveri, koji za analizu koriste mnogo kompleksnije i preciznije modele generatora, mreže i potrošača. Takođe za proračun harmonika postoje softveri koji mogu veoma dobro simulirati i prikazati distorziju napona u mreži koju uzrokuju injektirane harmonične komponente struje. Ovdje problem predstavlja određivnje harmoničnih impedanci generatora i opterećenja, za dati slučaj. Dobro modelovanje potrošača je od posebne važnosti, jer su oni u stanju da priguše veliki broj harmoničnih komponenti i značajno utiču na amplitudu harmonika napona u mreži. Od nedavno se razvijaju i programi koji omogućavaju proučavanje uticaja distribuiranih generatora na flikere u mreži. Za sada ti programi se ograničavaju na specificirane generatorske tehnologije. Ako je potrebno, moguće je izvršiti i elektromagnetnu analizu, u vremenskom domenu, stanja u mreži kada je na nju priključen distribuirani generator. Za sve navedene analize potrebno je posjedovati specijalizirane računarske programe i biti obučen za rad na njima. [1] Za posmatranje uticaja distribuiranih generatora na kavlitet električne energije u mreži, najbolje je uzeti primjer vjetrogeneratora, jer kvalitet električne energije ima veliki značaj za njega. Jedan vjetrogenerator može biti snage i do 1,5 MW , u praksi se često dešava da je priključen na mrežu velike impedance . [1] Na turbinu će biti prilkjučen ili asinhroni generator (fiksne brzine vrtnje rotora) ili će biti dodata i energetska elektronika (za promjenjivu brzinu rotora). Za dizajn sa elektroenergetskom elektronikom (konvertorima) veoma pažljivo se mora ispitati harmonička distorzija napona mreže, dok za asinhroni motor (fiksne brzine) mora se pronaći način da se izbjegnu tranzijentne promjene napona u mreži. Tokom normalnog rada vjetroturbina kontinuirano proizvodi promjenjivu izlaznu snagu. Te varijacije su izazvane turbulencijom vjetra i efektom „sjene tornja“ (smanjenje brzine vjetra blizu tornja). Ovi efekti izazivaju periodične pulzacije snage, čija je frekvencija jednaka prolasku lopatice pored tornja ( oko 1 Hz za velike turbine). Takođe njima treba dodati sporije promjene koje su izazvane meteorološkim promjenama u brzini vjetra. Mogu se pojaviti i brže promjene snage (frakvencije nekoliko Hz), zbog same dinamike turbine. Rad sa promjenjivom brzinom okretanja ima prednosti, jer se neke od brzih promjena snage ne prenose u mrežu zbog njihovog prigušenja na zamašnjaku rotora. Rad sa fiksnom brzinom, asinhronog generatora sa malim klizanjem će izazivati ciklične promjene u izlaznoj snazi, a samim time i naponu mreže. Davidson [1] je proveo sveobuhvatna, dvogodišnja, mjerenja, da bi istražio utjecaj farmi vjetrogeneratora na kvalitet električne energije u 33 kV distributivnoj mreži. Mjerenja su vršena na farmi vjetroelektrana od 7,2 MW koja se sastoji iz 24 x 300 KW asinhronih generatora sa fiksnom brzinom obrtanja rotora, koja je priključena na 33 kV slabu (nadzemnu) mrežu sa snagom kratkog spoja od 78 MVA. Svaka turbina u farmi je imala

47

mogućnost rada u dvije brzine, prespajanjem (preklapanjem) namota generatora. Na njih su spojene kondenzatorske baterije za popravak faktora snage, koje bi se uključivale svaki puta kada bi se generator počeo obrtati. Vjetroturbine su smještene na visini od 400m na složenom brdovitom terenu, tako da su na udaru velikih turbulencija vjetra. Mjerenja su vršena na mjestu konekcije na distributivnu mrežu i na dva vjetrogeneratora. Dobijeni rezultati su veoma interesantni i pokazuju kompleksan odnos između efekta povećanja snage kratkog spoja distributivne mreže zbog priključenja farme vjetroelektrana (popravak kvaliteta električne energije) i malog pojačanja naponskih harmonika zbog pojave rezonancije između generatorskih namotaja i kondenzatorskih baterija. Detaljni zaključci su slijedeći:

• Rad farme vjetroelektrana lagano je povećao napon u 33 kV mreži, ali je smanjio standardnu devijaciju napona. Kako je i očekivano, u ovom slučaju, proizvodnja injektiranje aktivne snage i realna otpornost mreže otprilike su jednaki apsorbovanoj reaktivnoj snazi i induktivnoj otpornosti 33 kV mreže. Priključenje generatora na distributivnu mrežu povećalo je snagu kratkog spoja, time se povećala stabilnost mreže, ali je efekat veoma mali na napon mreže u stacionarnom stanju.

• Povezivanje većeg broja generatora na mrežu, izazvalo je dramatično smanjenje indirektne komponente napona u mreži sa 1,5 % na manje od 0,4 %, što znači da se asinhroni generatori povukli i apsorbovali indirektnu komponentu struje, na račun povećanja svojih gubitaka i povećanog zagrijavanja namota generatora.

• Farma vjetroelektrana lagano smanjuje napon flikera koji su mjereni na mjestu priključenja na distributivnu mrežu. Ovo je kompleksan spoj efekta povećanja snage kratkog spoja mreže i izazivanja fluktuacije struje.

• Kada je farma vjetroelektrana u pogonu, dolazi do malog povećanja ukupne distorzije naponskih harmonika. Uglavnom je izazvano povećanje 5-og i 7-og harmonika pri maloj brzini obrtanja i velikoj impedansi namotaja svakog generatora koji je u pogonu. Ovaj porast je najvjerovatnije uzrokovan paralelnom rezonancijom između induktiviteta namotaja generatora i kapaciteta kondenzatorskih baterija.

Ovi rezultati su tipični za slučaj priključenja farme vjetroelektrana, sa velikim brojem malih asinhronih generatora, na slabu ruralnu mrežu. U mnogobrojnim istraživanjima pokazan je povoljan uticaj na kvalitet električne energije (efekat povećanja snage kratkog spoja u mreži). Ali ipak treba znati da će uticaj distribuiranih generatora na distributivnu mrežu varirati od slučaja do slučaja, zavisno od specifičnih okolnosti. Dakle u praksi uticaj distribuiranih generatora se mora ispitati za svaki pojedini slučaj posebno. Takođe, proučavanje uticaja grupe velikog broja malih generatora, koji su aproksimirani samo jednim velikim generatorom, zahtijeva veliku pažnju i opreznost. Flikeri napona Dakle, [1] filkeri napona su dinamičke promjene napona mreže, koji imaju efekat treperenja svjetla (sijalica sa žarnom niti) i koje uglavnom izazivaju generatori ili potrošači. Ljudsko oko je najosjetljivije na varijacije svjetlosti koje izaziva frekvencija promjene napona od oko 10Hz, pa su i različiti nacionalni i tehnički standardi koji definišu pojavu flikera u mreži uglavnom zasnovani na promjenama napona tog tipa. Osim distibuiranih generatora (ugl. asinhronih) izvori pojave flikera mogu biti i potrošači koji izazivaju velike fluktuacije napona i to: elektrolučne peći, mašine za mljevenje i lomljenje kamena, velike mašine u pilanama, na kopovima uglja i dr.

48

Uticaj distribuiranih generatora na pojavu flikera u distributivnoj mreži je itekako značajan, zbog toga što[1]:

• Često se koriste relativo veliki generatori u poređenju sa ostalim potrošačima na mreži.

• Često startaju i često se zaustavljaju. • U mrežu mogu injektirati kontinuirano promjenjivu snagu (koriste izvor energije

promjenjive snage). Da bi se izbjegao nastanag flikera, posebnu pažnju treba obratiti na [1]:

• proces konekcije i diskonekcije generatora na mrežu, • rad vjetroturbine (vjetrogeneratora), • rad fotonaponskih (solarnih) generatora.

Flikeri se uglavnom mjere [1] tokom 10 minutnog perioda i na taj način dobijamo faktor kratkotrajnog kolebanja vrijednosti napona – flikera (Pst). Pst vrijednost se dobija određenim algoritmom koji je zasnovan na mjerenju napona mreže i stepena neugodnosti koju treperenje svjetlosti izaziva ljudskom oku za vrijeme od 10 minuta. Zavisnost promjene VV /Δ ( %) u odnosu na broj promjena napona u minuti prikazana je na slici 38. Možemo zaključiti da se vrijednost Pst mijenja linearno u odnosu na amplitudu promjene napona uključujući i frekvenciju promjena napona.

Slika 38. Procentualna promjena amplitude sinusnog oblika napona

u zavisnosti od broja promjena u minuti [1] Faktor dugotrajnog kolebanja napona - flikera (Plt) za vremenski period od 2 h dobije se kada se nađe korijen iz zbira kvadrata dvanaest uzastopnih Pst. [1] Određivanje flikera napona uzrokovanog fluktuacijama u izlaznoj aktivnoj snazi distribuiranog generatora je dosta složeno, jer zavisi od izvora energije (obnovljivi izvori), karakteristika generatora i impedance mreže. Jednostavna mjeranja promjene napona na izlazu (izlaznim terminalima) generatora nisu dovoljna da bi se odredio nivo flikera u mreži tj. kod krajnjih potrošača, jer kako je već spomenuto i odnos X/R distributivne mreže itekako ima uticaja na pojavu i nivo flikera. Tako za vjetrogeneratore (jedna od mogućih procedura mjerenja), mjeri se promjena struje i promjena napona na izlazu iz generatora i onda se ti podaci koriste za proračun promjene napona u mreži, uz poznavanje podataka o snazi kratkog spoja i odnosa X/R distributivne mreže. [1] Nakon toga tako dobijene promjene napona ubacuju se u algoritam za proračun

49

flikera i tek tada se dobija doprinos vjertogeneratora nastanku pojave flikera u distributivnoj mreži. Moguće je uvesti i korektivni faktor koji je određen godišnjom promjenom brzine vjetra. Ako je veći broj distribuiranih generatora priključen na distibutivnu mrežu i ako je njihova promjena aktivne snage neusklađena onda se njihov ukupni doprinos na pojavu flikera u mreži smanjuje i može se računati prema formuli [1]:

pp

nPP Δ=

Δ 1 (4.4)

gde je n broj generatora, P aktivna snaga farme vjetroelektrana, p aktivna snaga jednog vjetrogeneratora, PΔ promjena izlazne aktivne farme vjetroelektrana, pΔ promjena izlazne aktivne snage jednog generatora. Može se desiti da u nekim slučajevima veći broj vjetrogeneratora upadne u tzv. sinhronizam i u tom slučaju promjene izlazne aktivne snage se sabiraju, tako da se uticaj na flikere u mreži povećava linearno. U praksi je pokazano da je sinhroni rad moguć, ali da traje vrlo kratko, jer u prirodi vrlo brzo dođe do promjene u brzini vjetra. Dozvoljeni nivoi flikera razlikuju se u zavisnosti od propisanih nacionalnih i tehničkih standarda. Prema dostupnim podacima, obično se vrijednosti Pst za apsolutnu vrijednost flikera u mreži kreće do 1 , a za Plt do 0.6. U BiH prema Tehničkim preporukama Elektroprivrede BiH za priključenje malih elektrana na EES [13] , na pragu elektrane : „Faktor dugotrajnog kolebanja napona - flikera (A

1) mora biti

≤ 0,1“ . Harmonici Distibuirani generatori izazivaju pojavu harmonika u distributivnoj mreži na više načina. Uređaji energetske elektronike koji se koriste kao oprema koja omogućava pravilan rad generatora i koja služi da bi se generatori mogli povezati na distibutivnu mrežu, uzrokuju (zbog svojih radnih karakteristika) pojavu harmonika napona i struje u distributivnoj mreži. Sinhroni i asinhroni distributivni generatori povećavaju harmonijsku impedansu mreže i na taj način omogućavaju pojavu harmonika i iz drugih harmonijskih izvora u distributivnoj mreži. Pored toga, kapacitivnosti kompenzatora, koji se koriste za popravak faktora snage asinhronih generatora, mogu doći u rezonanciju sa ostalim reaktansama induktivnog karaktera. Konvertori na bazi energetske elektronike koji služe za povezivanje distribuiranih generatora veće snage (>1 MW) na mrežu, još uvijek nisu u širokoj upotrebi, ali treba ih očekivati veoma brzo, obzirom da je napredak u toj vrsti tehnologije svakodnevan. Kada se to desi, njihov uticaj na pojavu harmonika u mreži, biće značajan. [1] U zadnjih 5 – 10 godina, uobičajeno je da se koriste naponski konvertori na bazi energetske elektronike, ali prije njih u upotrebi su bili (i danas se koriste) konvertori, zasnovani na tiristorskoj tehnologiji. Na slici 39. prikazan je jednostavan strujni konvertor [1] (6-pulsni tiristorski most) koji je namjenjen za upotrebu sa fotonaponskim ćelijama ili vjetrogeneratorima. Ovo je dobro poznata i široko rasprostranjena tehnologija koja je korištena u industrijskim postrojenjima kao osnova za visokonaponski ispravljač struje. Razlika između invertora i ispravljača je ta, što je ugao paljenja tiristora kod ispravljača od 0o do 90o, a kod invertora je taj ugao paljenja veći od 90o.

50

Slika 39. Jednostavni 6-pulsni tiristorski konvertor [1]

Ova tehnologija ima slijedeće nedostatke [1]:

- visoka harmonijska karakteristika (uzročnik nastanka harmonika), - veoma loš faktor snage.

Bez obzira na to, uređaj ovakve vrste je vrlo jednostavan, robustan i jeftin, tako da se i danas zadržao u upotrebi. Još jedan od nedostataka ovakve vrste rješenja je nemogućnost rada u ostrvskom režimu ako se za izvor upravljačkog signala koristi napon mreže. Loše harmonijske performanse, [1] mogu se popraviti korištenjem višestepenih mostova spojenih preko transformatora sa dva sekundarna namotaja sa različitom grupom spoja. Ovo ima efekat potpunog ukidanja harmonika nižeg reda, što je u svakom slučaju prednost nad rješenjem gdje se energija harmonika pomjera na viši nivo bržim okidanjem i preklapanjem kao kod konvertora sa prisilnom komutacijom. Ali opet treba uzeti u obzir svu kompleksnost transformatorske opreme i generatora. Postoji potreba i mogućnost spajanja filtera na određenu generatorsku opremu, kako bi se spriječio nastanak harmonika određene frekvencije. Harmonici koji preostanu nakon filtriranja mogu se ukloniti korištenjem EMC regulatora. Faktor snage [1] je određen istosmjernim naponskim linkom, koji se mora održavati na „sigurnom“ nivou da bi se spriječila pogreška prilikom komutacije. Uređaji za popravak faktora snage i filteri su obično podešeni (prilagođeni) visokonaponskoj strani transformatora, kako bi se izbjegla interakcija sa konvertorom. Moderni ekvivalent opremi tipa prikazanog na slici 39., je već ranije spomenuti i opisani IGBT uređaj sa slike 34. IGBT uređaj (sintetizuje sinusni oblik struje na izlazu) koristi prekidanje (okidanje) pri frekvenciji od nekoliko kHz da bi se na izlazu dobio sinusni oblik i na taj način su eliminisani harmonici nižeg reda. Harmonijska karakteristika za ovaj uređaj prikazana je u tabeli 8 i može se izvršiti poređenje sa do sada korištenim upravljačkim uređajima velikih mašina koji rade na bazi komutatora sa prirodnom komutacijom. Tabela 8. Tipične harmonijske struje za uređaj koji sintetizuje sinusnu izlaznu struju (IGBT) i njihovo poređenje sa strujama 6-pulsnog i 12-pulsnog industrijskog upravljačkog uređaja [1]

Broj harmonika Harmonijske struje u mreži %

IGBT 6-pulsni upravljač 12-pulsni upravljač 1 100 100 100 3 1,9 - - 5 2,8 21-26 2-4 7 0,5 7-11 1 11 0,16 8-9 8-9 13 0,3 5-7 5-7 17 0 4-5 0-1 19 0,125 3-5 0-1

51

Može se vidjeti da je na ovaj način smanjen uticaj struja nižih harmonika, a vrijednosti amplitude harmonijskih struja u praksi značajno se razlikuju od teorijskih vrijednosti. Dodatno, izlaznu struju iz uređaja koji sintetizuje sinusni oblik (IGBT), je zbog veće frekvencije okidanja uređaja (2-6 kHz), lakše filtrirati. Tiristorski uređaji, koji se koriste za meki start distribuiranih generatora (asinhronih), danas se veoma često koriste u praksi. [1] Rad tih uređaja takođe izaziva pojavu harmonika različitog reda, zavisno od ugla paljenja tiristora. Ali pošto se uređaji za meki start generatora koriste relativno kratko vrijeme (nekoliko sekundi) onda se i njihov uticaj na stvaranje harmonika u mreži može zanemariti. U slučaju da se iz nekog razloga, ovaj uređaj ne premosti nego on ostane u funkciji onda je njegov doprinos harmonijskoj distorziji itekako značajan. Način rada generatora sa stalno uključenim uređajem za mekani start, koristi se kada se nastoje smanjiti gubici u asinhronom generatoru koji radi sa niskom izlaznom snagom. Za ovaj način rada vezane su komplikacije u smislu da ako se pokuša promjeniti ugao paljenja tiristora kako bi se smanjilo injektiranje harmonika u mrežu, tada automatski dolazi do varijacije napona koji se dovodi generatoru, a to ima za posljedicu izazivajne dinamičke nestabilnosti rada samog generatora. Kako je već ranije spomenuto, harmonijska impedansa mreže povećava se kada se na nju spoji distribuirani generator. Sinhroni generator može se modelovati serijskom vezom reaktance i impedance [1]:

hjXRhZ dgh''2/1 += (4.5)

gdje je, R otpornost generatora (dobije se iz proračuna gubitaka u generatoru), ''dX je

subtranzijentna reaktansa generatora i h je broj harmonika. Transformator se modeluje na isti način [1]:

hjXRhZ tth += 2/1 (4.6) R se dobije iz proračuna gubitaka u transformatoru, a tX je reaktansa transformatora u kratkom spoju. Mogu se koristiti i kompleksniji modeli asinhronih mašina, ali zbog jednostavnije aproksimacije korištena je ekvivalentna impedanca indirektne komponente (sistem simetričnih komponenti) i smatra se da se odnos X/R održava konstantnim sa uvažavanjem broja harmonika. Primjer jednostavnog modela asinhronog generatora sa priključenim kompenzatorom, predstavljen je na slici 40. Na slici 41. prikazani su tipični podaci harmonijske impedance za grupu asinhroni generator – transformator, [1] gledano sa strane transformatora (vrijednost impedance na terminalima transformatora). Za primjer je uzet 600 kW asinhroni generator.

Slika 40. Model grupe asinhroni generator – transformator sa priključenim kompenzatorom (za

popravak faktora snage) za analizu harmonika [1]

52

Slika 41. Promjena (vrijednosti) impedance u zavisnosti od broja harmonika

za grupu asinhroni generator-transformator [1]

Može se vidjeti da impedansa bez uređaja za popravak faktora snage raste gotovo linerano sa povećanjem broja harmonika (niži broj harmonika, manja impedansa). Kada se priključi kompenzator dolazi do drastičnih promjena u ponašanju harmonijske impedance. Lako se primjećuje da dolazi do serijske rezonancije između kapacitivnosti kompenzatora i induktivnosti transformatora, oko 9-og harmonika, i paralelne rezonancije između induktivitene generatora i kapaciteta kompenzatora, između 4-og i 5-og harmonika. Serijska rezonancija će izazvati povećanje struje koja teče u kompenzator, dok će paralelna rezonancija izazvati harmonijsku distorziju napona u mreži. Možemo izvući zaključak, da svaki izvor harmonika reda manjeg od 11 (bez obzira da li je to distribuirani generator ili neki veliki industrijski potrošač ili veliki kompenzator), će imati veliki uticaj na pojavu harmonika u distributivnoj mreži, tako da je potrebno izvršiti ozbiljnu harmonijsku analizu. [1] Za područje koje pokriva Elektroprivreda BiH važe propisane vrijednosti harmonika koje ne smiju biti prekoračene. [6] Te vrijednosti navedene su u tabeli 9. Dozvoljene struje viših harmonika prema Tehničkim preporukama JP EP BiH [13] se provjerava izrazom

ksnhsnhdoz SII ⋅= (4.7) gdje je nhdozI (A)- dozvoljena vrijednost struje višeg harmonika na naponskom nivou generatora, nhsI (A/MVA)- vrijednost struje višeg harmonika svedena na snagu kratkog spoja na mjestu priključenja na mrežu. Tabela 9. Sadržaj viših harmonika koji ne smije biti prekoračen [6] Redni broj višeg harmonika (n)

nhsI (A/MVA) 3. 5. 7. 11. 13. 17. 19. 23. 25. 1,0 0,7 0,5 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2

53

Ako struja za neki red n višeg harmonika prelazi dozvoljenu vrijednost, tada se za taj red provjerava i napon višeg harmonika. Dopuštene vrijednosti su za treći i peti harmonik [13]: <0,2%Un i za harmonike višeg reda: <0,1%Un. Kod distribuiranih malih hidroelektrana sa frekventnim pretvaračima neophodno je provjeriti i uticaj na MTK uređaje. Nesimetrija napona Trofazne asinhrone mašine [1] imaju malu impedansu za indirektnu komponentu napona, tako da ako se na njihovim stezaljkama pojavi nesimetrija u naponu oni će povući velike struje koje će dovesti do dodatnog zagrijavanja i pojave parazitskih momenata (dodatni teret). U praksi je zabilježeno neželjeno ispadanje distribuiranih generatora sa distributivne mreže zbog pojave nesimetričnog napona u mreži. Ako ne dođe do nekih posebnih rješenja, distribuirani generatori bi trebali biti dimenzionisani tako da podnesu nesimetriju u mreži od 1%, naravno uz odgovarajuću prekostrujnu zaštitu. Na nesimetriju u mreži nisu samo osjetljive asinhrone mašine, nego i sinhrone. Sinhrone mašine se u slučaju nesimetrije ponašaju slično kao kavezna asinhrona mašina. Uređaji energetske elektronike u slučaju nesimetrije povećavaju broj nekarakterističnih harmoničnih komponenti koje injektiraju u mrežu, te zbog toga izazivaju nepoželjnu proradu zaštitnih uređaja. Trenutno većina distribuiranih generatora su trofazni, tako da oni nemaju negativan uticaj na pojavu nesimetrije u mreži. Problem, [1] što se distribuirane proizvodnje tiče, može se povećati ako se poveća broj kućnih generatora (kombinovani grijanje-proizvodnja električne energije), jer su ti generatori uglavnom jednofazni. Naime ako se desi da veliki broj kućnih (jednofaznih) generatora bude priključen na mrežu i ako oni budu neravnomjerno raspoređeni po fazama, problem pojave nesimetrije u distributivnim mrežama će postati itekako značajan. Uticaj distribuiranih generatora na kvalitet električne energije Uticaj distribuiranih generatora na kvalitet električne energije u distributivnoj mreži je [1, 6, 13]:

• Zbog proizvodnje ili potrošnje reaktivne energije od strane distribuiranih generatora, u distributivnoj mreži može doći do značajnih trajnih smanjenja ili povećanja naponskog nivoa.

• Uticaj na propade ili poraste napona je takođe značajan. Do njih dolazi prilikom starta ili naglog isključenja distribuiranog generatora.

• Distribuirani generatori u distributivnoj mreži izazivaju pojavu flikera – dugotrajnih fluktuacija napona, koji takođe imaju negativan uticaj na rad opreme (posebno elektroničkih uređaja).

• Distribuirani generatori i njihova prateća oprema u distributivnoj mreži izaziva harmonijsku distorziju napona.

• Priključenjem distribuiranih generatora povećava se snaga kratkog spoja distributivne mreže, što pozitivno utiće na kvalitet električne energije, ali ako je ta nova snaga kratkog spoja veća od one na koju je dimenzionisana zaštitna oprema, tada ponovno dimenzionisanje i zamjena neodgovarajuće zaštitne opreme izaziva dodatne troškove.

• Ako se na mrežu spoji više jednofaznih generatora koji nisu izbalansirani po fazama, dolazi do pojave nesimetrije u mreži, koja ima itekako negativan uticaj na potrošače.

Pored navedenih uticaja distribuiranih generatora na mrežu, loš kvalitat elektirične energije u mreži ima negativan uticaj na rad distribuiranih generatora (posebno onih koji koriste obnovljive izvore energije), tako da može doći do neželjenih ispadanja generatora sa mreže.

54

Dakle prije priključivanja distribuiranog generatora na distributivnu mrežu, treba obratiti posebnu pažnju na analizu uticaja distibuiranih generatora na kvalitet električne energije u mreži, kao i na već postojeću situaciju u mreži. To se odnosi na analizu naponske harmonijske distorzije, pojave flikera napona, pojave nesimetrije u mreži i svih ostalih relavantnih parametara. Zbog svih tih problema Elektroprivreda BiH je 2001.godine usvojila Tehničke preporuke koje su obavezujuće za sve ubuduće planirane distribuirane elektrane, kako bi se problemi koji su se do sada pojavljivali u praksi sveli na minimum. Na slijedećim slikama (Slika 42. i 43.) prikazan je način priključenja distribuiranih generatora na disributivnu nisko naponsku mrežu prema Tehničkim preporukama JP EP BiH [13].

Slika 42. Način priključivanja asinhronog i sinhronog generatora na niskonaponsku mrežu [13]

55

Slika 43. Način priključivanja grupe asinhronih i sinhronih generatora na niskonaponsku mrežu [13]

56

4.3. Uticaj distribuiranih generatora na gubitke u distributivnom sistemu Uticaj distribuiranih generatora na gubitke u distributivnim mrežama, može biti pozitivan ali i negativan. Ako se distribuirani generator priključi na jaku distributivnu mrežu, blizu centra velike potrošnje (veliki gradovi, industrijske zone i sl.), onda se energija koju distribuirani generator injektira u mrežu odmah troši, skraćuje se put koji energija treba da pređe do potrošača i samim time se smanjuju i gubici prenosa u distributivnoj mreži. Ali najčešće su distribuirani generatori priključeni na slabe, ruralne mreže, daleko od potrošača koji mogu potrošiti proizvedenu energiju, tako da se gubici u takvim distributivnim mrežama značajno povećavaju. U praksi je zabilježen veliki porast distributivnih gubitaka, nakon priključenja distribuiranih generatora na slabu mrežu. Ti gubici nastaju jednim djelom zbog neadekvatnog tehničkog rješenja priključenja elektrana na mrežu, dok drugim dijelom ti su gubici izazvani nedozvoljenim režimom rada elektrane. Za primjer povećanja gubitaka u praksi [6] uzeto je distributivno područje poslovnice Gornji Vakuf na koju su priključene 3 male hidroelektrane ukupne instalirane snage 2978 kW. Isto distributivno područje ima na sebe priključen konzum koji u trenutku minimalnih opterećenja preuzima 1 MW, dok maksimalno vršno opterećenje dostiže oko 3 MW. Prije puštanja u rad malih hidro elektrana distributivni gubici su kod opterećenja konzuma 2861 kW/ 541 kVAr iznosili 2,76 %, dok su se gubici nakon priključenja elektrana, pri istom konzumu i proizvodnji elektrana 2600kW/781KVAr popeli na čak 30,61% u odnosu na opterećenje konzuma. Primjer je veoma ilustrativan jer su sve tri elektrane priključene na kraju radijalnih distributivnih vodova gdje ne postoje tehnički uslovi za normalan rad (slika 44.)

Slika 44. Primjer priključenja tri male hidroelektrane na distributivnu mrežu poslovnice Gornji Vakuf [6]

57

Skoro sve elektrane koje se danas grade ili su planirane za izgradnju u BiH nalaze se na mjestima jako udaljenim od izvornih 110/x kV ili 35/x kV, sa distributivnim vodovima koji nisu planirani i prilagođeni za priključenje distribuiranih generatora. Taj problem (neadekvatnog tehničkog rješenja priključenja) nastoji se rješiti „Tehničkim preporukama za priključenje malih elektrana na elektroenergetski sistem JP EP BiH“ usvojenim 2001. godine, koje su obavezujuće za sve novoplanirane distribuirane elektrane. [13] Na istom primjeru [6] (slika 44.) obrađen je i slučaj povećanja distributivnih gubitaka zbog nedozvoljenog (neadekvatnog) režima rada distribuiranog generatora. Slika 45. prikazuje pogonsku kartu rada generatora male hidoroelektrane Jelići. Zelenom bojom je označeno dozvoljeno područje rada prema Tehnološkim preporukama JP EP BiH, tj. režim rada generatora koji je u skladu sa prilikama u distributivnoj mreži, a to znači da generator treba da proizvodi i u mrežu injektira reaktivnu snagu. Crvenom bojom je prikazano nepoželjno područje rada, što se tiče distributivne mreže, jer je u tom području generator poduzbuđen i on iz mreže vuče reaktivnu snagu.

Slika 45. Pogonska karta distribuiranog generatora

male hidroelektrane Jelići

Ako distribuirani generator radi u kapacitivnom režimu rada (crveno područje) onda on iz mreže vuče reaktivnu snagu, a u mrežu injektira aktivnu snagu. U tom slučaju značajno rastu gubici u distributivnoj mreži. Zavisnost gubitaka u mreži u odnosu na faktor snage ( cos φ) i aktivne snage koju generator injektira u distributivnu mrežu prikazana je na slici 46. Za analizirani slučaj, kada je mala hidroelektrana Jelići radila sa cos φ = 0,948 kapacitivno, u mrežu je injektirana snaga P=640 kW, ukupna prividna snaga je iznosila S=675kVA, dok je reaktivna snaga koju je elektrana vukla iz distributivne mreže iznosila Q=214 kVAr, a gubici u distributivnoj mreži su bili za 45,7% veći nego da je elektrana radila u induktivnom režimu. U tabeli 10. prikazan je za konkretan slučaj [6] (mala hidroelektrana Jelići) uticaj faktora snage generatora na gubitke u distributivnoj mreži (Pg).

58

Tabela 10. Uticaj faktora snage distribuiranog generatora na gubitke u distributivnoj mreži (Pg) [6]

P (kW) Q (kVAr) cosfi S (kVA) Pg (kW) 640 -214 0,948 cap 675 127 640 -115 0,984 cap 650 105 640 -86 0,991 cap 646 101 640 -16 1,000 640 94 640 110 0,985 ind 649 89 640 213 0,948 ind 675 87 640 334 0,886 ind 722 91

Slika 46. Uticaj faktora snage distribuiranog generatora na gubitke u distributivnoj mreži (Pg) [6]

Pored negativnog uticaja na gubitke u distributivnoj mreži rad sinhronih distribuiranih generatora u kapacitivnom režimu je nepovoljan i za sam generator, a što se može vidjeti sa pogonske karte generatora (slika 45.). Naime, generatori koji rade u poduzbuđenom (kapacitivnom) režimu rade veoma blizu granice svoje statičke stabilnosti i dolazi do dodatnih nepotrebnih zagrijavanja namotaja (termička granica), tako da i pri najmanjim poremećajima u mreži dolazi do ispadanja generatora sa mreže. [6] U BiH zbog karakteristika distributivnih mreža (radijalni nadzemni vodovi – induktivni karakter) poželjno je da distribuirani generatori proizvode i u mrežu injektiraju određene iznose reaktivne snage. Za distributivne mreže koje su kablovske (zbog njihove kapacitivnosti) injektiranje dodatne reaktivne snage u mrežu je negativna pojava, za njih je povoljno kada generatori troše (iz mreže vuku) reaktivnu snagu. [1, 5]

Da bi se izbjegao negativan uticaj distribuiranih generatora na gubitke u distributivnoj mreži potrebno je primjeniti odgovarajuća tehnička rješenja za priključenje distribuiranih generatora na mrežu, kao i urediti određena mrežna i tržna pravila kojima bi se distribuirane elektrane stimulisale da rade u režimu koji doprinosi smanjenju a ne povećanju gubitaka u distributivnoj mreži. [1, 6]

Pgub

020406080

100120140

0,948

cap

0,984

cap

0,991

cap

1,000

0,985

ind

0,948

ind

0,886

ind

kW Pgub

59

5. PROGRAMSKI PAKET PSAT – ZA ANALIZU STACIONARNOG STANJA PSAT - Power System Analysis Toolbox [15] (PSAT version 2.0.0, February 14, 2008)

PSAT je programski paket, namjenjen za statičku i dinamičku analizu EES i upravljanje EES. Kao bazu za izračunavanja, PSAT koristi MATLAB, tako da kada se jednom instalira PSAT postaje jedan od alata koji su sastavni dio MATLAB toolbox-a. Za razliku od MATLAB-a, za koji je potrebno imati (kupiti) licencu, PSAT je besplatan i svako ko to želi može ga besplatno „skinuti“ sa interneta i instalirati na svom računaru, zajedno sa pratećim uputstvom za upotrebu. Dakle, ako želimo koristiti PSAT, moramo imati instaliran MATLAB, koji nije besplatan, ali je toliko raširen, da se smatra da svako ko se bavi bilo kakvim ozbiljnijim proračunima ima i koristi MATLAB. Ipak da bi svoj program približio svim zainteresiranim korisnicima, Federico Milano (tvorac PSAT-a), nastoji da u skorije vrijeme najnovija verzija PSAT-a bude kompatibilana sa programskim paketom OCTAVE, koji je besplatan i sličan MATLAB-u. PSAT logo prikazan je na slici 47.

Slika 47. PSAT logo

Napomena: PSAT je „free“ i „open source“ program i zamišljen je tako da korisnici programa mogu sami dodatno poboljšavati i unaprijeđivati softver. Trenutno je PSAT u ranoj fazi razvoja pa su česte izmjene verzija. U ovom diplomskom radu korištena je verzija 2.0.0. od 14. februara i sve navedeno o PSAT-u je vezano samo za tu verziju preograma. 5.1. Šta PSAT u stvari može da radi? Pošto je PSAT namjenjen za statičku i dinamičku analizu EES i upravljanje EES, on u sebi sadrži: proračun tokova snaga, kontinuirani proračun tokova snaga, proračun optimalnih tokova snaga, analizu stabilnosti za male poremećaje u sistemu (small signal stability) i simulacije u vremenskom domenu. Takođe, moguće je izvršiti i analizu stabilnosti po „N-1“ kriteriju, koja je važna za upravljanje EES. Pored svega toga, PSAT je dizajniran tako, da se sve navedene operacije i proračuni, tj. dobijeni rezultati mogu prikazati grafički korištenjem

60

GUI-a (graphical user interfaces). Dizajniranje elektroenergetske mreže vrši se takođe grafički, pomoću ugrađene, Simulink bazirane biblioteke, koja sadrži veliki broj različitih elemenata mreže sa mogućnošću dizajniranja i „vlastitih“ elemenata. PSAT je kreiran tako da može konvertovati podatke iz drugih programa za analizu EES, ali se problem može javiti zbog toga što u profesionalnim programima za analizu EES modeli elemenata sadrže više podataka nego modeli u PSAT-u. Pored toga PSAT posjeduje „mostove“ za povezivanje sa GAMS i UWPFLOW programima koji u mnogočemu poboljšavaju sposobnost PSAT-a za analize optimalnih i kontinuiranih tokova snaga. Sama struktura programa data je na slijedećoj slici (Slika 48.) [15]

Slika 48. : Struktura PSAT-a [15] Osnova rada PSAT-a je proračun tokova snaga, tako da on sam automatski vrši inicijalizaciju varijabli stanja. [15] Jednom kada PSAT riješi tokove snaga sistema koji analiziramo, mogu se vršiti i ostali proračuni bilo statički bilo dinamički.

61

Da bi se mogla izvršiti što preciznija i vjerodostojnija (realnija) analiza EES, PSAT podržava različite statičke i dinamičke modele elemenata, a to su [15]:

- Modeli elemenata koji se koriste za proračun tokova snaga: sabirnice, prenosne linije i transformatori, balansne sabirnice (balansni čvorovi), PV generatore (naponski čvorovi), potrošači konstantne snage, šentirane admitanse.

- Za proračune kontinuiranih tokova snaga i optimalnih tokova snaga: ponude i ograničenja proizvođača (snabdjevača) električne energije, zahtjevi i ograničenja potrošača, rezerve snage generatora, ograničenja generatora.

- Operacije prekidanja u mreži: kvarovi na prenosnim linijama i prekidači prenosnih linija.

- Mjerenja: jedinice za mjerenja frekvencije i fazora na sabirnicama (PMU). - Potrošači: naponski zavisni potrošači, frekventno zavisni potrošači, ZIP potrošači

(impedansa, konstantna struja i konstantna snaga), eksponencijalno zavisni potrošači, temperaturno kontrolisani (upravljani) potrošači, Jimma's potrošači i mješoviti potrošači.

- Mašine: sinhrone mašine (dinamički model od 2 do 8) i asinhroni motori (dinamički model od 1 do 5).

- Uređaji za upravljanje: regulator turbine (regulator broja obrtaja), automatski regulator napona, stabilizator sistema, ograničavač uzbude, sekundarni naponski regulator, nadomjesni (zamjenski) upravljački krug.

- Regulacioni transformatori: regulacija opterećenog transformatora sa mogućnošću regulacije napona, reaktivne snage i faznog pomaka.

- FACTS uređaji: statički kompenzator reaktivne snage, tiristorski upravljana serijska kapacitivnost, statički serijski sinhroni kompenzator, unificirani upravljač toka snage, visokonaponski prenosni DC (istosmjerni) sistemi.

- Vjetroturbine (vjetrogeneratori): model vjetra, vjetrotroturbina konstantne vrtnje sa kaveznim asinhronim generatorom, vjetroturbina promjenjive brzine vrtnje sa dvostruko napajanim asinhronim generatorom, vjetroturbina promjenjive brzine vrtnje koja direktno pogoni sinhroni generator.

- Ostali modeli: sinhrona mašina sa dinamičkim modelom osovine, sub-sinhroni rezonantni model i goriva ćelija na bazi čvrstog oksida.

PSAT version 2.0.0, February 14, 2008, je testirana na testnoj mreži od 15000 sabirnica. [15] Na PSAT forumu može se naći podatak da su neki od korisnika testirali mrežu od 25.000 čvorova u PSAT-u i jedini problem im je bio vrijeme poterebno da program izvrši proračun. 5.2. PSAT za analizu u stacinarnom stanju Kada vršimo analizu stacionarnog stanja u elektroenergetskoj mreži, prvo što moramo izvršiti je proračun tokova snaga. Proračun tokova snaga je i osnova svih proračuna i analiza u PSAT-u. Tako da kada učitamo model koji želimo analizirati, prvo što moramo uraditi je pokrenuti proračun tokova snaga. Tokovi snaga u PSAT-u računaju se pomoću slijedećih iterativnih metoda [15]:

- Newton – Raphson metoda - Brzi raspregnuti Newtom - Raphson metod (sa varijantama XB i BX) i - modifikovana Newton – Raphson metoda za model sa distribuiranimm balansnim

sabirnicama.

62

Sam proračun tokova snaga svodi se na problem rješavanja sistema nelinearnih jednačina, oblika [15]:

),(0),(0

yxgyxfx

===&

(5.1)

gdje su : )( myy ℜ∈ algebarske varijable, tj. mogu biti amplitude napona V i uglovi θ sabirnica u mreži i sve ostale algebarske varijable kao što su napon polja generatora, referentni napon na koji je podešen AVR (automatski regulator napona) itd.

)( nxx ℜ∈ su varijable stanja )( mgg ℜ∈ su algebarske jednačine )( nff ℜ∈ su diferencijalne jednačine

Treba primjetiti da algebarskih varijabli i jednačina ima najmanje dva puta više od broja sabirnica koje su definisane u mreži. Diferencijalne jednačine su uključene u gore navedeni sistem jednačina, jer PSAT prilikom proračuna tokova stanja mora izvršiti inicijalizaciju varijabli stanja i za neke dinamičke komponente, kao što su asinhroni motori ili regulacioni transformatori koji mogu mjenjati prenosni odnos pod opterećenjem i slično. Ostale varijable stanja i parametri upravljanja inicijaliziraju se nakon izvršenog proračuna tokova snaga. [15] Newton-Raphson metoda (NR) Newton-Raphson metoda je dobro poznata numerička metoda za rješavanje sistema nelinearnih algebarskih jednačina. Pri svakoj iteraciji vrši se ponovno izračunavanje Jakobijeve matrice. Rješavanje problema (5.1) u i-toj iteraciji, je u stvari rješavanje jednačine slijedećeg oblika:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

ΔΔ

+⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −−=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

ΔΔ

+

+

−

i

i

i

i

i

i

i

i

iy

ix

iy

ix

i

i

yx

yx

yx

gf

GGFF

yx

1

1

1

(5.2)

gdje su: .,,, gGgGfFfF yyxxyyxx ∇=∇=∇=∇= [15] Ako su vrijednosti xΔ i yΔ manje od zadate tačnosti (tolerancije) ε, postupak se zaustavlja. Takođe postupak će se zaustaviti ako je prekoračen dati limit za broj iteracija maxi . Potrebno je naglasiti da je standardna Jakobijeva matrica (J) za proračun tokova snaga u PSAT-u u stvari submatrica yG ).( yGJ ≡ Prilikom ovog proračuna važe slijedeća pravila [15]:

- kolona sa izvodima po referentnom uglu postavlja se na nulu - kolona sa izvodima po naponu generatora postavlja se na nulu - vrsta sa izvodima aktivne snage balansne sabirnice se postavlja na nulu - vrsta sa izvodima reaktivne snage balansnog generatora se postavlja na nulu - dijagonalni elementi koji se dobijaju presjecanjem gore navedenih vrsta i kolona se

postavljaju na jedan - elementi vektora g koji se odnose na reaktivne snage generatora i aktivnu snagu

balansne sabirnice se postavljaju na nulu.

63

Ova pravila odgovaraju slijedećoj jednačini:

0

0_

GG

balansnobalansno

VV =

= θθ (5.3)

gdje je balansnoθ fazni ugao napona referentne sabirnice, a GV vektor napona generatora. Na ovaj način postiže se da dimenzije yG budu uvijek maksimalne (tj. m), ali to ne usporava proračun jer se on vrši pomoću MATLAB-ovog proračuna na bazi sparsnih matrica. Brzi raspregnuti Newton-Raphson metod (BRNR) Kod ovog metoda (BRNR) u literaturi poznato je nekoliko varijanti. PSAT za proračun koristi varijantu XB i BX. [15] Ovaj metod možemo koristiti ako su algebarske varijable samo amplitude napona i fazni uglovi. Tada u ovom proračunu imamo samo poznatu standardnu Jakobijevu matricu za proračun tokova snaga J, tj. u sistemu (5.2) postoji samo matrica

yG ).( yGJ ≡ Matricu Jakobija možemo predstaviti pomoću četiri submatrice:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

QVQ

PVP

JJJJ

Jθ

θ (5.4)

gdje su: .,,, QJQJPJPJ VQVQVPVP ∇=∇=∇=∇= θθθθ BRNR metod zasnovan je na NR metodu uz uvažavanje poznate zavisnosti „P-θ“ i „Q-V“, te su zbog toga vrijednosti u submatricama PVJ i θQJ (ako se radi o prenosnoj mreži) veoma male, tako da se one mogu i zanemariti, tj.:

'''

00

BJBJ

JJ

QV

P

Q

PV

==

==

θ

θ (5.5)

gdje su B' i B'' matrice admitansi sa slijedećim pojednostavljenjima [15]: - Injektiranje vodova, šentovi i prenosni odnos transformatora se zanemaruju kada se

formira matrica B'. - Zanemaruju se uređaji za pomjeranje faze, a injektiranje vodova i šentovi se

udvostručuju kada se formira matrica B''. Razlike između XB i BX varijantama metoda su u dodatnim zanemarenjima, kako slijedi:

- XB: zanemaruje se otpornost voda kada se formira matrica B' - BX: zanemaruje se otpornost voda kada se formira matrica B''

To dalje znači da se u svakoj iteraciji BRNR metoda rješavaju dva sistema jednačina, oblika:

''''''

'''

''/'/

iii

iii

BVQBVP

θ

θ

Δ=∂Δ

Δ=∂Δ (5.6)

gdje su QiP ∂Δ∂Δ odstupanja tokova aktivne i reaktivne snage. Rješenje jednačine sa aktivnom snagom koristi se kao ulazna vrijednost za rješavanje jednačine sa reaktivnom snagom, što smanjuje broj iteracija. PSAT dozvoljava korištenje BRNR metoda kada u mreži postoje samo PV generatori (PV čvorovi), PQ potrošači (PQ čvorovi) i samo jedna balansna sabirnica (balansni čvor).

64

Za mreže koje sadrže i neke druge vrste elemenata koristi se standardni NR metod, dok je korištenje BRNR metoda onemogućeno. [15] Modifikovana Newton – Raphson metoda za model sa distribuiranim balansnim sabirnicama Ova metoda zasnovana je na konceptu konvencionalnih centralizovanih proizvodnih jedinica, tj. na raspodjeli gubitaka u sistemu na sve generatore u sistemu i njihovog doprinosa tim gubicima. To se postiže tako što se u jednačinu (5.1) za proračun tokova snaga pomoću NR metoda uvodi korekciona varijabla Gk , tako da jednačina za proračun aktivne snage sada izgleda ovako [15]:

∑ ∑ =−−+G Pn

i

n

igubitakaLiGiiG PPPk 0)1( γ (5.7)

Jednačina (5.2) je modifikovana tako što se u Jakobijevu matricu, odnosno matricu yG , dodaje vrsta izvoda aktivne snage balansne sabirnice i kolona izvoda diferencijalnih i algebarskih jednačina po Gk . Parametar γ je dodat u jednačinu i on predstavlja značaj (težinu) doprinosa svakog pojedinog generatora gubicima. ( U modelu sa jednom balansnom sabirnicom 0=γ za sve generatore osim jednog.) Kada je oznaka za distributivnu balansnu sabirnicu aktivna, BRNR metod je automatski onemogućen. [15] Inicijalizacija varijabli stanja Dinamičke komponente i nekonvencionalni modeli potrošača mogu se uključiti u inicijalizaciju varijabli stanja nakon izvršenog proračuna tokova snaga. Slijedeće komponente su uključene u sistem jednačina za rješavanje tokova snaga:

dok se slijedeće komponente inicijaliziraju nakon rješavanja tokova snaga:

Naponski zavisni i ZIP potrošači (Mn i P1) pojavljuju se u obje liste, zato što je omogućeno kao opcija njihovo uključivanje u proračun tokova snaga. Objašnjenja za svaku od gore navedenih komponenti mogu se naći u Dokumentaciji (priručniku) za PSAT , [15] koja se može besplatno skinuti sa interneta.

65

5.3. Rad u PSAT-u Rad u PSAT-u je poprilično jednostavan i potrebno je vrlo malo vremena da se savladaju osnove programa. PSAT se pokreće iz MATLAB-a, tako što u komandnu liniju ukucamo naredbu: psat. Nakon toga otvara nam se glavni prozor kao na slici 49. i možemo početi sa radom.

Slika 49. PSAT prozor

Prvo što sada treba uraditi, jeste učitati podatke modela koji analiziramo. To se jednostavno radi klikom na File/Open/Data File ili klikom na ikonu „Open“ ili dvostrukim klikom u prozorčiću Data File. Otvara nam se slijedeći prozor (slika 50):

Slika 50. Prozor „Load Data File“

u kojem jednostavno odaberemo naš model i kliknemo na „Load“.

66

Nakon što smo učitali podatke u glavnom prozoru podesimo osnovne postavke, kao što su: frekvencija sistema, bazna snaga, vrijeme početka i kraja simulacije, toleranciju (grešku) za tokove snaga, maksimalan broj iteracija za tokove snaga, tolerancija (greška) dinamičkih proračuna, maksimalan broj iteracija za dinamički proračun. Pritiskom na „Settings“ možemo podesiti i ostale opcije, kao i izabrati koju iterativnu metodu želimo prilikom proračuna, kao i koje varijable želimo da predstavimo grafički (Slika 51.).

Slika 51. General Settings

Nakon toga u glavnom prozoru PSAT-a pokrenemo proračun tokova snaga jednostavnim klikom na Power Flow. Nakon izvršenog proračuna tokova snaga možemo vršiti analizu koju želimo, a podatke možemo prikazati i grafički i u pisanoj formi. Ako želimo kreirati vlastiti model mreže to se može uraditi korištenjem Simulink-a. Klikom na ikonu „Simulink“, otvara nam se prozor Simulink biblioteke, a rad sa Simulink-om je sličan radu u MATLAB Simulinku, samo što u PSAT-u imamo veći izbor elemenata koji su prilagođeni potrebama za analizu EES.

67

6. SIMULACIJE U PSAT-U NA TEST MREŽI 6.1. Opis mreže Test mreža [9] je zamišljena tako da prestavlja jedan distributivni sistem, što bliži realom sistemu, a pomoću kojeg se mogu prikazati uticaji distribuiranih generatora, kako u stacionarnom stanju tako i u dinamičkim uslovima (razni poremećaji u mreži). Simulink model testne mreže prikazan je na slici 52.

T2

EKV

BusC8

BusC7

BusC6

BusC5

BusC4

BusC3

BusC2

BusC1

BusA2

BusA

Bus9

Bus8

Bus7

Bus6

Bus5

Bus4

Bus3

Bus2

Bus11

Bus10

Bus1

Slika 52. Test mreža [9]

68

Test mreža (slika 52) je ustvari jedna distributivna mreža, koja je sa prenosnim sistemom vezana preko transformatora 110/10 kV/kV. Prenosni sistem modelovan je pomoću sinhronog generatora (1000 MVA, 110 kV, 50 Hz), dvije sabirnice 110 kV između kojih su vezana dva paralelna trofazna prenosna voda modelovana pi-modelom (slika 53). Ovaj prenosni sistem za distributivni sistem predstavlja jaku mrežu i ima ulogu balansnog čvora.

T2

EKV

Bus6

Slika 53. Prenosni sistem (jaka mreža) na koji je vezana distributivna mreža

Distributivna mreža sastoji se od četiri 10kV kabla i šest 10kV vodova, modelovanih pi-modelom. Svaki potrošač i distribuirani generator su na 0,4 kV naponskom nivou, a sa distributivnom mrežom su vezani preko regulacionih transformatora 10/0,4 kV/kV sa konstantnim pomakom (štufom). Na mrežu je vezano šest potrošača i četiri distribuirana generatora. Potrošači su predstavljeni modelom konstantne sanage (PQ model) sa omogućenom konverzijom u model konstantne impedanse ako se prekorače limiti napona Vmin ili Vmax. Distribuirani generatori predstavljeni su pomoću modela sinhronog generatora sa automatskim regulatorom napona (AVR). Na sabirnicu na koju su vezani generatori vezan je i PV elemenat, koji definiše da su te sabirnice ustvari PV čvorovi u mreži. Model asinhronih generatora nije korišten, jer za sada u BiH ne postoje vjetroelektrane vezane na distributivne mreže.

69

6.2. Modeli elemenata u test mreži Sabirnice Topologiju svake mreže definišu sabirnice, koje predstavljaju čvorove u mreži. Dakle mreža se sastoji od balansne sabirnice, PQ i PV sabirnice. Svaka mreža mora imati najmanje jednu balansnu sabirnicu (referentnu sabirnicu), koja je u test mreži označena kao EKV sabirnica. Maska modela sabirnice u PSAT-u izgleda kao na slici 54., a simbol sabirnice dat je na slici 55.

Slika 54. Maska sabirnice Slika 55. Simbol sabirnice Za definisanje sabirnice potrebno je da unesemo slijedeće podatke: broj ulaza i izlaza sabirnice (zavisi koliko nam je ulaza i izlaza za tu sabirnicu potrebno), naponski nivo (u kV), početne vrijednosti napona i faznog ugla i broj (oznaka) područja i regiona kojem sabirnica pripada. Početne vrijednosti napona i faznog ugla koriste se za proračun tokova snaga i obično se postavljaju na vrijednost 1.00 p.u. (napon) i 0.00 rad (ugao). U slučaju da iz nekog ranijeg proračuna znamo vrijednosti napona i ugla, te vrijednosti možemo koristiti kao početne. Balansna sabirnica na sebi mora imati priključen SW elemenat, čiji je simbol u mreži prikazan na slici 56. a njegova maska (sa podešenjima) na slici 57. PQ sabirnice, ako su na njih priključeni potrošači konstantne snage (kao što je slučaj u test mreži) ne moraju na sebi imati priključene dodatne elemente. PV sabirnice na koje su priključeni generatori (osim balansnog generatora), moraju imati priključen dodatni PV elemenat koji definiše sabirnicu kao PV čvor. Simbol i maska PV elementa dati su na slici 58 i 59.

70

Slika 56. Simbol SW elementa Slika 57. Maska SW elementa

Slika 58. Simbol PV elementa Slika 59. Maska PV elementa

71

Vodovi i kablovi Vodovi i kablovi modelovani su pi-modelom (slika 60).

Slika 60. π-model prenosne linije [15]

Maske i simboli vodova i kablova prikazane su na slikama 61. i 62.

Slika 61. Maska i simbol trofaznog voda

72

Slika 62. Maska i simbol trofaznog kabla

Vidimo da od podataka, koji su potrebni za definisanje vodova i kablova kao elemenata trebamo: snagu (MVA), naponski nivo (kV), frekvenciju (50Hz), dužinu prenosne linije (km), podužnu otpornost (p.u. ili Ω/km), podužnu reaktansu (p.u. ili H/km), podužnu sukceptansu (p.u. ili F/km) i vrijednosti za ograničenja Imax, Pmax i Smax (p.u.). Transformatori Transformatori se modeluju pomoću pi-zamjenske šeme koja je prikazana na slici 63.

Slika 63. Zamjenska π-šema transformatora [15]

U test mreži (slika 52.) korištena su dva tipa regulacionih transformatora : transformator sa konstantnim pomakom (štufom) i transformator sa kontinuiranim pomakom prenosnog odnosa (LTC). Oba ova tipa mogu mjenjati prenosni odnos pod opterećenjem. Za transformatore na koje su priključeni distribuirani generatori i potrošači, koji za mrežu predstavljaju čvorove PV i PQ tip, dozvoljeno je korištenje samo modela sa konstantnim pomjerajem. Dok je LTC model korišten kao transformator vezan na balansnu sabirnicu.

73

Maske i simboli za oba korištena modela transformatora date su na slikama 64. i 65. i na njima se mogu vidjeti podaci potrebni za podešenja transformatora.

Slika 64. Maska i simbol transformatora sa konstantnim pomjerajem

prenosnog odnosa (štufe)

Slika 65. Maska i simbol LTC transformatora

74

Generatori Svi generatori u mreži su sinhroni. Svaka mreža mora da ima najmanje jedan balansni generator. Maska i podešenja za balansni generator data su na slici 66, a maska i podešenja za distribuirane generatore data su na slici 67.Simbol sinhronog generatora dat je na slici 68.

Slika 66. Maska balansnog generatora Slika 67. Maska distribuiranog generatora

Slika 68. Simbol sinhronog generatora

75

Svaki distribuirani generator ima i automatski regulator napona AVR, koji je modelovan maskom prikazanoj na slici 69. Simbol AVR dat je na slici 69.

Slika 69. Maska i simbol automatskog regulatora napona (AVR)

Potrošači PSAT podržava veliki broj modela potrošača. U test mreži korišteni su potrošači modelovani PQ modelom konstantne snage, a koji u slučaju prekoračenja limita za Vmax i Vmin mogu biti konvertovani u potrošače konstantne impedanse. Simbol i maska sa podešenjima za PQ potrošače dati su na slici 70.

Slika 70. Maska i simbol PQ potrošača konstantne snage

76

6.3. Rezultati proračuna i simulacija za različite slučajeve Rezultati, prikazani grafički po sabirnicama (naponski profil, profil faznog ugla, proizvodnja i potrošnja aktivne i reaktivne snage), složeni su po brojevima sabirnica koji ne odgovaraju oznakama u test mreži. Te brojeve sabirnica PSAT generiše automatski. U tabeli 11. prikazani nazivi sabirnica kao u test mreži i njima odgovarajući brojevi koje je generisao PSAT. Tabela 11. Oznake sabirnica za grafički prikaz rezultata Naziv sabirnice u

test mreži Odgovarajući broj sabirnice

koji je generisao PSAT Bus1 1 Bus10 2 Bus11 3 Bus2 4 Bus3 5 Bus4 6 Bus5 7 Bus6 8 Bus7 9 Bus8 10 Bus9 11 BusA 12 BusA2 13 BusC1 14 BusC2 15 BusC3 16 BusC4 17 BusC5 18 BusC6 19 BusC7 20 BusC8 21 EKV 22 T2 23

6.3.1. Proizvodnja distribuiranih generatora je manja od potrošnje u distributivnoj mreži (Pg <Pp) Za ovaj slučaj svaki distribuirani generator podešen je tako da proizvodi 1 MW, a svaki potrošač tako da troši po 1 MW. Dakle ukupna distribuirana proizvodnja iznosi 4 MW, a ukupna potrošnja u mreži je 6 MW. Nakon izvršenog proračuna tokova snaga dobijeni su slijedeći rezultati (dati u formi statičkog izvještaja): POWER FLOW REPORT P S A T 2.0.0 Author: Federico Milano, (c) 2002-2007 e-mail: fmilano@thunderbox.uwaterloo.ca website: http://thunderbox.uwaterloo.ca/~fmilano File: C:\MATLAB7\work\pg_manjeod_pp2.mdl Date: 23-Apr-2008 16:35:01

77

NETWORK STATISTICS Buses: 23 Lines: 11 Transformers: 11 Generators: 5 Loads: 6 SOLUTION STATISTICS Number of Iterations: 4 Maximum P mismatch [p.u.] 2,53E-11 Maximum Q mismatch [p.u.] 0 Power rate [MVA] 1 POWER FLOW RESULTS Bus V phase P gen Q gen P load Q load [p.u.] [rad] [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus1 1,00649 -0,00197 -1,1E-13 1,45E-14 0 0 Bus10 0,997933 -0,00212 2,6E-14 -1,4E-14 0 0 Bus11 0,991691 -0,00235 3,63E-14 3,44E-15 0 0 Bus2 1,008395 0,005474 5,61E-14 1,11E-14 0 0 Bus3 1,018737 0,013025 -4,7E-14 -7,9E-15 0 0 Bus4 1,018431 0,012613 1,85E-14 -3,4E-15 0 0 Bus5 1,030267 0,012674 -2,3E-15 -2,9E-17 0 0 Bus6 1,049987 -5,7E-06 1,96E-11 2,53E-11 0 0 Bus7 1,004398 -0,00375 4,65E-14 4,26E-14 0 0 Bus8 1,007391 -0,0027 -1,4E-14 -5,7E-14 0 0 Bus9 1,012329 0,003678 -7,2E-15 -2,6E-17 0 0 BusA 1 0,059153 1 -0,24764 0 0 BusA2 1 0,065414 1 -0,34577 0 0 BusC1 0,993044 -0,05288 -8,9E-16 -6,4E-15 1 0,06 BusC2 0,98897 -0,06257 -6,7E-16 -2,7E-15 1 0,06 BusC3 0,982377 -0,06173 2,22E-16 -3,4E-15 1 0,06 BusC4 0,99202 -0,06118 7,77E-16 -2,7E-15 1 0,06 BusC5 0,976012 -0,06273 3,33E-16 -2,8E-15 1 0,06 BusC6 1 0,075431 1 -0,45346 0 0 BusC7 1,00327 -0,04457 0 1,11E-16 1 0,06 BusC8 1,05 0,065324 1 0,207101 0 0 EKV 1,05 0 2,175168 1,734811 0 0 T2 1,010375 -0,00167 1,82E-14 3E-13 0 0 STATE VARIABLES m_Ltc_1 1,037464 delta_Syn_1 0,023422 omega_Syn_1 1 delta_Syn_2 1,66662 omega_Syn_2 1 e1q_Syn_2 0,405122 e1d_Syn_2 0,938975 e2q_Syn_2 0,198303 e2d_Syn_2 1,008403 delta_Syn_3 1,44747 omega_Syn_3 1

78

e1q_Syn_3 0,578087 e1d_Syn_3 0,921673 e2q_Syn_3 0,385734 e2d_Syn_3 0,989822 delta_Syn_4 1,549769 omega_Syn_4 1 e1q_Syn_4 0,494501 e1d_Syn_4 0,934287 e2q_Syn_4 0,296418 e2d_Syn_4 1,003369 delta_Syn_5 1,035512 omega_Syn_5 1 e1q_Syn_5 0,971373 e1d_Syn_5 0,814356 e2q_Syn_5 0,787482 e2d_Syn_5 0,87457 vm_Exc_1 1 vr1_Exc_1 2,043846 vr2_Exc_1 -4,07484 vf_Exc_1 2,03742 vm_Exc_2 1,05 vr1_Exc_2 2,238794 vr2_Exc_2 -4,46035 vf_Exc_2 2,230174 vm_Exc_3 1 vr1_Exc_3 1,980028 vr2_Exc_3 -3,94842 vf_Exc_3 1,974211 vm_Exc_4 1 vr1_Exc_4 2,003342 vr2_Exc_4 -3,99462 vf_Exc_4 1,997308 OTHER ALGEBRAIC VARIABLES vf_Syn_1 1,010375 pm_Syn_1 1,070285 p_Syn_1 2,175168 q_Syn_1 2,175168 vf_Syn_2 1,734811 pm_Syn_2 1,974211 p_Syn_2 1,04702 q_Syn_2 1 vf_Syn_3 -0,45346 pm_Syn_3 2,03742 p_Syn_3 1,041392 q_Syn_3 1 vf_Syn_4 -0,24764 pm_Syn_4 1,997308 p_Syn_4 1,043663 q_Syn_4 1 vf_Syn_5 -0,34577 pm_Syn_5 2,230174 p_Syn_5 1,036891 q_Syn_5 1

79

vref_Exc_1 0,207101 vref_Exc_2 1,204385 vref_Exc_3 1,273879 vref_Exc_4 1,198003 1,200334 LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus2 T2 1 -0,06649 -0,6161 0,004539 0,000718 Bus10 T2 2 -2,02727 -0,24452 0,025163 0,00398 Bus11 Bus10 3 -1,01054 -0,12216 0,006332 0,001001 Bus5 Bus4 4 0,990541 0,151291 0,01137 0,001798 Bus8 Bus1 5 0,023102 0,431952 0,00034 -0,00027 Bus3 Bus2 6 0,957122 -0,49393 0,013436 0,002125 T2 Bus9 7 -0,98469 0,41502 0,004118 0,003193 Bus4 Bus3 8 -0,0308 0,030665 2,19E-05 3,46E-06 Bus6 EKV 9 -1,08758 -0,92061 8,37E-06 -0,05321 Bus6 EKV 10 -1,08758 -0,92061 8,37E-06 -0,05321 Bus1 Bus7 11 1,012149 0,121959 0,001888 0,001418 T2 Bus8 12 1,035788 0,554187 0,002488 0,002066 Bus2 BusC1 13 1,010177 0,120045 0,010177 0,060045 Bus8 BusC4 14 1,010198 0,120169 0,010198 0,060169 BusA Bus1 15 1 -0,24764 0,010613 0,062618 Bus4 BusC7 16 1,009971 0,118827 0,009971 0,058827 Bus7 BusC2 17 1,010261 0,120541 0,010261 0,060541 BusA2 Bus9 18 1 -0,34577 0,011196 0,066054 Bus10 BusC3 19 1,010399 0,121356 0,010399 0,061356 Bus11 BusC5 20 1,010535 0,122159 0,010535 0,062159 BusC6 Bus3 21 1 -0,45346 0,012056 0,071132 BusC8 Bus5 22 1 0,207101 0,009459 0,05581 Bus6 T2 23 2,175151 1,841226 0,000589 0,006704 LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] T2 Bus2 1 0,07103 0,61682 0,004539 0,000718 T2 Bus10 2 2,05243 0,248496 0,025163 0,00398 Bus10 Bus11 3 1,016867 0,12316 0,006332 0,001001 Bus4 Bus5 4 -0,97917 -0,14949 0,01137 0,001798 Bus1 Bus8 5 -0,02276 -0,43222 0,00034 -0,00027 Bus2 Bus3 6 -0,94369 0,496058 0,013436 0,002125 Bus9 T2 7 0,988804 -0,41183 0,004118 0,003193 Bus3 Bus4 8 0,030822 -0,03066 2,19E-05 3,46E-06 EKV Bus6 9 1,087584 0,867406 8,37E-06 -0,05321 EKV Bus6 10 1,087584 0,867406 8,37E-06 -0,05321 Bus7 Bus1 11 -1,01026 -0,12054 0,001888 0,001418 Bus8 T2 12 -1,0333 -0,55212 0,002488 0,002066 BusC1 Bus2 13 -1 -0,06 0,010177 0,060045 BusC4 Bus8 14 -1 -0,06 0,010198 0,060169 Bus1 BusA 15 -0,98939 0,310261 0,010613 0,062618

80

BusC7 Bus4 16 -1 -0,06 0,009971 0,058827 BusC2 Bus7 17 -1 -0,06 0,010261 0,060541 Bus9 BusA2 18 -0,9888 0,411826 0,011196 0,066054 BusC3 Bus10 19 -1 -0,06 0,010399 0,061356 BusC5 Bus11 20 -1 -0,06 0,010535 0,062159 Bus3 BusC6 21 -0,98794 0,524595 0,012056 0,071132 Bus5 BusC8 22 -0,99054 -0,15129 0,009459 0,05581 T2 Bus6 23 -2,17456 -1,83452 0,000589 0,006704 GLOBAL SUMMARY REPORT TOTAL GENERATION REAL POWER [p.u.] 6,175168 REACTIVE POWER [p.u.] 0,895034 TOTAL LOAD REAL POWER [p.u.] 6 REACTIVE POWER [p.u.] 0,36 TOTAL LOSSES REAL POWER [p.u.] 0,175168 REACTIVE POWER [p.u.] 0,535034

Naponski profil u mreži po sabirnicama, uglovi, proizvodnja i potrošnja aktivne i reaktivne snage dati su na slikama 71, 72, 73 i 74.

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

V [p

.u.]

Voltage Magnitude Profile

Bus #

Slika 71. Naponski profil po sabirnicama

81

0 5 10 15 20 25-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08θ

[rad]

Voltage Phase Profile

Bus #

Slika 72. Profil faznog ugla napona po sabirnicama

0 5 10 15 20 25-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

PG

- P

L [p.u

.]

Real Power Profile

Bus #

Slika 73. Proizvodnja i potrošnja aktivne snage po sabirnicama

82

0 5 10 15 20 25-0.5

0

0.5

1

1.5

2Q

G -

QL [p

.u.]

Reactive Power Profile

Bus #

Slika 74. Proizvodnja i potrošnja reaktivne snage po sabirnicama

Iz dobijenih rezultata možemo zaključiti slijedeće: - Sva aktivna snaga proizvedena od strane distribuiranih generatora, potroši se u

distributivnoj mreži. - Manjak snage nadoknađuje se iz prenosnog sistema. - Naponi ostaju u dozvoljenim granicama. - Generator na sabirnici Bus C8 (21) proizvodi 0,207101 MVAr, dok svi ostali

distribuirani generatori rade u poduzbuđenom režimu (troše reaktivnu snagu). - Razlog zbog kojeg generatori rade u poduzbuđenom režimu je taj što je njihov izlazni

napon podešen na 1 p.u. (0,4 kV). - Izlazni napon generatora na sabirnici Bus C8 (21) podešen je na 1,05 p.u. (0,42 kV). - „Manjak“ reaktivne snage injektira se u distributivnu mrežu iz prenosne mreže. - Ukupni gubici iznose 0,175168 p.u. za aktivnu snagu i 0,535034 p.u. za reaktivnu

snagu.

83

6.3.2. Proizvodnja distribuiranih generatora jednaka je potrošnji u distributivnoj mreži (Pg = Pp) Distribuirani generatori podešeni su tako da proizvode po 1 MW, dva potrošača podešena su tako da troše po 1 MW, dok su preostala četiri potrošača podešena tako da troše po 0,5 MW. Ukupna distribuirana potrošnja u sistemu iznosi 4MW i jednaka je ukupnoj potrošnji od 4MW. Nakon izvršenog proračuna tokova snaga dobijen je slijedeći statički izvještaj: POWER FLOW REPORT P S A T 2.0.0 Author: Federico Milano, (c) 2002-2007 e-mail: fmilano@thunderbox.uwaterloo.ca website: http://thunderbox.uwaterloo.ca/~fmilano File: C:\MATLAB7\work\pg_jednako_pp2_mdl Date: 06-Apr-2008 15:29:15 NETWORK STATISTICS Buses: 23 Lines: 11 Transformers: 11 Generators: 5 Loads: 6 SOLUTION STATISTICS Number of Iterations: 4 Maximum P mismatch [p.u.] 1,55E-11 Maximum Q mismatch [p.u.] 0 Power rate [MVA] 1 POWER FLOW RESULTS Bus V phase P gen Q gen P load Q load [p.u.] [rad] [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus1 1,006482 -0,00027 5,1E-14 8,22E-14 0 0 Bus10 1,004199 -3E-05 1,5E-13 7,13E-15 0 0 Bus11 1,00111 -5,6E-05 1,22E-15 -3,6E-15 0 0 Bus2 1,016905 0,023313 3,26E-14 7,61E-16 0 0 Bus3 1,030067 0,046214 -1,2E-16 -7,3E-15 0 0 Bus4 1,033416 0,058775 6,58E-15 -1,8E-14 0 0 Bus5 1,042907 0,071239 2,75E-14 5,67E-15 0 0 Bus6 1,049986 5,13E-06 6,84E-12 -1,6E-11 0 0 Bus7 1,00439 -0,00206 -2,7E-14 -1,1E-14 0 0 Bus8 1,007383 -0,00101 5,28E-14 2,29E-13 0 0 Bus9 1,012321 0,005369 -1,7E-14 8,62E-14 0 0 BusA 1 0,060842 1 -0,24751 0 0 BusA2 1 0,067104 1 -0,34564 0 0 BusC1 1,008029 -0,00488 -4,4E-16 -1,5E-15 0,5 0,06 BusC2 0,988962 -0,06088 6,66E-16 2,86E-15 1 0,06 BusC3 0,995198 -0,02895 5,55E-17 -1,9E-15 0,5 0,06 BusC4 0,992012 -0,05949 -4,4E-16 1,38E-15 1 0,06

84

BusC5 0,992078 -0,02916 6,66E-16 3,93E-15 0,5 0,06 BusC6 1 0,109785 1 -0,64384 0 0 BusC7 1,024696 0,03148 3,89E-16 1,16E-14 0,5 0,06 BusC8 1 0,136099 1 -0,85955 0 0 EKV 1,05 0 0,243877 2,882479 0 0 T2 1,010366 2,08E-05 -2,5E-13 -4,2E-13 0 0 STATE VARIABLES m_Ltc_1 1,036631 delta_Syn_1 0,002594 omega_Syn_1 1 delta_Syn_2 1,886364 omega_Syn_2 1 e1q_Syn_2 0,261977 e1d_Syn_2 0,923673 e2q_Syn_2 0,034369 e2d_Syn_2 0,991969 delta_Syn_3 1,449033 omega_Syn_3 1 e1q_Syn_3 0,578199 e1d_Syn_3 0,921651 e2q_Syn_3 0,385853 e2d_Syn_3 0,989798 delta_Syn_4 1,55133 omega_Syn_4 1 e1q_Syn_4 0,494612 e1d_Syn_4 0,934276 e2q_Syn_4 0,296538 e2d_Syn_4 1,003356 delta_Syn_5 2,10517 omega_Syn_5 1 e1q_Syn_5 0,136215 e1d_Syn_5 0,877111 e2q_Syn_5 -0,12104 e2d_Syn_5 0,941964 vm_Exc_1 1 vr1_Exc_1 2,043912 vr2_Exc_1 -4,07497 vf_Exc_1 2,037485 vm_Exc_2 1 vr1_Exc_2 2,094874 vr2_Exc_2 -4,17585 vf_Exc_2 2,087924 vm_Exc_3 1 vr1_Exc_3 1,99473 vr2_Exc_3 -3,97755 vf_Exc_3 1,988777 vm_Exc_4 1 vr1_Exc_4 2,003384 vr2_Exc_4 -3,9947 vf_Exc_4 1,997349 OTHER ALGEBRAIC VARIABLES vf_Syn_1 1,010366

85

pm_Syn_1 1,083221 p_Syn_1 0,243877 q_Syn_1 0,243877 vf_Syn_2 2,882479 pm_Syn_2 1,988777 p_Syn_2 1,055167 q_Syn_2 1 vf_Syn_3 -0,64384 pm_Syn_3 2,037485 p_Syn_3 1,041389 q_Syn_3 1 vf_Syn_4 -0,24751 pm_Syn_4 1,997349 p_Syn_4 1,043659 q_Syn_4 1 vf_Syn_5 -0,34564 pm_Syn_5 2,087924 p_Syn_5 1,067815 q_Syn_5 1 vref_Exc_1 -0,85955 vref_Exc_2 1,204391 vref_Exc_3 1,209487 vref_Exc_4 1,199473 1,200338 LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus2 T2 1 0,869465 -1,8533 0,048711 0,007704 Bus10 T2 2 -1,00669 -0,15055 0,006175 0,000977 Bus11 Bus10 3 -0,50258 -0,0752 0,001549 0,000245 Bus5 Bus4 4 0,982612 -0,96215 0,020901 0,003305 Bus8 Bus1 5 0,023101 0,431817 0,00034 -0,00027 Bus3 Bus2 6 1,430609 -1,7693 0,058648 0,009275 T2 Bus9 7 -0,98469 0,414883 0,004118 0,003193 Bus4 Bus3 8 0,459296 -1,0397 0,014541 0,0023 Bus6 EKV 9 -0,12193 -1,49444 9,16E-06 -0,05321 Bus6 EKV 10 -0,12193 -1,49444 9,16E-06 -0,05321 Bus1 Bus7 11 1,012149 0,12196 0,001888 0,001418 T2 Bus8 12 1,035787 0,554053 0,002488 0,002066 Bus2 BusC1 13 0,502496 0,074725 0,002496 0,014725 Bus8 BusC4 14 1,010198 0,12017 0,010198 0,06017 BusA Bus1 15 1 -0,24751 0,010613 0,062614 Bus4 BusC7 16 0,502415 0,07425 0,002415 0,01425 Bus7 BusC2 17 1,010261 0,120542 0,010261 0,060542 BusA2 Bus9 18 1 -0,34564 0,011195 0,066049 Bus10 BusC3 19 0,502561 0,075107 0,002561 0,015107 Bus11 BusC5 20 0,502577 0,075202 0,002577 0,015202 BusC6 Bus3 21 1 -0,64384 0,014145 0,083457 BusC8 Bus5 22 1 -0,85955 0,017388 0,102591 Bus6 T2 23 0,243859 2,98889 0,000653 0,007423

86

LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] T2 Bus2 1 -0,82075 1,861 0,048711 0,007704 T2 Bus10 2 1,012861 0,151531 0,006175 0,000977 Bus10 Bus11 3 0,504125 0,075447 0,001549 0,000245 Bus4 Bus5 4 -0,96171 0,965451 0,020901 0,003305 Bus1 Bus8 5 -0,02276 -0,43209 0,00034 -0,00027 Bus2 Bus3 6 -1,37196 1,778571 0,058648 0,009275 Bus9 T2 7 0,988805 -0,41169 0,004118 0,003193 Bus3 Bus4 8 -0,44475 1,042001 0,014541 0,0023 EKV Bus6 9 0,121939 1,441239 9,16E-06 -0,05321 EKV Bus6 10 0,121939 1,441239 9,16E-06 -0,05321 Bus7 Bus1 11 -1,01026 -0,12054 0,001888 0,001418 Bus8 T2 12 -1,0333 -0,55199 0,002488 0,002066 BusC1 Bus2 13 -0,5 -0,06 0,002496 0,014725 BusC4 Bus8 14 -1 -0,06 0,010198 0,06017 Bus1 BusA 15 -0,98939 0,310125 0,010613 0,062614 BusC7 Bus4 16 -0,5 -0,06 0,002415 0,01425 BusC2 Bus7 17 -1 -0,06 0,010261 0,060542 Bus9 BusA2 18 -0,98881 0,411691 0,011195 0,066049 BusC3 Bus10 19 -0,5 -0,06 0,002561 0,015107 BusC5 Bus11 20 -0,5 -0,06 0,002577 0,015202 Bus3 BusC6 21 -0,98585 0,727295 0,014145 0,083457 Bus5 BusC8 22 -0,98261 0,962146 0,017388 0,102591 T2 Bus6 23 -0,24321 -2,98147 0,000653 0,007423 GLOBAL SUMMARY REPORT TOTAL GENERATION REAL POWER [p.u.] 4,243877 REACTIVE POWER [p.u.] 0,785933 TOTAL LOAD REAL POWER [p.u.] 4 REACTIVE POWER [p.u.] 0,36 TOTAL LOSSES REAL POWER [p.u.] 0,243877 REACTIVE POWER [p.u.] 0,425933

Profili napona, faznog ugla, proizvodnja i potrošnja aktivne i reaktivne snage dati su na slikama 75, 76, 77 i 78.

87

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4V

[p.u

.]

Voltage Magnitude Profile

Bus #

Slika 75. Naponski profil po sabirnicama

0 5 10 15 20 25-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

θ [ra

d]

Voltage Phase Profile

Bus #

Slika 76. Profil faznog ugla napona po sabirnicama

88

0 5 10 15 20 25-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5P

G -

PL [p

.u.]

Real Power Profile

Bus #

Slika 77. Proizvodnja i potrošnja aktivne snage po sabirnicama

0 5 10 15 20 25-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

QG

- Q

L [p.u

.]

Reactive Power Profile

Bus #

Slika 78. Proizvodnja i potrošnja reaktivne snage po sabirnicama

89

Za ovaj slučaj važi slijedeće: - Sva distribuirana proizvodnja aktivne snage troši se u distributivnoj mreži. - Aktivna snaga koja se vuče iz prenosnog sistema pokriva gubitke u distributivnoj

mreži. - Došlo je do malog povećanja napona po sabirnicama (u odnosu na predhodni slučaj),

ali naponski nivoi ostaju u zadovoljavajućim granicama (zbog uticaja jake mreže i podešenja AVR generatora).

- Svi generatori i svi potrošači u mreži troše reaktivnu snagu (poduzbuđeni režim rada generatora).

- Da bi se održale zadovoljavajuće naponske prilike, sva reaktivna snaga potrebna distributivnoj mreži, „vuče“ se iz prenosnog sistema.

- Ukupni gubici u ovom slučaju iznose 0,243877 p.u. za aktivnu snagu i 0,425933 p.u. za reaktivnu snagu (u odnosu na predhodni slučaj došlo je do smanjenja gubitaka reaktivne snage i neznatnog povećanja gubitaka aktivne snage u mreži).

6.3.3. Proizvodnja distribuiranih generatora je veća od potrošnje u distributivnoj mreži (Pg > Pp) Svi potrošači su podešeni tako da troše po 0,3 MW, tako da ukupna potrošnja iznosi 1,8 MW. Distribuirani generatori proizvode svaki po 1 MW aktivne snage, tako da je ukupna proizvodnja jednaka 4 MW. Nakon izvršenog proračuna tokova snaga dobijen je slijedeći izvještaj: POWER FLOW REPORT P S A T 2.0.0 Author: Federico Milano, (c) 2002-2007 e-mail: fmilano@thunderbox.uwaterloo.ca website: http://thunderbox.uwaterloo.ca/~fmilano File: C:\MATLAB7\work\radni41_mdl Date: 06-Apr-2008 15:32:40 NETWORK STATISTICS Buses: 23 Lines: 11 Transformers: 11 Generators: 5 Loads: 6 SOLUTION STATISTICS Number of Iterations: 4 Maximum P mismatch [p.u.] 2,9E-11 Maximum Q mismatch [p.u.] 0 Power rate [MVA] 1

90

POWER FLOW RESULTS Bus V phase P gen Q gen P load Q load [p.u.] [rad] [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus1 1,010431 0,005675 -2,2E-14 1,9E-13 0 0 Bus10 1,006646 0,002063 7,18E-14 7,3E-15 0 0 Bus11 1,004784 0,00217 -1,2E-14 -3,6E-15 0 0 Bus2 1,020818 0,028318 -5E-14 -6,9E-15 0 0 Bus3 1,035628 0,053937 1,43E-14 4,45E-15 0 0 Bus4 1,040971 0,068085 -3,4E-14 -2,4E-15 0 0 Bus5 1,05011 0,081845 1,77E-14 -4,2E-15 0 0 Bus6 1,04999 1,5E-05 6,26E-12 2,9E-11 0 0 Bus7 1,009753 0,005202 -4,7E-14 6,93E-15 0 0 Bus8 1,010058 0,003527 -7,1E-14 -2,5E-16 0 0 Bus9 1,012322 0,007199 -3,5E-14 -5,8E-14 0 0 BusA 1 0,067211 1 -0,31387 0 0 BusA2 1 0,068935 1 -0,34565 0 0 BusC1 1,014231 0,011801 3,89E-16 -7,8E-16 0,3 0,06 BusC2 1,003089 -0,01168 -1,1E-16 -3,8E-15 0,3 0,06 BusC3 0,99996 -0,01493 2,78E-16 -3,6E-15 0,3 0,06 BusC4 1,003397 -0,01335 2,78E-16 -1,8E-15 0,3 0,06 BusC5 0,998085 -0,01488 7,77E-16 2,16E-15 0,3 0,06 BusC6 1 0,11807 1 -0,73728 0 0 BusC7 1,034518 0,052206 -5,6E-16 5,02E-15 0,3 0,06 BusC8 1 0,147414 1 -0,98056 0 0 EKV 1,05 0 -1,94215 3,045788 0 0 T2 1,010367 0,001851 8,57E-14 2,2E-13 0 0 STATE VARIABLES m_Ltc_1 1,036661 delta_Syn_1 -0,02062 omega_Syn_1 1 delta_Syn_2 1,981018 omega_Syn_2 1 e1q_Syn_2 0,202089 e1d_Syn_2 0,906546 e2q_Syn_2 -0,03772 e2d_Syn_2 0,973576 delta_Syn_3 1,520113 omega_Syn_3 1 e1q_Syn_3 0,52157 e1d_Syn_3 0,931027 e2q_Syn_3 0,325592 e2d_Syn_3 0,999867 delta_Syn_4 1,553165 omega_Syn_4 1 e1q_Syn_4 0,494608 e1d_Syn_4 0,934276 e2q_Syn_4 0,296533 e2d_Syn_4 1,003357 delta_Syn_5 2,212614 omega_Syn_5 1 e1q_Syn_5 0,085548

91

e1d_Syn_5 0,842817 e2q_Syn_5 -0,19024 e2d_Syn_5 0,905135 vm_Exc_1 1 vr1_Exc_1 2,014541 vr2_Exc_1 -4,0168 vf_Exc_1 2,0084 vm_Exc_2 1 vr1_Exc_2 2,185872 vr2_Exc_2 -4,3558 vf_Exc_2 2,177901 vm_Exc_3 1 vr1_Exc_3 2,027703 vr2_Exc_3 -4,04287 vf_Exc_3 2,021435 vm_Exc_4 1 vr1_Exc_4 2,003382 vr2_Exc_4 -3,9947 vf_Exc_4 1,997348 OTHER ALGEBRAIC VARIABLES vf_Syn_1 1,010367 pm_Syn_1 1,08533 p_Syn_1 -1,94215 q_Syn_1 -1,94215 vf_Syn_2 3,045788 pm_Syn_2 2,021435 p_Syn_2 1,0602 q_Syn_2 1 vf_Syn_3 -0,73728 pm_Syn_3 2,0084 p_Syn_3 1,042842 q_Syn_3 1 vf_Syn_4 -0,31387 pm_Syn_4 1,997348 p_Syn_4 1,043659 q_Syn_4 1 vf_Syn_5 -0,34565 pm_Syn_5 2,177901 p_Syn_5 1,076499 q_Syn_5 1 vref_Exc_1 -0,98056 vref_Exc_2 1,201454 vref_Exc_3 1,218587 vref_Exc_4 1,20277 1,200338 LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] Bus2 T2 1 1,24564 -2,07376 0,067502 0,010675 Bus10 T2 2 -0,60244 -0,13116 0,002255 0,000357 Bus11 Bus10 3 -0,30094 -0,06554 0,000565 8,93E-05

92

Bus5 Bus4 4 0,980385 -1,09629 0,023577 0,003729 Bus8 Bus1 5 -0,68671 0,444387 0,001207 0,000672 Bus3 Bus2 6 1,620665 -1,99667 0,074116 0,011721 T2 Bus9 7 -0,98469 0,414888 0,004118 0,003193 Bus4 Bus3 8 0,655933 -1,16518 0,019832 0,003136 Bus6 EKV 9 0,971088 -1,57609 1,41E-05 -0,0532 Bus6 EKV 10 0,971088 -1,57609 1,41E-05 -0,0532 Bus1 Bus7 11 0,301101 0,065033 0,000171 -0,00046 T2 Bus8 12 -0,38504 0,510032 0,000737 0,00016 Bus2 BusC1 13 0,30091 0,065369 0,00091 0,005369 Bus8 BusC4 14 0,30093 0,065485 0,00093 0,005485 BusA Bus1 15 1 -0,31387 0,010985 0,064812 Bus4 BusC7 16 0,300875 0,06516 0,000875 0,00516 Bus7 BusC2 17 0,30093 0,065488 0,00093 0,005488 BusA2 Bus9 18 1 -0,34565 0,011195 0,066049 Bus10 BusC3 19 0,300936 0,065523 0,000936 0,005523 Bus11 BusC5 20 0,30094 0,065544 0,00094 0,005544 BusC6 Bus3 21 1 -0,73728 0,015436 0,091071 BusC8 Bus5 22 1 -0,98056 0,019615 0,115729 Bus6 T2 23 -1,94218 3,152179 0,000995 0,011315 LINE FLOWS From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss [p.u.] [p.u.] [p.u.] [p.u.] T2 Bus2 1 -1,17814 2,084432 0,067502 0,010675 T2 Bus10 2 0,604695 0,131512 0,002255 0,000357 Bus10 Bus11 3 0,301504 0,065633 0,000565 8,93E-05 Bus4 Bus5 4 -0,95681 1,100021 0,023577 0,003729 Bus1 Bus8 5 0,687914 -0,44371 0,001207 0,000672 Bus2 Bus3 6 -1,54655 2,008388 0,074116 0,011721 Bus9 T2 7 0,988805 -0,4117 0,004118 0,003193 Bus3 Bus4 8 -0,6361 1,168318 0,019832 0,003136 EKV Bus6 9 -0,97107 1,522894 1,41E-05 -0,0532 EKV Bus6 10 -0,97107 1,522894 1,41E-05 -0,0532 Bus7 Bus1 11 -0,30093 -0,06549 0,000171 -0,00046 Bus8 T2 12 0,385777 -0,50987 0,000737 0,00016 BusC1 Bus2 13 -0,3 -0,06 0,00091 0,005369 BusC4 Bus8 14 -0,3 -0,06 0,00093 0,005485 Bus1 BusA 15 -0,98901 0,378682 0,010985 0,064812 BusC7 Bus4 16 -0,3 -0,06 0,000875 0,00516 BusC2 Bus7 17 -0,3 -0,06 0,00093 0,005488 Bus9 BusA2 18 -0,98881 0,411696 0,011195 0,066049 BusC3 Bus10 19 -0,3 -0,06 0,000936 0,005523 BusC5 Bus11 20 -0,3 -0,06 0,00094 0,005544 Bus3 BusC6 21 -0,98456 0,828349 0,015436 0,091071 Bus5 BusC8 22 -0,98038 1,096292 0,019615 0,115729 T2 Bus6 23 1,94317 -3,14086 0,000995 0,011315

93

GLOBAL SUMMARY REPORT TOTAL GENERATION REAL POWER [p.u.] 2,057853 REACTIVE POWER [p.u.] 0,668431 TOTAL LOAD REAL POWER [p.u.] 1,8 REACTIVE POWER [p.u.] 0,36 TOTAL LOSSES REAL POWER [p.u.] 0,257853 REACTIVE POWER [p.u.] 0,308431

Profili napona i faznog ugla, kao i proizvodnja i potrošnja aktivne i reaktivne snage, po sabirnicama dati su na slikama 79, 80, 81 i 82.

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

V [p

.u.]

Voltage Magnitude Profile

Bus #

Slika 79. Profil napona po sabirnicama

94

0 5 10 15 20 25-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16θ

[rad]

Voltage Phase Profile

Bus #

Slika 80. Profil faznog ugla napona po sabirnicama

0 5 10 15 20 25-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

PG

- P

L [p.u

.]

Real Power Profile

Bus #

Slika. 81. Proizvodnja i potrošnja aktivne snage

95

0 5 10 15 20 25-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5Q

G -

QL [p

.u.]

Reactive Power Profile

Bus #

Slika 82. Proizvodnja i potrošnja reaktivne snage

Zaključci:

- „Višak“ aktivne snage proizvedene od strane distribuiranih generatora, apsorbuje prenosni sistem.

- Došlo je do porasta napona na svim sabirnicama, ali se naponske prilike održavaju u dozvoljenim granicama zbog uticaja jake mreže i podešenja AVR distribuiranih generatora (generatori rade u poduzbuđenom režimu – iz mreže vuku reaktivnu snagu).

- Sva reaktivna snaga vuče se iz prenosnog sistema. - Generatori troše reaktivnu snagu, što znači da rade u poduzbuđenom režimu. - Gubici u mreži su 0,257853 p.u. aktivne snage i 0,308431 p.u. reaktivne snage. - Vidimo da su se gubici reaktivne snage smanjili u odnosu na predhodna dva slučaja,

ali su se gubici aktivne snage povećali.

96

7. ZAKLJUČAK Distribuirani generatori su generatori manjih snaga, koji se priključuju direktno na distributivnu mrežu i koji za pogon koriste obnovljive izvore energije ili viškove energije iz nekog drugog tehnološkog (proizvodnog) procesa, npr. višak tehnološke pare iz gradskih toplana. Energetska kriza nastala zbog ograničenih rezervi fosilnih goriva, kao i povećanje ekološke svijesti i pokušaj smanjenja štetnih uticaja na životnu okolinu aktuelizirali su upotrebu obnovljivih izvora energije u proizvodnji električne energije. Zbog toga za očekivati je da se distribuirani generatori sve više počnu koristiti u praksi. Povećanjem broja distribuiranih generatora, veoma je značajno proučiti i istražiti njihov uticaj na distributivne mreže i cjelokupan EES. Distribuirani generatori utiču na:

• tokove snaga, • kvalitet električne energije, • naponske prilike u distributivnoj mreži, • snagu kratkog spoja distributivne mreže, • zaštitu, • stabilnost sistema, • gubitke u distributivnoj mreži, • prenosni sistem, • proizvodni sistem itd.

Uticaj distribuiranih generatora, posebno kada je u pitanju kvalitet električne energije u distributivnoj mreži, kao i njihov u ticaj na gubitke u distributivnoj mreži, može biti i pozitivan i negativan, zavisno od njihovog značaja, snage, mjesta i načina priključenja, kao i režima rada. Distribuirane generatore ne treba posmatrati kao isključivo „pozitivnu“ ili „negativnu“ pojavu u distributivnom sistemu, nego je potrebno izvršiti ozbiljne studije njihovog uticaja te u skladu sa time donjeti i u praksi usvojiti određena tehnološka, mrežna, administrativna, tržišna i ekonomska pravila i standarde, kako bi se njihov negativan uticaj sveo na minimum, a pozitivan uticaj doveo na maksimum.

97

LITERATURA

1. N.Jenkins, R.Allan, P.Crossley, D.Kirschen, G.Strbac „Embedded Generation“, The Institution of Electrical Engineers , London 2000.

2. M.Ćalović, A.Sarić „Osnovi analize elektroenergetskih mreža i sistema“, Akademska misao, Beograd 2004.

3. S.Skok „Besprekidni izvori napajanja“, Kigen, Zagreb 2002. 4. H.Požar „Visokonaponska rasklopna postrojenja“, Tehnička knjiga, Zagreb 1978. 5. M.Ožegović, K.Ožegović „Električne mreže I“, Sveučilište u Splitu, Split 1977. 6. E.Jamak, S.Avdaković „Uticaj malih hidroelektrana na rad distributivnog sistema“ –

Referat, BH K CIGRE – Okrugli sto, Tuzla 2007. 7. M.Kušljugić, A.Nuhanović, T.Konjić „Integracija distribuiranih generatora u

distributivnu mrežu“ – Prezentacija, BH K CIGRE – Okrugli sto, Tuzla 2007. 8. V.Bošnjak „Distribuirana proizvodnja električne energije u Bosni i Hercegovini“-

Prezentacija, BH K CIGRE – Okrugli sto, Tuzla 2007. 9. E.Bećirević – Radna verzija magistarskog rada na temu: „Dinamički režimi rada

distribuiranih generatora“, Sarajevo 2008. 10. Web stranica JP EP BiH (www.elektroprivreda.ba) 11. Web stranica JP EP RS (www.ers.ba) 12. Web stranica JP EP HZHB (www.ephzhb.ba) 13. JP EP BiH „Tehnička preporuka za priključenje malih elektrana na elektroenergetski

sistem JP EP BIH“ , Sarajevo 2001. 14. Web stranica „Naša energija“ (www.our-energy.com) 15. Federico Milano „Documentation for PSAT version 2.0.0“, February 14, 2008 16. N. Dizdarević „Stabilnost vjetroelektrane - tehnički izvještaj“ Energetski institut

„Hrvoje Požar“ Zagreb 17. Web stranica E-škola geografija „Iskorištavanje energije vjetra u Hrvatskoj“

(www.geog.pmf.hr) 18. N.Dizdarević, M.Majstorović, D.Bajs, G.Majstorović „Mrežna pravila za

vjetroelektrane“-Prijedlog, Energetski institut „Hrvoje Požar“ Zagreb 19. N.Dizdarević, M.Majstorović, S.Žutobradić „Distribuirana proizvodnja električne

energije“- Članak, Zagreb 20. JD.Carbtree, Y.Dickson, L.Kerford, A.Wright „Methods to Accommodate Embedded

Generation Without Degrading Netvork Voltage Regulation“- Report, 2001. 21. K.Sabo „Distribuirana (decentralizirana) proizvodnja električne energije“- Seminarski

rad, Rudarsko – geološki - naftni fakultet, Zagreb 2007. 22. ABB „SPCU 1D50 Automatic voltage regulating module“- User´s manual and

Technical description 23. Web stranica Končar-INEM d.d. „Sustavi uzbuda – Digitalni regulator napona“

(www.koncar-inem.hr) 24. Web stranica firme „Global Ispat – Koksna industrija“ Lukavac (www.gikil.ba) 25. Web stranica udruženja „Zeleni-Neretva“ Konjic (www.zeleni-neretva.ba) 26. M.Kušljugić - Zabilješke sa predavanja iz predmeta „Analiza elektroenergetskih

sistema I“, Fakultet elektrotehnike Tuzla, školska 2006/2007 27. A.Tokić - Zabilješke sa predavanja iz predmeta „Sistemi za besprekidno napajanje“,

Fakultet elektrotehnike Tuzla, školska 2005/2006