Prof. dr Sreten Škuletić Ing. Sci Branko Glomazić

Optimalno iskorišćenje energije vjetra sa ciljem transformacije u električnu energiju zahtijeva pravilno riješena sva pitanja koja se tiču priključenja vjetroelektrana na distributivnu mrežu.

Pravilna realizacija priključenja zavisi od velikog broja uticajnih faktora.

Nijesu u potpunosti obuhvaćni i definisani svi značajni aspekti rada mreže sa distributivnim generatorima, ne postoje jedinstvena pravila ili preporuke za priključenje, te je potrebno uraditi studijsku analizu različitih aspekata ovih uticaja na mrežu za statička i dinamička stanja.

Priključenje vjetroelektrane na mrežu može uzrokovati veliki broj manjih ili problema, koji mogu smanjiti kvalitet napona.

U radu su navedene opšte karakteristike vjetroelektrana, mogući režimi rada vjetroelektrane i uslovi priključenja vjetroelektrane na mrežu.

Takođe su analizirane naponske i strujne prilike u sistemu kojim se modeluje rad vjetrogeneratora sa konstatnom brzinom vjetra priključenog na elektrodistributivnu mrežu, za slučaj trofaznog i jednofaznog kratkog spoja na sabirnicama 10 kV.

Dobijeni grafički i numerički rezultati pokazuju da je potrebno sprovesti sveobuhvatne analize u pogledu priključenja pojedinačnih vjetroelektrana u cilju pravilnog određivanja optimalnih uslova njihovog rada na distributivnoj mreži.

Ne postoji jedinstven, opšteprihvaćen međunarodni koncenzus vezan za definiciju vjetroelektrane, ali je rasprostranjeno uvjerenje da su vjetroelektrane jedan od najekološkijih načina proizvodnje električne energije današnjice.

Korišćenje vjetroelektrana moglo bi da obezbijedi relativno jeftinu električnu energiju, ali je potrebno zadovoljiti određene uslove: specifična oprema i uređaji, idealna lokacija za izgradnju vjetroelektrane, uslovi za njenu izgradnju i pogon…

Prednosti vjetroelektrane u odnosu na ostale izvore električne energije su brojne: manji uticaji na životnu sredinu, relativno kratak period izgradnje, dug životni vijek, brži povraćaj uloženog kapitala…

Veća izgradnja vjetroelektana u Crnoj Gori donijela bi niz povoljnosti.

Međutim, pored pozitivnih efekata, priključenje vjetroelektrane je praćeno značajnim problemima.

Vjetroelektrana može biti projektovana za odvojeni pogon, pogon u paralelnom režimu sa distributivnom mrežom i pogon u paralelnom režimu s distributivnom mrežom uz mogućnost izolovanog režima.

Optimalno iskorišćenje vjetropotencijala se postiže kada vjetroelektrana radi paralelno sa distributivnom mrežom.

Izolovani režim rada vjetroelektrane se primjenjuje u rijetkim slučajevima, kada je ekonomski neisplativo ili tehnički teško izvodljivo povezivanje vjetroelektrane sa distributivnom mrežom.

Ukoliko ne postoje opravdani razlozi za izolovanim radom, pogodnije je predvidjeti vjetroelektrane samo za paralelni rad sa mrežom.

Kvalitet mreže na lokalitetu vjetroelektrane treba da opredijeli izlazni napon generatora.

Priključenjem vjetroelektrane na mrežu ne smije biti ni u jednom trenutku ugrožen ili ometan rad mreže.

Za paralelan rad vjetroelektrane sa mrežom treba da budu ispunjeni brojni uslovi.

Ako su generatori predviđeni da, pri ispadu mreže, automatski pređu na izolovani režim rada radi nastavljanja napajanja ograničenog broja potrošača tada se, nakon odvajanja ovog dijela mreže od elektroenergetskog sistema, izvodi ponovni priključak uz pomoć uređaja za sinhronizaciju.

Treba imati u vidu da se nakon priključenja pojedinih generatora mijenjaju uslovi priključenja sljedećih na istu mrežu.

Kod priključenja vjetroelektrane treba voditi računa o procentualnom učešću distribuiranih izvora i mogućnosti mreže da odgovori postavljenim zahtjevima.

Od brojnih uticajnih faktora na paralelan rad vjetroelektrane sa distributivnom mrežom, posebno je značajno analizirati strujne i naponske prilike u slučaju nastanka poremećaja koji mogu ugroziti normalnu eksploataciju i izazvati oštećenje elemenata EES i same vjetroelektrane.

U radu je analiziran nastanak trofaznog i jednofaznog kratkog spoja na sabirnicama distributivne mreže na kojima je priključena vjetroelektrana.

Slika 1. predstavlja realizovani MATLAB Simulink model priključenja vjetroelektrane na elektrodistributivnu mrežu.

Uzeto je da vjetroelektrana ima instalisanu snagu 9 MW, nazivni napon 575 V, a priključena je preko transformatora 575 V/10 kV na 10 kV sabirnice distributivne mreže.

Elektrana je projektovana za paralelni rad sa mrežom uz mogućnost izolovanog režima rada.

Slika 1.: Simulink model priključenja vjetroelektrane na elektrodistributivnu mrežu.

Kratak spoj se posmatra na sabirnicama (B25) distributivne mreže 10 kV.

Parametri elemenata distributivne mreže (transformatora, vodova, potrošaca) kao i podaci modela krute mreže odgovaraju realnim parametrima preuzetim iz dostupne evidencije o EES Crne Gore.

Opšti podatak za sve vrste kratkih spojeva je brzina vjetra 10 m/s i dužina simulacije 50 s.

Sprovedene su fazorske simulacije, tj. posmatrana je samo amplituda napona i struja.

Posmatra se slučaj kada kratak spoj nastaje u 40-oj sekundi, a prolazi u 43–oj sekundi.

Cilj simulacije je pokazati kako se ponaša sistem na date poremećaje.

Izvršena su snimanja grafika međufaznih vrijednosti napona i struja (amplitudne vrijednosti) na 10 kV sabirnicama i dobijeni su rezultati dati na slikama 2 i 3.

Slika 2.: Napon na 10 kV sabirnicama Slika 3.: Struja na 10 kV

sabirnicama

Posmatra se slučaj kada kratak spoj nastaje u 40–oj sekundi i traje neograničeno.

Izvršena su snimanja grafika međufaznih vrijednosti napona i struja (amplitudne vrijednosti) na 10 kV sabirnicama i dobijeni su rezultati dati na slikama 4 i 5.

Slika 4.: Napon na 10 kV sabirnicama Slika 5.: Struja mreže koja teče kroz 10 kV

sabirnicama

U slučaju prolaznog jednofaznog kratkog spoja izvršena su snimanja međufaznih napona i struja između faza A, B i C pri konstantnoj brzini vjetra, pri čemu kratki spoj nastaje u 40–oj sekundi, a prolazi u 43-oj. Dobijeni rezultati su prikazani na slikama 6 i 7.

Slika 4.: Napon na 10 kV sabirnicama Slika 5.: Struja mreže koja teče kroz 10 kV

sabirnicama

U slučaju trajnog jednofaznog kratkog spoja mjeri se fazni napon i struja u fazi A, kratki spoj nastaje u 40–oj sekundi i traje neograničeno. Dobijeni rezultati su prikazani na slikama 8 i 9.

Slika 8.: Napon na 10 kV sabirnicama

Slika 9.: Struja mreže koja teče kroz 10 kV sabirnice

Analiza dobijenih rezultata pokazuje da u slučaju kratkih spojeva u sistemu u kom se modeluje paralelni rad vjetroelektrane sa distributivnom mrežm dolazi do pojave velikih vrijednosti struje kako vjetroelektrane tako i distributivne mreže.

Dobijeni rezultati mogu poslužiti kao osnova za izbor elemenata postrojenja na koji se priključuje vjetroelektrana u pogledu dinamičkih i termičkih naprezanja.

Sa aspekta napona, pojava kratkih spojeva izaziva smanjenje napona u fazama koje su u kratkom spoju.

Smanjenje napona zavisi od načina uzemljenja i vrijednosti impedanse uzemljenja sistema koji se analizira.

U radu je razmatran značaj i uticaji vjetroelektrane priključene na distributivni sistem.

Osnovni cilj rada je analiza uticaja simetričnog trofaznog kratkog spoja i jednofaznog kratkog spoja na 10 kV sabirnicama na pojedine elemente EES i vjetroelektrane.

Za potrebe analize raspodjela struja kratkih spojeva u sistemu urađen je odgovarajući simulacioni model u MATLAB Simulink-u kojim je modelovan paralelan rad vjetroelektrane sa distributivnom mrežom u slučaju kada trofazni kratki spoj i jednofazni kratki spoj nastaje na sabirnicama mreže.

Uz odgovarajuće izmjene, ova simulacija bi se takođe mogla iskoristiti za analizu priključenja vjetroelektrane na 35 kV sabirnice.

Kušljagić, Nuhanović, Konjić, "Tehnički uticaji distributivnih generator na distributivnu mrežu," Tuzla, 2007.

S. Škuletić, Elektrane, Edicija ETF, Podgorica, 2006. Patel, ”Wind and Solar Power Systems”, U.S. Merchant

Marine Academy Kings Point, New York, 2007 Grauers, “Synchronous generator and frequency convertor in

wind turbine applications: system design and efficiency”, McGrow and Hill, 1994

Burton, Sharpe, Jenkins, Bossannyi: “Wind energy handbook”, UMIST, Manchester, UK, 2005

Mathew, “Wind Energy Fundamentals-resourse analysis and economics”, Elsevier, 2006

Johnson, “Wind Energy Systems”, NewBook Editorial, 2001 Ostojić: Sinhrone mašine, Unireks, Nikšić, 1994 Studija perspektivnog razvoja EES Crne Gore do 2025

godine, EPCG A.D. Nikšić