Format: HTML | BibTeX | DC | EndNote | NLM | MARC | MARCXML
Thesis / ENY-THESIS-2008-009

Elektrownia wiatrowa w systemie energetycznym. Pomiary, zjawiska, ocena.

Pelczar, P (Politechnika Wrocławska)

2008-09-29

Abstract: Celem pracy było wykonanie symulacji pracy elektrowni wiatrowej typu DFIG i części systemu elektroenergetycznego oraz ocena wpływu na jakość i stabilność pracy systemu. Wykorzystano pakiet Matlab-Simulink oraz model 9 MW farmy wiatrowej zbudowanej z sześciu 1,5 MW elektrowni wiatrowych z generatorami asynchronicznymi, pierścieniowymi z przekształtnikiem energoelektronicznym w obwodzie wirnika (DFIG) przyłączonej do fragmentu sieci dystrybucyjnej 25 kV z zakładem przemysłowym jako odbiorcą mocy i dalej połączonej z siecią przesyłową 120 kV i generatorem. Aby zrealizować cel pracy, wykonano trzy różnego rodzaju symulacje. Były to reakcja elektrowni wiatrowej na zmianę prędkości wiatru, zapad napięcia w sieci WN oraz zwarcie w sieci SN. Z otrzymanych wyników wnioskuje się, że przyłączenie elektrowni wiatrowych wpływa znacząco na system elektroenergetyczny, do którego jest ona przyłączana zmieniając rozpływy mocy czynnej i biernej, napięcia w węzłach systemu a w konsekwencji, powodując straty mocy. To samo jednak działa też w drugą stronę, tzn. zjawiska występujące w systemie przenoszą się na elektrownię wiatrową powodując nawet jej wyłączenie z pracy powodując spadki mocy w systemie, co z kolei w skrajnym przypadku może doprowadzić do zapaści całego systemu elektroenergetycznego. Należy pamiętać również, że elektrownia wiatrowa jest bardzo niespokojnym źródłem energii elektrycznej a prognozowanie produkcji ze względu na zmieniające się wiatry w danej lokalizacji (rys. 2.1.2) jest bardzo utrudnione. Z kolei zmiany prędkości wiatru generują wahania napięcia a co za tym idzie migotanie światła (flickery). Co prawda możliwe jest utrzymanie stałej wartości napięcia w węźle przyłączeniowym (rys. 3.2.x.5 – regulacja V) ale jest to okupione zwiększonym poborem mocy biernej z sieci (rys. 3.2.x.4 – regulacja V). Obecnie jednak, elektrownie wiatrowe z generatorami asynchronicznymi dwustronnie zasilanymi oraz z generatorami synchronicznymi pracują z niewielkim (tgφ bliski zeru), stałym poborem mocy biernej, natomiast elektrownie z generatorami asynchronicznymi klatkowymi oraz asynchronicznymi ze sterowaną rezystancją w obwodzie wirnika pracują ze współczynnikiem zmiennym, ale nie większym niż 0,2÷0,25 dla generacji znamionowej mocy czynnej [1]. Przykład takiej pracy widać na rysunkach 3.2.??.4 – regulacja var i 3.2.??.5 – regulacja var. Zmiany napięcia są ponadto rezultatem włączania elektrowni wiatrowej do pracy w systemie i wyłączania jej, co może następować do kilku razy w ciągu godziny, np. ze względu na podmuchy wiatru. Największe zmiany napięcia występują podczas wyłączania elektrowni wiatrowej pracującej pod obciążeniem znamionowym. W większości przypadków elektrownia wiatrowa wyposażona jest w układy energoelektroniczne, tj. falowniki i prostowniki, które wprowadzają dodatkowe zakłócenia i generują problemy jakościowe. Są one źródłem harmonicznych prądów i napięć, których występowanie może prowadzić do obniżenia jakości energii elektrycznej u odbiorcy, zwiększenia strat mocy, uszkodzeń baterii kondensatorów, itp. Dodatkowym zagadnieniem jest problem zmiany konfiguracji zabezpieczeń lub zmiana nastaw tych już istniejących. Elektrownie wiatrowe wyposażone są we własne układy zabezpieczeń, które zazwyczaj w stosunkowo krótkim czasie od wystąpienia zakłócenia odcinają elektrownie od systemu elektroenergetycznego. Jest to ochrona elektrowni wiatrowej ale w szczególnych przypadkach może być niekorzystne dla systemu elektroenergetycznego ze względu na ubytek mocy. Widać to na przykładzie 3.4 kiedy to symulowano zwarcie w sieci rozdzielczej w punkcie B25. W związku z tym, nastawy zabezpieczeń farmy wiatrowej powinny być koordynowane z nastawami sieci elektroenergetycznej i zgodne z wymaganiami operatora systemu. Dla sprawdzenia porównano również charakterystyki zamieszczone w materiałach informacyjnych producenta elektrowni wiatrowych z wynikami uzyskanymi z symulacji komputerowych. Krzywe mocy w zależności od prędkości wiatru (rys. 2.2.2 i rys. 3.2.1.1) są zbliżone do siebie przy powoli zmieniającym się wietrze. Natomiast gdy wiatr staje się porywisty i zmiany te są częste i gwałtowne, to moc wyjściowa będąca wynikiem symulacji (rys. 3.2.2.2 i rys. 3.2.2.10) nie jest już tak idealna jak to podaje producent w swoich materiałach (rys. 2.2.3), co sugerowałoby, że elektrownia wiatrowa nie powinna wprowadzać żadnych zakłóceń do sieci przy zmieniającym się, porywistym wietrze. Zupełnie inaczej wyglądają też charakterystyki prędkości turbiny (rys. 3.2.2.5 i rys. 3.2.2.13) i kąta nachylenia łopat (rys. 3.2.2.6 i rys. 3.2.2.14). Nie wiadomo jaką skalę czasu przyjęto na rys. 2.2.3, ale – w opinii autora - ze względów mechanicznych i wytrzymałościowym nie możliwa jest tak szybka zmiana kąta nachylenia łopat. Konstrukcje nowoczesnych elektrowni wiatrowych bardzo się zmieniły w porównaniu do swoich poprzedników. Są na pewno dużo bezpieczniejsze dla systemu elektroenergetycznego i przyłączonych do niego użytkowników, ale wykonując nowe instalacje należy bardzo szczegółowo zbadać wpływ przyłączenia elektrowni bądź farmy wiatrowej do systemu w danym punkcie sieci. Przeanalizować wszystkie korzystne i niekorzystne zjawiska jakie mogą wyniknąć w trakcie użytkowania, a przede wszystkim na etapie projektowania musi być zapewniona bardzo ścisła współpraca pomiędzy inwestorem a operatorem systemu elektroenergetycznego w miejscu przyłączenia a także w jego sąsiedztwie, z punktu widzenia sieci.

Keyword(s): DFIG ; elektrownia wiatrowa ; symulacja ; energetyka odnawialna
Note: praca dyplomowa magisterska, promotor Z. Leonowicz


Fulltext : http://zet10.ipee.pwr.wroc.pl/record/224/files/

Cited by: try citation search for ENY-THESIS-2008-009

Rekord stworzony 2008-09-28, ostatnia modyfikacja 2008-09-28

Podobne rekordy


 
Osoby, które oglądały tę stronę, oglądały również:
(1104)  Proceedings of the Int. Conference "7th EEEIC International Workshop on Environment and Electrical Engineering" - Schwarz, H et al - ENY-PREPRINT-2008-008
(1098)  Adaptacyjne sieci neuronowe w zastosowaniu do identyfikacji stanu układów elektrycznych - Kostyla, P - ENY-THESIS-2008-005
(1057)  Impact of Distributed Generation on Electrical Power Network - Khan, U N - ENY-ARTICLE-2008-142
(1051)  Zadania 1 Podstawy Elektrotechniki Automatyka i Robotyka - Hejke, I et al - ENY-TEACHING-2008-020
(1033)  Parametric methods for time-frequency analysis of electric signals - Leonowicz, Z - ENY-BOOK-2008-001

 
Oceń ten dokument:
Bądź pierwszy i oceń ten dokument.


Dyskusja nad tym dokumentem:
Rozpocznij dyskusję o tym dokumencie.