ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Χρήστος Π. Πατσιούρας Επιβλέπων : Σταύρος Παπαθανασίου Λέκτορας Ε.Μ.Π. Αθήνα, Σεπτέµβριος

2 2

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Χρήστος Π. Πατσιούρας Επιβλέπων : Σταύρος Παπαθανασίου Λέκτορας Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριµελή εξεταστική επιτροπή την.... Σταύρος Παπαθανασίου Λέκτορας Ε.Μ.Π.... Αντώνιος Κλαδάς Καθηγητής Ε.Μ.Π.... Στέφανος Μανιάς Καθηγητής Ε.Μ.Π. Aθήνα, Σεπτέµβριος

4 Χρήστος Π. Πατσιούρας ιπλωµατούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright Χρήστος Πατσιούρας, 2007 Με επιφύλαξη παντός δικαιώµατος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανοµή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τµήµατος αυτής, για εµπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανοµή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν µήνυµα. Ερωτήµατα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συµπεράσµατα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερµηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσηµες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο σκοπός της διπλωµατικής εργασίας είναι η µελέτη των Κωδίκων Συστήµατος για τη σύνδεση µεγάλων Αιολικών Παρκων στα Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας και η επισκόπηση των διάφορων τεχνολογιών Ανεµογεννητριών σχετικά µε την ικανότητα τους να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των Κωδίκων. Στα κεφάλαια 1 ως 4 εξετάζονται οι τεχνικές απαιτήσεις των Κωδίκων από τα Αιολικά Πάρκα ξένων χωρών. Οι κώδικες αφορούν Αιολικά Πάρκα σηµαντικής ισχύος που συνδέονται στα δίκτυα Υψηλής και Υπερυψηλής τάσης. Οι χώρες των οποίων οι Κώδικες εξετάστηκαν χαρακτηρίζονται από υψηλή διείσδυση αιολικής παραγωγής. Οι σηµαντικότερες τεχνικές απαιτήσεις που εξετάζονται είναι 4. Πρώτα εξετάζεται η ανοχή σε βυθίσεις τάσης και η απόκριση σε καταστάσεις σφαλµάτων δικτύου (LVRT). Παρουσιάζονται όλες οι καµπύλες LVRT των κωδίκων οι οποίες ορίζουν ένα όριο βύθισης τάσης-χρονικού διαστήµατος πάνω από το οποίο απαγορεύεται η αποσύνδεση των Αιολικών Πάρκων. Έπειτα εξετάζονται οι απαιτήσεις για έλεγχο της ενεργού ισχύος και της συχνότητας. Επίσης εξετάζονται τα όρια τάσης και συχνότητας που πρέπει να υπακούουν. Τέλος παρουσιάζονται οι απαιτήσεις που αφορούν τη συµµετοχή τους στον έλεγχο αέργου ισχύος και τάσης. Για κάθε µία απαίτηση γίνεται και µια σύγκριση ανάµεσα στους κώδικες. Επίσης παρουσιάζονται κάποιες απαιτήσεις που αφορούν τη προστασία και την ανταλλαγή δεδοµένων ανάµεσα στα Αιολικά Πάρκα και το ιαχειριστή του Συστήµατος και κάποιες πρόσθετες απαιτήσεις που δεν εµφανίζονται σε όλους τους κώδικες. Στο κεφάλαιο 5 διατυπώνονται κάποιες προτάσεις για το πως µπορούν να προσαρµοστούν οι εξεταζόµενες απαιτήσεις στον Ελληνικό Κώδικα Σύστήµατος, λαµβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες του Ελληνικού Συστήµατος. Στο κεφάλαιο 6 αναλύεται η λειτουργία Ανεµογενητριών σταθερών στροφών (µε γεννήτρια επαγωγής τύπου κλωβού) και µεταβλητών στροφών (µε γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδότησης, µε γεννήτρια µε πλήρες µετατροπέα). Η εργασία επικεντρώνεται στη δυνατότητα της κάθε τεχνολογίας να ικανοποιήσει τις σηµαντικές απαιτήσεις των οποίων η µελέτη προηγήθηκε. Παρατίθενται και προσοµοιώσεις από τη βιβλιογραφία που πιστοποιούν τη συµπεριφορά και την απόκριση των Ανεµογεννητριών σε βυθίσεις τάσης και σε διαταραχές συχνότητας (υποσυχνότητα). ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙ ΙΑ ιασύνδεση Αιολικών Πάρκων, τεχνικές απαιτήσεις, Κώδικες Συστήµατος, LVRT, FRT, Α/Γ σταθερών στροφών, Α/Γ µεταβλητών στροφών, DFIG 5

6 ABSTRACT The scope of this thesis is to study the Grid Codes refering to connection of high capacity Wind Farms to Electricity Transimission System and to study the ability of the most used Wind Turbine technologies to satisfy the Grid Code requirements. In Chapters 1 to 4 the Grid Code technical requirements concerning Wind Farms are examined. The Codes refer to high capacity Wind Farms connecting to High and extra High voltage grids. The selected Grid Codes are applied in countries with high penetration of wind energy. There are 4 main common technical requirements that are studied. First of all the need for Low Voltage Ride Through (LVRT) from Wind Farms. The limit curves from all Codes are presented. These curves define a limit voltage dip-time duration above which the Wind Farms are not allowed to disconnect. Furthermore the control of active energy in relation with frequency is concerned. In addition the voltage and frequency limits that the Wind Farms must obey are concerned. At last requirements concerning their contribution to control of reactive energy and voltage are presented. For every of the above requirements a comparison between the codes is presented. There are also concerned requirements refering to protection, data exchange between the Wind Farm and the Transimmision Syatem Operator and some additional requirements that are not common for all codes. In chapter 5 there are expressed some suggestions how the above requirements can adjust to the Greek Grid Code taking in granted the specific characteristics of Greek Transmission System. In chapter 6 the function of constant speed (squirrel cage induction generator) and variable speed (doubly fed induction generator, generator with full converter) Wind Turbines is analysed. This thesis focuses on the ability of each technology to satisfy the concerned technical requierements. There are also presented simulations, found in bibliography, that certify the behaviour and the response of Wind Turbines to voltage dips and frequency deviations (underfrequency). KEY WORDS Wind Farm connection to System, technical requirements, Grid Code, LVRT, FRT, constant speed wind turbines, variable speed wind turbines, DFIG 6

7 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον κ. Σταύρο Παπαθανασίου για την επίβλεψη της διπλωµατικής εργασίας και για τη παραχώρηση της αναφοράς του «Τεχνικές Απαιτήσεις για τη σύνδεση Αιολικών Σταθµών στα Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας-Επισκόπηση Κωδίκων άλλων χωρών και διαθέσιµων Τεχνολογιών Ανεµογεννητριών» πάνω στην οποία στηρίχτηκε η παρούσα εργασία. Επίσης τον ευχαριστώ για τη συνεργασία του κατά την διάρκεια της εκπόνησής της. Οφείλω και ένα ιδιαίτερο ευχαριστώ στη Μαρίνα Τσίλη για τη πολύτιµη βοήθεια που µου παρείχε σε θέµατα που αφορούσαν την εργασία. 7

8 Συντοµεύσεις Α/Π Αιολικό Πάρκο Α/Γ Ανεµογεννήτρια ΑΠΕ Αναναεώσιµες Πηγές Ενέργειας ΕΣΜΗΕ ιαχειριστής Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας ΜΤ Μέση Τάση ΣΙ Συντελεστή Ισχύος ΥΤ Υψηλή Τάση ΥΥΤ Υπερυψηλή Τάση LVRT Low Voltage Ride Through FRT Fault Ride Through DFIG Doubly Feed Induction Generator 8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π Ανοχή σε βυθίσεις τάσης και α όκριση σε καταστάσεις σφαλµάτων του δικτύου Έλεγχος ενεργού ισχύος και συχνότητας Όρια τάσης και συχνότητας Έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης ANAΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗ Α/Π ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ Γερµανικός Κώδικας Βρετανικός Κώδικας Ιρλανδικός Kώδικας Κοινός Κώδικας ανίας/φινλανδίας/νορβηγίας/σουηδίας (Nordic Grid Code) Κώδικας ανίας Κώδικας Βελγίου Κώδικας Καναδά Κώδικας ΗΠΑ Ελληνικός Κώδικας Κώδικες άλλων χωρών ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΚΟΙΝΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Ανοχή σε βυθίσεις τάσης και α όκριση σε καταστάσεις σφαλµάτων του δικτύου (Fault Ride Through) Γερµανικός Κώδικας Ε αναφορά µετά το σφάλµα Βρετανικός Κώδικας Βραχυκυκλώµατα διάρκειας έως 140 ms Βυθίσεις τάσης διάρκειας µεγαλύτερης των 140 ms Ε αναφορά µετά το σφάλµα Ιρλανδικός Κώδικας Ε αναφορά µετα το σφάλµα Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας,Μεγάλης Βρετανίας,Ιρλανδίας Nordic Grid Code Κώδικας ανίας Κώδικας Βελγίου Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Κώδικας AESO Σύγκριση Κωδίκων Hydro-Quebec και AESO

10 3.1.9 Κώδικας ΗΠΑ Ελληνικός κώδικας Κανονισµοί άλλων χωρών Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των Κωδίκων Α Α αιτήσεις για αροχή άεργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια σφάλµατος Α.1 Γερµανικός Κώδικας Α.2 Βρετανικός Κώδικας Α.3 Ιρλανδικός Κώδικας Α.4 Ισ ανικός Κώδικας Α αιτήσεις ελέγχου ενεργού ισχύος Γερµανικός Κώδικας Βρετανικός κώδικας Ιρλανδικός κώδικας Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας,Μεγάλης Βρετανίας,Ιρλανδίας Nordic Grid code Κώδικας ανίας...72 Απαιτήσεις για έλεγχο ενεργού ισχύος ι µε τηλεχειρισµό...72 Απαιτήσεις για τοπικό έλεγχο ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας Κώδικας Βελγίου Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Κώδικας ΑΕSO Κώδικας ΗΠΑ Ελληνικός κώδικας Κανονισµοί άλλων χωρών Συγκεντρωτική αρουσίαση Όρια τάσης και συχνότητας Γερµανικός Κώδικας Βρετανικός κώδικας Ιρλανδικός κώδικας Νordic Grid Code Κώδικας ανίας Κώδικας Βελγίου Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Κώδικας AESO Κώδικας ΗΠΑ Ελληνικός Κώδικας

11 Κανονισµοί άλλων χωρών Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των κωδίκων Α αιτήσεις ελέγχου αέργου ισχύος και τάσης Γερµανικός κώδικας Βρετανικός Κώδικας Ιρλανδικός κώδικας Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας/Μεγάλης Βρετανίας/Ιρλανδίας Nordic Grid Code...98 Κώδικας ανίας Κώδικας Βελγίου Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Κώδικας AESO Κώδικας ΗΠΑ Ελληνικός κώδικας Κανονισµοί άλλων χωρών Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των Κωδίκων Α αιτήσεις για Προστασία (protection) και ανταλλαγή δεδοµένων (data exchange) Γερµανικός κώδικας Bρετανικός κώδικας Ιρλανδικός κώδικας Nordic Grid Code Κώδικας ανίας Κώδικας Hydro-Quebec Κώδικας AESO Κώδικας FERC Συγκεντρωτική αρουσίαση ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ Α αιτήσεις συστήµατος αλλαγής τάσης (ΣΑΤΥΦ) για τον Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Α αιτήσεις για διακό τες ροστασίας α ό υ οσυχνότητα Α αιτήσεις για µοντέλα ροσοµοίωσης ου ιστο οιούν τον εναρµονισµό των Α/Π στις α αιτήσεις των Κωδίκων Κώδικας ανίας Υ όλοι οι Κώδικες ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΚΩ ΙΚΑ

12 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΗΤΡΙΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΤΑΤΑΞΗ Α/Γ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ Α/Γ σταθερών στροφών Α/Γ µεταβλητών στροφών Τύ ος Α: Α/Γ µε γεννήτρια ε αγωγής τύ ου κλωβού Τύ ος Β: Α/Γ µε γεννήτρια ε αγωγής τυλιγµένου δροµέα ( εριορισµένη λειτουργία µεταβλητών στροφών) Τύ ος Γ: Α/Γ µε σύστηµα µετατρο έων µειωµένης ικανότητας και ασύγχρονη γεννήτρια δι λής τροφοδότησης Τύ ος : Α/Γ µε σύστηµα µετατρο έων λήρους ισχύος και σύγχρονη ή ασύγχρονη γεννήτρια ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Α/Γ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΒΥΘΙΣΗ ΤΑΣΗΣ Α/Γ σταθερών στροφών (Τύ ος Α,Β) Α/Γ µεταβλητών στροφών Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος Γ) Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος ) ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Α/Γ σταθερών στροφών Α/Γ Τύ ου Γ Α/Γ Τύ ου Σύγκριση Α/Γ τύ ου Γ µε σύγχρονη γεννήτρια αεριοστροβίλου ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Α/Γ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ Α/Γ σταθερών στροφών (Τύ ος Α,Β) Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος Γ) Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος ) ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Α/Γ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Α/Γ σταθερών στροφών (Τύ ος Α,Β) Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος Γ) Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος ) Συγκριτική µελέτη ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1. Εγκατεστηµένη αιολική ισχύς σε συγκεκριµένες χώρες το Πίνακας 2. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π ως προς την τάση, σύµφωνα µε τον Κώδικα της ανίας Πίνακας 3. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) κατά τη διάρκεια σφάλµατος σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Κώδικα της ανίας...45 Πίνακας 4. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Γ ως προς την τάση, σύµφωνα µε τον Κώδικα της Hydro- Quebec Πίνακας 5. Είδη σφαλµάτων που εξετάζονται για την εξαγωγή απαιτήσεων LVRT στον Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας...54 Πίνακας 6. Επίπεδα ανοχής τάσης ανά κώδικα και χώρα Πίνακας 7. Απαιτήσεις για συµµετρικά και ασσύµετρα σφάλµατα ανά κώδικα Πίνακας 8. Χαρακτηριστικά σηµεία της καµπύλης που εικονίζεται στο Σχήµα Πίνακας 9. Εύρος ρυθµίσεων ενεργού ισχύος και συχνότητας για το Σχήµα 36 (F A F B F C F D = F E ) Πίνακας 10. Όρια ελέγχου ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας...73 Πίνακας 11. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον κώδικα του AESO (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz)...75 Πίνακας 12. Ρυθµός µεταβολής ισχύος εξόδου (ramp rate) για κάθε κώδικα...77 Πίνακας 13. Απαιτήσεις για απόκριση συχνότητας ανά κώδικα (συνοπτική αναφορά)...78 Πίνακας 14. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Κώδικα της ανίας...82 Πίνακας 15. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον Κώδικα της Hydro-Quebec (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz) Πίνακας 16. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον Κώδικα του AESO (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz)...85 Πίνακας 17. Απαιτήσεις παροχής άεργου ισχύος για συµβατικούς σταθµούς παραγωγής (Κώδικας Ιρλανδίας)...97 Πίνακας 18. Απαιτήσεις παραγωγής αέργου ισχύος, σύµφωνα µε τον ελληνικό Κώδικα Πίνακας 19. Σύγκριση χαρακτηριστικών απόκρισης Α/Γ Τύπου Γ σε βύθιση της τάσης στο 15% της ονοµαστικής ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 1. Τυπική καµπύλη προδιαγραφών ανοχής Α/Π σε βυθίσεις τάσης Σχήµα 2. Ενδεικτική καµπύλη µεταβολής της ενεργού παραγωγής αιολικών σταθµών συναρτήσει της συχνότητας του συστήµατος...22 Σχήµα 3. Απαιτήσεις ελέγχου της ισχύος εξόδου αιολικών σταθµών. (i) Περιορισµός µεγέθους (set-point). (ii) ιατήρηση εφεδρείας ισχύος (delta control). (iii) Περιορισµός ρυθµού ανόδου. 24 Σχήµα 4. Απαιτήσεις FRT για Α/Π του γερµανικού Κώδικα της E.ON Σχήµα 5. Καµπύλη LVRT του Γερµανικού κώδικα για συµβατικές µονάδες (σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεµένες στο δίκτυο) Σχήµα 6. Παραδείγµατα σφαλµάτων διάρκειας έως και 140 ms. (α) Εκκαθάριση σε λιγότερο από 140 ms, από δύο αυτόµατους διακόπτες, (β) Εκκαθάριση σε 140 ms, από τρεις αυτόµατους διακόπτες Σχήµα 7. Απαιτήσεις βρετανικού Κώδικα για LVRT

14 Σχήµα 8. Καµπύλη χρονικής µεταβολής τάσης για τρία ενδεικτικά σηµεία της καµπύλης που προδιαγράφεται στο Σχήµα 7: (α) Βύθιση τάσης στο 30% για 384 ms, (β) Βύθιση τάσης στο 50% για 714 ms και (γ) Βύθιση τάσης στο 85% για 3 min...38 Σχήµα 9. Απαιτήσεις ιρλανδικού Κώδικα για LVRT...40 Σχήµα 10. Σύγκριση απαιτήσεων LVRT των Κωδίκων Γερµανίας, Μ. Βρετανίας και Ιρλανδίας Σχήµα 11. Απαιτήσεις Nordic Grid Code για τη βύθιση τάσης που πρέπει να αντέχουν τα Α/Π. Για τάση πάνω από τη καµπύλη το Α/Π δε πρέπει αν αποσυνδέεται...42 Σχήµα 12. Απαιτήσεις για LVRT από συµβατικούς σταθµούς του Nordic Grid Code Σχήµα 13. Συνολικές απαιτήσεις Κώδικα ανίας (για τάση κάτω από 100kV) για αποκλίσεις της τάσης (άνω και κάτω όρια). Χρησιµοποιώντας γραµµική κλίµακα στον οριζόντιο άξονα, το τµήµα µεταξύ 0.1 και 0.75 s είναι ευθεία γραµµή...44 Σχήµα 14. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για LVRT...44 Σχήµα 15. Απαιτήσεις του βελγικού Κώδικα για LVRT...46 Σχήµα 16. Απαιτήσεις Κώδικα Hydro-Quebec για LVRT Σχήµα 17. Καµπύλη LVRT του κώδικα ΑESO...49 Σχήµα 18. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων Hydro-Quebec και AESO για LVRT...50 Σχήµα 19. Απαιτήσεις Κώδικα FERC για LVRT...51 Σχήµα 20. Απαιτήσεις Ελληνικού κώδικα για LVRT Σχήµα 21. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Σκωτίας Σχήµα 22. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Σουηδίας...53 Σχήµα 23. Καµπύλες µεταβολής τάσης στο σηµείο σύνδεσης των Α/Π, για τα διάφορα είδη σφαλµάτων που περιλαµβάνει ο Πίνακας Σχήµα 24. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας (χρησιµοποιείται η καµπύλη µε συνεχή γραµµή) Σχήµα 25. Καµπύλη τάσης-χρόνου που ορίζει την περιοχή βύθισης τάσης για την οποία τα Α/Π δε πρέπει να αποσυνδέονται. Η τάση στο κάθετο άξονα είναι φασική...56 Σχήµα 26. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων για LVRT...58 Σχήµα 27. Απαιτήσεις γερµανικού Κώδικα για το άεργο ρεύµα εξόδου κατά τη διάρκεια διαταραχών της τάσης Σχήµα 28. Η περιοχή λειτουργίας του αέργου ρεύµατος συναρτήσει της τάσης στο σηµείο σύνδεσης κατά τη διάρκεια βύθισης τάσης και της ανάκτησης αυτής (Κώδικας Ισπανίας)...62 Σχήµα 29. Μεταβολή ενεργού ισχύος εξόδου Α/Π συναρτήσει της συχνότητας (απαιτήσεις γερµανικού Κώδικα της E.ON.) Σχήµα 30. Για πτώσεις συχνότητας πάνω από τη κόκκινη γραµµή τα Α/Π δε πρέπει να µειώνουν την ενεργό ισχύ τους ακόµη και όταν λειτουργούν σε ονοµαστική ισχύ...64 Σχήµα 31. Μεταβολή της ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας σύµφωνα µε το Γερµανικό Κώδικα. Αυτό το σχήµα λαµβάνει υπόψιν και το Σχήµα Σχήµα 32. υνατότητα για µείωση ενεργού ισχύος σε συχνότητες Hz. Παρόµοιο σχήµα µε το σχήµα 31 του γερµανικού κώδικα...65 Σχήµα 33. Μεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει του επιπέδου φόρτισης του σταθµού παραγωγής για µεταβολή συχνότητας 0.5 Hz (απαιτήσεις βρετανικού Κώδικα) Σχήµα 34. οκιµή για απόκριση πρωτεύουσας και δευτερεύουσας ρύθµισης σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Βρετανικού Κώδικα...67 Σχήµα 35. οκιµή για απόκριση υπερσυχνότητας σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Βρετανικού Κώδικα...67 Σχήµα 36. Παράδειγµα καµπύλης ενεργού ισχύος-συχνότητας µε βάση τις απαιτήσεις του ιρλανδικού Κώδικα...69 Σχήµα 37. Μεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας (Κώδικας ανίας)...74 Σχήµα 38. Βασικές απαιτήσεις ενεργού ισχύος και χρόνου παραµονής σε λειτουργία συναρτήσει της συχνότητας και της τάσης για το σύνολο των σταθµών παραγωγής (γερµανικός Κώδικας της E.ON.)

15 Σχήµα 39. Όρια λειτουργίας τάσης και συχνότητας για Α/Π από το Nordic Grid Code. Η αναφορά για την α.µ. τιµή στον οριζόντιο άξονα θα καθοριστεί από το κάθε ιαχειριστή αφού κάθε χώρα έχει διαφορετικά επίπεδα τάσης (θυµίζουµε ότι o κώδικας Nordic αφορά τάσεις πάνω από 110kV) Σχήµα 40. Απαιτήσεις Nordic Grid Code για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της συχνότητας για συµβατικούς σταθµούς Σχήµα 41. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της...83 Σχήµα 42. Απαιτήσεις Κώδικα Βελγίου για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της...84 Σχήµα 43. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας...86 Σχήµα 44. Απαιτήσεις του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας στο βόρειο τµήµα της χώρας Σχήµα 45. Απαιτήσεις του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας στο νότιο τµήµα της χώρας...88 Σχήµα 46. Σύγκριση απαιτήσεων κωδίκων ως προς το επιτρεπτό εύρος συχνότητας λειτουργίας µονάδων παραγωγής...90 Σχήµα 47. Βασικές απαιτήσεις Κώδικα Γερµανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της τάσης, σε συχνότητες µεταξύ 49.5 και 50.5 Hz, χωρίς περιορισµό της ενεργού ισχύος Σχήµα 48. Απαιτήσεις Κώδικα Μ. Βρετανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος...93 Σχήµα 49. Απαιτήσεις Κώδικα Μ. Βρετανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος σε επίπεδο τάσης 33 kv και κάτω ειδικά για αιολικά πάρκα,στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο...94 Σχήµα 50. Θέσεις σηµείου ρύθµισης τάσης (Z) και µέτρησης του συντελεστή ισχύος (Y). Η πλευρά ΥΤ του Μ/Σ της Α/Γ είναι το σηµείο Χ...95 Σχήµα 51. Απαιτήσεις Κώδικα Ιρλανδίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος...95 Σχήµα 52. Απαιτήσεις κώδικα Ιρλανδίας για τη µεταβολή του συντελεστή ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος Σχήµα 53. Σύγκριση απαιτήσεων µεταβολής συντελεστή ισχύος συναρτήσει της τάσης, σύµφωνα µε τον γερµανικό και τον βρετανικό Κώδικα...98 Σχήµα 54. Σύγκριση απαιτήσεων µεταβολής αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε τον ιρλανδικό και τον βρετανικό Κώδικα Σχήµα 55. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος Σχήµα 56. Όρια αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος (Κώδικας ΑESO). Οι χαρακτηριστικές µε cosφ 0.9,0.95,0.985 οριοθετούν την ελάχιστη απαίτηση αέργου ισχύος για συνεχή και δυναµική ικανότητα. Περαιτέρω οι περιοχές 1,2 περικλείουν την προσδοκώµενη άεργο ισχύ για συνεχή ικανότητα και για δυναµική αντίστοιχα Σχήµα 57. Aπόκριση του συστήµατος ρύθµισης τάσης σε µια βηµατική µεταβολή της τάσης σύµφωνα µε τον κώδικα ΑESO Σχήµα 58. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για τον συντελεστή ισχύος συναρτήσει της τάσης. 105 Σχήµα 59. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος (άνω διαστήµατα τάσεων) Σχήµα 60. Απαιτήσεις Κώδικα Σκωτίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος Σχήµα 61. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων για τη µεταβολή της αέργου ισχύος σε σχέση µε την ενεργό ισχύ στο σηµείο σύνδεσης Σχήµα 62. Προσοµοίωση της λειτουργίας Α/Π σε συνθήκες σφάλµατος, σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του κώδικα της ανίας Σχήµα 63. Ροπή Α/Γ συναρτήσει ταχύτητας περιστροφής µε παράµετρο τη ταχύτητα ανέµου και χαρακτηριστικές ροπής-στροφών για σύγρονη και ασύγχρονη γεννήτρια για λειτουργία σταθερών στροφών. (Πηγή: [55])

16 Σχήµα 64. Ροπή Α/Γ συναρτήσει ταχύτητας περιστροφής µε παράµετρο τη ταχύτητα ανέµου και χαρακτηριστικές ροπής-στροφών για σύγχρονη και ασύγχρονη γεννήτρια για λειτουργία µεταβλητών στροφών. (Πηγή: [55]) Σχήµα 65. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Α σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους Σχήµα 66. Χαρακτηριστική ροπής-στροφών και ρεύµατος-στροφών γεννήτριας επαγωγής τύπου κλωβού που συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο Σχήµα 67. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Β σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους Σχήµα 68. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Γ σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους Σχήµα 69. Ενδεικτική διαµόρφωση του ηλεκτρικού µέρους Α/Γ Τύπου Γ Σχήµα 70. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους. Η διακεκοµένη γραµµή στο κιβώτιο ταχυτήτων υποδεικνύει ότι στη περίπτωση σύγχρονης µηχανής µπορεί να παραλείπεται Σχήµα 71. Ενδεικτική διαµόρφωση του ηλεκτρικού µέρους Α/Γ Τύπου Σχήµα 72. Χαρακτηριστική ροπής-στροφών για γεννήτρια επαγωγής βραχυκυκλωµένου δροµέα Σχήµα 73. Υλοποίησεις παθητικού crowbar (α) µε ανορθωτή διόδων (β) µε ac ρυθµιστή Σχήµα 74. Προτεινόµενη λύση crowbar για την ικανοποίηση των απαιτήσεων LVRT (ειδικότερα του Γερµανικού κώδικα) από Α/Γ διπλής τροφοδότησης, DFIG Σχήµα 75. Απόκριση της Α/Γ διπλής τροφοδότησης µε crowbar και δυνατότητα ταχείας αποσύνδεσης σε βύθιση τάσης. Η αποσύνδεση του στάτη διαρκεί περίπου 200ms. Φαίνεται η παροχή αέργου ισχύος από το µετατροπέα δικτύου κατά τη βύθιση. (Πηγή: [24]) Σχήµα 76. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης για τη ταχύτητα γεννήτριας και τη τερµατική τάση για Α/Γ τύπου Α σε περίπτωση τριφασικού βραχυκυκλώµατος Σχήµα 77. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης για τη ταχύτητα γεννήτριας και τη τερµατική τάση για Α/Γ τύπου Α µε προσθήκη SVC σε περίπτωση τριφασικού βραχυκυκλώµατος Σχήµα 78. Απόκριση γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης ισχύος 2.5 ΜW σε βύθιση της τάσης στο 20% της ονοµαστικής τιµής (α) Με βραχυκύκλωση του δροµέα, (β) Με ενεργοποίηση του crowbar, (γ) Συνέχιση της λειτουργίας του µετατροπέα AC/DC θεωρώντας τη τάση συνεχούς σταθερή Σχήµα 79. Απόκριση γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης, Α/Γ ισχύος 2.5 MW, σε βύθιση της τάσης στο 20% της ονοµαστικής µε βελτίωση των κυκλωµάτων του δροµέα για αναβάθµιση της ικανότητας FRT Σχήµα 80. ιάταξη δοκιµής για προσοµοίωση βύθισης τάσης στα άκρα Α/Γ Σχήµα 81. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης πολικής τάση και ρεύµατος για βύθιση τάσης στο 15%. Η δοκιµή πραγµατοποιήθηκε σε Α/Γ τύπου 200 kw Σχήµα 82. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης πολικής τάση και ρεύµατος για βύθιση τάσης στο 15%. Η δοκιµή πραγµατοποιήθηκε σε Α/Γ τύπου Γ 1.6 ΜW µε ενεργό crowbar και υποστήριξη αέργου ισχύος Σχήµα 83. Σύγκριση απόκρισης Α/Γ Τύπου Γ και συµβατικής γεννήτριας αεριοστροβίλου σε σφάλµα διάρκειας 10 κύκλων, κοντά στον σταθµό Σχήµα 84. Σύγκριση απόκρισης Α/Γ Τύπου Γ και συµβατικής γεννήτριας αεριοστροβίλου σε σφάλµα διάρκειας 15 κύκλων, κοντά στον σταθµό Σχήµα 85. Σύγκριση απόκρισης Α/Γ Τύπου Γ και συµβατικής γεννήτριας αεριοστροβίλου σε αποµακρυσµένο από τον σταθµό σφάλµα Σχήµα 86. Πρόσθετος βρόχος ελέγχου για τη βελτίωση της απόκρισης συχνότητας (ή αδρανειακής απόκρισης) Α/Γ διπλής τροφοδότησης (τύπου Γ) (Πηγή: [54]) Σχήµα 87. Απόκριση συχνότητας σε περίπτωση απώλειας συµβατικής µονάδας 422MW στο ιρλανδικό σύστηµα

17 Σχήµα 88. Μεταβολή της συχνότητας µε το χρόνο µετά από απώλεια 422MW στο ιρλανδικό σύστηµα Σχήµα 89. Απόκριση συχνότητας σε περίπτωση απώλειας συµβατικής µονάδας 422MW στο ιρλανδικό σύστηµα Σχήµα 90. Μεταβολή της συχνότητας µε το χρόνο µετά από απώλεια 422MW στο ιρλανδικό σύστηµα

18 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια η εγκατεστηµένη αιολική ισχύς αυξήθηκε µε γρήγορους ρυθµούς παγκοσµίως και ιδιαίτερα στην Ευρώπη. Στον Πίνακα 1 αποτυπώνεται η εγκατεστηµένη αιολική ισχύς συγκεκριµένων χωρών το H εγκατεστηµένη αιολική ισχύς παγκοσµίως το 2006 υπολογίζεται σε MW. ΧΩΡΑ Εγκατεστηµένη αιολική ισχύς (MW) Γερµανία Ισπανία Μεγάλη Βρετανία 1963 ανία 3136 Ιρλανδία 745 Ελλάδα 753 Ευρώπη Η.Π.Α Ινδία 6270 Πίνακας 1. Εγκατεστηµένη αιολική ισχύς σε συγκεκριµένες χώρες το 2006 Οι λόγοι που επιβάλλουν τη κατασκευή Αιολικών Πάρκων για τη παραγωγή ενέργειας από τον άνεµο είναι κυρίως περιβαλλοντικοί. Οι αυξηµένες ενεργειακές ανάγκες ειδικά στις αναπτυγµένες χώρες έχουν οδηγήσει σε υψηλά επίπεδα εκποµπής διοξειδίου του άνθρακα και άλλων επικίνδυνων αερίων που ευθύνονται για το φαινόµενο του θερµοκηπίου. Για αυτό υπάρχει µια στροφή προς τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας όπως αιολική, ηλιακή, βιοµάζα. Η αιολική ενέργεια βρίσκεται σε κυρίαρχη θέση λόγω του σχετικά χαµηλότερου κόστους και της καλύτερης απόδοσης που εξασφαλίζει. Η συνθήκη του Κιότο προβλέπει τη µείωση των εκποµπών διοξειδίου του άνθρακα. Επίσης η Ευρωπαική Ένωση έχει θέσει στόχο στις χώρες- µέλη το 20% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας µέχρι το 2010 να προέρχεται από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Η αυξανόµενη παραγωγή από Α/Π έχει οδηγήσει σε µερικές χώρες στην υψηλή διείσδυση της αιολικής ενέργειας στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η υψηλή διείσδυση έχει παρατηρηθεί τα τελευταία 5 χρόνια σε χώρες όπως η Γερµανία, η ανία και η Ισπανία (χώρες µε υψηλό αιολικό δυναµικό και µεγάλη ευαισθησία στην εκµετάλλευση ανανεώσιµων πηγών ενέργειας). Όσο οι διεισδύσεις αιολικής ισχύος στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας ήταν ακόµη χαµηλές, τα Α/Π αντιµετωπίζονταν σαν αρνητικά φορτία, χωρίς ουσιαστική επίδραση στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Στη σηµερινή πραγµατικότητα όµως δίνεται περισσότερη προσοχή στην αλληλεπίδραση των Α/Π µε τα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό οφείλεται στις διαφορές που παρουσίαζουν τα Α/Π σε σχέση µε τους συµβατικούς σταθµούς παραγωγής. Κύρια διαφορά των Α/Π από τους συµβατικούς σταθµούς είναι ότι η πηγή ενέργειας, ο άνεµος, είναι µεταβαλλόµενη και δύσκολα προβλέψιµη. Έτσι η ηλεκτρική ισχύς που παράγεται είναι συνάρτηση της τυχαίας ταχύτητας του ανέµου. Αντίθετα οι συµβατικοί σταθµοί µπορούν µε ρυθµιστές στροφών να ελέγχουν τη ροή του καυσίµου και άρα και την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος. Η µεταβλητότητα του ανέµου και η δυσκολία πρόβλεψής του επηρεάζουν τη δυνατότητα ενσωµάτωσής τους στα σηµερινά συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας, από άποψη αξιοπιστίας. Σηµαντική είναι και η διαφορά στη τεχνολογία µετατροπής της µηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Οι συµβατικοί σταθµοί αποτελούνται από σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεµένες στο ίκτυο. Αντίθετα οι Α/Γ σε µεγάλο ποσοστό χρησιµοποιούν ασύγχρονες 18

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ γεννήτριες που συνδέονται στο ίκτυο µέσω µετατροπέων που αποτελούνται από ηλεκτρονικά ισχύος. Ακόµη όµως και οι Α/Γ µε σύγχρονη γεννήτρια συνδέονται µέσω ηλεκτρονικών ισχύος, γεγονός που διαφοροποιεί τα χαρακτηριστικά τους από αυτά των συµβατικών γεννητριών. Τα Α/Π, λόγω της αποµακρυσµένης τοπολογίας τους, συνδέονται στο σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας συνήθως µε ασθενείς γραµµές µεταφοράς ή στο δίκτυο µέσης τάσης. Αυτό δηµιουργεί επιπρόσθετες δυσκολίες στην διασύνδεση των Α/Π. Αυτό έχει µεγαλύτερες συνέπειες σε θέµατα αστάθειας τάσης. Οι τεχνικές διαφορές από τη µια αλλά και το µεγάλο ποσοστό εγκατεστηµένης ισχύος από Α/Π οδήγησε πολλές χώρες στη ανάγκη για καθορισµό ειδικών απαιτήσεων από τα Α/Π. Αυτές οι απαιτήσεις αποτυπώνονται στους Κώδικες ιαχείρισης του Συστήµατος που εφαρµόζονται στις χώρες µε υψηλές διεισδύσεις αιολικής ισχύος. Ο πρώτος Κώδικας µε συγκεκριµένες απαιτήσεις συµπεριφοράς για τους αιολικούς σταθµούς του συστήµατος µεταφοράς εκδόθηκε στις αρχές του 2003 από τη γερµανική εταιρία E.ON. (έχει ανανεωθεί εν τω µεταξύ το 2006) και µέχρι σήµερα αντίστοιχοι Κώδικες τέθηκαν σε εφαρµογή σε πλήθος άλλων χωρών. Οι Κώδικες αυτοί προσδίδουν στα Α/Π χαρακτηριστικά συµβατικών σταθµών, όπως θα αναλυθεί και παρακάτω. ηλαδή απαιτούν τη συµµετοχή στη ρύθµιση του συστήµατος και δυναµική συµπεριφορά σε περιπτώσεις διαταραχών στο σύστηµα. Οι κώδικες αυτοί αφορούν Α/Π µεγάλης ονοµαστικής ισχύος, τα οποία κατά κανόνα συνδέονται απ ευθείας στο σύστηµα µεταφοράς ΥΤ, και όχι µικρών µονάδων και σταθµών διεσπαρµένης παραγωγής που συνδέονται στα δίκτυα διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας. Στη δεύτερη περίπτωση, οι τεχνικές απαιτήσεις που τίθενται από τους αντίστοιχους Κώδικες ιαχείρισης του ικτύου ή τις σχετικές Οδηγίες Σύνδεσης αφορούν κυρίως ζητήµατα ποιότητας ισχύος, συµβολής στη στάθµη βραχυκύκλωσης και διαµόρφωσης των προστασιών απόζευξης, τα οποία δεν είναι κεντρικής σηµασίας για τα µεγάλα Α/Π του συστήµατος µεταφοράς. Έµφαση θα δοθεί στη ρύθµιση της ενεργού ισχύος των αιολικών σταθµών, τη ρύθµιση της αέργου ισχύος και της τάσεως και τη συµπεριφορά των σταθµών σε ανώµαλες καταστάσεις λειτουργίας του δικτύου (κυρίως βυθίσεων τάσης λόγω σφαλµάτων). 19

20 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π Παρακάτω γίνεται µια γενική αναφορά στις κυριότερες τεχνικές απαιτήσεις που θέτουν οι Κώδικες για τα αιολικά πάρκα, οι οποίες θα εξεταστούν σε µεγαλύτερη λεπτοµέρεια στα επόµενα κεφάλαια. 1.1 Ανοχή σε βυθίσεις τάσης και α όκριση σε καταστάσεις σφαλµάτων του δικτύου Ένα βραχυκύκλωµα ή µια διαταραχή στο σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας έχει σαν αποτέλεσµα τη βύθιση τάσης σε µια ή περισσότερες φάσεις ανάλογα µε το τύπο του βραχυκυκλώµατος (ίσως και ανύψωση τάσης στις υγιείς φάσεις π.χ. µετά από µονοφασικό βραχυκύκλωµα) στο σηµείο που συνέβη. Η βύθιση τάσης σε µικρότερο βαθµό µπορεί να εξαπλωθεί και στη γειτονική περιοχή. Η διάρκεια της βύθισης τάσης είναι άµεση συνάρτηση του χρόνου λειτουργίας των συστηµάτων προστασίας του συστήµατος. Αυτοί οι χρόνοι κυµαίνονται από 0.1 s ως λίγα δευτερόλεπτα, µε συνηθέστερους χρόνους της τάξης των λίγων δεκάτων του δευτερολέπτου. Η βύθιση τάσης προκαλεί µειωµένη ικανότητα παραγωγής ηλεκρτικής ενέργειας στα άκρα της γεννήτριας και έτσι δηµιουργείται ανισσοροπία ανάµεσα στη µηχανική ισχύ εισόδου και στην ηλεκτρική ισχύ εξόδου. Οι σύγχρονες γεννήτριες µε τους ρυθµιστές στροφών που διαθέτουν µπορούν να διαχειριστούν αυτή τη κατάσταση και είναι υποχρεωµένες να παραµείνουν συγχρονισµένες κατά τη διάρκεια της βύθισης. Η συµπεριφορά των Α/Γ όµως είναι διαφορετική κατά τη διάρκεια του σφάλµατος. Οι Α/Γ µέχρι τώρα σε περίπτωση σφάλµατος αποσυνδέονταν από το σύστηµα για να προστατευτούν οι ίδιες. Αυτό µέχρι τώρα δεν αποτελούσε µεγάλο πρόβληµα αφού τα µεγέθη σε ισχύ ήταν µικρά και οι Α/Γ συνδέονταν κυρίως στο δίκτυο διανοµής. Σήµερα λόγω της υψηλής διείσδυσης της αιολικής ενέργειας και επειδή τα Α/Π συνδέονται περισσότερο στην ΥΤ ή και στην ΥΥΤ η παραπάνω φιλοσοφία δεν είναι αποδεκτή. Αυτό διότι µια σύντοµη βύθιση τάσης σε µια ευρεία παραγωγή θα είχε σαν αποτέλεσµα την απώλεια αρκετών εκατοντάδων MW. Όπως είναι κατανοητό µια τέτοια αποσύνδεση είναι αρνητική για την ασφάλεια και την αξιοπιστία του συστήµατος. Για τον λόγο αυτό, οι σύγχρονοι κώδικες προβλέπουν συγκεκριµένες και αυστηρές απαιτήσεις για τη δυνατότητα παραµονής σε λειτουργία των Α/Γ υπό συνθήκες βύθισης της τάσης, οι οποίες είναι γνωστές ως Fault Ride-Through (FRT) ή Low Voltage Ride-Through (LVRT) Capability και εκφράζονται υπό τη µορφή καµπυλών τάσης-χρόνου. Στο Σχήµα 1 φαίνεται η τυπική µορφή µιας τέτοιας καµπύλης. Για βυθίσεις τάσεις πάνω από το όριο που ορίζει η καµπύλη στο Σχήµα 1, τα Α/Π πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα στο δίκτυο, ενώ η αποσύνδεσή τους επιτρέπεται για βυθίσεις κάτω από το όριο αυτό. Η τάση που εµφανίζεται στο διάγραµµα είναι κατά κανόνα η τάση στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο ενώ η βύθιση µπορεί να είναι συµµετρική ή ασύµµετρη (οπότε το διάγραµµα µπορεί να αφορά τη µεγαλύτερη από τις φασικές τάσεις), ανάλογα µε τις προδιαγραφές του κάθε κώδικα. Η µορφή των καµπυλών FRT είναι µεν παραπλήσια, αλλά τα ποσοτικά τους χαρακτηριστικά εξαρτώνται από τα ιδιαίτερα 20

21 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π χαρακτηριστικά του κάθε συστήµατος και καθορίζονται από τους αντίστοιχους ιαχειριστές, συνεκτιµώντας και τις τεχνικές δυνατότητες των διαθέσιµων Α/Γ. V (%) Προδιαγραφόµενη Καµπύλη Ανοχής σε Βυθίσεις Τάσεις (Low Voltage Ride Through) δεν επιτρέπεται η αποσύνδεση Α/Γ 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) επιτρέπεται η αποσύνδεση Α/Γ Σχήµα 1. Τυπική καµπύλη προδιαγραφών ανοχής Α/Π σε βυθίσεις τάσης. Περαιτέρω απαιτήσεις εκτός από αυτές που σχετίζονται µε το σχήµα 1 είναι η επαναφορά της ενεργού και αέργου ισχύος µετά την αποκατάσταση της τάσης σε επιτρεπτά επίπεδα. Για αυτό ορίζονται ρυθµοί ανόδου της ενεργού ισχύος µετά την αποκατάσταση της τάσης. Επίσης κάποιοι από τους κώδικες απαιτούν παραγωγή αέργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια του σφάλµατος για να υποστηρίξουν τη τάση. Οι συµβατικές µονάδες παραγώγής είναι εφοδιασµένες µε συστήµατα διέγερσης. Επίσης µπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια στο µαγνητικό τους πεδίο. Γι αυτό το λόγο είναι ικανές να παρέχουν υψηλό άεργο ρεύµα στη διάρκεια βραχυκυκλώµατος ώστε να εξοµαλύνουν τη βύθιση τάσης. Αντίστοιχη λειτουργία καλούνται να παρέχουν και τα Α/Π. ηλαδή να παρέχουν υποστήριξη τάσης κατά τη διάρκεια του σφάλµατος αλλά και µετά από αυτό. Η παραγωγή αέργου ρεύµατος µετά το σφάλµα βοηθάει στη γρηγορότερη επαναφορά του συστήµατος µετά το σφάλµα. 1.2 Έλεγχος ενεργού ισχύος και συχνότητας Σε ένα ένα σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας η παραγωγή και η κατανάλωση ενεργού ισχύος πρέπει να βρίσκεται σε ισσοροπία. Η µη ικανοποίηση του ισοζυγίου παραγωγής και κατανάλωσης ισχύος οδηγεί σε αποκλίσεις από την ονοµαστική τιµή της συχνότητας. Οι συµβατικές σύγχρονες γεννήτριες προσαρµόζουν τη παραγωγή τους στην προβλεπόµενη ζήτηση. Αν για παράδειγµα η ζήτηση είναι µεγαλύτερη από τη παραγωγή, η ενέργεια που έχει αποθηκευτεί στον άξονα της µηχανής µε τη µορφή κινητικής ενέργειας χρησιµοποιείται για να καλύψει την επιπλέον ζήτηση. Τότε η περιστροφική ταχύτητα των γεννητριών µειώνεται και άρα η συχνότητα µειώνεται. Η απόκριση των γεννητριών στις µεταβολές του φορτίου συνιστά την πρώτεύουσα ρύθµιση (1-30s). Η πρωτεύουσα ρύθµιση αφήνει ένα µικρό σφάλµα 21

22 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π συχνότητας. Η δευτερεύουσα ρύθµιση (10-15 min) αναλαµβάνει να επαναφέρει την συχνότητα στην ονοµαστική της τιµή. Οι Α/Γ χρησιµοποιούν κυρίως ασύγχρονες γεννήτριες και µετατροπείς (converter) για τη σύνδεση στο δίκτυο, γι αυτό δε διαθέτουν εγγενώς τη συµπεριφορά που περιγράφηκε παραπάνω. Στο παρελθόν, η συνήθης αντιµετώπιση των αιολικών σταθµών προέβλεπε την άµεση αποσύνδεσή τους σε περίπτωση ακόµη και µικρών αποκλίσεων της συχνότητας από την ονοµαστική της τιµή, πρακτική που οδηγεί σε απώλεια παραγωγής υπό συνθήκες υποσυχνότητας, άρα σε µεγαλύτερη καταπόνηση του ηλεκτρικού συστήµατος. Οι σύγχρονοι κώδικες απαιτούν από τα Α/Π να παραµένουν συνδεδεµένα σε αποκλίσεις συχνότητας και να παρέχουν απόκριση συχνότητας. ηλαδή να µεταβάλλουν την ενεργό ισχύ τους σε συνάρτηση µε τις διακυµάνσεις της συχνότητας µε τρόπο παρόµοιο όπως φαίνεται στο Σχήµα 2. Στο διάγραµµα αυτό παρατηρείται ότι υπό συνθήκες αυξηµένης συχνότητας (πλεόνασµα παραγωγής) επιβάλλεται δραστικός περιορισµός της ισχύος εξόδου του σταθµού, ενώ, αντίθετα, σε συνθήκες υπο-συχνότητας (έλλειµµα παραγωγής) η παραγωγή του αυξάνεται. Για να επιτευχθεί απόκριση αυτού του τύπου σε συνθήκες υπο-συχνότητας, ο σταθµός πρέπει να διαθέτει την απαραίτητη εφεδρεία ισχύος και συνεπώς να λειτουργεί υπό ελαφρώς µειωµένη ισχύ (σε σχέση µε αυτή που µπορεί να παράγει για τις επικρατούσες συνθήκες ανέµου) υπό κανονικές συνθήκες συχνότητας. Μια τέτοια συµπεριφορά της ισχύος εξόδου µιµείται την καµπύλη στατισµού των συµβατικών µονάδων και επιτρέπει στο Α/Π να συµµετέχει στην πρωτεύουσα ρύθµιση συχνότητας του συστήµατος. Σχήµα 2. Ενδεικτική καµπύλη µεταβολής της ενεργού παραγωγής αιολικών σταθµών συναρτήσει της συχνότητας του συστήµατος. Εκτός από την απόκριση συχνότητας οι περισσότεροι κώδικες προδιαγράφουν τη δυνατότητα περιορισµού της ενεργού ισχύος εξόδου (curtailment) των Α/Π σε µια τιµή αναφοράς (setpoint), µε συγκεκριµένο ρυθµό µεταβολής της ενεργού ισχύος. Αυτή η απαίτηση είναι ιδιαίτερα σηµαντική σε δίκτυα µε περιορισµένη ικανότητα µεταφοράς ισχύος (κορεσµένο δίκτυο). Για να ικανοποιηθούν οι παραπάνω απαιτήσεις µπορούν να εφαρµοστούν στα Α/Π οι παρακάτω στρατηγικές ελέγχου: 22

23 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π (i) υνατότητα περιορισµού της ισχύος εξόδου κάτω από µια εξωτερικά καθοριζόµενη τιµή, όπως δείχνεται στο Σχήµα 3(i), ώστε να είναι δυνατή η υλοποίηση περικοπών ισχύος, είτε βάσει προγραµµατισµού, είτε εκτάκτως, από το κέντρο ελέγχου ενέργειας του συστήµατος. (ii) Λειτουργία του σταθµού υπό δεδοµένη εφεδρεία ισχύος (delta control), όπως ενδεικτικά δείχνεται στο Σχήµα 3(ii), ώστε να είναι δυνατή η συµµετοχή του στην πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθµιση συχνότητας. (iii) Εφαρµογή περιορισµού στον ρυθµό ανόδου της ισχύος εξόδου (και δυνητικά στον ρυθµό καθόδου, αν το πάρκο λειτουργεί µε επαρκή εφεδρεία ισχύος, δηλαδή αν χρησιµοποιήσει και τη προηγούµενη στρατηγική του delta control), όπως φαίνεται στο Σχήµα 3(iii). Με τον τρόπο αυτό οι διακυµάνσεις της ισχύος εξόδου των αιολικών σταθµών προσεγγίζουν τις δυνατότητες φόρτισης/αποφόρτισης των συµβατικών µονάδων και µειώνονται οι µεταβολές της ισχύος των τελευταίων. Οι απαιτήσεις ενεργού ισχύος από Α/Π στοχεύουν στη διατήρηση σταθερής συχνότητας στο σύστηµα και στην ικανοποίηση των προδιαγραφών ποιότητας ισχύος. Επίσης σκοπό έχουν την αποφυγή της υπερφόρτωσης γραµµών µεταφοράς και τις µεγάλες βηµατικές τάσεις και ρεύµατα ζεύξης λόγω εκκίνησης ή παύσης των Α/Γ. 23

24 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π (i) (ii) (iii) Σχήµα 3. Απαιτήσεις ελέγχου της ισχύος εξόδου αιολικών σταθµών. (i) Περιορισµός µεγέθους (set-point). (ii) ιατήρηση εφεδρείας ισχύος (delta control). (iii) Περιορισµός ρυθµού ανόδου. 1.3 Όρια τάσης και συχνότητας Στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας ακόµη και στη µόνιµη κατάσταση λειτουργίας µπορεί να εµφανιστούν τάσεις και συχνότητες που να αποκλίνουν σε κάποιο βαθµό από τις ονοµαστικές τιµές. Οι συµβατικοί σταθµοί υποχρεούνται να συνεχίσουν να λειτουργούν µέσα σε συγκεκριµένα όρια τάσης και συχνότητας για να εξασφαλίσουν την αξιοπιστία της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας ακόµη και σε µη ονοµαστική τάση ή συχνότητα. Οι σχετικές απαιτήσεις συσχετίζουν τις αποδεκτές αποκλίσεις τάσεις µε τις αποδεκτές αποκλίσεις συχνότητας και καθορίζουν τα όρια τάσης και συχνότητας που ο σταθµός παραγωγής πρέπει να συνεχίσει τη 24

25 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π λειτουργία του. Όµως για µεγαλύτερες αποκλίσεις τάσης και συχνότητας επιβάλλεται η αποσύνδεση του σταθµού µετά από κάποιο χρονικό διάστηµα για να προστατευτεί ο ίδιος. Επίσης επειδή τα ηλεκτρικά συστήµατα είναι συγχρονισµένα οι µεγάλες αποκλίσεις της συχνότητας, πάνω από 1Hz δεν είναι καθόλου επιθυµητές και πρέπει να διαρκούν το ελάχιστο δυνατό. Για κάποιες αποκλίσεις τάσης και συχνότητας δίνεται η δυνατότητα στο σταθµό να µειώνει την ενεργό ισχύ εξόδου του. Tα Α/Π και οι συνιστάµενες Α/Γ απαιτείται να έχουν παρόµοια χαρακτηριστικά µε τους συµβατικούς σταθµούς άρα πρέπει να υπακούουν σε όρια τάσης και συχνότητας όπως περιγράφηκαν παραπάνω. Για αυτό και αρκετοί Κώδικες προδιαγράφουν ξεχωριστά όρια για τα Α/Π,ενώ κάποιοι άλλοι θέτουν κοινά όρια για τους συµβατικούς σταθµούς και τα Α/Π. Η δυσκολία που αντιµετωπίζουν κάποιες τεχνολογίες Α/Γ στην ικανοποίηση τέτοιων απαιτήσεων οφείλεται στην εξάρτηση του µαγνητικού πεδίου από το λόγο V/f. Οι Κώδικες σε γενικές γραµµές απαιτούν από τους σταθµούς παραγωγής (συµβατικούς ή Α/Π) να παραµένουν συνδεδεµένοι για απόκλιση της τάσης ±10% και για ακραίες τιµές της συχνότητας Hz και Hz (για περιορισµένο χρόνο). 1.4 Έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης Για τη διατήρηση της τάσης του συστήµατος εντός των επιτρεπτών ορίων λειτουργίας είναι αναγκαία η εξασφάλιση του ισοζυγίου παραγωγής και κατανάλωσης αέργου ισχύος, όχι µόνο σε επίπεδο συνολικού συστήµατος, αλλά και τοπικά στις επιµέρους ζώνες του, δεδοµένου ότι η άεργος ισχύς δεν µπορεί να µεταφέρεται σε µεγάλες αποστάσεις χωρίς να παραβιάζονται τα όρια τάσης. Η εξασφάλιση του ισοζυγίου αέργου ισχύος σε επίπεδο συστήµατος µεταφοράς γίνεται κυρίως από τις σύγχρονες γεννήτριες των συµβατικών µονάδων παραγωγής και τους ρυθµιστές τάσης που διαθέτουν. Επίσης χρησιµοποιούνται πρόσθετα συστήµατα αντιστάθµισης, όπως αποζεύξιµοι πυκνωτές και συσκευές FACTS, τοποθετηµένα κυρίως κοντά στο φορτίο (δίκτυο διανοµής). Στη ρύθµιση τάσης συµβάλλουν και τα συστήµατα αλλαγής λήψεων των µετασχηµατιστών ισχύος. Με την αύξηση της αιολικής διείσδυσης, τόσο τοπικά όσο και συνολικά σε επίπεδο συστήµατος, αναπόφευκτα επηρεάζεται η ρύθµιση της τάσης και καθίσταται αναγκαία η ενεργός συµµετοχή των νέων σταθµών στη διατήρηση του ισοζυγίου αέργου ισχύος. Στο παρελθόν η συνήθης απαίτηση αφορούσε τη διατήρηση του συντελεστή ισχύος (ΣΙ) των αιολικών σταθµών σε σχετικά υψηλές τιµές, προκειµένου να αποφεύγεται η αυξηµένη κατανάλωση αέργου ισχύος από αυτούς. Ανάλογες απαιτήσεις εξακολουθούν να υφίστανται, αλλά µε µια σηµαντική διαφορά. Ενώ παλιότερα υπήρχε η απαίτηση για λειτουργία του αιολικού σταθµού σε σταθερό συντελεστή ισχύος, σήµερα απαιτείται η ικανότητα του για λειτουργία µέσα σε ένα εύρος ΣΙ. Έτσι στους σηµερινούς κώδικες τίθενται σηµαντικά διευρυµένα όρια δυνατής ρύθµισης του ΣΙ, τόσο σε επαγωγικές όσο και σε χωρητικές τιµές (σε αρκετές περιπτώσεις και πέραν του 0.9 επαγωγικού ή χωρητικού). Επιπλέον, το εύρος ρύθµισης του ΣΙ συχνά συναρτάται µε την ενεργό ισχύ του σταθµού, δεδοµένου ότι υπό χαµηλή παραγωγή υφίσταται αυξηµένο περιθώριο αέργου φόρτισης των µονάδων. Επίσης, σε αρκετές περιπτώσεις κωδίκων τα ζητούµενα περιθώρια ρύθµισης του ΣΙ εξαρτώνται άµεσα από την τάση του συστήµατος στο σηµείο σύνδεσης του σταθµού, γεγονός απόλυτα δικαιολογηµένο αφού π.χ. υπό συνθήκες υψηλής τάσης δεν έχει νόηµα (και γενικά αντενδείκνυται) η παραγωγή αέργων από τον σταθµό, και αντίστροφα υπό συνθήκες υπότασης. 25

26 1. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ Α/Π Το ενδεχόµενο αυτό δεν λαµβάνεται υπόψη σε ορισµένους κώδικες, στους οποίους η απαίτηση για λειτουργία υπό Σ.Ι επαγωγικό ακόµη και σε τάση συστήµατος 1.1 α.µ. µπορεί να οδηγήσει σε περαιτέρω υπερτάσεις και σηµαντικές καταπονήσεις. Η δυνατότητα ελέγχου του ΣΙ εξόδου των αιολικών σταθµών επιτρέπει ποικιλία εναλλακτικών τρόπων ρύθµισης της αέργου παραγωγής τους: Απλή διατήρηση µιας σταθερής τιµής ΣΙ, υλοποίηση χαρακτηριστικής ρύθµισης βάσει της τάσης του συστήµατος, µεταβολή της άεργου ισχύος κεντρικά, µε εντολές από το κέντρο κατανοµής κλπ. Επιπλέον, δίνει τη δυνατότητα στους αιολικούς σταθµούς να πραγµατοποιούν ενεργό ρύθµιση της τάσης, στα πρότυπα των συµβατικών µονάδων παραγωγής, είτε στο σηµείο σύνδεσής τους, είτε ακόµη και σε περισσότερο αποµακρυσµένα σηµεία. Η απαίτηση υλοποίησης συστήµατος ενεργού ρύθµισης της τάσης από τους αιολικούς σταθµούς περιλαµβάνεται πλέον σε αρκετούς κώδικες. 26

27 2. ΑΝΑΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗ Α/Π ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ 2. ANAΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗ Α/Π ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ Παρακάτω γίνεται µια σύντοµη αναφορά στους Κώδικες που περιγράφονται και συγκρίνονται στην εργασία. Γενικά, επιλέχθηκαν Κώδικες χωρών µε σηµαντική διείσδυση αιολικής ισχύος καθώς και Κώδικες και συναφή κείµενα που ήταν διαθέσιµοι σε αγγλικό, γαλλικό ή γερµανικό κείµενο. 2.1 Γερµανικός Κώδικας Η νεότερη έκδοση του γερµανικού Κώδικα της Ε.ΟΝ., περιλαµβάνει γενικές διατάξεις για σταθµούς παραγωγής, οι οποίες ισχύουν ωστόσο και για αιολικά πάρκα (σύνδεση σε 380, 220 και 110 kv). Η τελευταία αναθεώρησή του (Grid Connection Regulations for High and Extra High Voltage, E.ON Netz GmbH, 1 η Απριλίου 2006) έχει προκύψει λαµβάνοντας υπόψη την υπάρχουσα εµπειρία από τη µεγάλη διείσδυση αιολικής ισχύος στο σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας, σε συνδυασµό µε την αναµενόµενη αύξηση των επόµενων ετών. Ο κώδικας της Ε.ΟΝ. µπορεί να χαρακτηριστεί ο πιο λεπτοµερής και πλήρης κώδικας. 2.2 Βρετανικός Κώδικας Ο βρετανικός Κώδικας (Issue 3, Revision 20, 1st April 2007, NATIONAL GRID ELECTRICITY TRANSMISSION plc), παρουσιάζει τις απαιτήσεις για τα αιολικά πάρκα σε συνδυασµό µε τις υπόλοιπες απαιτήσεις για σταθµούς παραγωγής. Αναφέρεται σε επίπεδα τάσης 400, 275 και 132 kv (καθώς και 32 kv για τη Σκωτία), αν και σε πολλές από τις διατάξεις του (όπως η ανοχή σε βυθίσεις τάσης) κάνει ειδική αναφορά σε τάσεις άνω των 200 kv µόνο. Επισηµαίνεται ότι ο Κώδικας αυτός ισχύει και για την Ουαλία και τη Σκωτία, αντικαθιστώντας τους µέχρι το 2006 ισχύοντες Κώδικες 1. Η µελέτη του βρετανικού κώδικα αξίζει προσοχής διότι στη Βρετανία υπάρχει υψηλό αιολικό δυναµικό και αναµένεται υψηλή διείσδυση αιολικής ενέργειας. 2.3 Ιρλανδικός Kώδικας Ο ιρλανδικός Κώδικας, περιλαµβάνει ειδικές διατάξεις για σταθµούς παραγωγής µε αιολικά πάρκα (Section WPFS1, Wind Farm Power Station Grid Code Provisions). Οι απαιτήσεις αναφέρονται σε επίπεδα τάσης 400, 220 και 110 kv. Οι νεότερες διαθέσιµες αναθεωρήσεις του Κώδικα είναι η έκδοση 1.2, Μάιος 2005 και 2.0, Ιανουάριος 2007 από την ESB National Grid. Στον Κώδικα αυτόν γίνεται αναφορά και από τον ιαχειριστή του Συστήµατος της Βόρειας Ιρλανδίας (System Operator for Northern Ireland-SONI). Η Ιρλανδία παρουσιάζει ενδιαφέρον επειδή είναι ένα νησιωτικό σχεδόν αποµονωµένο σύστηµα. 2.4 Κοινός Κώδικας ανίας/φινλανδίας/νορβηγίας/σουηδίας (Nordic Grid Code) Πρόκειται για κοινό Κώδικα των τεσσάρων σκανδιναβικών χωρών, ο οποίος ωστόσο αναφέρεται σε συµβατικούς σταθµούς και δεν περιλαµβάνει ειδικές απαιτήσεις για Α/Π, αφορά σε επίπεδα τάσης άνω των 110 kv 2. Γίνεται µόνο αναφορά στις ειδικές απαιτήσεις για τα Α/Π που υπάρχουν στον Κώδικα της ανίας. Ο Κώδικας είναι διαθέσιµος από τη Nordel (Nordic Grid Code, 18 June 2004). Το Νοέµβριο του 2006 ανακοινώθηκε ο κώδικας που αφορά ειδικά 1 Οποιαδήποτε µεµονωµένη αναφορά στη Σκωτία έχει ληφθεί από τον παλιό κώδικά της. 2 Ειδικότερα, τα επίπεδα τάσης στα οποία αναφέρεται ο κώδικας είναι: 110 και 400 kv για τη Φινλανδία, 132, 150, 220 και 400 kv για τη ανία, 132, 300 και 400 kv για τη Νορβηγία και 220 και 400 kv για τη Σουηδία. 27

28 2. ΑΝΑΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗ Α/Π ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ τα Α/Π, (Nordel Connection Code Wind Turbines) από τη Nordel. Σαν σηµείο σύνδεσης (connection point) ορίζεται το σηµείο που το Α/Π συνδέεται µε το ίκτυο και το καθορίζει ο κάθε TSO. Οι απαιτήσεις που περιγράφονται στο κώδικα ισχύουν για όλα τα Α/Π που συνδέονται στο Nordic Grid (το ιασυνδεδεµένο Σύστηµα των 4 χωρών) και µάλιστα εφαρµόζονται στο σηµείο σύνδεσης. Σηµειώνεται ότι ο ιαχειριστής µπορεί κατά περίπτωση να αποφασίσει ότι τα Α/Π ονοµαστικής ισχύος µικρότερης των 100ΜW απαλλάσονται από κάποιες απαιτήσεις ανάλογα µε τις επιπτώσεις πάνω στη λειτουργία και την ασφάλεια του ιασυνδεδεµένου Συστήµατος Nordic. 2.5 Κώδικας ανίας Εκτός από τον κοινό Κώδικα των Σκανδιναβικών Χωρών, υπάρχει διαθέσιµη αγγλική έκδοση των διατάξεων που διέπουν τη σύνδεση Α/Π µε το δίκτυο στη ανία, µόνο όµως για σύνδεση σε τάση κάτω των 100 kv. Πρόκειται για την οδηγία English version of Technical Regulations TF 3.2.6, Official translation of Wind turbines connected to grids with voltages below 100 kv (Technical regulations for the properties and the control of wind turbines), 19 May Η οδηγία αυτή προέκυψε από συνεργασία των δύο ιαχειριστών Συστήµατος της ανίας, της Eltra (δυτική ανία) και της Elkraft (ανατολική ανία). Από τους δύο αυτούς ιαχειριστές, η Eltra έχει εκδώσει Κώδικα που αναφέρεται σε σύνδεση σε τάση άνω των 100 kv, δεν υπάρχει ωστόσο διαθέσιµη έκδοσή του στην Αγγλική (οι πληροφορίες γι αυτόν τον Κώδικα, έχουν ληφθεί από τη βιβλιογραφία). Η οδηγία για τάσεις κάτω των 100kV εφαρµόζεται σε Α/Π που συνδέθηκαν µετά την 1/7/2004 και χωρίζεται σε γενικές απαιτήσεις που ικανοποιούνται από όλα τα Α/Π και σε συµπληρωµατικές. Οι συµπληρωµατικές εφαρµόζονται αν στο σηµείο σύνδεσης συνδέονται ή πρόκειται να συνδεθούν Α/Γ συνολικής ονοµαστικής ισχύος µεγαλύτερης ή ίσης από 1.5 MW. Ο κώδικας της ανίας παρουσιάζει ενδιαφέρον επειδή είναι µια µικρή χώρα µε υψηλή διείσδυση αιολικής ενέργειας. Επίσης χαρακτηριστικό της ανίας είναι τα offshore A/Π µεγάλης ονοµαστικής ισχύος. Αξιοσηµείωτο χαρακτηριστικό είναι ότι η δυτική ανία διασυνδέεται µε το συγχρονισµένο σύστηµα UCTE και η ανατολική µε το συγχρονισµένο σύστηµα Nordic. 2.6 Κώδικας Βελγίου Στο Βέλγιο υπάρχουν διάφοροι Κώδικες ανά περιοχή (Φλαµανδία, Βαλλονία, Βρυξέλλες) όπως και Οµοσπονδιακός Κώδικας. Από αυτούς, µόνο ο Κώδικας της Βαλλονίας, υπάρχει σε γαλλική µετάφραση και µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως αναφορά. Ο Κώδικας του Συστήµατος Μεταφοράς (Wallonia grid code for the local transmission system, CWaPE, Commision Wallone pour l Energie, 17/8/2006) περιλαµβάνει τις ειδικές απαιτήσεις για διατάξεις διεσπαρµένης παραγωγής και διατάξεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιµες πηγές (σε αυτόν γίνεται παραποµπή και από τον Κώδικα του ικτύου ιανοµής). 2.7 Κώδικας Καναδά Οι απαιτήσεις για τη σύνδεση Α/Π στο δίκτυο του Καναδά που παρουσιάζονται στη συνέχεια περιγράφονται σε ειδικές διατάξεις του Κώδικα της Hydro-Quebec, και του Alberta Electric System Operator, (έκδοση προς δηµόσια διαβούλευση). Οι διατάξεις του πρώτου ισχύουν για σύνδεση στο δίκτυο µεταφοράς (τάση άνω των 44 kv) ενώ του τελευταίου ισχύουν για σύνδεση Α/Π συνολικής ισχύος µεγαλύτερης των 5 MW, σε τάση από 69 έως 240 kv. Ο AESO το Νοεµβρίου 2004 εξέδωσε τον τελικό κώδικα, Wind Power Facility Technical Requirements (Revision 0) και ένα συµπληρωµατικό οδηγό, Wind Power Facility Guide to the Technical Requirements. Σε αυτό το κώδικα το σηµείο σύνδεσης ορίζεται συνήθως ως το υψηλότερο επίπεδο τάσης που συνδέεται το Α/Π. Επίσης αναφέρει ότι εξετάζεται η πιθανότητα ο κώδικας να εφαρµοστεί και για Α/Π µικρότερα των 5 MW. 28

29 2. ΑΝΑΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΩ ΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗ Α/Π ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ 2.8 Κώδικας ΗΠΑ Λαµβάνοντας υπόψη την ανοµοιοµορφία των διαφόρων απαιτήσεων και τεχνικών σύνδεσης νέων σταθµών παραγωγής (συµπεριλαµβανοµένων και των Α/Π), η Οµοσπονδιακή Ρυθµιστική Επιτροπή Ενέργειας (Federal Energy Regulatory Commission - FERC) εξέδωσε τον Ιούλιο του 2003 την Οδηγία 2003 (Order 2003) στην οποία προτείνεται διαδικασία σύνδεσης µεγάλων γεννητριών (Large Generator Interconnection Procedure - LGIP) προς εφαρµογή κατά τη σύνδεση γεννητριών ισχύος µεγαλύτερης των 20 MW στο σύστηµα µεταφοράς. Η Οδηγία αυτή δεν έκανε καµία διάκριση µεταξύ σταθµών παραγωγής µε συµβατικές σύγχρονες γεννήτριες και των άλλων ειδών γεννητριών που χρησιµοποιούνται σε αιολικά πάρκα. Αναγνωρίζοντας τις παραπάνω αδυναµίες, η FERC εξέδωσε την αναθεωρηµένη Οδηγία 2003Α τον Μάρτιο του 2004, δίνοντας την ευκαιρία στους κατασκευαστές Α/Γ να προτείνουν µεταβολές ώστε να ληφθούν υπόψη οι τεχνικές ιδιαιτερότητές τους, µέσω της προσθήκης κατάλληλου παραρτήµατος (Appendix G). Η AWEA (American Wind Energy Association) ανταποκρίθηκε τον Μάιο του 2004, ζητώντας να ληφθούν υπόψη διάφορα τεχνικά ζητήµατα που προκύπτουν κατά τη σύνδεση Α/Π στο δίκτυο. Οι προτάσεις αυτές, σε συνδυασµό µε την ανταλλαγή απόψεων σε σχετικό συνέδριο το οποίο διοργανώθηκε τον Σεπτέµβριο του 2004, οδήγησε στην τελική µορφή της οδηγίας για τη σύνδεση Α/Π στο δίκτυο, η οποία εκδόθηκε από τη FERC τον Ιούνιο του 2005, και παρουσιάζεται στη συνέχεια. Οι απαιτήσεις της FERC εφαρµόζονται σε Α/Π ισχύος πάνω από 20 MW. 2.9 Ελληνικός Κώδικας Ο Ελληνικός Κώδικας Συστήµατος περιλαµβάνει ειδικές προδιαγραφές σχεδιασµού και απόδοσης µόνο για θερµικές και υδροηλεκτρικές µονάδες παραγωγής (άρθρο 275 Κώδικα ιαχείρισης του Συστήµατος και Συναλλαγών Ηλεκτρικής Ενέργειας). Στις απαιτήσεις αυτές περιλαµβάνονται λεπτοµερή χαρακτηριστικά για τα διάφορα είδη µονάδων (λιγνιτικές, ατµοηλεκτρικές, ανθρακικές, αεριοστροβιλικές µη συνδυασµένου κύκλου, µηχανές εσωτερικής καύσης και συνδυασµένου κύκλου) τα οποία δεν παρουσιάζονται αναλυτικότερα στην παρούσα έκθεση. Αντίθετα, παρατίθενται οι γενικές απαιτήσεις ανοχής σε βυθίσεις τάσης, ελέγχου συχνότητας ενεργού ισχύος και ελέγχου τάσης αέργου ισχύος, κατ αντιστοιχία µε τους υπόλοιπους εξεταζόµενους κώδικες, παρ ότι δεν αφορούν άµεσα τους αιολικούς σταθµούς Κώδικες άλλων χωρών Εκτός από τις χώρες που αναφέρθηκαν παραπάνω, ιδιαίτερες απαιτήσεις για Α/Π εµφανίζονται και σε κώδικες άλλων χωρών, όπως η Νέα Ζηλανδία. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι κώδικες χωρών µε σηµαντική διείσδυση αιολικής ισχύος, όπως η Ισπανία, η Πορτογαλία και η Ολλανδία. Η Ισπανία µάλιστα είναι η δεύτερη χώρα µε τη µεγαλύτερη παραγωγή αιολικής ενέργειας µετά την Γερµανία και ο νέος κώδικας που περιλαµβάνει απαιτήσεις για Α/Π εκδόθηκε το Μάρτιο του Oι παραπάνω κώδικες όµως δεν είναι διαθέσιµοι σε αγγλικό, γαλλικό ή γερµανικό κείµενο, γι αυτό γίνεται περιορισµένη αναφορά σε αυτούς µε βάση άλλες πηγές της βιβλιογραφίας. Στην τελευταία έκδοση του Κώδικα της Αυστραλίας, διευκρινίζεται ότι η ισχύς ειδικών διατάξεων για τα Α/Π ξεκινά από την 1 η Νοεµβρίου 2006 ενώ παρέχονται πληροφορίες για τους σχετικούς υπό ανάπτυξη κανονισµούς. Σε ό,τι αφορά τη Γαλλία, αν και το σύνολο των τεχνικών κανονισµών που αφορούν θέµατα διαχείρισης του συστήµατος και σύνδεσης χρηστών είναι διαθέσιµο από την EDF, δεν υπάρχουν διατάξεις που να άπτονται των τεχνικών ζητηµάτων που περιγράφονται στη συνέχεια, γι αυτό και δεν γίνεται ειδική αναφορά. 29

30 3. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΚΟΙΝΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Οι κοινές απαιτήσεις που διέπουν την πλειοψηφία των Κωδίκων σε ό,τι αφορά τη σύνδεση Α/Π µε το σύστηµα αναφέρονται σε: 1. Ανοχή σε βυθίσεις τάσης και απόκριση κατά τη διάρκεια και µετά την εκκαθάριση σφαλµάτων στο δίκτυο 2. Έλεγχος ενεργού ισχύος και συχνότητας 3. Όρια τάσης και συχνότητας 4. Έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης 5. Επικοινωνία, προστασία, µέτρηση και λοιπά τεχνικά και διαδικαστικά ζητήµατα Στην παρούσα εργασία δίνεται έµφαση στις απαιτήσεις 1, 2,3 και 4, οι οποίες αποτελούν τα πιο κρίσιµα τεχνικά ζητήµατα που εισήχθησαν πρόσφατα στους Κώδικες των διαφόρων χωρών και συνιστούν τους βασικούς άξονες των προδιαγραφών για την ενσωµάτωση µεγάλων Α/Π στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Σχετικά µε τις απαιτήσεις 5 γίνεται µια απλή αναφορά. 3.1 Ανοχή σε βυθίσεις τάσης και α όκριση σε καταστάσεις σφαλµάτων του δικτύου (Fault Ride Through) Στην πλειοψηφία τους, οι Κώδικες Συστήµατος κάνουν ειδική αναφορά στις απαιτήσεις ανοχής των Α/Π σε βυθίσεις τάσης, καθώς και στη συµπεριφορά τους κατά τη διάρκεια ή και µετά την εκκαθάριση σφαλµάτων στο δίκτυο. ιευκρινίζεται ότι οι βυθίσεις τάσης που πρέπει να ανέχονται τα Α/Π πρέπει να προέρχονται από σφάλµατα στο δίκτυο. Οι απαιτήσεις αυτές µπορεί να αναφέρονται τόσο στο χρονικό διάστηµα που το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο υπό τάση σηµαντικά χαµηλότερη από την ονοµαστική, όσο και στον τρόπο µεταβολής της παραγόµενης ενεργού και αέργου ισχύος από αυτό. Οι ανωτέρω προδιαγραφές περιγράφονται µε τον όρο Low Voltage Ride Through (LVRT) ή Fault Ride Through (FRT), ορολογίες ισοδύναµες µεταξύ τους (δεδοµένου ότι η εµφάνιση ενός σφάλµατος συνεπάγεται άµεσα τη βύθιση της τάσης), γι αυτό και οι δύο όροι θα χρησιµοποιούνται µε την ίδια έννοια από εδώ και πέρα. Γενικά αυτές οι απαιτήσεις σχετίζονται µε δυναµικές καταστάσεις που συµβαίνουν στο δίκτυο. Γενικά εκτός από ανοχή σε βύθιση τάσης κάποιοι κώδικες στις καµπύλες FRT περιέχουν και άνω όρια της τάσης. Αυτά τα άνω όρια υποδεικνύουν τα επίπεδα ανύψωσης τάσης που µπορεί να αντέξουν τα Α/Π. Η ανύψωση τάσης προκαλείται συνήθως από διακοπτικούς χειρισµούς στο δίκτυο ή από ασύµµετρα βραχυκυκλώµατα. Σηµαντική είναι και η διάκριση των σφαλµάτων σε συµµετρικά και ασσύµετρα. Φυσικά τα τριφασικά σφάλµατα είναι τα χειρότερα αφού προκαλούν τη µέγιστη βύθιση τάσης. Στη περίπτωση διφασικού σφάλµατος δηµιουργείται αρνητική συνιστώσα τάσης που αυξάνει την ολίσθηση s για µηχανές επαγωγής. Αυτό συνεπάγεται µειωµένη αντίσταση δροµέα άρα αυξηµένο ρεύµα αρνητικής ακολουθίας που µπορεί να προκαλέσει το άνοιγµα των διακοπτών προστασίας. 30

31 Στις ακόλουθες παραγράφους γίνεται σύντοµη περιγραφή των απαιτήσεων που διέπουν κάθε Κώδικα. Η παρουσίαση ξεκινά µε τον γερµανικό Κώδικα, ο οποίος, χαρακτηρίζεται από πληρότητα των τεχνικών προδιαγραφών που προτείνει και έχει χρησιµοποιηθεί και από άλλες χώρες για την εξαγωγή των αντίστοιχων κανονισµών τους. Μετά την παρουσίαση των απαιτήσεων των τριών πρώτων εξεταζόµενων χωρών (Γερµανία, Μ. Βρετανία και Ιρλανδία) γίνεται µία σύντοµη σύγκριση µεταξύ τους. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι σχετικές απαιτήσεις άλλων χωρών και τέλος συνοψίζονται οι καµπύλες FRT και οι απαιτήσεις των Κωδίκων που εξετάστηκαν. Είναι σηµαντικό να σηµειωθεί ότι οι καµπύλες FRT και γενικά οι απαιτήσεις που υιοθετούνται από τους διάφορες Κώδικες αντανακλούν σε σηµαντικό βαθµό και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των επιµέρους ηλεκτρικών συστηµάτων. Για παράδειγµα οι διάρκειες βύθισης τάσης εξαρτώνται από τα συστήµατα προστασίας και τους αντίστοιχους χρόνους εκκαθάρισης. Επίσης τα δίκτυα κάποιων χωρών,όπως η Ιρλανδία και η Ισπανία, είναι πιο ασθενή και συνεπώς πιο ευαίσθητα στην εξάπλωση σφαλµάτων και άρα βυθίσεων τάσης Γερµανικός Κώδικας Σύµφωνα µε τον γερµανικό Κώδικα, οι απαιτήσεις FRT περιγράφονται από διάγραµµα τάσης συναρτήσει του χρόνου (Σχήµα 4), το οποίο αφορά τα όρια µεταβολής της τάσης (δηλαδή την περιβάλλουσα της σχετικής καµπύλης) στην περίπτωση συµµετρικών σφαλµάτων. εν δίνονται ανάλογες απαιτήσεις για ασύµµετρες διαταραχές. Πριν από τον σχολιασµό του διαγράµµατος αυτού, αναφέρονται οι απαιτήσεις της αυτόµατης προστασίας απόζευξης των Α/Γ, σύµφωνα µε τον γερµανικό Κώδικα. Συγκεκριµένα, οι επηρεαζόµενες Α/Γ αποσυνδέονται, χωρίς καθυστέρηση, στη ΧΤ του Μ/Σ γεννήτριας για αποκλίσεις συχνότητας κάτω από τα 47.5 Hz ή πάνω από τα 51.5 Hz. Εάν η τάση στην πλευρά ΧΤ του Μ/Σ κάθε Α/Γ του Α/Π πέσει κάτω του 80 % της ελάχιστης τιµής του εύρους τάσης κανονικής λειτουργίας (π.χ. 690 V x 0.95 x 0.80 = 525 V), τότε πρέπει να πραγµατοποιηθεί σταδιακή αποσύνδεση των Α/Γ του Α/Π, σε τέσσερα βήµατα, µε χρονική καθυστέρηση 1.5 s, 1.8 s, 2.1 s και 2.4 s, ανά βήµα (σε κάθε βήµα αποσυνδέεται το 25% του συνόλου των Α/Γ του πάρκου). Ως τάση λαµβάνεται η µεγαλύτερη από τις τρεις πολικές τάσεις. Επισηµαίνεται ότι µπορούν να συµφωνηθούν διαφορετικές χρονικές καθυστερήσεις ανά περίπτωση. Σε περίπτωση υπερτάσεων, όταν η ελάχιστη από τις πολικές τάσεις στην πλευρά ΧΤ του Μ/Σ µιας Α/Γ υπερβεί το 120% της ανώτερης τιµής του εύρους τάσης κανονικής λειτουργίας (π.χ.690 V x 1.05 x 1.2 = 870 V), η Α/Γ πρέπει να αποσυνδέεται από το δίκτυο µε χρονική καθυστέρηση 100 ms. Επιπλέον ορίζεται ότι, όταν η µέγιστη από τις πολικές τάσεις στο σηµείο σύνδεσης του Α/Π µε το δίκτυο πέφτει κάτω από το 85% της ονοµαστικής τάσης(380/220/110kv) 3, (π.χ. 110kVx0.85=93.5kV) µε ταυτόχρονη απορρόφηση αέργου ισχύος από την εγκατάσταση παραγωγής, τότε ο σταθµός πρέπει να αποσυνδέεται µε χρονική καθυστέρηση 0.5 s (η αποσύνδεση πραγµατοποιείται από τους διακόπτες των γεννητριών). Οι προστασίες αυτές συγκροτούν το «αυτόµατο σύστηµα» προστασιών απόζευξης των γεννητριών. Μετά από αποσύνδεση του σταθµού εξαιτίας των παραπάνω λειτουργιών προστασίας ή νησιδοποιηµένης 3 Σηµειώνεται ότι τα όρια κανονικής λειτουργίας της τάσης για τα διάφορα επίπεδα τάσης του συστήµατος µεταφοράς της Γερµανίας προδιαγράφονται ως εξής: kv για το σύστηµα των 380 kv, kv για το σύστηµα των 220 kv και kv για το σύστηµα των 110 kv. 31

32 λειτουργίας (islanded operation), επιτρέπεται επανασυγχρονισµός των µηχανών µετά την αποκατάσταση της τάσης του δικτύου-δηλαδή η τάση (χαµηλότερη τιµή από τις 3 πολικές τάσεις) να είναι πάνω από 105 για δίκτυο 110 kv, πάνω από 210 kv για δικτυο 220 kv, πάνω από 370 kv για δίκτυο 380 kv- και επιβάλλεται ρυθµός αύξησης της ισχύος εξόδου του σταθµού έως 10% της ικανότητας της διασύνδεσης ανά min. ιευκρινίζεται ότι ένα σφάλµα έχει αποκατασταθεί όταν η µονάδα παραγωγής έχει επιστρέψει σε κανονική κατάσταση λειτουργίας και όχι όταν έχει εκκαθαριστεί το σφάλµα. Επίσης η λειτουργία σε νησιδοποιηµένο δίκτυο πρέπει να αναγνωρίζεται και να τερµατίζεται το αργότερο µέσα σε 3s. Στο διάγραµµα του Σχήµατος 4, οποιαδήποτε διαταραχή της τάσης πάνω από τη γραµµή ορίου 1 δεν πρέπει να οδηγεί σε αποσυγχρονισµό και αποσύνδεση των Α/Γ. Για βυθίσεις οι οποίες εισέρχονται στην περιοχή µεταξύ των γραµµών ορίου 1 και 2 ισχύουν τα ακόλουθα: - Τα Α/Π πρέπει να υφίστανται τη βύθιση χωρίς να αποσυνδέονται από το δίκτυο. Εάν αυτό δε µπορεί να επιτευχθεί, είναι δυνατόν κατόπιν συµφωνίας µε τον ιαχειριστή να υιοθετηθεί ευνοϊκότερη γραµµή ορίου 2, εφόσον ταυτόχρονα µειωθεί σηµαντικά ο χρόνος επανασύνδεσης µετά από την αναπόφευκτη αποσύνδεση (σε τιµές σηµαντικά µικρότερες των 2 s) και ταυτόχρονα εξασφαλιστεί µια ελάχιστη έγχυση αέργου ισχύος κατά τη διάρκεια της αποσύνδεσης, ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις του δικτύου. - Εάν κατά τη διάρκεια του σφάλµατος παρατηρείται αστάθεια των Α/Γ ή ενεργοποιείται το σύστηµα προστασίας τους, µπορεί να συµφωνηθεί η δυνατότητα σύντοµης αποσύνδεσής τους (ΚΤΕ, κατά την ορολογία του Κώδικα). Τότε, ο επανασυγχρονισµός µε το δίκτυο πρέπει να πραγµατοποιηθεί το πολύ εντός 2 s µετά την αποσύνδεση και η έγχυση ενεργού ισχύος πρέπει να αυξηθεί στην αρχική (προ του σφάλµατος) τιµή µε ρυθµό τουλάχιστον ίσο µε 10% της ονοµαστικής ισχύος της Α/Γ ανά s. Για βυθίσεις τάσης που εισέρχονται στο τρίγωνο κάτω από τη γραµµή ορίου 2, είναι αποδεκτή η σύντοµη αποσύνδεση (ΚΤΕ) των Α/Γ. Σε αυτήν την περίπτωση µπορεί κατ εξαίρεση να συµφωνηθεί µε τον ιαχειριστή χρόνος επανασυγχρονισµού µεγαλύτερος από 2 s και ρυθµός αύξησης της ενεργού ισχύος µικρότερος του 10% της ονοµαστικής ισχύος της Α/Γ ανά sec. Σταθµοί οι οποίοι δεν αποσυνδέονται από το δίκτυο κατά τη διάρκεια σφαλµάτων πρέπει να συνεχίζουν να παράγουν ενεργό ισχύ µετά την εκκαθάριση των σφαλµάτων, µε ρυθµό ανάληψης ισχύος τουλάχιστον ίσο µε 20% της ονοµαστικής τους ισχύος ανά s. Επίσης όσοι δεν αποσυνδέονται πρέπει να παρέχουν ρεύµα βραχυκύκλωσης στο δίκτυο κατά τη διάρκεια του σφάλµατος. Για βυθίσεις οι οποίες εισέρχονται στη γραµµοσκιασµένη περιοχή του Σχήµατος 4 επιτρέπεται η αποσύνδεση Α/Γ από το αυτόµατο σύστηµα (προστασία απόζευξης), όπως αναφέρθηκε παραπάνω. Πρόσθετες ειδικές απαιτήσεις του Κώδικα αναφορικά µε την απαίτηση υποστήριξης της τάσης µέσω της παραγωγής αέργου ισχύος κατά τη διάρκεια σφαλµάτων σχολιάζονται σε επόµενη παράγραφο. Επισηµαίνεται ακόµη ότι ο Κώδικας επιβάλλει την τροφοδότηση σφαλµάτων του δικτύου µε ρεύµα βραχυκύκλωσης από τα Α/Π, αλλά µε τιµές που συµφωνούνται µε τον ιαχειριστή, αναγνωρίζοντας τις διαφορετικές δυνατότητες συµβολής των διαφόρων τεχνολογιών Α/Γ. 32

33 Maximum L-L Voltage V/V N (%) Fault Ride Through 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) εύρος στο οποίο επιτρέπεται αποσύνδεση από το αυτόµατο σύστηµα επιλεκτική αποσύνδεση γεννητριών ανάλογα µε την κατάστασή τους όριο 2 όριο 1 χαµηλότερη τιµή του εύρους τάσης λειτουργίας Ελάχιστο όριο κανονικής λειτουργίας Σχήµα 4. Απαιτήσεις FRT για Α/Π του γερµανικού Κώδικα της E.ON. Στο σηµείο αυτό αξίζει να επισηµανθούν οι βασικές τροποποιήσεις του γερµανικού Κώδικα σε σχέση µε την προηγούµενη εκδοχή του (2005), οι οποίες προέκυψαν µετά την εκπόνηση του DENA Study, στο οποίο συνοψίζονται τα συµπεράσµατα κοινής τεχνικής διερεύνησης διαχειριστών συστήµατος, κατασκευαστών Α/Γ και ερευνητικών φορέων. Οι τροποποιήσεις αυτές έχουν ως εξής: Θεωρείται ανεκτή η βύθιση τάσης στο µηδέν (στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο), χρονικής διάρκειας 150 ms, έναντι του 15% που όριζε ο προηγούµενος Κώδικας. Η συνολική διάρκεια της περιόδου βύθισης τάσης περιορίζεται στο 1.5 s, έναντι του σαφώς πιο αυστηρού χρονικού διαστήµατος των 3 s που επέβαλλε ο προηγούµενος κανονισµός. Εισάγεται (και ουσιαστικά απαιτείται) η δυνατότητα σύντοµης αποσύνδεσης των Α/Γ από το δίκτυο (µε δυνατότητα επανασυγχρονισµού εντός συγκεκριµένων σύντοµων χρονικών ορίων) όταν η περίοδος βύθισης τάσης είναι µικρότερη του 1.5 s και οι απαιτήσεις FRT δεν είναι δυνατό να τηρηθούν χωρίς κάποιου είδους αποσύνδεση. ιασφαλίζεται ότι, µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος, η παραγωγή ενεργού ισχύος των Α/Π επανέρχεται µέσα στο συντοµότερο δυνατό χρονικό διάστηµα στην προ του σφάλµατος τιµή. Για τον σκοπό αυτό, ορίζονται ελάχιστοι απαιτούµενοι ρυθµοί ανάληψης ισχύος. Η δυνατότητα σύντοµης αποσύνδεσης είναι ιδιαίτερα σηµαντική για Α/Γ µεταβλητών στροφών µε γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδότησης. Στο κώδικα σηµειώνεται ότι ταλαντώσεις ισχύος δε πρέπει να προκαλούν αποσύνδεση σταθµών παραγωγής. Γι αυτό ίσως χρειάζεται κάποιο Power System Stablizer που θα αποσβένει τις ταλαντώσεις και τα χαρακτηριστικά του συµφωνούνται µεταξύ παραγωγού και ιαχειριστή. Σηµειώνουµε κάποιες οµοιότητες και διαφορές ανάµεσα στις απαιτήσεις του κώδικα για συµβατικές µονάδες (σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεµένες στο δίκτυο),όπως φαίνονται στο Σχήµα 5 και τις απαιτήσεις για Α/Π (Σχήµα 4). 33

34 Οι συµβατικές µονάδες αποσυνδέονται µετά από 5 s όταν ανιχνεύσουν υπόταση 85% στο σηµείο σύνδεσης. Τα Α/Π για την ίδια υπόταση και µε ροή αέργου από το δίκτυο προς το Α/Π αποσυνδέονται µετά από 0.5s. Αυτό διότι η απορρόφηση αέργου από το δίκτυο δε βοηθάει στην αποκατάσταση της τάσης, έτσι δε χρειάζεται να παραµένουν συνδεδεµένες οι Α/Γ. Και οι συµβατικές και τα Α/Π πρέπει να αντέχουν πτώση τάσης 100% για 150ms. Η απαίτηση όµως για τα Α/Π είναι πιο αυστηρή αφού απαιτείται ανοχή σε µεγαλύτερης διάρκειας πτώση τάσης (περιοχή κάτω από γραµµή 1 και κάτω από γραµµή 2), µε σύντοµες αποσυνδέσεις. Αυτό δικαιολογείται λόγω της υψηλής διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στη Γερµανία. Σχήµα 5. Καµπύλη LVRT του Γερµανικού κώδικα για συµβατικές µονάδες (σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεµένες στο δίκτυο) Ε αναφορά µετά το σφάλµα Σε αυτή τη παράγραφο συνοψίζουµε τις απαιτήσεις για την επαναφορά µετά το σφάλµα. Οι ρυθµοί αύξησης της ενεργού ισχύος εξόδου είναι: - Για επανασύνδεση µετά από λειτουργία της αυτόµατης λειτουργίας απόζευξης 10% ικανότητας διασύνδεσης ανά min. - Μετά από σύντοµη αποσύνδεση ΚΤΕ ο ρυθµός αύξησης πρέπει να είναι τουλάχιστον 10% της ονοµαστικής ισχύος της Α/Γ ανά sec. - Για Α/Γ που δεν αποσυνδέθηκαν λόγω βύθισης τάσης µετά το σφάλµα πρέπει να έχουν ρυθµό ανάληψης ισχύος τουλάχιστον ίσο µε 20% της ονοµαστικής τους ισχύος ανά s. Παρατηρούµε ότι ο Γερµανικός Κώδικας διαφοροποιεί τους ρυθµούς ανάληψης ενεργού ισχύος µετά την αποκατάσταση του σφάλµατος ανάλογα µε το αν αποσυνδέθηκε το Α/Π ή όχι. Επίσης προβλέπεται (όπως αναλύεται σε επόµενη παράγραφο) η παροχή επιπλέον αέργου ρεύµατος για µικρό διάστηµα µετά την επαναφορά της τάσης στο ± 10%. 34

35 3.1.2 Βρετανικός Κώδικας Ο βρετανικός Κώδικας (αναφερόµενος σε τάση δικτύου άνω των 200 kv, την οποία ορίζει ως Supergrid Voltage) κάνει διάκριση των βυθίσεων τάσης σε δύο κατηγορίες: 1. Βραχυκυκλώµατα (βυθίσεις τάσης) διάρκειας έως 140 ms και 2. Βυθίσεις τάσης διάρκειας µεγαλύτερης των 140 ms. Σηµειώνουµε ότι για σφάλµατα µε µικρότερους χρόνους εκκαθάρισης (140ms) το σύστηµα είναι µεταβατικά πιο ευσταθές. Οι σχετικές απαιτήσεις για το κάθε είδος διαταραχής παρουσιάζονται στη συνέχεια και ισχύουν και για συµβατικές µονάδες παραγωγής. Ο Κώδικας εξαιρεί από την υποχρέωση συµµόρφωσης προς αυτές τα Α/Π που λειτουργούν υπό πολύ χαµηλή ισχύ εξόδου (κάτω του 5% της ονοµαστικής), καθώς και υπό πολύ υψηλό άνεµο, µε αποσυνδεδεµένες περισσότερες από τις µισές Α/Γ Βραχυκυκλώµατα διάρκειας έως 140 ms Τα Α/Π (και οι Α/Γ που τα συνιστούν) πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα στο δίκτυο και να λειτουργούν ευσταθώς σε περίπτωση κοντινού τριφασικού ή οποιουδήποτε ασύµµετρου σφάλµατος διάρκειας έως 140 ms στο σύστηµα µεταφοράς της Μ. Βρετανίας και σε τάση άνω των 200 kv. Τέτοιου είδους σφάλµατα µπορεί να οδηγούν σε βύθιση τάσης στο µηδέν στις εσφαλµένες φάσεις στο σηµείο του σφάλµατος. Η διάρκεια του µηδενισµού αυτού της τάσης εξαρτάται από τις τοπικές ρυθµίσεις προστασίας και τους χρόνους λειτουργίας των διακοπτών. Μετά την εκκαθάριση του σφάλµατος, η επαναφορά της τάσης στο 90% της ονοµαστικής τιµής µπορεί να διαρκέσει περισσότερο από 140 ms, όπως ενδεικτικά δείχνεται στο Σχήµα 6, από σχετικό Παράρτηµα του Κώδικα Βυθίσεις τάσης διάρκειας µεγαλύτερης των 140 ms Επιπλέον των απαιτήσεων που περιγράφονται στην προηγούµενη παράγραφο, τα Α/Π που συνδεθηκαν µετα 1/1/2005 πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα στο δίκτυο και να λειτουργούν ευσταθώς σε περίπτωση συµµετρικών βυθίσεων τάσης και για χρόνους που αντιστοιχούν στην καµπύλη που φαίνεται στο Σχήµα 7 ή σε περιοχές άνω αυτής. Στη χρονική κλίµακα του σχήµατος αυτού δεν περιλαµβάνεται µία ακόµη περιοχή, η οποία αντιστοιχεί σε βηµατική µεταβολή από 85% σε 90% στα 3 min. Σηµειώνεται ότι στο διάγραµµα που εµφανίζεται στο Σχήµα 7, το κάτω όριο που αντιστοιχεί σε βραχυκυκλώµατα διάρκειας µέχρι και 0.14 s λαµβάνεται µηδενικό, σύµφωνα µε τις απαιτήσεις της προηγούµενης παραγράφου (αναφερόµενης σε βυθίσεις τάσεις διάρκειας µικρότερης των 140 ms). 35

36 (α) (β) Σχήµα 6. Παραδείγµατα σφαλµάτων διάρκειας έως και 140 ms. (α) Εκκαθάριση σε λιγότερο από 140 ms, από δύο αυτόµατους διακόπτες, (β) Εκκαθάριση σε 140 ms, από τρεις αυτόµατους διακόπτες. Για τα σφάλµατα διάρκειας µεγαλύτερης των 140 ms, ο κώδικας διευκρινίζει ότι η καµπύλη που προδιαγράφεται στο Σχήµα 7 δεν αποτελεί χρονική µεταβολή τάσης µετά από διαταραχή σε κάποιο σηµείο του συστήµατος (όπως ισχύει στην περίπτωση του γερµανικού κώδικα), αλλά χαρακτηριστική διάρκειας-µεγέθους βύθισης. Το Σχήµα 8 δίνει ενδεικτικές (απλουστευµένες) χρονικές µεταβολές της τάσης για τρία σηµεία της καµπύλης FRT του βρετανικού Κώδικα (30%-384 ms, 50%-710 ms και 85%-3 min). 36

37 Supergrid Voltage Level (% of Nominal) Low Voltage Ride Through 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) Σχήµα 7. Απαιτήσεις βρετανικού Κώδικα για LVRT. Ο κώδικας παραθέτει απαιτήσεις και για Α/Π που συνδέθηκαν στη Σκωτία πριν το Συγκεκριµένα: - Για Α/Π στη Σκωτία ονοµαστικής ισχύος µικρότερης των 30MW µε ηµεροµηνία σύνδεσης πριν 1/1/2004 δεν ισχύουν οι απαιτήσεις για βραχυκυκλώµατα ως 140ms. - Για Α/Π στη Σκωτία ονοµαστικής ισχύος µικρότερης των 30MW µε ηµεροµηνία σύνδεσης µετά 1/1/2004 και πριν 1/7/2005 και για Α/Π στη Σκωτία ονοµαστικής ισχύος µεγαλύτερης των 30MW µε ηµεροµηνία σύνδεσης πριν 1/1/2004 απαιτείται ανοχή σε βύθιση τάσης, για βραχυκυκλώµατα ως 140ms, µέχρι το 15% και όχι 0%. Είναι φυσικό ότι για πιο παλιά Α/Π οι απαιτήσεις FRT είναι πιο ελαστικές. Σε αυτό το σηµείο διευκρινίζεται ότι ο Βρετανικός κώδικας κάνει άµεση αναφορά σε µη συµµετρικά σφάλµατα µόνο στην κατηγορία (διάρκειας κάτω των 140 ms). Οι εξεταζόµενες βυθίσεις τάσεις µε διάρκεια άνω των 140 ms είναι κατ αρχήν συµµετρικές. Παρ όλα αυτά αναφέρει ρητώς ότι οι αιολικοί σταθµοί πρέπει να είναι σε θέση να αντέξουν τη συνιστώσα αρνητικής ακολουθίας της τάσης, η οποία εµφανίζεται από διφασικά («phase-tophase») σφάλµατα πλησίον του σταθµού, τα οποία εκκαθαρίζονται από την επικουρική προστασία του Συστήµατος ΥΥΤ. Στο σχήµα 7 δε δίνονται άνω όρια της τάσης. Ο κώδικας αναφέρει ότι σε περίπτωση µονοφασικών και διφασικών προς γη βραχυκυκλωµάτων η τάση µπορεί να ανυψωθεί στο 140% και στη Σκωτία στο 150% της φασικής τάσης. Η ανύψωση της τάσης θα διαρκεί όσο και το βραχυκύκλωµα. Στο κώδικα γίνεται ειδική αναφορά στη λειτουργία νησιδοποίησης (Island operation). Για να αποφύγω αυτή τη λειτουργία τα Α/Π στη Σκοτία αποσυνδέονται όταν ανιχνευθούν τα εξής 1. f>52hz για πάνω από 2s 2. f<47 για 2s 3. τάση στο σηµείο σύνδεσης κάτω από 80% για πάνω από 2s 37

38 4. τάση στο σηµείο σύνδεσης πάνω από 120% (115% για το δίκτυο 275kV) για πάνω από 1s. (α) (β) (γ) Σχήµα 8. Καµπύλη χρονικής µεταβολής τάσης για τρία ενδεικτικά σηµεία της καµπύλης που προδιαγράφεται στο Σχήµα 7: (α) Βύθιση τάσης στο 30% για 384 ms, (β) Βύθιση τάσης στο 50% για 714 ms και (γ) Βύθιση τάσης στο 85% για 3 min. 38

39 Ε αναφορά µετά το σφάλµα Μετά την επαναφορά της τάσης του δικτύου στο σηµείο σύνδεσης (Grid Entry Point) στα ελάχιστα επιτρεπτά επίπεδα που ορίζονται από τον κώδικα 4 τα Α/Π πρέπει να αυξάνουν την ενεργό ισχύ τους σε επίπεδα προ του σφάλµατος ως εξής: Βραχυκυκλώµατα διάρκειας έως 140 ms Μετά την εκκαθάριση του σφάλµατος, τα Α/Π πρέπει να αποδίδουν ενεργό ισχύ τουλάχιστον ίση µε το 90% της διαθέσιµης ισχύος πριν το σφάλµα µέσα σε 0.5 s από την επαναφορά της τάσης. Βυθίσεις τάσης διάρκειας µεγαλύτερης των 140 ms Μετά την επαναφορά της τάσης πάνω από τα ελάχιστα επίπεδα κανονικής λειτουργίας, η ενεργός παραγωγή του Α/Π πρέπει να επανέλθει στο 90% της διαθέσιµης ισχύος σε χρόνο έως 1 s. Εξαιρείται η περίπτωση κατά την οποία υπάρχει µείωση στην πηγή ενέργειας (Intermittent Power Source)-δηλαδή αν έχει µειωθεί σηµαντικά ο άνεµος-στο χρονικό διάστηµα 0-3min όπως ορίζεται στο Σχήµα 7, που προκαλεί περιορισµό της ενεργού ισχύος σε επίπεδο κατώτερο του επιπέδου ισχύος πριν το σφάλµα Ιρλανδικός Κώδικας Σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του ιρλανδικού Κώδικα για Fault Ride Through, τα Α/Π πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα στο σύστηµα µεταφοράς για βυθίσεις τάσης σε µία ή σε όλες τις φάσεις, µετρούµενες στους ακροδέκτες ΥΤ του µετασχηµατιστή ο οποίος συνδέει τo Α/Π µε το δίκτυο, πάνω από την καµπύλη που δίνεται στο Σχήµα 9. ιευκρινίζεται ότι κατά τη διάρκεια της βύθισης τάσης το Α/Π πρέπει να αποδίδει ενεργό ισχύ ανάλογα µε την τάση. Σύµφωνα µε τη βιβλιογραφία η καµπύλη του Σχήµατος 9 προέκυψε έπειτα από ανάλυση παραγµατικών βραχυκυκλωµάτων στο Ιρλανδικό Σύστηµα και από προσοµοιώσεις. Αυτές έδειξαν ότι, λόγω χαµηλών σταθµών βραχυκύκλωσης, είναι δυνατόν να συµβούν βυθίσεις τάσης κάτω από 15%, ειδικά σε περιοχές µε υψηλή συγκέντρωση Α/Π. Οι χρόνοι που πρέπει να µένουν συνδεδεµένα τα Α/Π προκύπτουν από το µέγιστο χρόνο εκκαθάρισης των προστασιών του δικτύου. Επίσης έχουν ληφθεί υπόψη και οι δυνατότητες των κατασκευαστών Α/Γ. Οι απαιτήσεις για ενεργό και άεργο ισχύ κατά τη διάρκεια του σφάλµατος και µετά εξασφαλίζουν την ευστάθεια του συστήµατος. 4 Για το σύστηµα των 400 kv, τα όρια τάσης είναι ± 5% σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας και ± 10% σε µη κανονικές συνθήκες (µε µέγιστη διάρκεια πτώσης τάσης µεταξύ 5%-10% ίση µε 15 min). Για το σύστηµα των 275 kv και 132 kv τα αντίστοιχα όρια τάσης σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας είναι ± 10%, ενώ γα τάσεις κάτω των 132 kv τα όρια αυτά κυµαίνονται στο ± 6%. 39

40 V/Vn (%) Low Voltage Ride Through Ε αναφορά µετα το σφάλµα time (s) Σχήµα 9. Απαιτήσεις ιρλανδικού Κώδικα για LVRT Το Α/Π πρέπει να µπορεί να αποδώσει τουλάχιστον το 90% της µέγιστης διαθέσιµης ισχύος, µε το µέγιστο δυνατό ρυθµό και µέσα σε χρόνο 1 s από την αποκατάσταση της τάσης του συστήµατος µεταφοράς στα όρια κανονικής λειτουργίας. Σε αντίθεση µε την περίπτωση του Γερµανικού κώδικα, όπου παρέχονται διευκρινίσεις για τον ρυθµό µεταβολής της ενεργού ισχύος κατά τη διάρκεια και µετά την αποκατάσταση βυθίσεων τάσης, ο Ιρλανδικός κώδικας δίνει γενικές κατευθύνσεις για τον ρυθµό αυτό για όλες τις συνθήκες λειτουργίας (εκκίνηση, παύση και κανονική λειτουργία). Σύµφωνα µε τις κατευθύνσεις αυτές, προδιαγράφονται δύο µέγιστες τιµές ρυθµού µεταβολής. Η πρώτη µέγιστη τιµή αναφέρεται στη µεταβολή της µέσης τιµής ενεργού ισχύος ανά 1 min, ενώ η δεύτερη στη µεταβολή της µέσης τιµής ενεργού ισχύος ανά 10 min. Τα δύο αυτά όρια µπορούν να µεταβάλλονται ανεξάρτητα, µεταξύ 1 και 30 MW ανά min, καθορίζονται δε από τον ιαχειριστή του Συστήµατος 60 ηµέρες πριν από τη λειτουργία του σταθµού παραγωγής Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας,Μεγάλης Βρετανίας,Ιρλανδίας Στο Σχήµα 10 παρατίθενται οι καµπύλες LVRT που προδιαγράφονται από τους Κώδικες της Γερµανίας, της Μεγάλης Βρετανίας και της Ιρλανδίας, έτσι ώστε να γίνει ευκολότερα η µεταξύ τους σύγκριση. Οι Κώδικες της Γερµανίας και της Μ. Βρετανίας απαιτούν τη δυνατότητα παραµονής των Α/Π σε λειτουργία για βυθίσεις τάσεις στο µηδέν (στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο), σε αντίθεση 5 ιευκρινίζεται ωστόσο ότι ο ιαχειριστής δέχεται την υπέρβαση των ορίων αυτών κατά την απόκριση σε µεταβολές της συχνότητας, όπως αυτή προδιαγράφεται σε άλλη παράγραφο του Κώδικα. 40

41 µε τον Κώδικα της Ιρλανδίας, όπου η πιο δυσµενής βύθιση φτάνει το 15%. Επισηµαίνεται ότι και οι τέσσερις καµπύλες αναφέρονται σε σύνδεση σε τάσεις άνω των 110 kv (ο κώδικας της Μ. Βρετανίας αναφέρεται σε τάσεις άνω των 200kV) 6. Λαµβάνοντας υπόψη τυπικές τιµές σύνθετης αντίστασης των µετασχηµατιστών ανύψωσης, µε απλούς υπολογισµούς προκύπτει ότι για βραχυκυκλώµατα που προκαλούν µηδενισµό της τάσης στο σηµείο σύνδεσης µε το σύστηµα µεταφοράς (τάσεις άνω των 110 kv), η αντίστοιχη τάση στους ακροδέκτες των Α/Γ είναι αρκετά υψηλότερη (συχνά άνω του 15%), γεγονός που διευκολύνει σηµαντικά την ικανοποίηση των απαιτήσεων παραµονής των Α/Γ. V/VN (%) Fault Ride Through 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) Germany limit line 2 Germany limit line 1 Ireland Σχήµα 10. Σύγκριση απαιτήσεων LVRT των Κωδίκων Γερµανίας, Μ. Βρετανίας και Ιρλανδίας. UK Από το Σχήµα 10 είναι εµφανές ότι η καµπύλη του ιρλανδικού Κώδικα είναι η αυστηρότερη ως προς τη διάρκεια της βύθισης τάσης. Επίσης, η καµπύλη του Βρετανικού κώδικα αναφέρεται σε τάσεις σύνδεσης άνω των 200 kv (δηλαδή στα επίπεδα τάσης των 275 και 400 kv). Αντίθετα, ο Κώδικας της Γερµανίας εφαρµόζει τις απαιτήσεις LVRT σε επίπεδα τάσης 110 kv και άνω. Η αυστηρότητα και η πληρότητα του γερµανικού κώδικα σχετικά µε τη καµπύλη LVRT οφείλεται στο ότι η Γερµανία απαγορεύεται να χάσει πάνω από 3000MW ώστε να ικανοποιούνται τα όρια ευστάθειας UCTE. Από µελέτες που έχουν εκπονηθεί διαπιστώθηκε ότι ένα σοβαρό βραχυκύκλωµα θα προκαλούσε βύθιση της τάσης κάτω του 80% σε µεγάλη γεωγραφική περιοχή. Έτσι µε την παλιά αντιµετώπιση των Α/Π (αποσύνδεση για τάση κάτω του 80%) υπήρχε µεγάλη πιθανότητα για απώλεια ισχύος από Α/Π µεγαλύτερης από 3000MW. Μία βασική διαφορά µεταξύ του Γερµανικού και του Βρετανικού και του Ιρλανδικού κώδικα συνίσταται στο ρυθµό αύξησης της ενεργού ισχύος µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος και την επαναφορά της τάσης. Ο βρετανικός Κώδικας απαιτεί άµεση αποκατάσταση της παραγόµενης ενεργού ισχύος (στο 90% µέσα σε 0.5 s από την αποκατάσταση της τάσης για βραχυκυκλώµατα 6 Επισηµαίνεται ότι στον παλιό κώδικα της EON-Netz (2003), η κατώτερη τιµή τάσης ήταν 15%, ωστόσο αναφερόταν σε τάση σύνδεσης άνω των 60 kv, έναντι των 110 kv του νέου κώδικα. 41

42 διάρκειας<140ms και µέσα σε 1 s για βραχυκυκλώµατα διάρκειας>140ms ) ενώ η ΕΟΝ-Netz απαιτεί επαναφορά µε ρυθµό τουλάχιστον ίσο µε 20% της ονοµαστικής ισχύος εξόδου ανά s (άρα επαναφορά στο 100% µέχρι και σε 5 s από την εκκαθάριση του σφάλµατος). Οι απαιτήσεις του ιρλανδικού Κώδικα είναι ίδιες µε αυτές του βρετανικού, µε διαφορά στο χρόνο αποκατάστασης (επαναφορά στο 90% της µέγιστης διαθέσιµης ισχύος µε το µέγιστο δυνατό ρυθµό και µέσα σε 1 s από την αποκατάσταση της τάσης του συστήµατος µεταφοράς στα όρια κανονικής λειτουργίας). Η λιγότερο αυστηρή απαίτηση του γερµανικού Κώδικα αποδίδεται στο γεγονός ότι η Γερµανία αποτελεί τµήµα του διασυνδεδεµένου συστήµατος της UCTE, σε αντίθεση µε τα ασθενώς διασυνδεδεµένα σύστηµατα της Βρετανίας και της Ιρλανδίας, στα οποία η αναγκαιότητα για γρηγορότερη επαναφορά της ενεργού ισχύος στις προ του σφάλµατος τιµές είναι πολύ µεγαλύτερη. Σύµφωνα µε τη βιβλιογραφία [27] είναι καλύτερα µετά το σφάλµα η ενεργός ισχύς να επανέρχεται πιο αργά για να αποφεύγονται ταλαντώσεις της τάσης Nordic Grid Code Σύµφωνα µε το κώδικα τα Α/Π πρέπει να µένουν συνδεδεµένα κατά τη διάρκεια και µετά από διαταραχές στο σύστηµα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριµένα Τα Α/Π και οι Α/Γ τους πρέπει να µένουν συνδεδεµένα στο σύστηµα κατά τη διάρκεια ή µετα το σφάλµα στο ιασυνδεδεµένο Σύστηµα Νοrdic (για τάσεις πάνω από 100kV). ε γίνεται διάκριση ανάµεσα συµµετρικά ή ασσύµετρα σφάλµατα. Ο γενικός κώδικας πάντως απαιτούσε από τους σταθµούς παραγωγής να µένουν συνδεδεµένοι κατά τη διάρκεια οποιουδήποτε βραχυκυκλώµατος (τριφασικού ή ασσύµετρου) Τα Α/Π µπορούν να αποσυνδεθούν (εδώ θα έπρεπε να λέει «πρέπει») όταν η τάση πέσει κάτω από την καµπύλη του σχήµατος 11. Low Voltage Ride Through V (%) time (s) Σχήµα 11. Απαιτήσεις Nordic Grid Code για τη βύθιση τάσης που πρέπει να αντέχουν τα Α/Π. Για τάση πάνω από τη καµπύλη το Α/Π δε πρέπει αν αποσυνδέεται. 42

43 Η τάση στην οποία αναφέρεται η καµπύλη µετράται στο σηµείο σύνδεσης του Α/Π µε το Νοrdic Grid. Η διάρκεια που επιτρέπεται µηδενική τάση στο σηµείο σύνδεσης είναι 250ms. Όµως εξαιτίας των µετασχηµατιστών και της σύνθετης αντίστασης του εσωτερικού ηλεκτρικού δικτύου του Α/Π η τάση στα άκρα κάθε Α/Γ θα βρίσκεται σε υψηλότερο επίπεδο. Συγκρίνοντας το παραπάνω σχήµα µε το σχήµα 12 βλέπουµε ότι οι κανονισµοί για ανοχή σε βύθιση τάσης είναι πιο αυστηροί για τα Α/Π απ ότι για συµβατικούς σταθµούς αφού απαιτείται ανοχή σε µηδενική τάση. V (%) Low Voltage Ride Through time (s) Σχήµα 12. Απαιτήσεις για LVRT από συµβατικούς σταθµούς του Nordic Grid Code Κώδικας ανίας Στον κώδικα αυτό, εκτός από τα επιτρεπτά όρια βυθίσεων τάσης, κατά τα οποία δεν πρέπει να αποσυνδέονται τα Α/Π, γίνεται αναφορά και στα επιτρεπτά άνω όρια, όπως φαίνεται στο Σχήµα 13. Αποµονώνοντας τις απαιτήσεις για LVRT (κατ αντιστοιχία µε τους προηγούµενους κώδικες), προκύπτει το Σχήµα 14 (δεν διευκρινίζεται αν πρόκειται για συµµετρικές ή µη µεταβολές της τάσης). Σύµφωνα µε τον κώδικα η αποσύνδεση των Α/Π χρειαζεται για να έχω επαναφορά της παροχής ηλεκτρικής ισχύος σε περίπτωση ανώµαλης λειτουργίας (operating disturbances) και να αποφευχθεί η έκθεση του σταθµού παραγωγής και του εξοπλισµού σε µη κανονικές συνθήκες. Γενικές Απαιτήσεις To Σχήµα 14 περιλαµβάνει και τις απαιτήσεις για σύνδεση Α/Π σε τάση άνω των 100 kv, η οποία δεν περιλαµβάνεται στο κοινό κείµενο των Eltra και Elkraft, δίνεται όµως σε ξεχωριστό κώδικα από την Eltra (δεν υπάρχει διαθέσιµο αγγλικό κείµενο, η αντίστοιχη καµπύλη βρέθηκε από τη βιβλιογραφία). 43

44 Η τάση µπορεί να µετριέται στη Χ.Τ. ή Υ.Τ. του Μ/Σ αλλά και στις 3 φάσεις. Στην Υ.Τ. πρέπει να µετράται σαν πολική τάση και στην Χ.Τ. σαν φασική. Σχετικά µε το πίνακα 2 το Urated ορίζεται στη Χ.Τ. του Μ/Σ. Στη περίπτωση Μ/Σ µε 3 τυλίγµατα η Urated ορίζεται στο τύλιγµα Χ.Τ. µε τη µεγαλύτερη ισχύ εξόδου. Όταν η τάση µετράται στην Υ.Τ. του Μ/Σ η τιµή ρύθµισης θα καθοριστεί ανάγοντας την Urated στην Υ.Τ. του Μ/Σ. Οι τιµές ρύθµισης πρέπει να τηρούνται µε ακρίβεια ± 1%. Ο Πίνακας 2 περιλαµβάνει τις απαιτήσεις των γραφηµάτων που εµφανίζονται στο Σχήµα 13 και στο Σχήµα 14. ιευκρινίζεται ότι επειδή η αποσύνδεση τµήµατος δικτύου µε Α/Γ µπορεί να οδηγήσει σε υπερτάσεις στο αποµονωµένο τµήµα, δεν πρέπει να επιτρέπονται µεταβατικές υπερτάσεις άνω του 1.2 α.µ. (µεταξύ φάσεων). Σχήµα 13. Συνολικές απαιτήσεις Κώδικα ανίας (για τάση κάτω από 100kV) για αποκλίσεις της τάσης (άνω και κάτω όρια). Χρησιµοποιώντας γραµµική κλίµακα στον οριζόντιο άξονα, το τµήµα µεταξύ 0.1 και 0.75 s είναι ευθεία γραµµή. V (%) Low Voltage Ride Through time (s) Denmark (<100 kv) Denmark (>100 kv) Σχήµα 14. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για LVRT. 44

45 Σχολιάζοντας το Σχήµα 14 πρέπει να παρατηρήσουµε ότι σε υψηλότερες τάσεις τα Α/Π πρέπει να αντέχουν µεγαλύτερη βύθιση τάσης διότι τα προβλήµατα ευστάθειας που µπορεί να δηµιουργήσει µια αποσύνδεση Α/Π είναι πολύ σοβαρά στην ΥΥΤ. Τα χρονικά περιθώρια όµως είναι πιο µικρά για τάση πάνω από 100kV και αυτό συµφωνεί µε τους χρόνους ανοίγµατος των διακοπτών προστασίας που είναι µικρότεροι στην ΥΥΤ (διότι είναι ανεπιθύµητη η διακοπή τροφοδότησης και η καταπόνηση του εξοπλισµού της ΥΥΤ για µεγάλο διάστηµα). Κριτήριο Τιµή ρύθµισης (ποσοστό επί ιάρκεια υπέρβασης της τιµής αποσύνδεσης του Urated) ρύθµισης Υπόταση 0.9 (α.µ.) s Υπέρταση (α.µ.) 60 s Υπέρταση (α.µ.) 200 ms Πίνακας 2. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π ως προς την τάση, σύµφωνα µε τον Κώδικα της ανίας. Επίσης ο Πίνακας 3 δίνει τα κριτήρια αποσύνδεσης των Α/Γ ως προς τη συχνότητα σε περίπτωση σφάλµατος στο δίκτυο. Η συχνότητα µπορεί να µετριέται στη πλευρά υψηλής ή στη πλευρά χαµηλής του Μ/Σ της Α/Γ. Κριτήριο αποσύνδεσης Τιµή ρύθµισης ιάρκεια υπέρβασης της τιµής ρύθµισης 51 ή όταν ο έλεγχος συχνότητας Υπέρ-συχνότητα είναι ενεργός f u +0.5, όπου f u είναι το ανώτερο όριο για το εύρος ελέγχου Hz 200 ms Υπο-συχνότητα 47 Hz 200 ms Πίνακας 3. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) κατά τη διάρκεια σφάλµατος σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Κώδικα της ανίας. Τέλος, διευκρινίζεται ότι µετά από αποσύνδεση λόγω σφάλµατος, πρέπει να γίνεται αυτόµατη επανασύνδεση εντός 5-10 min µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος. Ο κώδικας της ανίας (για σύνδεση σε τάση κάτω των 100 kv) παραθέτει και κάποιες συµπληρωµατικές απαιτήσεις, κατά τις οποίες δεν επιτρέπεται αποσύνδεση των Α/Π (ούτε και του εξοπλισµού αντιστάθµισης): - 3φασικό βραχυκύκλωµα στο δίκτυο, διάρκειας 100 ms, - 2φασικό βραχυκύκλωµα (µε/χωρίς γη) στο δίκτυο, διάρκειας 100 ms, ακολουθούµενο από νέο 2φασικό βραχυκύκλωµα µετά από ms, διάρκειας 100 ms. Οι παραπάνω προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται για: -Τουλάχιστον δύο 2φασικά βραχυκυκλώµατα σε χρονικό διάστηµα 2 min -Τουλάχιστον δύο 3φασικά βραχυκυκλώµατα σε χρονικό διάστηµα 2 min -Τουλάχιστον έξι 2φασικά βραχυκυκλώµατα µε χρονική διαφορά µεταξύ τους 5 min -Τουλάχιστον έξι 3φασικά βραχυκυκλώµατα µε χρονική διαφορά µεταξύ τους 5 min 45

46 Οι προστασίες των Α/Γ πρέπει να έχουν χρόνους καθυστέρησης που να λαµβάνουν υπόψη τις παραπάνω απαιτήσεις. Παρόλαυτά η προστασία από εσωτερικά σφάλµατα των Α/Γ πρέπει να έχει µεγαλύτερη προτεραιότητα. Επίσης αναφέρεται ότι οι προστασίες από ρεύµα βραχυκύκλωσης των Α/Γ ή των Α/Π δε πρέπει να ενεργοποιούνται από ρεύµατα που δηµιουργούνται κατά τη διάρκεια ή µετά από σφάλµατα στο δίκτυο Κώδικας Βελγίου Ο Κώδικας του Βελγίου διακρίνει τις διαταραχές τάσης σε δύο είδη, τις µικρές και µεγάλες βυθίσεις τάσης, και δίνει διαφορετικές απαιτήσεις LVRT για το κάθε είδος, όπως φαίνεται στο Σχήµα 15 (στα διαγράµµατα του σχήµατος αυτού απεικονίζεται η τάση στο σηµείο σύνδεσης στο δίκτυο). Για κάθε είδος διαταραχής, τα Α/Π πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα και να µπορούν να λειτουργήσουν σε όλο το εύρος λειτουργίας τους, όσο η τάση στο σηµείο σύνδεσης κατά τη διάρκεια µικρής ή µεγάλης βύθισης τάσης παραµένει εντός των ορίων του γραµµοσκιασµένου τµήµατος του σχήµατος. Η διάκριση αυτή µεταξύ µικρών και µεγάλων διαταραχών και η χρήση διαφορετικών καµπυλών έχει νόηµα µόνο αν οι καµπύλες εκληφθούν ως περιβάλλουσες της χρονικής µεταβολής της τάσης και όχι ως χαρακτηριστικές διάρκειας- µεγέθους της βύθισης. Ο Κώδικας του Βελγίου δεν κάνει αναφορά σε ρυθµό µεταβολής της ενεργού ισχύος, κατά τη διάρκεια της διαταραχής ή µετά την αποκατάσταση της τάσης. V (%) Low Voltage Ride Through 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 time (s) large voltage dips small voltage dips Σχήµα 15. Απαιτήσεις του βελγικού Κώδικα για LVRT Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Σύµφωνα µε τη Hydro-Quebec οι σταθµοί παραγωγής πρέπει όσο το δυνατόν να µένουν συνδεδεµένοι κατά τη διάρκεια ανωµαλιών για να βοηθούν στην επαναφορά τάσης και f και για να µην αλληλεπιδρούν µε τα συστήµατα αυτοµάτου ελέγχου του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας. 46

47 Απαιτείται να µη γίνεται αποσύνδεση των Α/Γ, εφόσον η τάση θετικής ακολουθίας στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης του Α/Π µε το δίκτυο είναι: Μικρότερη από 1.0 α.µ. και µεγαλύτερη από 0.9 α.µ. Μικρότερη από 1.0 α.µ. και µεγαλύτερη από 0.85 α.µ. για λιγότερο από 30 s Μικρότερη από 1.0 α.µ. και µεγαλύτερη από 0.75 α.µ. για λιγότερο από 2 s Έπειτα ο κώδικας εξειδικεύει για κάθε είδος σφάλµατος. Για συµµετρικά τριφασικά σφαλµάτα που εκκαθαρίζονται σε 9 κύκλους (150 ms, για τη συχνότητα 60 Ηz του συστήµατος του Καναδά, γι αυτό απαιτείται ανοχή σε µηδενική τάση για 0.15s) εµφανιζόµενων µέχρι και στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης του Α/Π και κατά το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για την αποκατάσταση της τάσης µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος πρέπει να ισχύει το σχήµα 16. Σύµφωνα µε το σχήµα αυτό δεν επιτρέπεται αποσύνδεση του Α/Π όταν η τάση θετικής ακολουθίας βρίσκεται πάνω από την προδιαγραφόµενη καµπύλη. Στο Σχήµα 16 δεν περιλαµβάνεται µία ακόµη περιοχή, η οποία αντιστοιχεί σε βηµατική µεταβολή της τάσης από 85% σε 90% στα 30 s (αντίστοιχα µε τον κώδικα της Μ. Βρετανίας). V (%) Low Voltage Ride Through ,5 1 1,5 2 2,5 3 time (s) Σχήµα 16. Απαιτήσεις Κώδικα Hydro-Quebec για LVRT. Επιπλέον των παραπάνω ορίων τάσης, για τα διάφορα είδη σφαλµάτων προδιαγράφεται ότι οι Α/Γ πρέπει: Να παραµένουν συνδεδεµένες στο δίκτυο κατά τη διάρκεια διφασικών και διφασικών προς γη σφαλµάτων (εµφανιζόµενων µέχρι και στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης) που εκκαθαρίζονται σε 9 κύκλους (150 ms) και κατά το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για την αποκατάσταση της τάσης µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος. Να παραµένουν συνδεδεµένες στο δίκτυο κατά τη διάρκεια µονοφασικών σφαλµάτων (εµφανιζόµενων µέχρι και στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης) που εκκαθαρίζονται σε 15 47

48 κύκλους (250 ms) και κατά το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για την αποκατάσταση της τάσης µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος. Τέλος, οι Α/Γ πρέπει να παραµείνουν συνδεδεµένες στο δίκτυο κατά την εµφάνιση των παρακάτω τύπων αποµακρυσµένων σφαλµάτων, τα οποία εκκαθαρίζονται µέχρι και σε 45 κύκλους (750 ms): Τριφασικά σφάλµατα, εάν η τάση θετικής ακολουθίας στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο δεν πέφτει κάτω από 0.25 α.µ. ιφασικά προς γη σφάλµατα, εάν η τάση θετικής ακολουθίας στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο δεν πέφτει κάτω από 0.5 α.µ. Μονοφασικά σφάλµατα, εάν η τάση θετικής ακολουθίας στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο δεν πέφτει κάτω από 0.6 α.µ. Στον Κώδικα περιλαµβάνονται ακόµη προδιαγραφές για το χρόνο που πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένες οι Α/Γ όχι µόνο για βυθίσεις τάσης, αλλά και για υπερτάσεις (όπως προδιαγράφεται και στον Κώδικα της ανίας). Τα όρια αυτά περιγράφονται στον Πίνακα 4. Τάση θετικής ακολουθίας στη πλευρά ΥΤ σε ονοµαστική συχνότητα (α.µ.) 48 ιάρκεια κατά την οποία η Α/Γ πρέπει να παραµένει συνδεδεµένη (s) V<0.60 Βλ. Σχήµα V<0.75 Βλ. Σχήµα V<0.85 Βλ. Σχήµα V<0.90 Βλ. Σχήµα V 1.10 Μόνιµα 1.10<V <V <V <V 1.40* 0.10 V>1.40* 0.03 * ιατάξεις που χρησιµοποιούν ηλεκτρονικά επιτρέπεται να αποσυνδεθούν προσωρινά (blocking) για τάσεις µεγαλύτερες από 1.25α.µ. και πρέπει να επανασυνδεθούν (deblock) αµέσως µόλις η τάση πέσει κάτω από 1.25 α.µ. Πίνακας 4. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Γ ως προς την τάση, σύµφωνα µε τον Κώδικα της Hydro- Quebec. ε δίνεται ειδική οδηγία για τον ρυθµό µεταβολής της ενεργού ισχύος µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος, αλλά αναφέρεται απλώς ότι οι Α/Γ πρέπει να βοηθούν στην αποκατάσταση των κανονικών συνθηκών λειτουργίας του δικτύου. Eπίσης ότι τα Α/Π µπορεί να ζητηθεί να προσαρµοστούν σε ρυθµούς µεταβολής που ορίζει ο ιαχειριστής Κώδικας AESO Σε αντίθεση µε τον Κώδικα της Hydro-Quebec, όπου γίνεται ειδική αναφορά σε διαφόρους τύπους σφαλµάτων, ο Κώδικας του AESO απαιτεί ανοχή σε βύθιση τάσης σε µια ή περισσότερες φάσεις. Τα Α/Π πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα για βυθίσεις τάσης πάνω από τη καµπύλη που προδιαγράφεται στο Σχήµα 17. Tα Α/Π πρέπει να αντέχουν πτώση τάσης µέχρι

49 15% για 0.625s. Επίσης το Σχήµα 17 προδιαγράφει ανοχή σε µεταβατικές ανυψώσεις της τάσης µέχρι 110% της ονοµαστικής. Όπως σηµειωνεται στο κώδικα οι πτώσεις και οι ανυψώσεις τάσης του Σχήµατος 17 θα προέρχονται από εκκαθάριση σφαλµάτων στο σύστηµα µεταφοράς. Ο Κώδικας του AESO δεν απαιτεί ανοχή σε τάσεις µικρότερες του 15%. Στη διαβούλευση του κώδικα αναφέρεται ότι για την εξαγωγή της καµπύλης LVRT, ο κώδικας του AESO κάνει µνεία σε µελέτη της ΑΒΒ σύµφωνα µε την οποία η απαίτηση για παραµονή των Α/Π σε βυθίσεις τάσεις κάτω του 15% της ονοµαστικής δεν είναι αναγκαία, συµπέρασµα στο οποίο στηρίχθηκε και η εξαγωγή της καµπύλης του Κώδικα 7. ιευκρινίζεται επίσης ότι δεν τίθεται απαίτηση αναβάθµισης των ήδη εγκατεστηµένων Α/Π στο δίκτυο. Οι απαιτήσεις αυτές εφαρµόζονται σε Α/Π πάνω από 5 MW. Eξετάζεται το ενδεχόµενο να εφαρµοστούν και για A/Π κάτω από 5 MW. Τα Α/Π πρέπει να λειτουργούν συνεχώς σε τάση % της ονοµαστικής τάσης, στο σηµείο σύνδεσης. Low Voltage Through V(%) time (s) Απαίτηση βύθισης τάσης Απαίτηση ανύψωσης τάσης Σχήµα 17. Καµπύλη LVRT του κώδικα ΑESO Oι παραπάνω κανόνες δεν ισχύουν για σφάλµατα που συµβαίνουν σε ακτινικά δίκτυα ή στο εσωτερικό δίκτυο των Α/Π Σύγκριση Κωδίκων Hydro-Quebec και AESO H σύγκριση των απαιτήσεων Hydro-Quebec και AESO για την ανοχή των Α/Π σε βυθίσεις τάσης (αλλά και γενικότερα) καταδεικνύει τη διαφοροποίηση που µπορεί να παρατηρηθεί, ακόµη και µεταξύ κανονισµών της ίδιας χώρας. Στο Σχήµα 18 συγκρίνονται οι απαιτήσεις που 7 Το συµπέρασµα αυτό στηρίζεται σε προσοµοιώσεις διαφόρων ειδών σφαλµάτων στο σύστηµα µεταφοράς της Alberta και της διερεύνησης των επιπτώσεών τους σε διάφορα Α/Π. Σύµφωνα µε τη µελέτη της ABB, η χρήση παλαιότερων µοντέλων Α/Γ του λογισµικού µε το οποίο έγινε η προσοµοίωση των σφαλµάτων οδηγούσε σε αποτελέσµατα βυθίσεων τάσης µεγαλύτερα του 15%. Ωστόσο, σύµφωνα µε τα νεότερα αποτελέσµατα, µετά την ενσωµάτωση των νέων µοντέλων του λογισµικού προσοµοίωσης, οι υπολογισµένες βυθίσεις τάσεις δεν πέφτουν κάτω του 15%. 49

50 παρουσιάστηκαν στις Παραγράφους και Η κύρια διαφορά τους είναι το ελάχιστο επίπεδο βύθισης τάσης για το οποίο τα Α/Π πρέπει να παραµένουν στο δίκτυο, το οποίο, σύµφωνα µε τον ΑESO, δεν πρέπει να είναι µικρότερο από 15%. Αντίθετα, ο Κώδικας της Hydro-Quebec επιβάλλει ανοχή σε µηδενικά επίπεδα τάσης, όπως επίσης και σε διάφορα είδη µη συµµετρικών σφαλµάτων (δεδοµένου ότι η καµπύλη LVRT που προδιαγράφει αναφέρεται µόνο σε συµµετρικά σφάλµατα). Στο κείµενο διαβούλευσης του Κώδικα του AESO γίνεται σύγκριση της απαίτησης LVRT µε την αντίστοιχη της AWEA, η οποία είναι ίδια µε την καµπύλη που προδιαγραφόταν από την παλιά έκδοση του γερµανικού κώδικα της Ε.ΟΝ. Low Voltage Through V(%) time (s) Hydro-Quebec AESO Σχήµα 18. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων Hydro-Quebec και AESO για LVRT Κώδικας ΗΠΑ Όπως αναφέρθηκε στην Παράγραφο 2.9, οι απαιτήσεις της FERC για τη σύνδεση Α/Π στο δίκτυο βασίστηκαν στην πρόταση της AWEA και σε διαβούλευση µε τους κατασκευαστές Α/Γ. Η πρόταση της AWEA για το LVRT υιοθέτησε την παλιά προδιαγραφή της E.ON Netz (2003), η οποία απαιτούσε τα Α/Π να παραµένουν συνδεδεµένα στο δίκτυο υπό τάση 0.15 α.µ. για περίπου 0.6 sec, Σχήµα 19. Επισηµαίνεται ότι, όπως αναφέρθηκε στην Παράγραφο 3.1, ο κανονισµός της EON Netz έχει πλέον διαφοροποιηθεί σε σχέση µε το Σχήµα 19. Για την καµπύλη που προδιαγράφεται στο Σχήµα 19 διευκρινίζονται τα ακόλουθα: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο κατά τη διάρκεια διαταραχών τάσης χρονικής διάρκειας και µεγέθους της καµπύλης, µόνο αν η µελέτη επίδρασης στο σύστηµα (System 50

51 Impact Study) που εκπονείται από το ιαχειριστή καταδείξει ότι είναι αναγκαία η παραµονή του Α/Π για βύθιση τάσης πάνω από τη καµπύλη του Σχήµατος 19 για λόγους αξιοπιστίας και ασφάλειας του συστήµατος. Η καµπύλη αναφέρεται σε πολική τάση στο σηµείο σύνδεσης του Α/Π και όχι στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ του υποσταθµού. H καµπύλη αυτή εφαρµόζεται για τριφασικά σφάλµατα διότι είναι τα πιο σοβαρά και µπορούν να προκαλέσουν πτώση τάσης 15% που είναι το κατώτατο κατώφλι της καµπύλης. Πριν τη χρονική στιγµή 0 s η τάση είναι ίση µε την ονοµαστική, ενώ µετά τη διάρκεια των 3 s η τάση παραµένει σε επίπεδο τουλάχιστον 90% της ονοµαστικής. Το Α/Π δεν πρέπει να αποσυνδεθεί από το δίκτυο εφόσον η τάση δεν πέσει σε καµία χρονική στιγµή κάτω από την προδιαγραφόµενη καµπύλη. Τέλος δε διευκρινίζονται ρυθµοί µεταβολής της ενεργού ισχύος κατά τη διάρκεια ή µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος. V (%) Low Voltage Ride Through 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 time (s) Σχήµα 19. Απαιτήσεις Κώδικα FERC για LVRT Ελληνικός κώδικας Σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του ελληνικού Κώδικα, οι µονάδες θερµικής παραγωγής και οι υδροηλεκτρικές µονάδες πρέπει να παραµένουν συγχρονισµένες µετά την εµφάνιση βραχυκυκλώµατος πλησίον του παραγωγού κατά τη διάρκεια βυθίσεων τάσης στην πλευρά υψηλής τάσης του µετασχηµατιστή µονάδας, κατά το 95% της ονοµαστικής τάσης (διατηρώντας τάση στη πλευρά της υψηλής τάσης µέχρι 5% της ονοµαστικής τάσης) για διάρκεια 0.2 δευτερολέπτων και βυθίσεων τάσης της τάξεως του 50% της ονοµαστικής τάσης (διατηρώντας τάση στη πλευρά της υψηλής τάσης µέχρι 50% της ονοµαστικής τάσης) για διάρκεια 0.7 δευτερολέπτων. Η χαρακτηριστική του ποσοστού της διατηρούµενης τάσης προς την ονοµαστική τάση συναρτήσει της διάρκειας συγχρονισµένης λειτουργίας, για τιµές ποσοστού συγκράτησης µεταξύ 100% και 50% πρέπει να είναι µία ευθεία γραµµή για τιµές διάρκειας συγχρονισµένης λειτουργίας µεταξύ 1.5 και 0.7 δευτερολέπτων. Οι παραπάνω απαιτήσεις απεικονίζονται στο Σχήµα 20 (το οποίο δεν περιλαµβάνεται στον ελληνικό Κώδικα). Στο οριζόντιο τµήµα της παραπάνω καµπύλης ελήφθη ενδεικτικά στο 90% της ονοµαστικής τάσης 51

52 (σύνηθες όριο των κανονισµών LVRT) χωρίς ωστόσο αυτό να διευκρινίζεται ρητώς από τον Κώδικα. Low Voltage Ride Through V (%) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) Κανονισµοί άλλων χωρών Σχήµα 20. Απαιτήσεις Ελληνικού κώδικα για LVRT. Από άλλες πηγές της βιβλιογραφίας, προέκυψαν στοιχεία για τις απαιτήσεις LVRT της Σκωτίας και της Σουηδίας, για τις οποίες δεν είναι διαθέσιµο το ίδιο το κείµενο του Κώδικα. Οι κανονισµοί της Σκωτίας αναφέρονται σε σύνδεση Α/Π ισχύος µεγαλύτερης ή ίσης των 5 MW, ανεξαρτήτως επιπέδου τάσης. Αντίθετα, οι κανονισµοί της Σουηδίας (από την SvK) κάνουν διάκριση σε ισχείς κάτω και άνω των 100 MW. Στο Σχήµα 21 και στο Σχήµα 22 δίνονται οι απαιτήσεις LVRT σύµφωνα µε τους κώδικες της Σκωτίας και της Σουηδίας, αντίστοιχα. Από τη σύγκριση των καµπυλών που περιλαµβάνονται στο Σχήµα 22 είναι προφανής η αυστηρότερη απαίτηση για Α/Π ισχύος µεγαλύτερης των 100 MW. Αυτό διότι η απώλεια των Α/Π της τάξης 100MW (συνήθως είναι offshore) µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα αστάθειας στη περιοχή που τροφοδοτούν ή σε όλο το Σύστηµα. Από τους κώδικες των υπολοίπων χωρών ενδιαφέρον παρουσιάζει ο τρόπος µε τον οποίο προδιαγράφεται η καµπύλη LVRT στον Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας (προδιαγραφές για σύνδεση στο δίκτυο 110 kv). Αρχικά, περιγράφονται τα είδη τριφασικών σφαλµάτων τα οποία µπορεί να εµφανιστούν σε διάφορα σηµεία του δικτύου και στη συνέχεια παρατίθενται οι αναµενόµενες καµπύλες µεταβολής τάσης που αντιστοιχούν σε κάθε σφάλµα, από τις οποίες εξάγεται ένα «συνδυασµένο προφίλ τάσης για όλα τα σφάλµατα», το οποίο αντιστοιχεί στην ελάχιστη απαίτηση LVRT για τα Α/Π. Ο Πίνακας 5 περιλαµβάνει τα είδη των σφαλµάτων που περιγράφει ο κώδικας της Νέας Ζηλανδίας, ενώ ο αντίστοιχες καµπύλες για τα σφάλµατα αυτά και η προκύπτουσα συνδυασµένη καµπύλη παρουσιάζονται στο Σχήµα 23 και στο Σχήµα 24, 52

53 αντίστοιχα. Τονίζεται ότι ο Κώδικας της Νέας Ζηλανδίας είναι ο µοναδικός που κάνει ειδική αναφορά σε σφάλµατα σε ζυγούς ΜΤ. Ωστόσο, όπως φαίνεται στο Σχήµα 24, ο Κώδικας δεν υιοθετεί απαίτηση LVRT σύµφωνα µε το µέγιστο εύρος βύθισης τάσης που υπολογίζεται από τις προσοµοιώσεις των διαφόρων τύπων σφαλµάτων (καµπύλη «Maximum Actual Range» στο Σχήµα 24) αλλά καµπύλη πλησιέστερη σε αυτή που αντιστοιχεί σε σφάλµα ζυγών ΜΤ (33 ή 11 kv) που εκκαθαρίζεται σε 610 ms (καµπύλη «Minimum Design Target» στο Σχήµα 24). V (%) Low Voltage Ride Through time (s) Σχήµα 21. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Σκωτίας. Low Voltage Ride Through V (%) time (s) Sweden (<100 MW) Sweden (>100 MW) Σχήµα 22. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Σουηδίας. 53

54 Σφάλµατα δικτύου µεταφοράς Σφάλµατα δικτύου διανοµής Σφάλµα σε τοπικό ζυγό που εκκαθαρίζεται σε 200 ms Σφάλµα σε αποµακρυσµένο ζυγό που εκκαθαρίζεται σε 200 ms Σφάλµα σε αποµακρυσµένο ζυγό που εκκαθαρίζεται σε 560 ms Σφάλµα σε αποµακρυσµένο ζυγό που εκκαθαρίζεται σε 1060 ms Σφάλµα σε ζυγό 220 kv που εκκαθαρίζεται σε 120 ms Σφάλµα σε ζυγό ΜΤ (33 ή 11 kv) που εκκαθαρίζεται σε 1.5 s Σφάλµα σε ζυγό ΜΤ (33 ή 11 kv) που εκκαθαρίζεται σε 610 ms Σφάλµα σε γραµµή ΜΤ (33 ή 11 kv) που εκκαθαρίζεται σε 1.0 s Σφάλµα σε γραµµή ΜΤ (33 ή 11 kv) που εκκαθαρίζεται σε 2.1 s Πίνακας 5. Είδη σφαλµάτων που εξετάζονται για την εξαγωγή απαιτήσεων LVRT στον Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας. Σχήµα 23. Καµπύλες µεταβολής τάσης στο σηµείο σύνδεσης των Α/Π, για τα διάφορα είδη σφαλµάτων που περιλαµβάνει ο Πίνακας 5. Από το Σχήµα 23 παρατηρούµε ότι για κοντινό ζυγό πρέπει να υπάρχει ανοχή σε µηδενική τάση και για χρόνο ίσο µε το χρόνο εκκαθάρισης του σφάλµατος. Για αποµακρυσµένους ζυγούς η επιτρεπόµενη βύθιση τάσης είναι λίγο µεγαλύτερη από 0 αφού ένα βραχυκύκλωµα σε ένα αποµακρυσµένο ζυγό δε θα προκαλέσει µηδενισµό της τάσης στο ζυγό σύνδεσης του Α/Π. Τέλος ένα σφάλµα σε ζυγό ΜΤ (δίκτυο διανοµής) δεν επηρεάζει σοβαρά το δίκτυο µεταφοράς. 54

55 Low Voltage Ride Through V (%) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 time (s) Minimum Design Target Maximum Actual Range Σχήµα 24. Απαιτήσεις LVRT του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας (χρησιµοποιείται η καµπύλη µε συνεχή γραµµή). Τέλος ο Ισπανικός Κώδικας δεν είναι διαθέσιµος σε αγγλικό, γερµανικό ή γαλλικό κείµενο. ιαθέσιµο είναι ένα µεταφρασµένο στα αγγλικά κείµενο που αποτελεί πρόταση του ιαχειριστή Συστήµατος προς το αρµόδιο Υπουργείο για την απόκριση των Α/Π σε βυθίσεις τάσης. Σύµφωνα µε αυτή τη πρόταση τα Α/Π πρέπει να παραµένουν συνδεδεµένα για βυθίσεις τάσης που βρίσκονται πάνω από τη καµπύλη του Σχήµατος 25. Το σχήµα ισχύει για τριφασικά µονοφασικά και διφασικά προς γη βραχυκυκλώµατα. Για διφασικά βραχυκυκλώµατα, χωρίς γη, η καµπύλη του Σχήµατος 25 είναι παρόµοια αλλά το κατώτατο όριο της τάσης είναι 0.6 α.µ. και όχι 0.2 α.µ. Αυτό διότι τα διφασικά χωρίς γη σφάλµατα δεν είναι τόσο σοβαρά όσο τα τριφασικά και προκαλούν µικρότερη βύθιση τάσης. Οι χρόνοι επαναφοράς του συστήµατος που φαίνονται στο Σχήµα 25 ισχύουν για ισχύ εξόδου Α/Π ως 5% της ισχύος βραχυκύκλωσης του σηµείου σύνδεσης. Για ισχύ πάνω από 5% το σχήµα πρέπει να τροποποιηθεί ώστε τα Α/Π να αντέχουν µεγαλύτερες βυθίσεις τασης. Από τη σχέση S βρ = 1,όπου S βρ η ισχύς βραχυκύκλωσης και Ζ ισ η ισοδύναµη αντίσταση, γνωρίζουµε ότι Ζ ισ όσο µικρότερη είναι η ισχύς βραχυκύκλωσης τόσο µεγαλύτερη γίνεται η ισοδύναµη αντίσταση βραχυκύκλωσης και άρα στο ζυγό προκαλούνται µεγαλύτερες πτώσεις τάσης σε περίπτωση βραχυκυκλώµατος. 55

56 120 Low Voltage Ride Through V (%) time (s) Σχήµα 25. Καµπύλη τάσης-χρόνου που ορίζει την περιοχή βύθισης τάσης για την οποία τα Α/Π δε πρέπει να αποσυνδέονται. Η τάση στο κάθετο άξονα είναι φασική. Nα σηµειώσουµε ότι επειδή το Σύστηµα της Ισπανίας έχει υψηλή διείσδυδη αιολικής ενέργειας και αδύναµες διασυνδέσεις µε τη UCTE είναι πιο ευαίσθητο στα βραχυκυκλώµατα και η βύθιση τάσης µπορεί να εξαπλωθεί σε µια µεγάλη γεωγραφική περιοχή. Γενικά η συνολική ισχύς των διασυνδέσεων της χώρας είναι πολύ µικρή σε σχέση µε την εγκατεστηµένη ισχύ Α/Π Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των Κωδίκων Στο Σχήµα 24 παρατίθενται σε κοινό διάγραµµα οι απαιτήσεις LVRT των διαφόρων κωδίκων που παρουσιάστηκαν στις Παραγράφους έως , ώστε να είναι πιο εύκολη η µεταξύ τους σύγκριση. Η τάση στο οριζόντιο τµήµα της καµπύλης του ελληνικού Κώδικα ελήφθη ίση µε 90%, χωρίς ωστόσο αυτό να διευκρινίζεται ρητώς από τον Κώδικα. Από τη σύγκριση των καµπυλών LVRT παρατηρούµε ανοχή σε διαφορετικά επίπεδα βύθισης τάσης και για πολύ διαφορετικούς χρόνους. Μια ταξινόµηση για τη βύθιση τάσης ανά χώρα είναι η εξής (εξαιρούµε τον ελληνικό ώδικα γιατί δεν εξειδικεύει για Α/Π) 56

57 Βυθιση τάσης µέχρι Κώδικας 0% ονοµαστικής τάσης 15% ονοµαστικής τάσης Γερµανία,Βρετανία,Ηydro Quebec,Βέλγιο,Νordic Grid Code, ΗΠΑ(FERC), Σκωτία,Ν.Ζηλανδία, Σουηδία(>100MW), ανία(>100kv) Iρλανδία, AESO 25% ονοµαστικής τάσης ανία(<100kv), Σουηδία(<100MW) 20% ονοµαστικής τάσης Ισπανία Πίνακας 6. Επίπεδα ανοχής τάσης ανά κώδικα και χώρα. Οι Κώδικες Ιρλανδίας,ΑESO,FERC έχουν ίδια καµπύλη LVRT (Σχήµα 26) που τη δανείστηκαν από τη παλιά προδιαγραφή του Ε.ΟΝ. Νetz (2003) η οποία απαιτούσε τα Α/Π να παραµένουν συνδεδεµένα υπό τάση 15% για περίπου 0.6sec. Επίσης οι κώδικες της ανίας και Hydro Quebec είναι οι µόνοι που στη καµπύλη LVRT δίνουν εκτός από επιτρεπτά κάτω όρια και επιτρεπτά άνω όρια. Οι κώδικες που δίνουν συγκεκριµένο ρυθµό µεταβολής αύξησης ενεργού ισχύος µετά το σφάλµα είναι ο Γερµανικός, της Βρετανίας και της Ιρλανδίας όπως έχει αναλυθεί παραπάνω. Αναφορικά στο τι είδους σφάλµατα αναφέρονται οι απαιτήσεις LVRT γίνεται η εξής κατάταξη: Μόνο συµµετρικά Συµµετρικά και ασύµετρα ε διευκρινίζουν το είδος σφάλµατος Γερµανία Ιρλανδία Νοrdic Grid Code Βρετανία (>140ms) Hydro Quebec ανία HΠΑ (FERC) Ισπανία Βέλγιο AESO Πίνακας 7. Απαιτήσεις για συµµετρικά και ασσύµετρα σφάλµατα ανά κώδικα. Επίσης η ανία στις συµπληρωµατικές απαιτήσεις καθορίζει πόσα και τι είδους διαδοχικά βραχυκυκλώµατα θα πρέπει να αντέχουν τα Α/Π. Αυτή η απαίτηση πηγάζει από τον αποτυχηµένο επανοπλισµό (reclosure) των διακοπτών προστασίας. Γενικά παρατηρούµε ότι οι απαιτήσεις LVRT είναι πιο αυστηρές για Α/Π απ ότι για συµβατικούς σταθµούς. Αυτό οφείλεται στην ανησυχία των ιαχειριστών για την αξιοπιστία των Συστηµάτων µε συνεχώς αυξανόµενη διείσδυση αιολικής ενέργειας. Η τεχνολογία των Α/Γ που αναπτύχθηκε ραγδαία τα τελευταία χρόνια δινοντάς τους καλύτερα χαρακτηριστικά συµβάλει επίσης προς τη κατεύθυνση για αυστηρότερες απαιτήσεις από τα Α/Π. Από τη παρακάνω επισκόπηση όλων των καµπυλών LVRT η αυστηρότερη απαίτηση είναι η ανοχή για βύθιση τάσης στο 0. Από την άποψη του χρονικού διαστήµατος το αυστηρότερο είναι 1s, για επίπεδο τάσης 15% του κώδικα Hydro-Quebec. 57

58 Low Voltage Ride Through V (%) time (s) Iρλανδία / FERC / Καναδάς(AESO) ανία (<100 kv) Βέλγιο (large voltage dips) Σκωτία Σουηδία (<100 MW) Nεα Ζηλανδία Καναδάς (Hydro-Quebec) Ισπανία Γερµανία Μ. Βρετανία Bέλγιο (small voltage dips) ανία (>100 kv) Σουηδία (>100 MW) Ελλάδα Nordic Grid Σχήµα 26. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων για LVRT. 58

59 3.1.Α Α αιτήσεις για αροχή άεργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια σφάλµατος Η απαίτηση για άεργο ρεύµα δεν είναι κοινή σε όλους τους κώδικες. Εντάσσεται όµως στα πλαίσια της απόκρισης των Α/Π σε καταστάσεις σφαλµάτων στο δίκτυο και για αυτό αναλύεται σε αυτό τo σηµείο. Η απαίτηση αυτή εµφανίζεται µόνο στους Κώδικες της Γερµανίας, της Βρετανίας, της Ιρλανδίας και της Ισπανίας. 3.1.Α.1 Γερµανικός Κώδικας Ο γερµανικός Κώδικας προδιαγράφει τις απαιτήσεις αέργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια διαταραχών της τάσης σύµφωνα µε το Σχήµα 27, για λόγους στήριξης της τάσης κατά τη διάρκεια βυθίσεων (και γενικά σηµαντικών αποκλίσεών της από την ονοµαστική τιµή). Η ανάγκη αυτή προκύπτει όταν διαπιστώνονται απότοµες µεταβολές της τάσης µεγαλύτερες του 10% (εκτός της νεκρής ζώνης του διαγράµµατος). Τότε το άεργο ρεύµα εξόδου στη πλευρά ΧΤ του Μ/Σ γεννήτριας πρέπει να αυξηθεί µε ρυθµό τουλάχιστον 2% του ονοµαστικού ανά 1% απόκλιση της τάσης (ώστε για βύθιση 50% η αύξηση του αέργου ρεύµατος να ισούται µε 100% του ονοµαστικού της γεννήτριας). Προφανώς, σε συνθήκες υπότασης η γεννήτρια θα παράγει άεργο ισχύ, ενώ σε υπέρταση θα καταναλώνει. Η ικανότητα παραγωγής αέργου ρεύµατος της γεννήτριας πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση µε το ονοµαστικό της ρεύµα, η δε αύξηση πρέπει να γίνει σε χρονικό διάστηµα µικρότερο των 20 ms από τη στιγµή που θα ανιχνευθεί το σφάλµα. ιευκρινίζεται ότι το άεργο ρεύµα που παρέχεται για τη στήριξη τάσης είναι πρόσθετο και παρέχεται σε περίπτωση διαταραχών και όχι µόνιµης κατάστασης λειτουργίας. Επιπλέον µετα την επαναφορά της τάσης πρέπει να συνεχίζει η υποστήριξη τάσης για 500ms και τα µεταβατικά να διαρκούν 300ms. Αξιοσηµείωτο είναι ότι απαιτείται η παραγωγή αέργου ρεύµατος και µετά την επαναφορά της τάσης για µικρό χρονικό διάστηµα, γεγονός που ενισχύει τη σηµασία που δίνει η Γερµανία στην υποστήριξη τάσης. Η τάση γενικά µετράται στους ακροδέκτες της κάθε γεννήτριας. Τότε µια πτώση τάσης 50% στα άκρα της Α/Γ σηµαίνει ακόµη µεγαλύτερη πτώση τάσης στο σηµείο σύνδεσης. Επίσης η κάθε Α/Γ φροντίζει τοπικά για τη παραγωγή αέργου. Μπορεί όµως να επιβάλλεται µέτρηση τάσης στο σηµείο σύνδεσης στο δίκτυο (π.χ. όταν είναι µακριά οι γεννήτριες από το σηµείο σύνδεσης). Τότε η υποστήριξη τάσης γίνεται στο σηµείο σύνδεσης. ηλαδή γίνεται κεντρικά από ηλεκτρονικά ισχύος που ικανοποιούν τη προδιαγραφή του σχήµατος 27. Το σχήµα δε διευκρινίζει τι γίνεται για πτώση ή ανύψωση τάσης πέρα από 50%. Μέσα στο εύρος της νεκρής ζώνης µάλλον το άεργο ρεύµα καθορίζεται από συµφωνία µεταξύ του ιαχειριστή και του παραγωγού. 59

60 Σχήµα 27. Απαιτήσεις γερµανικού Κώδικα για το άεργο ρεύµα εξόδου κατά τη διάρκεια διαταραχών της τάσης. 3.1.Α.2 Βρετανικός Κώδικας Σύµφωνα µε τον βρετανικό Κώδικα, κατά τη διάρκεια σφάλµατος, όπως αυτό ορίζεται στην Παράγραφο , τα Α/Π πρέπει να αποδίδουν το µέγιστο δυνατό άεργο ρεύµα (reactive current), επιπλέον της ενεργού παραγωγής τους, χωρίς να υπερβαίνουν το µεταβατικό όριο ρεύµατός τους (transient rating limit). Η υπέρβαση του µεταβατικού ορίου ρεύµατος θα µπορούσε να οδηγήσει τις Α/Γ σε αποσυγχρονισµό. ε διευκρινίζεται αν το άεργο ρεύµα παράγεται κεντρικά για όλο το Α/Π ή από κάθε Α/Γ. 3.1.Α.3 Ιρλανδικός Κώδικας Ο Ιρλανδικός κώδικας αναφέρει ότι, κατά τη διάρκεια σφαλµάτων, η Α/Γ πρέπει να αποδίδει ενεργό ισχύ ανάλογη προς την παραµένουσα τάση, µεγιστοποιώντας ταυτόχρονα την παραγωγή αέργου ρεύµατος, χωρίς να παραβιάζονται τα όρια της ικανότητάς της. Η µεγιστοποίηση του άεργου ρεύµατος θα εξακολουθεί για τουλάχιστον 600 ms ή µέχρι η τάση να επανέλθει στα όρια κανονικής λειτουργίας 8 (όποιο από τα δύο αυτά χρονικά διαστήµατα είναι µικρότερο). Ο µέγιστος χρόνος που µπορεί να αντέξει το Α/Π βύθιση τάσης µέχρι 15% είναι 625ms. Σε αντίθεση µε το γερµανικό κώδικα ο ιρλανδικός δεν απαιτεί παραγωγή αέργου ρεύµατος µετά την αποκατάσταση της τάσης. 8 Τα όρια αυτά είναι kv ( %) για το σύστηµα των 400 kv, kv ( %) για το σύστηµα των 220 kv και kv (90 111,8%) για το σύστηµα των 110 kv. 60

61 3.1.Α.4 Ισ ανικός Κώδικας Οι παρακάτω απαιτήσεις περιλαµβάνονται σε κείµενο που αποτελεί πρόταση του ιαχειριστή Συστήµατος προς το αρµόδιο Υπουργείο για την απόκριση των Α/Π σε βυθίσεις τάσης. α) Τριφασικά σφάλµατα Κατά τη διάρκεια του σφάλµατος και µετά την εκκαθάριση (fault clearance) αυτού δεν επιτρέπεται η απορρόφηση αέργου ισχύος στο σηµείο σύνδεσης. Παρολαυτά επιτρέπεται κάποια απορρόφηση µέσα στα 150 ms ακριβώς µετά την έναρξη του σφάλµατος και 150 ms ακριβώς µετά την εκκαθάριση όταν ικανοποιούνται οι εξής συνθήκες: Κατά τη διάρκεια των 150ms µετά την έναρξη του σφάλµατος η καθαρή καταναλισκόµενη άεργος ισχύς, σε κάθε κύκλο (20 ms), να µη ξεπερνά το 60% της ονοµαστικής ικανότητας του Α/Π (registered nominal capacity). Κατά τη διάρκεια των 150ms µετά την εκκαθάριση η καθαρή καταναλισκόµενη άεργος ισχύς, σε κάθε κύκλο (20 ms), να µη ξεπερνά το 60% της ονοµαστικής ικανότητας του Α/Π (registered nominal capacity) και το άεργο ρεύµα να µην ξεπερνά 1.5 φορές το ονοµαστικό. Επίσης κατά τη διάρκεια του σφάλµατος και του χρονικού διαστήµατος αποκατάστασης της τάσης δεν επιτρέπεται απορρόφηση ενεργού ισχύος στο σηµείο σύνδεσης. Κατ εξαίρεση επιτρέπεται απορρόφηση ενεργού ισχύος στα διαστήµατα 150ms που αναφέραµε και παραπάνω. Επιπρόσθετα επιτρέπεται απορρόφηση ενεργού ισχύος κατά τη διάρκεια του υπόλοιπου σφάλµατος αρκεί να µην υπερβαίνει το 10% της ονοµαστικής ικανότητας. Κατά τη διάρκεια και µετά το σφάλµα το Α/Π πρέπει να παρέχει το µέγιστο δυνατό ρεύµα. Η περιοχή λειτουργίας αυτού του ρεύµατος είναι η γραµµοσκιασµένη περιοχή του Σχήµατος 28 κατά τη διάρκεια των 150 ms µετά την έναρξη του σφάλµατος και µετά την εκκαθάριση. Κατά τη διάρκεια του σφάλµατος για τάσεις µεταξύ του 0.85 και της κατώτατης τιµής της τάσης κανονικής λειτουργίας το Α/Π δε πρέπει να απορροφά άεργο ισχύ. Για τάση πάνω από τη κατώτατη τιµή κανονικής λειτουργίας, δηλαδή όταν έχει επανέλθει η µόνιµη κατάσταση µπορεί να παράγεται ή να καταναλώνεται άεργος ισχύς όπως φαίνεται στο σχήµα. Το σχήµα αυτό είναι παρόµοιο µε το σχήµα του Γερµανικού κώδικα που προδιαγράφει τη παραγωγή αέργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια σφαλµάτων. Ακόµη για πτώση τάσης 50% το Α/Π πρέπει να παράγει άεργο ρεύµα % του ονοµαστικού, όπως φαίνεται στο Σχήµα 28. β) Ασσύµετρα σφάλµατα Κατά τη διάρκεια του σφάλµατος και της επαναφοράς τάσης το Α/Π δε πρέπει να απορροφά αέργο ισχύ στο σηµείο σύνδεσης. Παρολαυτά επιτρέπεται κάποια κατανάλωση αέργου µέσα στα 150 ms ακριβώς µετά την έναρξη του σφάλµατος και 150 ms ακριβώς µετά την εκκαθάριση. Επιπρόσθετα προσωρινή κατανάλωση αέργου ισχύος επιτρέπεται κατά τη διάρκεια του υπόλοιπου σφάλµατος όταν ικανοποιούνται οι εξής συνθήκες: Η καθαρή κατανάλωση αέργου (αθροιστικά και από τις 3 φάσεις) να µην ξεπερνά το 40% της ονοµαστικής ικανότητας για διάστηµα 100ms. Η καθαρή κατανάλωση αέργου (αθροιστικά και από τις 3 φάσεις), σε ένα κύκλο(20ms), να µην ξεπερνά το 40% της ονοµαστικής ικανότητας. 61

62 Κατά τη διάρκεια του σφάλµατος και της επαναφοράς τάσης το Α/Π δε πρέπει να απορροφά ενεργό ισχύ στο σηµείο σύνδεσης. Παρόλαυτά επιτρέπεται κάποια κατανάλωση ενεργού µέσα στα 150 ms ακριβώς µετά την έναρξη του σφάλµατος και 150 ms ακριβώς µετά την εκκαθάριση. Επιπρόσθετα προσωρινή κατανάλωση ενεργού ισχύος επιτρέπεται κατά τη διάρκεια του υπόλοιπου σφάλµατος όταν ικανοποιούνται οι εξής συνθήκες: Η καθαρή κατανάλωση ενεργού (αθροιστικά και από τις 3 φάσεις) να µην ξεπερνά το 45% της ονοµαστικής ικανότητας για διάστηµα 100ms. Η καθαρή κατανάλωση εενργού (αθροιστικά και από τις 3 φάσεις), σε ένα κύκλο(20ms), να µην ξεπερνά το 30% της ονοµαστικής ικανότητας. Σηµειώνουµε ότι η Ισπανία έχει ασθενείς διασυνδέσεις (1 µε τη UCTE) και το σύνολο αυτών είναι µικρότερο από την εγκατεστηµένη αιολική ισχύ. Σφάλµα/ επαναφορά Μόνιµη κατάσταση Σχήµα 28. Η περιοχή λειτουργίας του αέργου ρεύµατος συναρτήσει της τάσης στο σηµείο σύνδεσης κατά τη διάρκεια βύθισης τάσης και της ανάκτησης αυτής (Κώδικας Ισπανίας). 3.2 Α αιτήσεις ελέγχου ενεργού ισχύος Στην παράγραφο αυτή θίγονται ζητήµατα που αφορούν τις απαιτήσεις ελέγχου και ρύθµισης της ενεργού ισχύος. Επίσης περιγράφονται τα όρια συχνότητας και πως αυτά συσχετίζονται µε τον περιορισµό ενεργού ισχύος. Ειδικότερα οι απαιτήσεις αυτές αφορούν τη δυνατότητα επιβολής ορίου στην ενεργό ισχύ εξόδου του Α/Π και το ρυθµό µείωσης (ramp rate) στη περίπτωση αυτή σε MW/sec. Επίσης αφορούν την απόκριση συχνότητας. Σε αυτή τη περίπτωση οι πιο πολλοί κώδικες καθορίζουν τη κλίση της µεταβολής ισχύος είτε σε MW/sec, είτε σε % διαθέσιµης 62

63 ισχύος ανά Hz. Επίσης παρατίθενται καµπύλες απόκρισης συχνότητας και τα χαρακτηριστικά τους σηµεία. Γενικά αυτές οι απαιτήσεις σχετίζονται µε στατικές και όχι δυναµικές καταστάσεις και συµπεριφορές. Στο τέλος της ενότητας γίνεται µια σύνοψη των κυριότερων απαιτήσεων των κωδίκων Γερµανικός Κώδικας Για τα Α/Π ζητείται ακόµη η δυνατότητα επιβολής ορίου στην ισχύ εξόδου τους, υπό οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας. Ο περιορισµός της ισχύος εξόδου στην τιµή του ορίου πρέπει να γίνεται µε ρυθµό τουλάχιστον 10% της ικανότητας της διασύνδεσης ανά min. Απόκριση συχνότητας Σύµφωνα µε τον γερµανικό Κώδικα, η παραµονή των Α/Π σε λειτουργία επιβάλλεται για συχνότητες Hz. Έξω από τα όρια αυτά, οι Α/Γ των Α/Π πρέπει να αποσυνδέονται από το δίκτυο χωρίς χρονική καθυστέρηση. Στη περιοχή συχνοτήτων Hz δεν επιβάλλονται περιορισµοί ή άλλες απαιτήσεις σε ό,τι αφορά την ενεργό ισχύ εξόδου των Α/Π. Μόνο στη περιοχή Hz σύµφωνα µε το Σχήµα 31 επιτρέπεται η µείωση της ενεργού ισχύος µέχρι 80% της ονοµαστικής. Αντίθετα, σε τιµές συχνότητας άνω των 50.2 Hz επιβάλλεται η µείωση της αποδιδόµενης ισχύος µε ρυθµό 40% της διαθέσιµης ισχύος ανά Hz,-η ρύθµιση γίνεται από κάθε Α/Γ- όπως εικονίζεται στο Σχήµα 29. Η επάνοδος της ισχύος στην πλήρη τιµή της επιτρέπεται µετά την επάνοδο της συχνότητας στα 50.05Hz. Το εύρος ευαισθησίας πρέπει να είναι µικρότερο από 10mHz. εν ζητείται από τους αιολικούς σταθµούς να διατηρούν εφεδρεία ισχύος προκειµένου να συµµετάσχουν στην πρωτεύουσα ρύθµιση συχνότητας, ούτε και ζητείται ικανότητα black-start. Σχήµα 29. Μεταβολή ενεργού ισχύος εξόδου Α/Π συναρτήσει της συχνότητας (απαιτήσεις γερµανικού Κώδικα της E.ON.). 63

64 Σχήµα 30. Για πτώσεις συχνότητας πάνω από τη κόκκινη γραµµή τα Α/Π δε πρέπει να µειώνουν την ενεργό ισχύ τους ακόµη και όταν λειτουργούν σε ονοµαστική ισχύ. Σχήµα 31. Μεταβολή της ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας σύµφωνα µε το Γερµανικό Κώδικα. Αυτό το σχήµα λαµβάνει υπόψιν και το Σχήµα 30. Το Σχήµα 31 δεν υπαγορεύει µείωση της ενεργού ισχύος για 47.5<f<49.5 Hz αλλά σηµαίνει ότι στα 47.5Hz ο σταθµός παραγωγής πρέπει να παράγει τουλάχιστον 80% της ονοµαστικής του ισχύος. Συγκριτικά στους συµβατικούς σταθµούς ο περιορισµός ισχύος για f>50.5hz είναι επιπρόσθετη απαίτηση (additional requirement). Αντίθετα οι Α/Γ υποχρεούνται να µειώνουν την ισχύ για f>50.2hz µε ρυθµό 40%. Η αυστηρότερη απαίτηση για τις Α/Γ τις προστατεύει από αυξήσεις της συχνότητας που προκαλούν υπερτάχυνση της γεννήτριας και άρα καταπονήσεις Βρετανικός κώδικας Σύµφωνα µε τον βρετανικό Κώδικα, απαιτείται συνεχής λειτουργία σε συχνότητες Hz, ενώ στο εύρος Hz δυνατότητα λειτουργίας για διάστηµα 20 s (κάθε φορά που η συχνότητα πέφτει κάτω από 47.5 Hz). Σε ό,τι αφορά τη µεταβολή της ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας, οι σταθµοί παραγωγής (συµπεριλαµβανοµένων και των Α/Π) πρέπει να λειτουργούν υπό σταθερή παραγωγή ενεργού ισχύος για συχνότητες Hz (µε εξαίρεση µονάδες που έχουν µηχανική ισχύ εισόδου µη σταθερή (Intermittent Power Source) όπως ο άνεµος όπου η ισχύς 64

65 εξόδου είναι ανεξάρτητη της f για Hz). Για συχνότητες Hz τα Α/Π πρέπει γενικά να διατηρούν επίσης σταθερή ικανότητα παραγωγής, παρ ότι δίνεται γενικά η δυνατότητα στους σταθµούς παραγωγής να περιορίζουν ελαφρώς την αποδιδόµενη ισχύ τους (το πολύ κατά 5% στη συχνότητα των 47 Ηz, όπως φαίνεται στο Σχήµα 32). Σχήµα 32. υνατότητα για µείωση ενεργού ισχύος σε συχνότητες Hz. Παρόµοιο σχήµα µε το σχήµα 31 του γερµανικού κώδικα. Τα Α/Π πρέπει να διαθέτουν διάταξη ελέγχου της συχνότητας γρήγορης απόκρισης, που να παρέχει απόκριση συχνότητας υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Η διάταξη ελέγχου πρέπει να υπακούει στις Ευρωπαικές προδιαγραφές και να ικανοποιεί τις παρακάτω απαιτήσεις: Όταν το Α/Π αποµονώνεται από το Σύστηµα η διάταξη πρέπει να µπορεί να ελέγξει τη συχνότητα για τιµές κάτω από 52 Hz. Πρέπει να λειτουργεί µε στατισµό 3%-5%. Η νεκρή ζώνη της (deadband) δε πρέπει να είναι µεγαλύτερη από 0.03 Hz (δηλαδή ± 0.015Hz). Τα Α/Π πρέπει να είναι ικανά για εξωγενή καθορισµό εισόδου (συχνότητας) αναφοράς για ρύθµιση του επιπέδου παραγωγής του σταθµού. Ελάχιστες απαιτήσεις για απόκριση συχνότητας Οι ελάχιστες απαιτήσεις απόκρισης συχνότητας πρέπει να ικανοποιούνται από Α/Π που λειτουργούν µετά 1/1/2006 και ονοµαστικής ισχύος µεγαλύτερη των 50MW. Eπιβάλλεται η ενεργή συµµετοχή τους στην πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθµιση συχνότητας του συστήµατος, µε κατάλληλο έλεγχο της ενεργού ισχύος εξόδου τους, καθώς και να διαθέτουν απόκριση υπερσυχνότητας (περιορισµός της παραγωγής σε υψηλές τιµές της συχνότητας). Οι ελάχιστες απαιτήσεις απόκρισης συχνότητας περιγράφονται στο Σχήµα 33, το οποίο δίνει την ελάχιστη απαιτούµενη µεταβολή της ισχύος εξόδου του σταθµού για µεταβολή της συχνότητας κατά 0.5 Hz, συναρτήσει του επιπέδου φόρτισης του σταθµού, τόσο για καταστάσεις υποσυχνότητας (µπλε γραµµή), όσο και υπερσυχνότητας (ροζ γραµµή). εν είναι επιτρεπτό η απόκριση συχνότητας να λειτουργεί στη περιοχή που περικλείεται από τη καµπύλη του σχήµατος 33. Στη περιοχή % πρέπει να παρέχεται κάποια µικρή απόκριση έτσι ώστε το Α/Π να µην ξεφύγει από τα όρια του. Οι διακεκοµένες γραµµές δείχνουν ότι η απόκριση σε εκείνη τη περιοχή εξαρτάται από τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του Α/Π (ή γενικά του σταθµού παραγωγής). Παρατηρούµε ότι στο Designed Minimum Operation Level η απόκριση υψηλής συχνότητας είναι 0. O κώδικας ορίζει: Designed Minimum Operation Level <55% ονοµαστικής ισχύος, Minimum Generation <65% ονοµαστικής ισχύος. 65

66 Το σχήµα 33 για µεταβολές συχνότητας µικρότερες του 0.5 Hz ισχύει σε αναλογική κλίµακα. Για µεγαλύτερες µεταβολές η απόκριση πρέπει να είναι τουλάχιστον ίδια µε αυτή του σχήµατος 33. Σχήµα 33. Μεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει του επιπέδου φόρτισης του σταθµού παραγωγής για µεταβολή συχνότητας 0.5 Hz (απαιτήσεις βρετανικού Κώδικα). Οι δοκιµές που εξετάζουν την ικανότητα του σταθµού για παροχή της απόκρισης συχνότητας του Σχήµατος 33 φαίνονται στα σχήµατα 34 και 35. Η µεταβολή συχνότητας κατά 0.5 Hz εισάγεται σαν σήµα στο Α/Π και παρατηρείται η απoκρισή του. Στο σχήµα 34 η πρωτεύουσα ρύθµιση επιδρά από 10s ως 30s ενώ µετά επιδρά η δευτερεύουσα. Όπως φαίνεται από Σχήµατα 34, 35 η απόκριση, δηλαδή η µεταβολή ισχύος πρέπει να επιτευχθεί εντός 10 s. Μετά από µια διαταραχή συχνοτητας η δυνατότητα απόκρισης πρέπει να έχει επανέλθει πλήρως µέσα σε 20 min. 66

67 Σχήµα 34. οκιµή για απόκριση πρωτεύουσας και δευτερεύουσας ρύθµισης σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Βρετανικού Κώδικα. Σχήµα 35. οκιµή για απόκριση υπερσυχνότητας σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Βρετανικού Κώδικα. 67

68 Σε άλλο σηµείο του κώδικα δίνονται περισσότερες λεπτοµέρειες για την απόκριση συχνότητας που αφορούν όλους τους σταθµούς παραγωγής και ειδικότερα τα Α/Π πάνω από 50 MW. Εκεί τονίζεται πάλι ότι τα Α/Π πρέπει να έχουν συνεχώς την ικανότητα για αυτόµατη απόκριση στις µεταβολές της συχνότητας. Μάλιστα πρέπει να λειτουργούν συνεχώς σε Limited Frequency Sensitive Mode και αν λάβουν ανάλογη εντολή από το ιαχειριστή να λειτουργήσουν σε Frequency Sensitive Mode. Ακολουθούν οι επεξηγήσεις των 2 όρων. Frequency Sensitive Mode: κατάσταση κατά την οποία το Α/Π πρέπει να παρέχει πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθµιση και απόκριση υπερσυχνότητας. Ειδικά για τη τελευταία απαιτείται µείωση της ενεργού ισχύος εξόδου όταν η συχνότητα αυξάνεται πάνω από την ονοµαστική (50 Hz) µέσα σε 10s. Ο ρυθµός µείωσης θα συµφωνείται ανάµεσα στο ιαχειριστή και τον παραγωγό. Για συχνότητα πάνω από 50.5 Hz απαιτείται επίσης µείωση ενεργού ισχύος µε ελάχιστο ρυθµό 2% της ισχύος εξόδου ανά 0.1 Hz µε χρόνο απόκρισης 5min. Limited Frequency Sensitive Mode: σε αυτή τη κατάσταση η ενεργός ισχύς δεν εξαρτάται από την συχνότητα για τιµές µικρότερες του 50.4 Hz. Για συχνότητα 50.4 Hz και πάνω απαιτείται η µείωση της ενεργού ισχύος µε ελάχιστο ρυθµό 2% ανά 0.1 Hz. Αυτός ο ρυθµός µεταφράζεται σε 20% ανα Hz, ενώ ο αντίστοιχος ρυθµός µείωσης της ενεργού ισχύος για f>50.2 Ηz, στο γερµανικό κώδικα, είναι 40% ανά Hz. Ο βρετανικός Κώδικας δεν επιβάλλει όρια στον ρυθµό µεταβολής της ισχύος εξόδου, παρά µόνο στην ενότητα που αφορά τις προσφορές παραγωγής των σταθµών (της τάξης των MW/min, για µεταβολές της ενεργού παραγωγής άνω των 300 MW και µόνο) Ιρλανδικός κώδικας Σύµφωνα µε τον Ιρλανδικό κώδικα τα Α/Π θα πρέπει να µπορούν να µειώνουν την παραγωγή ενεργού ισχύος όταν ζητείται περικοπή (MW curtailment) από τον διαχειριστή του συστήµατος για λόγους ασφάλειας του συστήµατος. Γι αυτό πρέπει να υπάρχει ένα σύστηµα ελέγχου του Α/Π που θα µπορεί να δέχεται µια τιµή αναφοράς ενεργού ισχύος (set-point) από το ιαχειριστή και να τη πετυχαίνει µέσα σε 10s. Γι αυτό πρέπει να έχει τη δυνατότητα να επιβάλει σε κάθε Α/Γ του Α/Π µειωµένη ισχύ εξόδου. Για τους ρυθµούς µεταβολής ισχύει ότι περιγράφεται στο αντίστοιχο κοµµάτι του κώδικα και παρατίθεται παρακάτω. Απόκριση συχνότητας Τα Α/Π πρέπει να µένουν συνδεδεµένα για τις ακόλουθες περιπτώσεις συχνότητας: 1) Συχνότητα µεταξύ 49.5 και 50.5 Hz: Το Α/Π πρέπει να λειτουργεί αποδίδοντας µέχρι και την ονοµαστική του ισχύ. 2) Συχνότητα µεταξύ 47.5 και 52 Hz: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο στο δίκτυο για 60 min. 3) Συχνότητα µεταξύ 47 και 47.5 Hz: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο στο δίκτυο για 20 sec. (όπως και στο Βρετανικό κώδικα) 4) Ρυθµός µεταβολής της συχνότητας ως και 0.5Hz/sec: Το Α/Π πρέπει να µένει συνδεδεµένο. 5) Συχνότητα άνω των 50.2 Hz: εν επιτρέπεται σύνδεση στο δίκτυο επιπλέον Α/Π, όσο η συχνότητα παραµένει άνω των 50.2 Hz. 68

69 Ο ιρλανδικός Κώδικας παρέχει επιπλέον οδηγίες για τη µεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει των µεταβολών της συχνότητας. Σύµφωνα µε αυτές, πρέπει να υπάρχει σύστηµα απόκρισης συχνότητας (Frequency Response System) το οποίο θα µεταβάλλει την παραγωγή ενεργού ισχύος σε συνάρτηση µε τη συχνότητα. Wind farm power station's active power output (% of available active power) B 95 C A D E f (Hz) Σχήµα 36. Παράδειγµα καµπύλης ενεργού ισχύος-συχνότητας µε βάση τις απαιτήσεις του ιρλανδικού Κώδικα. Οι δυνατότητες του συστήµατος απόκρισης συχνότητας που πρέπει να υπάρχει στα Α/Π συνοψίζονται στο Σχήµα 36, σύµφωνα µε το οποίο: Σε κανονικές συχνότητες λειτουργίας, το Α/Π θα παράγει ενεργό ισχύ σύµφωνα µε το τµήµα B-C της καµπύλης («dead-band» στο οποίο η ενεργός ισχύς παραµένει σταθερή κατά τις µεταβολές της συχνότητας). Εάν η συχνότητα του συστήµατος πέσει κάτω από το σηµείο Β, η απόκριση του συστήµατος θα προκαλέσει αύξηση της ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε το τµήµα Β-Α της καµπύλης. Αντίστροφα, όταν η συχνότητα επανέρχεται στην κανονική τιµή, από χαµηλότερες τιµές, η απόκριση του συστήµατος θα προκαλέσει µείωση της ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε το τµήµα Α-Β της καµπύλης. Εάν η συχνότητα του συστήµατος ανέβει πάνω από το σηµείο C, η απόκριση του συστήµατος θα προκαλέσει µείωση της ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε το τµήµα C-D-E της καµπύλης. Σε συχνότητες συστήµατος δεξιά του τµήµατος D-Ε δεν θα παράγεται ενεργός ισχύς από το Α/Π (αποσύνδεση). Τα σηµεία Α, B, C, D και E εξαρτώνται από τη συχνότητα του συστήµατος και τις ρυθµίσεις ενεργού ισχύος και αποκοπής (MW curtailment) που ορίζει ο διαχειριστής και µπορεί να διαφέρουν για κάθε εγκατάσταση Α/Π ανάλογα µε το είδος και τη θέση της. Περισσότερες λεπτοµέρειες για τα σηµεία αυτά παρέχονται στους Πίνακες 8 και 9 (οι τιµές συµφωνούνται µε τον ιαχειριστή 120 ηµέρες πριν από τη λειτουργία του Α/Π), ενώ επιτρέπεται η µεταβολή των σηµείων αυτών από τον ιαχειριστή κατά τη λειτουργία του Α/Π. 69

70 Σηµείο Συχνότητα συστήµατος Ενεργός Ισχύς (% της διαθέσιµης ενεργού ισχύος) A F A P A B F B Ελάχιστο µεταξύ P B και σηµείου ρύθµισης αποκοπής ισχύος (MW curtailment set-point), % της διαθέσιµης ενεργού ισχύος C F C Ελάχιστο µεταξύ P C και σηµείου ρύθµισης αποκοπής ισχύος (MW curtailment set-point), % της διαθέσιµης ενεργού ισχύος D F D Ελάχιστο µεταξύ P D και σηµείου ρύθµισης αποκοπής ισχύος (MW curtailment set-point), % της διαθέσιµης ενεργού ισχύος E F E Ελάχιστο µεταξύ P E και σηµείου ρύθµισης αποκοπής ισχύος (MW curtailment set-point), % της διαθέσιµης ενεργού ισχύος Πίνακας 8. Χαρακτηριστικά σηµεία της καµπύλης που εικονίζεται στο Σχήµα 36. Ενεργός Ισχύς Συχνότητα συστήµατος (% της διαθέσιµης ενεργού ισχύος) (Ηz) MEC 9 > 10 MW 5 MW<MEC 10 MW F A P A F B P B F C P C 100 F D P D P E 0 0 F E Πίνακας 9. Εύρος ρυθµίσεων ενεργού ισχύος και συχνότητας για το Σχήµα 36 (F A F B F C F D = F E ). Κρίνοντας από τα P A,P B,P C τα µικρά αιολικά δεν συµµετέχουν στη ρύθµιση συχνότητας αλλά διατηρούν σταθερό το φορτίο τους, εκτός αν η συχνότητα αυξηθεί πολύ. Τα πιο µεγάλα Α/Π (>10MW) συµµετέχουν στη ρύθµιση συχνότητας (ειδικά για χαµηλές συχνότητες). Οι µεταβολές της ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας πρέπει να επιτυγχάνονται µε τη µεταβολή της ισχύος εξόδου όλων των διαθέσιµων Α/Γ (π.χ. µέσω pitch control) και όχι µε την σύνδεση-αποσύνδεση µεµονωµένων Α/Γ. Ο ελάχιστος ρυθµός απόκρισης του συστήµατος απόκρισης συχνότητας πρέπει να ισούται µε 1% ονοµαστικής ισχύος µιας Α/Γ ανά sec. To σύστηµα απόκρισης συχνότητας πρέπει να επιτηρεί συνεχώς τη συχνότητα ώστε να καθορίζει την ενεργό ισχύ εξόδου του Α/Π λαµβάνοντας υπόψη την διαθέσιµη ενεργό ισχύ και την ελεγχόµενη ισχύ. Όταν η συχνότητα του συστήµατος ξεπεράσει τη γραµµή D-E, επιτρέπεται η αποσύνδεση των Α/Γ. Η επανασύνδεσή τους πρέπει να γίνει ωστόσο µε τον πιο γρήγορο τεχνικά εφικτό τρόπο (και υπό την προϋπόθεση ότι η συχνότητα έχει πέσει κάτω από τα 50.2 Hz, όπως αναφέρθηκε παραπάνω). 9 MEC=Maximum Export Capacity 70

71 Επίσης ο κώδικας αναφέρει ότι ο ιαχειριστής θα καθορίζει 2 καµπύλες ενεργού ισχύοςσυχνότητας παρόµοιες µε αυτή του σχήµατος 36, 120 ηµέρες πριν τη λειτουργία του Α/Π. Το Α/Π πρέπει να κάνει τις απαραίτητες ρυθµίσεις που επιβάλουν οι καµπύλες. Απαιτείται το σύστηµα απόκρισης συχνότητας να µπορεί να αλλάζει τη λειτουργία του από τη µια καµπύλη στην άλλη µέσα σε 1 min από τη στιγµή που έλαβε ανάλογο σήµα από το ιαχειριστή. Ο Κώδικας της Ιρλανδίας επιβάλλει επίσης και περιορισµούς στον ρυθµό µεταβολής της ισχύος εξόδου των Α/Π (ramp rates), µετρούµενης ως µέση τιµή 1 min και 10 min. Το επιβαλλόµενο ανώτατο όριο του ρυθµού µεταβολής καθορίζεται και µπορεί να µεταβάλλεται από τον ιαχειριστή και µπορεί να κυµαίνεται από 1 έως 30 MW/min. Αυτοί οι ρυθµοί µεταβολής των Α/Π βασίστηκαν στον επιτρεπτό ρυθµό µεταβολής για συµβατικούς σταθµούς (όταν η αιολική ισχύς αυξάνει µε x ρυθµό οι συµβατικοί σταθµοί πρέπει να µειώσουν τη παραγωγή τους µε ανάλογο ρυθµό) καθώς επίσης και στη ζήτηση φορτίου και σε ρυθµιστικούς, οικονοµικούς λόγους. Ο κώδικας της Ιρλανδίας ορίζει ρυθµό αύξησης ή µείωσης της ισχύος εξόδου ενός συµβατικού σταθµού ίσο µε 1.5% ονοµαστικής ισχύος ανά min Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας,Μεγάλης Βρετανίας,Ιρλανδίας Σχετικά µε τον έλεγχο ενεργού ισχύος-συχνότητας χαρακτηριστικό είναι ότι ο βρετανικός και ο Ιρλανδικός κώδικα απαιτούν σύστηµα απόκρισης συχνότητας σε αντίθεση µε το Γερµανικό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η Γερµανία διαθέτει ένα ισχυρό δίκτυο και ισχυρές διασυνδέσεις σε αντίθεση µε τα ασθενώς διασυνδεδεµένα δίκτυα της Βρετανίας και Ιρλανδίας. Ο γερµανικός κώδικας δεν απαιτεί τη συµµετοχή στη πρωτεύουσα ρύθµιση από τα Α/Π. Αντίθετα ο βρετανικός αναφέρεται σε πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθµιση όπως φαίνεται και στο Σχήµα 33. Επίσης ο Ιρλανδικός όπως φαίνεται στο Σχήµα 36 όταν η f πέφτει κάτω από ένα όριο αναγκάζει τα Α/Π να αυξήσουν την ενεργό τους ώστε να ανταποκριθούν στην ζήτηση φορτίου (αυτό µοιάζει µε απαίτηση για εφεδρεία ισχύος) και η f να επιστρέψει στα κανονικά όρια λειτουργίας. Επίσης ο γενικός κώδικας της Ιρλανδίας απαιτεί από τις µονάδες πάνω των 60 ΜW να παρέχουν δευτερεύουσα ρύθµιση, αν και στο τµήµα κώδικα για Α/Π δεν αναφέρεται ρητά. Oι κώδικες της Ιρλανδίας και της Γερµανίας προβλέπουν τη δυνατότητα για επιβολή ορίου στην ενεργό ισχύ του Α/Π. Ο γερµανικός κώδικας δεν απαιτεί ικανότητα black start. Στο βρετανικό το black start θα παρέχεται από συγκεκριµένους σταθµούς και στην Ιρλανδία σε περίπτωση black start τα Α/Π θα αποσυνδέονται και ξανασυνδέονται µόνο όταν επανέλθει µόνιµη κατάσταση. Γενικά τα Α/Π εξαιρούνται από τη λειτουργία κατά τη νησιδοποίηση (islanding operation) διότι θα υπάρχει µια διαφορά της τάσης και συχνότητας που παρέχει το Α/Π από τα µεγέθη του δικτύου, µε αρνητικά αποτελέσµατα στους χρήστες του δικτύου. Επίσης µε το ξανακλείσιµο του αυτόµατου διακόπτη (reclosing) θα υπάρχει διαφορά φάσης ανάµεσα στην τάση Α/Π και την τάση δικτύου µε κίνδυνο για τις Α/Γ Nordic Grid code Τα όρια συχνότητας και ο περιορισµός ενεργού ισχύος για αποκλίσεις από αυτά τα όρια περιγράφονται στην επόµενη ενότητα που αφορά όρια τάσης και συχνότητας. Αυτό διότι στον συγκεκριµένο κώδικα δε δίνονται όρια αποκλεστικά για τη συχνότητα. 71

72 Απαιτείται η δυνατότητα το Α/Π να µειώνει την ισχύ εξόδου του,µετρούµενη κατα µέσο όρο 10 λέπτου, µε αποµακρυσµένο έλεγχο. Πρέπει να είναι δυνατό να λειτουργεί µε ένα ανώτατο όριο ενεργού ισχύος το οποίο θα ρυθµίζεται στο % της ονοµαστικής ισχύος του Α/Π, µε ακρίβεια 5%. Απαιτούνται οι εξής ρυθµοί µεταβολής από τις Α/Γ: - Ρυθµός αύξησης ισχύος 10% ονοµαστικής ισχύος/min. - Ρυθµός µείωσης ισχύος 10% ονοµαστικής ισχύος/min µόνο σε περίπτωση που έχει δεχτεί εξωτερικό σήµα για µείωση της παραγωγής της (όπως αναφέρθηκε παραπάνω). Υπάρχει όµως και µια πιο αυστηρή απαίτηση από τις Α/Γ για µείωση της ισχύος τους από 100% σε 20% µέσα σε λιγότερο από 5s (fast down regulation). Αυτή η απαίτηση εξυπηρετεί τη λειτουργία κάποιων συστηµατων προστασίας. Όπως χαρακτηριστικά αναφέρεται αυτή η γρήγορη µείωση ενεργού ισχύος εξόδου δε µπορεί να επιτευχθεί µε αποσύνδεση ενός µέρους των Α/Γ του Α/Π. Aυτό διότι κάποια συστήµατα προστασίας απαιτούν την επαναφορά της ενεργού ισχύος σε σύντοµο χρονικό διάστηµα µετά από µια ρύθµιση για µείωση της ισχύος εξόδου (down regulation). Όπως χαρακτηριστικά αναφέρεται αυτό δε µπορεί να επιτευχθεί µε αποσύνδεση ενός µέρους των Α/Γ του Α/Π. Επίσης απαιτείται ο αυτόµατος έλεγχος ενεργού ισχύος συναρτήσεις της συχνότητας. Στον έλεγχο αυτό πρέπει να προβλέπεται νεκρή ζώνη (dead band) όπου η ενεργός ισχύς δε θα µεταβάλλεται. Περισσότερες λεπτοµέρειες θα καθορίζονται από τον κάθε ιαχειριστή Κώδικας ανίας Οι απαιτήσεις ως προς τον έλεγχο ενεργού ισχύος διαιρούνται σε δύο κατηγορίες, τον έλεγχο µε τηλεχειρισµό και τον τοπικό έλεγχο συναρτήσει της συχνότητας. Απαιτήσεις για έλεγχο ενεργού ισχύος µε τηλεχειρισµό Συµπληρωµατικές απαιτήσεις Η µείωση της παραγωγής των Α/Γ πρέπει να είναι δυνατή σε οποιοδήποτε σηµείο ρύθµισης µεταξύ του 20% και 100% της ονοµαστικής ισχύος. Η απόκλιση µεταξύ του σηµείου ρύθµισης και της µέσης µετρούµενης τιµής ανά πεντάλεπτο στο σηµείο σύνδεσης δεν πρέπει να ξεπερνά το ± 5% της ονοµαστικής ισχύος. Οι ίδιες απαιτήσεις αλλά για το σύνολο του Α/Π (µε µόνη διαφορά τη µέση τιµή ανά πεντάλεπτο) περιγράφονται και στο κώδικα Nordic. Πρέπει να υπάρχει δυνατότητα για εξωτερικό έλεγχο της ισχύος εξόδου και του ρυθµού αύξησης ή µείωσης αυτής σε µια περιοχή % ονοµαστικής ισχύoς/min. Σε Α/Π εφοδιασµένα µε Α/Γ µε αεροδυναµικό έλεγχο τύπου passive stall, η ρύθµιση της ενεργού ισχύος στο σηµείο σύνδεσης πρέπει να συµφωνείται µε το ιαχειριστή (σε αυτήν την περίπτωση είναι δυνατός ο έλεγχος µόνο µε σύνδεση και αποσύνδεση των Α/Γ). Παρατηρούµε ότι η περικοπή της αιολικής ισχύος εφαρµόζεται σε σηµεία σύνδεσης όπου η έγχυση αιολικής ισχύος είναι µεγαλύτερη από 1.5 ΜW (είναι συµληρωµατική απαίτηση). Αυτό διότι σε ένα µικρό δίκτυο όπως η ανία µε µεγάλη διείσδυση Α/Π υπάρχει κορεσµός. Έτσι 72

73 χρειάζεται η περικοπή της ισχύος από Α/Π ώστε να µη δηµιουργούνται προβλήµατα στις συµβατικές µονάδες ή υπερφορτίσεις γραµµών µεταφοράς. Απαιτήσεις για τοπικό έλεγχο ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας Συµπληρωµατικές απαιτήσεις Ο τρόπος ελέγχου της ενεργού ισχύος (δηλαδή έλεγχος σε συνάρτηση µε τη συχνότητα ή όχι) πρέπει να µπορεί να µεταβάλλεται εξωτερικά. Όταν ο έλεγχος εξαρτάται από τη συχνότητα, η παραγωγή πρέπει να µεταβάλλεται σύµφωνα µε τα όρια που προδιαγράφει ο Πίνακας 10. Παράδειγµα εφαρµογής των απαιτήσεων του πίνακα εµφανίζονται στο Σχήµα 37, το οποίο αντιστοιχεί σε δύο τρόπους µεταβολής, χωρίς και µε µείωση κατά 50% του µέγιστου επιτρεπόµενου σηµείου ρύθµισης. Στο πρώτο παράδειγµα ο έλεγχος συχνότητας µπορεί µόνο να µειώσει την παραγόµενη ενεργό ισχύ. Στο δεύτερο παράδειγµα είναι δυνατή η αύξηση της παραγόµενης ενεργού ισχύος διότι µπορεί να δεχτεί ρύθµιση για % της ονοµαστικής. Να τονίσουµε ότι σύµφωνα µε τον κώδικα ο Πίνακας 10 και το Σχήµα 37 αναφέρονται στη ρύθµιση της ισχύος εξόδου της κάθε Α/Γ. Κατώτερο όριο συχνότητας για το εύρος ελέγχου σε περίπτωση υποσυχνότητας (f n ) Ανώτερο όριο συχνότητας για το εύρος ελέγχου σε περίπτωση υπερσυχνότητας (f u ) Κατώτερο όριο συχνότητας για τη «νεκρή ζώνη» (dead band) σε περίπτωση υπο-συχνότητας (f d- ) Ανώτερο όριο συχνότητας για τη «νεκρή ζώνη» (dead band) σε περίπτωση υπερ-συχνότητας (f d+ ) Συντελεστής ελέγχου παραγωγής για συχνότητες εντός του εύρους f n f d- και f d+ f u (βλ. Σχήµα 30) (συντελεστής ίσος µε 1 σηµαίνει ότι η παραγωγή είναι η µέγιστη δυνατή ή ισούται µε το σηµείο ρύθµισης -setpoint- σε περίπτωση αποκοπής) Ταχύτητα ρύθµισης υπολογισµένη από την υπέρβαση µιας οριακής τιµής µέχρι την ολοκλήρωση του ελέγχου Εύρος ρύθµισης Hz Hz Hz Hz f Υπερ-συχνότητα: 1 f f Υπο-συχνότητα: 1 f Προκαθορισµένη τιµή Hz Hz Hz Hz n u f f d+ f d+ d f d 10% της ονοµαστικής ισχύος ανά sec Πίνακας 10. Όρια ελέγχου ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας. Στο πίνακα 10 το τελευταίο όριο καθορίζει το ρυθµό µεταβολής της ενεργού ισχύος (10% της ονοµαστικής ισχύος ανά sec ) σε περίπτωση που εµφανίστεί υπέρβαση ενός ορίου για τη 73

74 συχνότητα. Η ακρίβεια των ρυθµίσεων που δίνει ο Πίνακας 10 πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση µε 10 mhz. Στο εύρος συχνοτήτων Hz, το σφάλµα µέτρησης δεν πρέπει να ξεπερνά τα ±10 mhz, απαίτηση που πρέπει να τηρείται ακόµη και υπό παραµορφωµένη κυµατοµορφή τάσης. Επιπλέον, ο έλεγχος δεν πρέπει να ενεργοποιείται από στιγµιαία ολίσθηση φάσης (phase shift) κατά 20 ο. Σχήµα 37. Μεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας (Κώδικας ανίας) Κώδικας Βελγίου O κώδικας του Βελγίου δε δίνει κατευθύνσεις σχετικά µε τη µεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας. ίνει τα όρια λειτουργίας για µεταβολές της τάσης συναρτήσει της συχνότητας τα οποία θα αναλυθούν σε επόµενη παράγραφο Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec ε παρατίθενται τα όρια συχνότητας διότι ο κώδικας δε τα συσχετίζει µε µεταβολή ενεργού ισχύος εξόδου. Σχετικά µε τη ρύθµιση ενεργού ισχύος σύµφωνα µε το κώδικα της Hydro- Quebec τα Α/Π ονοµαστικής ισχύος µεγαλύτερης των 10 MW πρέπει να είναι εφοδιασµένα µε σύστηµα ελέγχου συχνότητας, το οποίο πρέπει να συµβάλλει στη µείωση µεγάλων αποκλίσεων της συχνότητας (>0.5 Hz) µικρής διάρκειας (<10 s). Η µείωση αυτή πρέπει να είναι τουλάχιστον ισοδύναµη της µείωσης που παρέχεται από συµβατικές γεννήτριες µε σταθερά αδράνειας (H) ίση µε 3.5 s. Ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται όταν το σύστηµα ελέγχου µεταβάλλει δυναµικά την ενεργό ισχύ κατά 5% περίπου για 10 s, όταν εµφανίζεται µεγάλη απόκλιση της συχνότητας του συστήµατος (µικρής διάρκειας). 74

75 Κώδικας ΑΕSO Ο Κώδικας του AESO περιγράφει τις ακόλουθες αναµενόµενες αποκλίσεις συχνότητας λειτουργίας (µε ονοµαστική τη συχνότητα των 60 Hz): έως Hz υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, 59.7 έως 60.2 Hz για µικρά συµβάντα του συστήµατος (περιστασιακά), 58 έως 61 Hz για σηµαντικά συµβάντα του συστήµατος (µη συχνά). Ο Πίνακας 11 δίνει τους απαιτούµενους χρόνους αποσύνδεσης των Α/Π συναρτήσει της συχνότητας. Συχνότητα (Hz) Ελάχιστη χρονική καθυστέρηση προστασίας συχνότητας f<57 Άµεση αποσύνδεση 57 f< s 57.3 f< s 57.8 f s 58.4<f min 59.4<f 60.6 µόνιµα 60.6<f min 61.6<f s f>61.7 Άµεση αποσύνδεση Πίνακας 11. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον κώδικα του AESO (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz). Για τα Α/Π που δεν µπορούν να ανταποκριθούν στις παραπάνω απαιτήσεις προδιαγράφεται αυτόµατη απόρριψη φορτίου για να αντισταθµιστεί η αναµενόµενη απώλεια παραγωγής και σε συγκρίσιµα επίπεδα συχνότητας. Επιπλέον, οι ηλεκτρονόµοι συχνότητας πρέπει να µην απενεργοποιούνται για τάσεις συστήµατος 80% της ονοµαστικής και άνω, ενώ η απενεργοποίησή τους σε χαµηλότερες τάσεις πρέπει να γίνεται µε την έγκριση του ιαχειριστή. Σε περίπτωση υπερσυχνότητας ο ιαχειριστής µπορεί να ζητήσει περιορισµό της παραγωγής (curtailment). O κώδικας στο τµήµα που αναφέρεται σε αποσύνδεση Α/Π σε περίπτωση περιορισµού της ισχύος που οφείλεται κατά κύριο λόγο σε διαταραχές στο σύστηµα αναφέρει τα εξής: Τα Α/Π πρέπει να έχουν διατάξεις για την αποσυνδεση τους σε περίπτωση αστάθειας. Αυτές οι διατάξεις θα µπορούν να χειριστούν αποµακρυσµένα από το ιαχειριστή. Κατά τη διάρκεια περιορισµών του Συστήµατος στα Α/Π: Τα Α/Π που δεν έχουν δυνατότητα ελέγχου της παραγωγής τους θα µένουν αποσυνδεδεµένα από το σύστηµα. Τα Α/Π που έχουν δυνατότητα ελέγχου ενδέχεται να επιτρέπεται η παραµονή τους στο σύστηµα. Αυτά τα Α/Π πρέπει να έχουν χειριστή που να µειώνει την παραγωγή µέσα σε 10min µετά από ανάλογη εντολή του ιαχειριστή. Το Α/Π πρέπει να έχει τη δυνατότητα να µειώσει την ισχύ εξόδου στο σηµείο ρύθµισης που έχει υποδείξει ο ιαχειριστής. Επίσης ο ρυθµός µεταβολής ισχύος εξόδου δε πρέπει να ξεπερνά το 10% της ονοµαστικής ισχύος σε MW/min. 75

76 3.2.9 Κώδικας ΗΠΑ Στο παράρτηµα του κώδικα FERC σχετικά µε τα Α/Π δεν δίνονται επιπλέον πληροφορίες για τον έλεγχο συχνότητας-ενεργού ισχύος Ελληνικός κώδικας Ο Ελληνικός κώδικας αναφέρεται µόνο σε µεγάλες συµβατικές µονάδες. Συγκεκριµένα για µονάδες άνω των 100 MW προδιαγράφονται δυνατότητες ρύθµισης ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε τα ακόλουθα: 1) Κάθε µονάδα παραγωγής πρέπει να έχει δυνατότητα πρωτεύουσας ρύθµισης συχνότητας. Ο στατισµός του ρυθµιστή πρέπει να προσαρµόζεται σύµφωνα µε τις προδιαγραφές που τίθενται από τον ιαχειριστή του Συστήµατος. Πρέπει να παρέχουν δυνατότητα πρωτεύουσας εφεδρείας λειτουργίας σε MW εξόδου µονάδας όχι µικρότερη από το 3% της καταχωρηµένης ικανότητας, τουλάχιστον για εύρος τιµών µεταξύ 50% και 97% της καταχωρηµένης ικανότητας, µε πρόβλεψη ώστε για εύρος τιµών µεταξύ 97% και 100% της καταχωρηµένης ικανότητας, να µην είναι µικρότερη από την οριζόµενη από ευθεία γραµµή µε ενιαία κλίση από το 3% της καταχωρηµένης ικανότητας για το 97% της εξόδου έως το 0% για το 100% της εξόδου. Ο κάτοχος άδειας παραγωγής οφείλει να µπορεί να ενεργοποιήσει, εντός 30 δευτερολέπτων, την απαιτούµενη πρωτεύουσα εφεδρεία λειτουργίας σε µια µεταβατική διακύµανση της συχνότητας της τάξεως των ±200mHz και να διατηρεί την παροχή για τουλάχιστον 15 λεπτά. Η πρωτεύουσα εφεδρεία λειτουργίας πρέπει να είναι διαθέσιµη και πάλι 15 λεπτά µετά την ενεργοποίησή της, θεωρώντας ότι η συχνότητα αναφοράς έχει αποκατασταθεί. 2) Πρέπει να παρέχουν δευτερεύουσα εφεδρεία λειτουργίας σε MW εξόδου µονάδας όχι µικρότερη από ποσοστό ΧΧ% της καταχωρηµένης ικανότητας τουλάχιστον για εύρος τιµών µεταξύ 50% και (100-ΧΧ)% της καταχωρηµένης ικανότητας, µε πρόβλεψη ώστε για εύρος τιµών µεταξύ (100-ΧΧ)% και 100% της καταχωρηµένης ικανότητας, να µην είναι µικρότερη από την οριζόµενη από ευθεία γραµµή µε ενιαία κλίση από το ΧΧ% της καταχωρηµένης ικανότητας για το (100-ΧΧ)% της εξόδου, έως το 0% για το 100% της εξόδου. Το ποσοστό ΧΧ % ορίζεται σε 40% για τις Υδροηλεκτρικές Μονάδες, 15% για τις µονάδες συνδυασµένου κύκλου και σε 3% για τις λοιπές θερµικές οµάδες. 3) Πρέπει να παρέχουν τριτεύουσα στρεφόµενη εφεδρεία λειτουργίας σε MW εξόδου µονάδας όχι µικρότερη από το 10% της καταχωρηµένης ικανότητας τουλάχιστον για εύρος τιµών µεταξύ 50% και 90% της καταχωρηµένης ικανότητας, µε πρόβλεψη ώστε για εύρος τιµών µεταξύ 90% και 100% της καταχωρηµένης ικανότητας, να µην είναι µικρότερη από την οριζόµενη από ευθεία γραµµή µε ενιαία κλίση από το 10% της καταχωρηµένης ικανότητας για το 90% της εξόδου έως το 0% για το 100% της εξόδου. 4) Πρέπει να παρέχουν στατή εφεδρεία σε MW εξόδου µονάδας όχι µικρότερη από την τεχνικά ελάχιστη παραγωγή τους προσαυξηµένη κατά το 25% της καταχωρηµένης καθαρής ισχύος. ιευκρινίζεται επίσης ότι ο ιαχειριστής του Συστήµατος µπορεί να ζητήσει από µονάδες παραγωγής µε καταχωρηµένη καθαρή ισχύ µεγαλύτερη των 60 MW να διαθέτουν δυνατότητα λειτουργίας µε αυτόµατη ρύθµιση παραγωγής για όλες τις φορτίσεις µεταξύ ελάχιστου και µέγιστου φορτίου. 76

77 Κανονισµοί άλλων χωρών Στο κώδικα της Νέας Ζηλανδίας δε δίνονται χαρακτηριστικές µεταβολής ενεργού ισχύος αλλά σε επόµενη παράγραφο παρατίθενται τα όρια της συχνότητας. Από τη βιβλιογραφία συµπεραίνουµε ότι και στο Ισπανικό κώδικα υπάρχει απαίτηση για έλεγχο ενεργού ισχύος σύµφωνα µε τη συχνότητα, αλλά δε βρεθηκαν πιο εξειδικευµένες πληροφορίες. Αυτός ο έλεγχος θεωρείται παροχή επικουρικής υπηρεσίας και είναι πολύ σηµαντικός στην Ισπανία που έχει ασθενές και ευαίσθητο δίκτυο Συγκεντρωτική αρουσίαση Παρακάτω συγκρίνονται οι κώδικες ως προς τις πιο σηµαντικές απαιτήσεις για έλεγχο ενεργού ισχύος-συχνότητας. Χαρακτηριστικό είναι ότι οι κώδικες του Βελγίου και των ΗΠΑ δεν περιλαµβάνουν απαιτήσεις για τη µεταβολή ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας. Ο ελληνικός κώδικας παραθέτει τέτοιες απαιτήσεις, αλλά για συµβατικούς σταθµούς, και δεν είναι σκόπιµο να συγκριθεί µε τις απαιτήσεις των υπόλοιπων κωδίκων. υνατότητα περιορισµού στην ισχύ εξόδου. Τέτοια απαίτηση έχουν οι κώδικες της Γερµανίας, Ιρλανδίας, Nordic, ανίας, AESO. Της Βρετανίας αναφέρει ότι επιβάλλεται εξωγενής καθορισµός εισόδου (συχνότητας) αναφοράς για ρύθµιση του επιπέδου παραγωγής του σταθµού. Κώδικας Γερµανίας Βρετανίας Ιρλανδίας Nordic Grid Code ανίαs Ηydro Quebec(Καναδάς) ΑΕSO (Καναδάς) Ρυθµός µεταβολής Ρυθµός µείωσης 10% ικανότητας διασύνδεσης ανά min εν καθορίζεται 1 ως 30 MW ανά min Ρυθµός αύξησης και µείωσης 10% Pον ανά min % Pον ανά min εν καθορίζεται 10% Pον ανά min Πίνακας 12. Ρυθµός µεταβολής ισχύος εξόδου (ramp rate) για κάθε κώδικα. Γενικά λαµβάνεται υπόψη αυτοί οι ρυθµοί να συµβαδίζουν µε τους ρυθµούς µεταβολής της ισχύος των υπόλοιπων σταθµών παραγωγής ενέργειας. Οι ρυθµοί µεταβολής καθορίζονται σύµφωνα µε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και τη τοπολογία του κάθε συστήµατος. Ειδικότερα ο κώδικας της Ιρλανδίας λαµβάνει υπόψη τους ρυθµούς µεταβολής των συµβατικών σταθµών, τη ζήτηση του φορτίου, ρυθµιστικά και οικονοµικά θέµατα. Στη ανία λόγω της υψηλής συγκέντρωσης offshore Α/Γ (που αντιστοιχούν σε εκατοντάδες MW) σε µια γεωραφική περιοχή χρειάζεται περιορισµός του ρυθµού αύξησης. Απόκριση συχνότητας. Στο Πίνακα 13 αναφέρεται συνοπτικά τι ζητάει κάθε κώδικας ως προς την απόκριση συχνότητας- δηλαδή την µεταβολή της ισχύος του Α/Π συναρτήσει της συχνότητας µε σκοπό τη διατήρηση της συχνότητας µέσα σε επιτρεπτά όρια. 77

78 Γερµανία Βρετανία Ιρλανδία Nordic ανία Ηydro Quebec (Καναδάς) AESO Μείωση της αποδιδόµενης ισχύος µε ρυθµό 40% της διαθέσιµης ισχύος ανά Hz για f>50.2 Ηz Απαίτηση για πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθµιση,απόκριση υπερσυχνότητας (για Α/Π άνω των 50MW) που εκτελούνται από διάταξη ελέγχου της συχνότητας Απαιτείται σύστηµα απόκρισης συχνότητας (και µε εξωτερική ρύθµιση) Aυτόµατος έλεγχος ενεργού ισχύος-συχνότητας Απαιτήσεις για τοπικό έλεγχο ενεργού ισχύος συναρτήσει της συχνότητας Σύστηµα ελέγχου συχνότητας (για Α/Π άνω των 10MW) Σε περίπτωση υπερσυχνότητας δυνατότητα για επιβολή µείωσης ενεργού ισχύος Πίνακας 13. Απαιτήσεις για απόκριση συχνότητας ανά κώδικα (συνοπτική αναφορά) Ο κώδικας της Βρετανίας παραθέτει στα Σχήµατα 34,35 και δοκιµές που εξετάζουν την ικανότητα του σταθµού για παροχή της απόκρισης συχνότητας του Σχήµατος Όρια τάσης και συχνότητας Η πλειοψηφία των κωδίκων ορίζει κάποια όρια τάσης και συχνότητας συνεχούς λειτουργίας για τα οποία τα Α/Π πρέπει να συνεχίζουν να λειτουργούν χωρίς να αποσυνδέονται. Επίσης ορίζονται τα χρονικά διαστήµατα που πρέπει να αντέχουν τα Α/Π αν βρεθούν σε τάση και συχνότητα εκτός των ορίων συνεχούς λειτουργίας. Αυτά τα όρια και τα χρονικά διαστήµατα έχουν προκύψει µετά από µελέτη ώστε η παραβιασή τους να µην καταπονεί τον εξοπλισµό του συστήµατος (σταθµούς παραγωγής, µετασχηµατιστές, γραµµές µεταφοράς). Οι ανεκτές αποκλίσεις της τάσης σε αρκετές περιπτώσεις συσχετίζονται µε τις αντίστοιχες αποκλίσεις της συχνότητας (γεγονός που συνδέεται µε την εξάρτηση που παρουσιάζει το µαγνητικό πεδίο στο διάκενο των στρεφόµενων ηλεκτρικών µηχανών από τον λόγο τάσης/συχνότητας, παρ ότι η εξάρτηση αυτή δεν αφορά το σύνολο των τεχνολογιών των Α/Γ). Στις επόµενες παραγράφους περιλαµβάνονται και τα όρια συχνότητας που αναφέρθηκαν στη προηγούµενη ενότητα για λόγους πληρότητας. Στο τέλος παρατίθεται διάγραµµα που απεικονίζει συγκεντρωτικά τις απαιτήσεις των κωδίκων ως προς το επιτρεπτό εύρος συχνότητας λειτουργίας Γερµανικός Κώδικας Σύµφωνα µε τον γερµανικό Κώδικα, η παραµονή των Α/Π σε λειτουργία επιβάλλεται για συχνότητες Hz. Έξω από τα όρια αυτά, οι Α/Γ των Α/Π πρέπει να αποσυνδέονται από το δίκτυο χωρίς χρονική καθυστέρηση. 78

79 Σχήµα 38. Βασικές απαιτήσεις ενεργού ισχύος και χρόνου παραµονής σε λειτουργία συναρτήσει της συχνότητας και της τάσης για το σύνολο των σταθµών παραγωγής (γερµανικός Κώδικας της E.ON.) Βρετανικός κώδικας Σύµφωνα µε τον βρετανικό Κώδικα, απαιτείται συνεχής λειτουργία σε συχνότητες Hz, ενώ στο εύρος Hz δυνατότητα λειτουργίας για διάστηµα 20 s (κάθε φορά που η συχνότητα πέφτει κάτω από 47.5 Hz). Για τα όρια τάσης κανονικής λειτουργίας ισχύουν τα εξής: Για το σύστηµα των 400 kv, τα όρια τάσης είναι ±5% σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας και ± 10% σε µη κανονικές συνθήκες (µε µέγιστη διάρκεια πτώσης τάσης µεταξύ 5%-10% ίση µε 15 min). Για το σύστηµα των 275 kv και 132 kv τα αντίστοιχα όρια τάσης σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας είναι ±10%, ενώ γα τάσεις κάτω των 132 kv τα όρια αυτά κυµαίνονται στο ± 6% Ιρλανδικός κώδικας Σύµφωνα µε τον ιρλανδικό Κώδικα, η λειτουργία των Α/Π συνδέεται µε τη συχνότητα ως εξής: 1) Συχνότητα µεταξύ 49.5 και 50.5 Hz: Το Α/Π πρέπει να λειτουργεί αποδίδοντας µέχρι και την ονοµαστική του ισχύ. 2) Συχνότητα µεταξύ 47.5 και 52 Hz: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο στο δίκτυο για 60 min. 3) Συχνότητα µεταξύ 47 και 47.5 Hz: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο στο δίκτυο για 20 sec (όπως και στο Βρετανικό κώδικα). 4) Ρυθµός µεταβολής της συχνότητας έως και 0.5 Hz/sec: Το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο. 5) Συχνότητα άνω των 50.2 Hz: εν επιτρέπεται σύνδεση στο δίκτυο επιπλέον Α/Π, όσο η συχνότητα παραµένει πάνω από 50.2 Hz. Ο κώδικας παραθέτει τα εξής όρια τάσης για λειτουργία σε µόνιµη κατάσταση ή σε διαταραχές: Για τα 400 kv: 350 kv ως 420 kv Για τα 220 kv: 200 kv ως 245 kv Για τα 110 kv: 99 kv ως 123 Kv 79

80 3.3.4 Νordic Grid Code Tα Α/Π πρέπει να ικανοποιούν τα όρια τάσης και συχνότητας που καθορίζονται στο Σχήµα 39. Όταν η τάση και η συχνότητα είναι µέσα στα αντίστοιχα ορθογώνια που φαίνονται στο σχήµα ισχύουν τα παρακάτω: Α: Κανονική λειτουργία (συνεχής), καµία µείωση στην ενεργό ή άεργο ισχύ. Β: Συνεχής λειτουργία το λιγότερο 30 λεπτά. Η ενεργός σχύς επιτρέπεται να µειωθεί σαν γραµµική συνάρτηση ανάµεσα στα σηµεία 49 Hz (0% µείωση) και 47.5 Hz (15% µείωση). C: Συνεχής λειτουργία για τουλάχιστον 60 min. Η ενεργός ισχύς µπορεί να µειωθεί κατά 10%. D: Συνεχής λειτουργία για τουλάχιστον 60 min. Η ενεργός ισχύς µπορεί να µειωθεί κατά 10%. E: Συνεχής λειτουργία για τουλάχιστον 30 min. H ενεργός ισχύς επιτρέπεται να µειωθεί λίγο (η διάρκεια αυτής της λειτουργικής κατάστασης δε πρέπει να υπερβαίνει τις 10 ώρες/έτος). F: Συνεχής λειτουργία για τουλάχιστον 3min. Επιτρέπεται µείωση ενεργού ισχύος σε οποιοδήποτε επίπεδο αλλά το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο. Σχήµα 39. Όρια λειτουργίας τάσης και συχνότητας για Α/Π από το Nordic Grid Code. Η αναφορά για την α.µ. τιµή στον οριζόντιο άξονα θα καθοριστεί από το κάθε ιαχειριστή αφού κάθε χώρα έχει διαφορετικά επίπεδα τάσης (θυµίζουµε ότι o κώδικας Nordic αφορά τάσεις πάνω από 110kV). Τα παραπάνω δε διαφέρουν πολύ από το Σχήµα 40 και τις συνθήκες στο γενικό κώδικα της Nordel. 80

81 Γενικός κώδικας της Nordel Για την ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας (υπενθυµίζεται ότι δεν γίνεται ειδική αναφορά σε Α/Π), ο Κώδικας διακρίνει τις παρακάτω περιοχές: 1. Μεταξύ 49 και 51 Hz: Ο σταθµός παραγωγής θα πρέπει να λειτουργεί συνεχώς σε πλήρη ισχύ, για τάσεις µεταξύ 90% και 105% της ονοµαστικής 10. Η λειτουργία σε συχνότητες άνω των 50.3 Hz επιτρέπεται κατά µέγιστο για 10 ώρες/έτος και 30 min ανά περίπτωση. Επιπλέον, άνω των 50.3 Hz επιτρέπεται µικρή µείωση της παραγόµενης ισχύος, εφόσον µπορεί να αποκατασταθεί η λειτουργία σε πλήρη ισχύ όταν η συχνότητα πέσει και πάλι κάτω από αυτήν την τιµή. 2. Συχνότητα µεταξύ 49 και 47.5 Hz: Πρέπει να είναι δυνατή η λειτουργία του σταθµού παραγωγής για 30 min σε τάσεις % της ονοµαστικής, σε οποιαδήποτε συχνότητα έως 47.5 Hz. Η ενεργός ισχύς πρέπει τότε να µειωθεί κατά 0% στα 49 Hz και 15% στα 47 Hz (αυτή είναι η ακριβής διατύπωση του κώδικα, αν και θα ήταν αναµενόµενο να αναφέρει ότι «µπορεί» να µειωθεί, προδιαγράφοντας τη µέγιστη επιτρεπτή µείωση, όπως οι υπόλοιποι κώδικες), ενώ σε ενδιάµεσες συχνότητες, κατά ποσοστό που προκύπτει µε γραµµική παρεµβολή µεταξύ των δύο αυτών τιµών. Είναι ωστόσο επιθυµητή η µείωση αυτού του ποσοστού, εάν µπορεί να επιτευχθεί χωρίς πρόσθετο κόστος. 3. Μεταβατικές µεταβολές συχνότητας µεταξύ 51 και 52 Hz: Πρέπει να είναι δυνατή η λειτουργία του σταθµού παραγωγής για 5 s σε αυτήν την περιοχή τιµών της συχνότητας, υπό τάση % της ονοµαστικής. Επιπλέον, επιτρέπεται µείωση της παραγόµενης ισχύος (αυτή είναι η ακριβής διατύπωση του Κώδικα, αν και θα ήταν αναµενόµενο να αναφέρει ότι «επιβάλλεται» µείωση της παραγόµενης ισχύος), εφόσον µπορεί να αποκατασταθεί η λειτουργία σε πλήρη ισχύ όταν η συχνότητα πέσει και πάλι κάτω από αυτήν την τιµή. 4. Συχνότητα µεταξύ 51 και 53 Hz: όταν τροφοδοτεί νησιδοποιηµένο δίκτυο πρέπει να είναι δυνατή η λειτουργία του σταθµού παραγωγής για 3 min σε τάσεις % της ονοµαστικής, µε πολύ σηµαντική µείωση της παραγόµενης ισχύος. 5. Συχνότητα κάτω των 47.5 Hz: Κάτω από την τιµή των 47.5 Hz, η µονάδα παραγωγής µπορεί να αποσυνδεθεί και να περάσει σε λειτουργία κάλυψης των ιδίων αναγκών της. Η αποσύνδεση δεν πρέπει να γίνει άµεσα, αλλά µε χρονική καθυστέρηση τέτοια ώστε να επιτραπεί η οµαλή µετάβασή της από τη µία κατάσταση στην άλλη. 6. Μεταβατικές µεταβολές συχνότητας κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωµάτων: Η µονάδα δεν πρέπει να αποσυνδέεται kv: kv, 220 kv: kv, 110 kv: kv 81

82 110 V (%) f (Hz) Σχήµα 40. Απαιτήσεις Nordic Grid Code για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της συχνότητας για συµβατικούς σταθµούς. Για την ανοχή σε µεταβολές της τάσης, συναρτήσει της συχνότητας, ο κώδικας διακρίνει τις παρακάτω περιοχές τιµών (Σχήµα 40): 1. Τάσεις µεταξύ 90% και 105% της ονοµαστικής: Ο σταθµός παραγωγής θα πρέπει να λειτουργεί συνεχώς σε πλήρη ισχύ σε συχνότητες Hz. Σε συχνότητες άνω των 50.3 Hz επιτρέπεται µικρή µείωση της παραγόµενης ισχύος, όπως αναφέρθηκε παραπάνω. 2. Τάσεις µεταξύ 85% και 90% της ονοµαστικής: Ο σταθµός παραγωγής πρέπει να λειτουργεί για 1 ώρα σε συχνότητα µεταξύ 49.7 και 50.3 Hz, οπότε και είναι αποδεκτή µείωση της παραγόµενης ενεργού ισχύος κατά 10%. 3. Τάσεις µεταξύ 105% και 110% της ονοµαστικής: Ο σταθµός παραγωγής πρέπει να λειτουργεί για 1 ώρα σε συχνότητα µεταξύ 49.7 και 50.3 Hz, ώρα σε συχνότητα µεταξύ 49.7 και 50.3 Hz, οπότε και είναι αποδεκτή µικρή µείωση της παραγόµενης ενεργού ισχύος Κώδικας ανίας Ο Πίνακας 14 δίνει τα κριτήρια αποσύνδεσης, ως προς τη συχνότητα των Α/Γ σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του κώδικα της ανίας. Η συχνότητα µπορεί να µετριέται στη πλευρά υψηλής ή στη πλευρά χαµηλής του Μ/Σ της Α/Γ. Κριτήριο αποσύνδεσης Υπέρ-συχνότητα Τιµή ρύθµισης 51 ή όταν ο έλεγχος συχνότητας είναι ενεργός f u +0.5, όπου f u είναι το ανώτερο όριο για το εύρος ελέγχου ιάρκεια υπέρβασης της τιµής ρύθµισης Hz 200 ms Υπο-συχνότητα 47 Hz 200 ms Πίνακας 14. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του Κώδικα της ανίας. 82

83 Ο Κώδικας της ανίας προσδιορίζει επίσης τις επιτρεπτές περιοχές λειτουργίας, συναρτήσει της τάσης και της συχνότητας, σύµφωνα µε το Σχήµα 41. Από το σχήµα παρατηρούµε ότι τα όρια της τάσης για κανονική λειτουργία (για εύρος συχνότητας 49-51Hz) είναι 90%-106%. Επίσης παρατηρούµε ότι για συχνότητα από 49 ως 51 Hz τα Α/Π λειτουργούν συνεχώς. Επιπρόσθετα οι τάσεις και οι συχνότητες που βρίσκονται σε περιοχές µε περιορισµένη χρονική λειτουργία πρέπει να διαρκούν λιγότερο από 10 ώρες συνολικά ανά έτος. Επίσης δε πρέπει να προκαλούν µείωση της παραγωγής µεγαλύτερη από 15%. V (%) min s 5 min 25 min normal operation 1 min min s f (Hz) Σχήµα 41. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της συχνότητας Κώδικας Βελγίου Σύµφωνα µε τον κώδικα του Βελγίου, οι µονάδες παραγωγής πρέπει να λειτουργούν συνεχώς σε συχνότητες µεταξύ 48.5 και 51 Hz, ενώ για συχνότητες µεταξύ Hz και Hz για χρονικό διάστηµα που θα συµφωνείται µε τον ιαχειριστή του Συστήµατος. Επιπλέον, δεν επιτρέπεται η ενεργοποίηση Η/Ν υποσυχνότητας για συχνότητες άνω των 48 Hz, εκτός και εάν συµφωνηθεί διαφορετική τιµή µε τον ιαχειριστή. Ο Κώδικας του Βελγίου δίνει ως περιοχή υποχρεωτικής δυνατότητας λειτουργίας για τους σταθµούς παραγωγής την περιοχή εντός των µπλε γραµµών που εµφανίζονται στο Σχήµα 42, συναρτήσει της τάσης και της συχνότητας. 83

84 DV (%) f (Hz) Σχήµα 42. Απαιτήσεις Κώδικα Βελγίου για ανοχή σε µεταβολές τάσης, συναρτήσει της συχνότητας Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Ο Πίνακας 15 συνοψίζει τις απαιτήσεις του Καναδικού κώδικα (Hydro-Quebec) ως προς την ανοχή σε αποκλίσεις της συχνότητας. Ο πίνακας ισχύει και για Α/Π που συνδέονται στο ίκτυο ιανοµής. Συχνότητα (Hz) ιάρκεια κατά την οποία το Α/Π πρέπει να παραµένει συνδεδεµένο f<55.5 Άµεση αποσύνδεση 55.5 f< s 56.5 f< s 57.0 f< s 57.5 f min 58.5<f min 59.4<f 60.6 µόνιµα 60.6<f min 61.5<f min f>61.7 Άµεση αποσύνδεση Πίνακας 15. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον Κώδικα της Hydro-Quebec (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz) Κώδικας AESO Ο Κώδικας του AESO περιγράφει τις ακόλουθες αναµενόµενες αποκλίσεις συχνότητας λειτουργίας (µε ονοµαστική τη συχνότητα των 60 Hz): έως Hz υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, 59.7 έως 60.2 Hz για µικρά συµβάντα του συστήµατος (περιστασιακά), 84

85 58 έως 61 Hz για σηµαντικά συµβάντα του συστήµατος (µη συχνά). Ο Πίνακας 16 δίνει τους απαιτούµενους χρόνους αποσύνδεσης των Α/Π για τις αποκλίσεις συχνότητας. Συχνότητα (Hz) Ελάχιστη χρονική καθυστέρηση προστασίας συχνότητας f<57 Άµεση αποσύνδεση 57 f< s 57.3 f< s 57.8 f s 58.4<f min 59.4<f 60.6 µόνιµα 60.6<f min 61.6<f s f>61.7 Άµεση αποσύνδεση Πίνακας 16. Κριτήρια αποσύνδεσης Α/Π (ως προς τη συχνότητα) σύµφωνα µε τον Κώδικα του AESO (ονοµαστική συχνότητα δικτύου 60 Hz). Επίσης ο κώδικας ορίζει τη περιοχή τάσεων α.µ. ως περιοχή συνεχούς λειτουργίας αλλά δεν έχουν οριστεί ακόµη λοιπά όρια τάσης. Παρατηρούµε ότι ο κώδικας Ηydro-Quebec είναι πιο αυστηρός ως προς τα όρια συχνότητας απ ότι του AESO. H Hydro-Quebec ορίζει το κατώτατο όριο συχνότητας σαν τα 55.5 Hz, ενώ ο ΑESO τα 57 Hz. Επίσης η Hydro-Quebec είναι πιο αυστηρή σε κάποια χρονικά διαστήµατα παραµονής στο δίκτυο των Α/Π Κώδικας ΗΠΑ Στο κώδικα αυτό δεν αναφέρονται όρια τάσης και συχνότητας Ελληνικός Κώδικας Ο Ελληνικός κώδικας απαιτεί οι µονάδες παραγωγής να παραµένουν συγχρονισµένες µε το Σύστηµα στην κανονική ονοµαστική ισχύ λειτουργίας σε ονοµαστική τάση, για βηµατικές µεταβολές της τάσης του Συστήµατος έως 10%. Τα όρια µεταβολής της τάσης κατά την κανονική λειτουργία του Συστήµατος προδιαγράφονται ως εξής: kv έως 420 kv στο σύστηµα µεταφοράς 400kV kV έως 162kV στο σύστηµα µεταφοράς 150 kv Κατά τη διάρκεια διαταραχών στο Σύστηµα, εκτάκτων συνθηκών λειτουργίας ή σφαλµάτων τα αντίστοιχα όρια είναι: - 350kV έως 420kV στο σύστηµα µεταφοράς 400kV - 135kV έως 170kV στο σύστηµα µεταφοράς 150kV εν υπάρχει αναφορά σε περιορισµό ισχύος των µονάδων παραγωγής υπό αυτές τις συνθήκες. 85

86 Οι απαιτήσεις του ελληνικού Κώδικα ως προς τα όρια συχνότητας λειτουργίας των θερµικών µονάδων και των υδροηλεκτρικών µονάδων παραγωγής συνοψίζονται στα ακόλουθα: Α) Οι µονάδες θα πρέπει να λειτουργούν συνεχώς στην κανονική ονοµαστική ισχύ για συχνότητες λειτουργίας Συστήµατος κυµαινόµενες από 49.5 Hz έως 50.5 Hz. Β) Να παραµένουν συγχρονισµένες µε το Σύστηµα σε περίπτωση διακύµανσης της συχνότητας λειτουργίας του µεταξύ 47.5 Hz και 49.5 Hz και µεταξύ 50.5 Hz και 52.5 Hz για διάρκεια 60 λεπτών. Γ) Να παραµένουν συγχρονισµένες µε το Σύστηµα σε περίπτωση διακύµανσης της συχνότητας λειτουργίας του µεταξύ 47.0 Hz και 47.5 Hz για διάρκεια 20 δευτερολέπτων, όταν αυτό απαιτείται σε περίπτωση πτώσης της συχνότητας κάτω από τα 47.5 Hz. ) Να παραµένουν συγχρονισµένες µε το Σύστηµα σε περίπτωση διακύµανσης της συχνότητας λειτουργίας του Συστήµατος µεταξύ 52.5 Hz και 53.0 Hz για διάρκεια 5 δευτερολέπτων, όταν αυτό απαιτείται σε περίπτωση ανόδου της συχνότητας πάνω από τα 52.5 Hz. Ε) Να παραµένουν συγχρονισµένες µε το Σύστηµα σε περίπτωση µεταβολής της συχνότητας λειτουργίας του Συστήµατος µε ρυθµό µικρότερο ή ίσο µε 0.5 Hz ανά δευτερόλεπτο. ΣΤ) Να παραµένουν σε λειτουργία µε ελάχιστη παραγωγή για συχνότητες µεταξύ 49.8 και 51.0 Hz. Οι απαιτήσεις Α- απεικονίζονται στο Σχήµα 43 (το οποίο δεν περιλαµβάνεται στον Κώδικα), όπου έχουν υιοθετηθεί ενδεικτικά όρια τάσης ±10%, χωρίς αυτό να ορίζεται ρητώς στον Κώδικα. 110 V (%) min 60 min 20 continuous 5 sec operation sec f (Hz) Σχήµα 43. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας Κανονισµοί άλλων χωρών Στο κώδικα της Νέας Ζηλανδίας είναι αξιοσηµείωτο ότι περιγράφονται διαφορετικά όρια συχνότητας για το βόρειο και το νότιο τµήµα της χώρας, σύµφωνα µε το Σχήµα 44 και το Σχήµα 45, αντίστοιχα. 86

87 Σχήµα 44. Απαιτήσεις του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας στο βόρειο τµήµα της χώρας. 87

88 Σχήµα 45. Απαιτήσεις του Κώδικα της Νέας Ζηλανδίας για ανοχή σε µεταβολές της συχνότητας στο νότιο τµήµα της χώρας. 88

89 Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των κωδίκων Το Σχήµα 46 δίνει σε κοινό διάγραµµα τα επιτρεπτά εύρη συχνότητας λειτουργίας ανά κώδικα, (δεν περιλαµβάνονται οι κώδικες των Καναδά και ΗΠΑ επειδή η ονοµαστική συχνότητά τους είναι 60 Hz). Στο Σχήµα 46 αποδίδεται γραφικά (όχι σε πραγµατική κλίµακα) ο χρόνος που απαιτείται να παραµένουν συνδεδεµένα τα Α/Π (ή οι σταθµοί παραγωγής γενικότερα, για τις περιπτώσεις κανονισµών που δεν κάνουν ειδική αναφορά σε αιολικά πάρκα), για ευκολότερη εποπτική σύγκριση. Επιπλέον, αναφέρονται τα όρια τάσης (%), όπου αυτά είναι διαθέσιµα (αν και στην περίπτωση του Γερµανικού κώδικα δίνονται όρια τάσης, δεν περιλαµβάνονται στο Σχήµα 46 επειδή οι % τιµές στις οποίες αντιστοιχούν είναι διαφορετικές για τα 3 επίπεδα του συστήµατος µεταφοράς της Γερµανίας). Εξετάζοντας συστήµατα µε ονοµαστική συχνότητα 50Hz, µε εξαίρεση την Ν. Ζηλανδία, το κατώτατο όριο συχνότητας που παρατηρείται είναι 47 Hz και το ανώτατο 53Hz. Αυτές οι απαιτήσεις ίσως είναι υπερβολικές για χώρες που ανήκουν στη UCTE. Στην Ιρλανδία όµως που είναι ένα ασθενές αποµονωµένο σύστηµα η συχνότητα µπορεί να πέσει και στα 47.5Ηz σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας. Τα πιο αυστηρά όρια τάσης είναι του κώδικα της ανίας µε εύρος 75%-110% της ονοµαστικής τάσης. Τα πιο αυστηρά όρια συνεχούς λειτουργίας είναι για τη συχνότητα Hz (Κώδικας Βρετανίας) και για τη τάση 90%-106% της ονοµαστικής (Κώδικας ανίας). Σχετικά µε τη Νέα Ζηλανδία στο βόρειο τµήµα της απαιτεί ανοχή σε συχνότητες Hz και στο νότιο Hz. Αυτές οι µεγάλες αποκλίσεις από την ονοµαστική συχνότητα 50 Hz οφείλονται στο ότι η Νέα Ζηλανδία είναι ένα νησιωτικό σύστηµα. 89

90 (voltage %) (voltage %) No connection of WTs above 50.2 Hz is allowed (voltage %) (voltage %) (voltage %) Σχήµα 46. Σύγκριση απαιτήσεων κωδίκων ως προς το επιτρεπτό εύρος συχνότητας λειτουργίας µονάδων παραγωγής. 90

91 3.4 Α αιτήσεις ελέγχου αέργου ισχύος και τάσης Ο έλεγχος αέργου ισχύος είναι ένα σηµαντικό θέµα για τους εξής λόγους : α) δεν επιτρέπουν όλες οι τεχνολογίες Α/Γ έλεγχο αέργου ισχύος β) Τα Α/Π εγκαθίστανται µακριά από το δίκτυο και είναι χαλαρά συνδεδεµένα µε αυτό, άρα έχουν δυσκολία στη συµµετοχή στη ρύθµισης τάσης. Τα Α/Π καλούνται να αποκριθούν µε παρόµοιο τρόπο όπως οι συµβατικοί σταθµοί στον έλεγχο αέργου ισχύος και τάσης. Οι συνήθεις απαιτήσεις που αναλύονται στις επόµενες παραγράφους περιλαµβάνουν διαγράµµατα της τάσης συναρτήσει του ΣΙ, ή διαγράµµατα της αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. Επίσης περιλαµβάνουν τη δυνατότητα για επιβολή τιµής αναφοράς (setpoint), από το Κέντρο Ελέγχου, για τη τάση, το ΣΙ ή την άεργο ισχύ στο σηµείο σύνδεσης και τους χρόνους απόκρισης σε εντολές που αφορούν έλεγχο αέργου ισχύος και τάσης. Γενικά οι απαιτήσεις αυτές σχετίζονται και µε στατικά φαινόµενα (συνεχής παροχή αέργου στη µόνιµη κατάσταση λειτουργίας) και µε δυναµικά φαινόµενα (δυναµική ικανότητα αέργου ισχύος). Στο τέλος γίνεται µια συγκριτική παρουσίαση των κυριότερων απαιτήσεων για έλεγχο αέργου ισχύος και τάσης Γερµανικός κώδικας Σύµφωνα µε τον γερµανικό Κώδικα της Ε.ΟΝ., οι απαιτήσεις αέργου ισχύος είναι κοινές για όλους τους σταθµούς παραγωγής (σε αυτή τη παράγραφο θα αναφερόµαστε στα Α/Π) και αναφέρονται στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο. Τα Α/Π πρέπει να µπορούν να λειτουργήσουν ως αναφορά την αναταλλαγή αέργου ισχύος, σε κατάσταση «υπερδιέγερσης» και «υποδιέγερσης», δηλαδή παράγοντας και καταναλώνοντας, αντίστοιχα, άεργο ισχύ. Στο Σχήµα 47 φαίνονται το επιτρεπόµενο εύρος συντελεστών ισχύος συναρτήσει της τάσης του δικτύου (για τα διάφορα επίπεδα τάσης). Η περιοχή λειτουργίας που ορίζεται στο Σχήµα 47 είναι η βασική απαίτηση, η οποία ωστόσο µπορεί να τροποποιηθεί ή να επεκταθεί από τον ιαχειριστή του Συστήµατος, λόγω τοπικών ιδιαιτεροτήτων ή ειδικών αναγκών. Επισηµαίνεται ότι το διάγραµµα στο Σχήµα 47 αναφέρεται σε περιοχή συχνοτήτων µεταξύ 49.5 και 50.5 Hz. line-to-line voltage per voltage level in kv underexcited power factor overexcited Σχήµα 47. Βασικές απαιτήσεις Κώδικα Γερµανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της τάσης, σε συχνότητες µεταξύ 49.5 και 50.5 Hz, χωρίς περιορισµό της ενεργού ισχύος. 91

92 Γενικά πρέπει να είναι δυνατόν ο σταθµός παραγωγής, µέσα σε µερικά λεπτά, να πετυχαίνει ονοµαστική ενεργό ισχύ, µέσω του συµφωνηµένου εύρους ρύθµισης του συντελεστή ισχύος. Αυτή η διαδικασία πρέπει να είναι δυνατή όσο συχνά απαιτείται. Ο τρόπος παραγωγής της αέργου ισχύος δεν περιγράφεται από τον Κώδικα. Έτσι, είναι δυνατή η παραγωγή της αέργου ισχύος είτε από την ίδια τη γεννήτρια, είτε από βοηθητικά συστήµατα αντιστάθµισης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι δεν επιτρέπονται βηµατικές αλλαγές στην άεργο ισχύ µεγαλύτερες του 2.5% της ικανότητας στο σηµείο σύνδεσης (grid connection capacity 11 ), για δίκτυα ΥΤ, και του 5% για δίκτυα ΥΥΤ, καθιστώντας έτσι προτιµητέα τη χρήση στατών αντισταθµιστών αέργου ισχύος (Static Var Compensators SVC), για µεταβολή της αέργου ισχύος σε συνεχές εύρος τιµών, όταν η ικανότητα της ίδιας της Α/Γ δεν επαρκεί. Επιπλέον, σε περίπτωση σύνδεσης των Α/Π µέσω HVDC (off-shore Α/Π), όλη η απαιτούµενη άεργος ισχύς πρέπει να παράγεται στην πλευρά του δικτύου. Ακόµη η µεταβολή τάσης προερχόµενη από χειρισµούς διακοπτών δε πρέπει να ξεπερνά το 2% σε οποιαδήποτε κατάσταση λειτουργίας και όταν η ανταλλαγή αέργου ισχύος βρίσκεται στο όριο που ορίζει η καµπύλη του σχήµατος 47. Τέλος, είναι γενικά απαραίτητη η χρήση Μ/Σ ανύψωσης ΜΤ/ΥΤ µε σύστηµα αλλαγής τάσης υπό φορτίο (ΣΑΤΥΦ). ιευκρινίζεται ότι τα Α/Π πρέπει να µπορούν να λειτουργήσουν στη περιοχή που ορίζει το σχήµα 47, αλλά ο ιαχειριστής θα καθορίσει το σηµείο λειτουργίας σύµφωνα µε τα παρακάτω: α) συγκεκριµένη τιµή συντελεστή ισχύος, β) αέργου ισχύος γ) τάσης (οπότε το Α/Π µπορεί θα πραγµατοποιεί ενεργό ρύθµιση της τάσης στο σηµείο σύνδεσής του, αν αυτό ζητηθεί). Η τιµή αυτή µπορεί να είναι σταθερή, να µεταβάλλεται µε προκαθορισµένο τρόπο, ή και να καθορίζεται σε πραγµατικό χρόνο (online set-point), οπότε ο χρόνος απόκρισης του σταθµού ορίζεται σε 1 min κατά µέγιστο. Επίσης όταν το Α/Π δε λειτουργεί και τα βοηθητικά φορτία του τροφοδοτούνται από το δίκτυο πρέπει να λειτουργούν µε συντελεστή ισχύος 0.95 επαγωγικό ως Βρετανικός Κώδικας Ο βρετανικός Κώδικας καθορίζει απαιτήσεις για µεγάλους αιολικούς σταθµούς (γενικά άνω των 50 MW) οι οποίοι συνδέονται στο Σύστηµα ΥΤ και κατά περίπτωση για µικρότερους σταθµούς που µπορεί να συνδέονται και σε επίπεδο τάσης 33 kv. 1) Βασική απαίτηση για τα Α/Π είναι να µπορούν να διατηρούν µηδενική ανταλλαγή αέργου ισχύος µε το δίκτυο στο σηµείο σύνδεσης, σε όλα τα επίπεδα ενεργού ισχύος, και για τάση µονίµου κατάσταση λειτουργίας 12. Υπό αυτό τον τρόπο λειτουργίας, το µέγιστο επιτρεπόµενο ποσοστό ανταλλαγής αέργου ισχύος µε το δίκτυο σε µόνιµη κατάσταση λειτουργίας είναι ίσο µε 5% της ονοµαστικής ισχύος του Α/Π. 11 Ορίζεται ως: «the apparent power that depends on the load flow direction available to the connectee at the grid connection node or point for a defined voltage range and for a defined reactive power exchange for the transport of electric energy». 12 Για το σύστηµα των 400 kv, τα όρια τάσης είναι ± 5% σε κανονικές συνθήκες. Για το σύστηµα των 275 kv και 132 kv τα αντίστοιχα όρια τάσης σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας είναι ± 10%, ενώ γα τάσεις κάτω των 132 kv τα όρια αυτά κυµαίνονται στο ± 6%. 92

93 2) Επιπλέον, οι τα Α/Π που συνδέθηκαν µετά την 1/1/2006 πρέπει να είναι σε θέση να µεταβάλλουν την άεργο ισχύ τους, στο σηµείο σύνδεσης, εντός των ορίων που εικονίζονται στο Σχήµα 48 (το οποίο ισχύει για σύνδεση στα επίπεδα τάσης 132, 275 και 400 kv). Τα σηµεία Α, B, C, D και Ε που εµφανίζονται στο Σχήµα 48 αντιστοιχούν στις ακόλουθες καταστάσεις λειτουργίας: To σηµείο Α (σε MVAr) αντιστοιχεί σε συντελεστή ισχύος 0.95 χωρητικό (απορρόφηση αέργου) σε ονοµαστικά MW To σηµείο Β (σε MVAr) αντιστοιχεί σε συντελεστή ισχύος 0.95 επαγωγικό (παραγωγή αέργου) σε ονοµαστικά MW To σηµείο C (σε MVAr) αντιστοιχεί σε -5% των ονοµαστικών MW To σηµείο D (σε MVAr) αντιστοιχεί σε +5% των ονοµαστικών MW To σηµείο E (σε MVAr) αντιστοιχεί σε -12% των ονοµαστικών MW Σύµφωνα µε το Σχήµα 48, τα όρια αέργου ισχύος που αντιστοιχούν σε ονοµαστική ισχύ εξόδου και σε επαγωγικό ΣΙ (παραγωγή αέργων) εφαρµόζονται για όλα τα επίπεδα ενεργού ισχύος άνω του 20%. Αντίστοιχα, τα όρια αέργου ισχύος που αντιστοιχούν σε ονοµαστική ισχύ εξόδου και σε χωρητικό ΣΙ (απορρόφηση αέργων) εφαρµόζονται σε όλα τα επίπεδα ενεργού ισχύος άνω του 50%. Για ενεργό παραγωγή κάτω του 50% τα όρια της άεργου ισχύος µειώνονται γραµµικά (εφόσον δεν έχει συµφωνηθεί µε τον ιαχειριστή η διατήρηση των ορίων για λειτουργία σε ισχύ µέχρι και το 20% της ονοµαστικής). Τα παραπάνω όρια αέργου ισχύος ισχύουν όταν στο Α/Π λειτουργεί ολόκληρος ο εξοπλισµός του-α/γ, µετατροπείς, Μ/Σ, ακόµη και αν δε λειτουργούν στην ονοµαστική ισχύ. Τα όρια που περιγράφονται στο Σχήµα 48 µειώνονται αναλογικά µε τον εξοπλισµό που λειτουργεί. 3) Τα Α/Π που συνδέθηκαν πρίν 1/1/2006 και µετά 1/1/2005 στη Σκωτία πρέπει να παρέχουν άεργο ισχύ σύµφωνα µε το Σχήµα 48 για ισχύ εξόδου πάνω από 20%. Αλλιώς στα άκρα κάθε Α/Γ η άεργος ισχύς θα διατηρείται στη περιοχή 0.9 επαγωγικό (παραγωγή αέργων) ως 0.95 χωρητικό (απορροφηση αέργων)-τότε δε χρειάζεται να ικανοπoιεί το 2). P (% active power output) f (Hz) Rated MW (%) A -0.1 E C D B 0.2 MVAr Σχήµα 48. Απαιτήσεις Κώδικα Μ. Βρετανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. 93

94 όλοι οι σταθµοί παραγωγής,στη µόνιµη κατάσταση πρέπει να έχουν πλήρως διαθέσιµη την άεργο ισχύ τους για εύρος τάσης ± 5% στα επίπεδα 400,275,132 kv. Eιδικά για Α/Π για σύνδεση σε επίπεδο τάσης 33 kv και κάτω, τα αντίστοιχα όρια καθορίζονται στο Σχήµα 49, όπου απαιτείται η λειτουργία σε οποιοδήποτε σηµείο εντός της κλειστής περιοχής. Η τιµή του Σ.Ι χωρητικό ή επαγωγικό αναφέρεται σε ονοµαστική ενεργό ισχύ. P (% active power output) Voltage at Grid Entry Point (%) f (Hz) ,15-0, ,05 0,15 under 33 kv leading power factor lagging Σχήµα 49. Απαιτήσεις Κώδικα Μ. Βρετανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος σε επίπεδο τάσης 33 kv και κάτω ειδικά για αιολικά πάρκα,στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο. Το παραπάνω σχήµα µοιάζει µε το σχήµα 47 του γερµανικού κώδικα. Σε τάσεις µεγαλύτερες της ονοµαστικής απαιτείται, απορροφηση άεργων και σε τάσεις µικρότερες παραγωγή αέργων για την υποστήριξη της τάσης. Οι σταθµοί παραγωγής πρέπει να είναι ικανοί να συµµετέχουν στη ρύθµιση τάσης µε συνεχή µεταβολή της αέργου ισχύος. ε δίνονται βήµατα µεταβολής αέργου ισχύος που δε πρέπει να ξεπερνιούνται, όπως στο γερµανικό κώδικα Ε.ΟΝ. Ο βρετανικός Κώδικας επιβάλλει για τα µεγάλα Α/Π την παρουσία αυτόµατου συστήµατος συνεχούς λειτουργίας, µέσω του οποίου επιτυγχάνεται η ρύθµιση της τάσης στο σηµείο σύνδεσης ή η λειτουργία υπό µηδενική ανταλλαγή αέργου ισχύος σε οποιδήποτε σηµείο λειτουργίας. Για Α/Π στη Σκωτία το αυτόµατο σύστηµα µπορεί να τοποθετείται στην έξοδο του Α/Π σε κάποιο ενδιάµεσο ζυγό ή στο σηµείο σύνδεσης. Το αυτόµατο σύστηµα πρέπει να εξασφαλίζει την οµαλή µετάβαση από τη γραµµοσκιασµένη περιοχή του Σχήµατος 48 µε όριο τη γραµµή CD στη περιοχή µε όριο τη γραµµή ΑΒ. Αναφέρεται ρητώς ότι δεν ζητείται η δυνατότητα λειτουργίας υπό ελεγχόµενη τιµή αέργου ισχύος (προφανώς µη µηδενικής) ή ΣΙ. Αν η λειτουργία αυτή περιλαµβάνεται στα συστήµατα ελέγχου του σταθµού, τότε απενεργοποιείται, εκτός αν συµφωνηθεί διαφορετικά µε τον ιαχειριστή. O κώδικας όταν αναφέρεται σε επικουρικές υπηρεσίες από τις µονάδες παραγωγής αναφέρει ότι τα Α/Π µπορούν να χρησιµοποιήσουν σύγχρονους ή στατικούς αντισταθµιστές (sychronous or static compensators) για τη παροχή αέργου ισχύος. 94

95 3.4.3 Ιρλανδικός κώδικας Σύµφωνα µε τον ιρλανδικό Κώδικα, τα Α/Π πρέπει να διαθέτουν σύστηµα ρύθµισης τάσης, που να λειτουργεί συνεχώς, µε παρόµοια χαρακτηριστικά όπως ο Αυτόµατος Ρυθµιστής Τάσης σύµφωνα µε το BS 4999 ή Ευρωπαικές προδιαγραφές. Το σύστηµα ρύθµισης τάσης πρέπει να µπορεί να δέχεται µια τιµή αναφοράς (setpoint) για τη τάση στο σηµείο σύνδεσης Ζ, όπως αυτό ορίζεται στο σχήµα 50. Επίσης θα επεµβαίνει µε συνεχή µεταβολή της αέργου ισχύος, χωρίς να υπερβαίνει τις βηµατικές µεταβολές τάσης που καθορίζονται στο πρότυπο IEC :1996 (Assessment of Emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systems). Η τιµή αναφοράς θα µπορεί να µεταβάλλεται από τον ιαχειριστή και η µεταβολή της πρέπει να υλοποιείται από το Α/Π µέσα σε 20sec µετά τη λήψη του σχετικού σήµατος από το κέντρο ελέγχου ενέργειας. Ο Ιρλανδικός κώδικας ορίζει τη τιµή κλίσης του συστήµατος ρύθµισης τάσης (slope setting of voltage regulation system) ως την εκατοστιαία µεταβολή της τάσης που θα προκαλούσε µεταβολή της αέργου ισχύος του Α/Π από την ελάχιστη τιµή της στη µέγιστη. Αυτή η τιµή πρέπει να µπορεί κυµαίνεται µεταξύ 1 και 10% (δεν αναφέρονται µονάδες) και ο ιαχειριστής µπορεί να την αλλάζει. Η ταχύτητα απόκρισης του συστήµατος ρύθµισης της τάσης πρέπει να είναι τέτοια ώστε, µετά από µια βηµατική µεταβολή της τάσης στο σηµείο σύνδεσης, η παραγόµενη άεργος ισχύς του Α/Π να φτάνει το 90% της απόκρισής της στη µόνιµη κατάσταση µέσα σε 1sec. Η απόκριση αυτή µπορεί να απαιτεί µια µετάβαση από τη κατάσταση απορόφησης µέγιστων Mvar στη κατάσταση παραγωγής µέγιστων Mvar ή και αντίστροφα. Σχήµα 50. Θέσεις σηµείου ρύθµισης τάσης (Z) και µέτρησης του συντελεστή ισχύος (Y). Η πλευρά ΥΤ του Μ/Σ της Α/Γ είναι το σηµείο Χ. P (% active power output) Active Power (%) f (Hz) leading lagging Reactive Power (%) power factor 0.95 power factor Σχήµα 51. Απαιτήσεις Κώδικα Ιρλανδίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. 95

96 Οι προδιαγραφές παραγωγής αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος φαίνονται στο Σχήµα 51 (απαιτείται λειτουργία σε οποιοδήποτε σηµείο εντός της οριζόµενης µε συνεχή µαύρη γραµµή περιοχής, ενώ οι κόκκινες χαρακτηριστικές που εµφανίζονται στο σχήµα είναι ενδεικτικές). Η τάση αναφοράς για αυτές τις προδιαγραφές αέργου ισχύος πρέπει να είναι η ονοµαστική στο σηµείο Υ του σχ. 50. Το ΣΑΤΥΦ του Μ/Σ σύνδεσης µε δίκτυο πρέπει να διατηρεί στο Υ τη τάση στην ονοµαστική τιµή για όλο το εύρος τάσεων µέσα στα επιτρεπτά όρια στο σηµείο Ζ. Ο συντελεστής ισχύος που εµφανίζεται στο Σχήµα 51 µετράται στο σηµείο Y που σηµειώνεται στο Σχήµα 50. Αν το σηµείο σύνδεσης είναι αποµακρυσµένο από τον Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο τότε η πρόσθετη αντιστάθµιση αέργου ισχύος πάνω στη γραµµή µεταφοράς ανάµεσα στο σηµείο σύνδεσης και στον Μ/Σ θα συµφωνείται µε τον ιαχειριστή. Για λειτουργία κάτω του 10% της µέγιστης ικανότητας εξόδου του Α/Π (Maximum Export Capacity - MEC) το Α/Π πρέπει να λειτουργεί στο γραµµοσκιασµένο τρίγωνο που φαίνεται στο Σχήµα 51. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό, πρέπει να εξεταστεί από τον ιαχειριστή η φόρτιση του Α/Π σε συνθήκες χαµηλού φορτίου. Εάν διαπιστωθεί ότι µεταβάλλει την τάση εκτός των επιτρεπτών ορίων, θα απαιτηθεί τροποποίηση των απαιτήσεων παραγωγής αέργου ισχύος. Οι ισοδύναµες απαιτήσεις µεταβολής της αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος εξόδου δίνονται στο Σχήµα 52. P (% active power output) f (Hz) Active Power (%) ,8 0,85 0,9 0, , , ,15 1,2 leading lagging power factor Σχήµα 52. Απαιτήσεις κώδικα Ιρλανδίας για τη µεταβολή του συντελεστή ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. Θέλοντας να συγκρίνουµε µε τις απαιτήσεις των συµβατικών σταθµών παραγωγής παραθέτουµε τον Πίνακα 17 όπου φαίνονται οι απαιτήσεις αέργου ισχύος για συµβατικούς σταθµούς παραγωγής. Η οµοιότητα των σχηµάτων 51,52 µε τις απαιτήσεις του Πίνακα 17 είναι ότι για υψηλή φόρτιση έχω µεγαλύτερο Σ.Ι. απ ότι για χαµηλή φόρτιση. Η διαφορά είναι ότι οι συµβατικοί σταθµοί διαφοροποιούν τη τιµή για χωρητικό και επαγωγικό συντελεστή ισχύος. Επίσης ότι τα όρια αέργου ισχύος δίνονται συναρτήσει της τάσης (ίσως επειδή κύριο µέληµα των συµβατικών µονάδων είναι να παρέχουν άεργα και να υποστηρίζουν τη τάση του Συστήµατος). 96

97 Εύρος τάσης Ονοµαστική τάση Mέγιστη δυνατή 35% της µέγιστης σε kv φόρτιση συνεχούς φόρτισης χωρητικός ως χωρητικός έως επαγωγικός 0.4 επαγωγικός 110 kv έως 0.85 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός χωρητικός ως χωρητικός έως επαγωγικός 0.4 επαγωγικός 220 kv έως 0.85 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός χωρητικός ως χωρητικός έως επαγωγικός 0.4 επαγωγικός 400 kv έως 0.85 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός Πίνακας 17. Απαιτήσεις παροχής άεργου ισχύος για συµβατικούς σταθµούς παραγωγής (Κώδικας Ιρλανδίας) Σύγκριση Κωδίκων Γερµανίας/Μεγάλης Βρετανίας/Ιρλανδίας Στο Σχήµα 53 γίνεται σύγκριση των απαιτήσεων του γερµανικού και του βρετανικού Κώδικα ως προς τις απαιτήσεις µεταβολής του συντελεστή ισχύος συναρτήσει της τάσης. Από τη σύγκριση των ορίων του σχήµατος προκύπτει ότι ο γερµανικός Κώδικας είναι σαφώς πιο απαιτητικός, ενώ αποκλείει την απορρόφηση αέργου ισχύος υπό τάση συστήµατος χαµηλότερη της ονοµαστικής. Πρέπει να σηµειωθεί ότι ο γερµανικός κανονισµός περιλαµβάνει τόσο την τάση κανονικής λειτουργίας όσο και τις µεταβατικές υπερτάσεις (διάρκειας έως 30 min, τάσεις πάνω από το όριο kv). Είναι ακόµη χαρακτηριστικό ότι δίνει τη δυνατότητα για παραγωγή αέργου ισχύος µέχρι Σ.Ι όταν η τάση είναι υψηλότερη της ονοµαστικής (κάτι τέτοιο µπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνη ανύψωση της τάσης στο σύστηµα). Η αυστηρότητα του γερµανικού µπορεί να οφείλεται στα σχεδιά του να αντικαταστήσει σταδιακά µεγάλους συµβατικούς σταθµούς- που υποστηρίζουν τη τάση και ρυθµίζουν την άεργο ισχύ- µε αιολικά πάρκα. To Σχήµα 54 συγκρίνει τις απαιτήσεις του βρετανικού και του ιρλανδικού Κώδικα ως προς την προδιαγραφόµενη µεταβολή της αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. Η βασική διαφορά µεταξύ των δύο προδιαγραφών συνίσταται στην ελαστικότερη απαίτηση του ιρλανδικού κώδικα για επίπεδα ενεργού ισχύος κάτω του 50% (σε σχέση µε το 20% του βρετανικού κώδικα). εν θεωρείται ωστόσο θεµελιώδης διαφορά, καθώς, ακόµη και στο 20% της ονοµαστικής ισχύος ενός Α/Π όλες οι Α/Γ µπορεί να παραµένουν συνδεδεµένες στο δίκτυο και να διατηρούν τη δυνατότητα παραγωγής αέργου ισχύος. Παρ όλα αυτά, εάν υφίσταται ενδεχόµενο αποσύνδεσης σηµαντικού ποσοστού Α/Γ, η απαίτηση αυξηµένης παραγωγής αέργων υπό χαµηλή ισχύ εξόδου του πάρκου µπορεί να είναι δύσκολο να ικανοποιηθεί. Επίσης για χαµηλή ενεργό ισχύ εξόδου υπάρχει το ενδεχόµενο η ταχύτητα ανέµου να είναι πολύ χαµηλή και µεγάλο ποσοστό των Α/Γ να έχει αποσυνδεθει γι αυτό το λόγο. Τότε δεν έχει νόηµα να απαιτείται αυξηµένη άεργος ισχύς σύµφωνα και µε τα παραπάνω. Για αυτό ο βρετανικός κώδικας για επίπεδα κάτω του 20% ενεργού ισχύος εξόδου και ο Ιρλανδικός κάτω του 10% απαιτούν µειωµένη ανταλλαγή αέργου ισχύος. 97

98 Στον Ιρλανδικό κώδικα ο Σ.Ι. µετράται στο σηµείο Υ του σχ. 50 και όχι στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο. Επίσης ο γερµανικός και ιρλανδικός κώδικας ζητούν δυνατότητα για ορισµό setpoint για τη τάση, ενώ της Βρετανίας δεν απαιτεί παρόµοια δυνατότητα. line-to-line voltage per voltage level in kv UK +5% -5% Germany -0,15-0, , ,15 UK UK (under 33 kv) underexcited power factor overexcited Σχήµα 53. Σύγκριση απαιτήσεων µεταβολής συντελεστή ισχύος συναρτήσει της τάσης, σύµφωνα µε τον γερµανικό και τον βρετανικό Κώδικα. Rated MW (%) P (% active power output) f (Hz) ,2-0,15 A -0,1 E -0,05C 0 D 0,05 0,1 0,15 B 0,2 UK Ireland MVAr Σχήµα 54. Σύγκριση απαιτήσεων µεταβολής αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος, σύµφωνα µε τον ιρλανδικό και τον βρετανικό Κώδικα Nordic Grid Code Το Α/Π πρέπει να έχει τα µέσα για να καλύπτει τις ανάγκες του σε άεργο ισχύ, έτσι ώστε να µπορεί να λειτουργήσει µε µηδενική ανταλλαγή αέργου στο σηµείο σύνδεσης, όταν η συχνότητα και η τάση είναι µέσα στα όρια κανονικής λειτουργίας όπως αυτά ορίστηκαν παραπάνω. 98

99 Σηµειώνεται ότι η παροχή αέργου ισχύος µπορεί να γίνεται κεντρικά στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο και όχι απαραίτητα από κάθε Α/Γ ξεχωριστά. Ο έλεγχος της αέργου ισχύος του Α/Π µπορεί να γίνεται µε έναν από τους παρακάτω τρόπους: 1) το Α/Π πρέπει να είναι ικανό να ελέγξει την ανταλλαγή αέργου µε το δίκτυο, αυτόµατα και σε συνεχή βάση. Πρέπει να διατηρεί ανταλλαγή αέργου, µέσα στα επιτρεπτά όρια, για όλα τα επίπεδα ενεργού ισχύος. Τα επιτρεπτά όρια θα καθορίζονται από το ιαχειριστή ανάλογα µε τις συνθήκες του τοπικού δικτύου. 2) το Α/Π πρέπει να ελέγχει την άεργο έτσι ώστε να επιτελεί ρύθµιση της τάσης στο σηµείο σύνδεσης. Λεπτοµέρειες για τον έλεγχο της αέργου θα καθοριστούν από τον κάθε ιαχειριστή. Είναι χαρακτηριστικό ότι ζητείται ρύθµιση τάσης από τα Α/Π που συνδέονται στο Nordic Grid. ε διευκρινίζεται όµως αν ο ιαχειριστής θα επεµβαίνει στον έλεγχο αέργου ισχύος για να θετει τιµές αναφοράς. Ο γενικός κώδικας της Nordel (δε κάνει αναφορά σε Α/Π) απαιτεί τη δυνατότητα παραγωγής αέργου ισχύος περίπου ίσης µε την ονοµαστική για 10 s, για διαταραχές του δικτύου που οδηγούν σε βύθιση τάσης στους ακροδέκτες της γεννήτριας στο 70% της ονοµαστικής τιµής. ίνονται επίσης όρια αέργου ισχύος για κανονική λειτουργία (εντός των επιτρεπτών ορίων τάσης) θερµικών και υδροηλεκτρικών σταθµών παραγωγής. Κώδικας ανίας Οι παρακάτω απαιτήσεις προκύπτουν από το κώδικα που αφορά Α/Π που συνδέονται σε τάσεις κάτω των 100kV. Γενικές απαιτήσεις Σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του κώδικα της ανίας, η µέση τιµή ανά πεντάλεπτο της ανταλλασσόµενης αέργου ισχύος µεταξύ δικτύου και των Α/Γ (συµπεριλαµβανοµένου του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο) πρέπει να βρίσκεται στο εύρος που προσδιορίζει το Σχήµα 55 (εκτός αν είναι µικρότερη των 25 kvar). Στο παραπάνω διάγραµµα η συνεχής γραµµή, που δείχνει τη µεταβολή της παραγωγής αέργου ισχύος, αντιστοιχεί σε συντελεστή ισχύος Είναι χαρακτηριστικό ότι η παραπάνω καµπύλη διαφέρει από τις καµπύλες που δίνουν οι υπόλοιποι κώδικες. Στην πλήρη φόρτιση δεν απαιτείται απορρόφηση αέργου ισχύος (Q=0) ενώ απαιτείται παραγωγή αέργου ( µέχρι Q/P rated =0.1). Σε µηδενικό επίπεδο φόρτισης οι Α/Γ µπορούν να χρησιµοποιήσουν την ικανότητά τους µόνο για απορρόφηση αέργου ισχύος (µέχρι Q/P rated =-0.1). Αντίθετα στους υπόλοιπους κώδικες στο επίπεδο πλήρους φόρτισης το προβλεπόµενο εύρος αέργου ισχύος περιλαµβάνει και παραγωγή και απορρόφηση αέργου. Ο έλεγχος της αέργου ισχύος µπορεί να γίνεται και κεντρικά, σε επίπεδο Α/Π. Σε αυτήν την περίπτωση, η ανταλλαγή της αέργου ισχύος πρέπει να πληρεί τις προϋποθέσεις που περιγράφονται στο Σχήµα 55 στο σηµείο σύνδεσης και η τιµή P rated αντιστοιχεί στη συνολική ονοµαστική ισχύ του αιολικού πάρκου. Επίσης, η αντιστάθµιση µπορεί να γίνεται από την ηλεκτρική εταιρεία, κατόπιν αντίστοιχης συµφωνίας. 99

100 P (% active power output) Active Power (P/Prated) 95 control band f (Hz) 0-0,2-0,1 0 0,1 0,2 90 Reactive Power (Q/Prated) absorption production Σχήµα 55. Απαιτήσεις Κώδικα ανίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. Συµπληρωµατικες απαιτήσεις Αν οι Α/Γ µπορούν να αποροφήσουν ή να παράγουν άεργο ισχύ έξω από τα όρια του παραπάνω σχήµατος πρέπει να δηλώνεται από τον παραγωγό κατά την αίτηση σύνδεσης στο δίκτυο. Αυτή η δυνατότητα πρέπει να είναι διαθέσιµη στο ιαχειριστή µέσω συµφωνίας για τον έλεγχο της αέργου ισχύος που χρειάζεται το ηλεκτρικό δίκτυο. Το ίδιο ισχύει και αν η αντιστάθµιση αέργου γίνεται κεντρικά στο Α/Π Κώδικας Βελγίου Στον βελγικό Κώδικα δεν δίνονται χαρακτηριστικές µεταβολής της αέργου ισχύος, αλλά µόνο προδιαγραφές για τον τρόπο µεταβολής της µέσω του επιτρεπτού εύρους τιµών του δείκτη a eq που ορίζεται από την εξίσωση (1), παρακάτω. Ειδικότερα, διευκρινίζεται ότι για εγκαταστάσεις ισχύος συµφωνηµένης ισχύος άνω των 25 MW, πρέπει να υπάρχει δυνατότητα αυτόµατης ρύθµισης της παραγόµενης αέργου ισχύος, ανάλογα µε τις απαιτήσεις του ιαχειριστή. Για εγκαταστάσεις µικρότερης ισχύος πρέπει να υπάρχει δυνατότητα µεταβολής µεταξύ δύο επιπέδων (δεν αναφέρεται ποια είναι αυτά) που συµφωνούνται µε τον ιαχειριστή. Για κάθε τιµή ενεργού ισχύος µεταξύ του τεχνικού ελαχίστου και της µέγιστης ισχύος της σύνδεσης, σε εγκαταστάσεις άνω των 25 MW πρέπει να υπάρχει δυνατότητα απορρόφησης ή παραγωγής αέργου ισχύος µεταξύ 10% και +45% της συµφωνηµένης ισχύος. Η ίδια δυνατότητα πρέπει να παρέχεται για τάσεις στο σηµείο σύνδεσης µεταξύ 0.9 και 1.05 α.µ., µε εξαιρέσεις που µπορεί να επιβάλλονται από τους περιορισµούς στην τάση και το ρεύµα του στάτη των γεννητριών. Ωστόσο, ενδεχόµενοι περιορισµοί στο ρεύµα του στάτη δεν πρέπει να επηρεάζουν την ταχεία ρύθµιση τάσης. Επιπλέον, σε αργές µεταβολές της τάσης του δικτύου, η άεργος ισχύς πρέπει να µεταβάλλεται έτσι ώστε ο δείκτης a eq που προσδιορίζεται από τη σχέση (1) να κυµαίνεται µεταξύ των τιµών 18 και 25: 100

101 a eq Qnet /(0.45xP ) = (1) U / U net norm,exp όπου Q net είναι η άεργος ισχύς που µετράται στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ υποβιβασµού, P είναι η συµφωνηµένη ενεργός ισχύς της µονάδας παραγωγής, U net είναι η τάση που µετράται στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ υποβιβασµού, U norm.exp είναι η «κανονική τάση» (µέση αναµενόµενη τιµή της τάσης του τοπικού δικτύου µεταφοράς) Η Σχέση (1) συσχετίζει την ανταλλαγή αέργου ισχύος (ανηγµένη µε βάση τη µέγιστη απαίτηση του 0.45P που αναφέρθηκε παραπάνω) µε την τάση στο σηµείο σύνδεσης, όπως γίνεται στα διαγράµµατα του γερµανικού και του βρετανικού Κώδικα. ιευκρινίζεται επίσης ότι το Α/Π πρέπει να µπορεί να προσαρµόζει την παραγωγή αέργου ισχύος (µετά από σχετικό αίτηµα του ιαχειριστή) σε αργές µεταβολές τάσης (εντός χρονικού διαστήµατος µερικών min) και ταχείες µεταβολές τάσης (εντός χρονικού διαστήµατος µερικών ms) Κώδικας Καναδά Κώδικας Hydro-Quebec Σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του κώδικα της Hydro-Quebec, τα Α/Π πρέπει να είναι εφοδιασµένα µε αυτόµατο σύστηµα ρύθµισης τάσης που να απορροφά ή να παράγει άεργο ισχύ, λειτουργώντας σε ισοδύναµη «υποδιέγερση» ή «υπερδιέγερση». Η διαθέσιµη άεργος ισχύς πρέπει να αντιστοιχεί σε συντελεστή ισχύος µικρότερο ή ίσο 0.95 στη πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο. Η διαθέσιµη άεργος ισχύς πρέπει να αντιστοιχεί τουλάχιστον σε συντελεστή ισχύος 0.95 υπό ονοµαστική ενεργό παραγωγή του Α/Π (για την ακρίβεια την συνολική ονοµαστική παραγωγή των διαθέσιµων Α/Γ). Εάν από τη µελέτη διασύνδεσης προκύπτει ότι η παραγόµενη από το Α/Π άεργος ισχύς δεν µπορεί να απορροφηθεί πλήρως από το δίκτυο, ο ιαχειριστής µπορεί να αποδεχθεί συντελεστή ισχύος µεγαλύτερο του 0.95, χωρίς ωστόσο να υπερβαίνει την τιµή Η ρύθµιση τάσης µπορεί να γίνεται από κάθε Α/Γ ξεχωριστά ή κεντρικά από εξοπλισµό όπως στατικούς,σύγχρονους αντισταθµιστές. Ωστόσο, η απόδοση του συστήµατος ρύθµισης πρέπει να είναι συγκρίσιµη µε σταθµούς παραγωγής εξοπλισµένους µε σύγχρονες γεννήτριες, γι αυτό απαιτείται να συµµετέχουν στη ρύθµιση τάσης στη µόνιµη κατάσταση, σε µεταβατικά και δυναµικά φαινόµενα. Αυτή η απαίτηση είναι αυστηρή για τα Α/Π και τους προσδίδει χαρακτηριστικά συµβατικού σταθµού. Για εγκαταστάσεις Α/Π ισχύος µικρότερης των 10 MW ο ιαχειριστής µπορεί να µην απαιτήσει αυτόµατο σύστηµα ρύθµισης, για παράδειγµα όταν η στάθµη βραχυκύκλωσης είναι πολύ µεγαλύτερη από την εγκατεστηµένη ισχύ των Α/Π. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται, µε τη χρήση κατάλληλων µέσων αντιστάθµισης, να παράγεται άεργος ισχύς τόση ώστε ο συντελεστής ισχύος στην πλευρά ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης να είναι µοναδιαίος. 101

102 Κώδικας AESO Ο κώδικας του AESO στο τµήµα του που µιλάει για ρύθµιση τάσης και άεργο ισχύ αναφέρει ότι κάποια Α/Π µπορεί να αντλούν την άεργο ισχύ τους από τις Α/Γ, κάποια χρησιµοποιώντας δυναµικούς αντισταθµιστές (µε ηλεκτρονικά ισχύος) και καποια άλλα µπορεί να διαθέτουν σύγχρονες πυκνωτές. Η ρύθµιση τάσης και αέργου ισχύος αποτιµώνται στη πλευρά Χ.Τ. του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο. Σχετικά µε τη ρύθµιση τάσης χρειάζεται να παρέχεται και σε µόνιµη κατάσταση και σε διαταραχές µε ακρίβεια ± 0.5% της ελεγχόµενης τάσης. Σχήµα 56. Όρια αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος (Κώδικας ΑESO). Οι χαρακτηριστικές µε cosφ 0.9,0.95,0.985 οριοθετούν την ελάχιστη απαίτηση αέργου ισχύος για συνεχή και δυναµική ικανότητα. Περαιτέρω οι περιοχές 1,2 περικλείουν την προσδοκώµενη άεργο ισχύ για συνεχή ικανότητα και για δυναµική αντίστοιχα. Ο κώδικας κάνει διάκριση ανάµεσα σε συνεχή ικανότητα παραγωγής αέργου ισχύος και σε δυναµική ικανότητα παραγωγής αέργου ισχύος (σε περίπτωση διαταραχών και µεταβατικών φαινοµένων). Στο Σχήµα 56 οι περιοχές που ορίζονται από τη συνεχή γραµµη και διακεκοµένη γραµµή είναι η ελάχιστη συνεχής ικανότητα αέργου ισχύος και δυναµική ικανότητα αέργου ισχύος αντίστοιχα. Οι περιοχές 1,2 δείχνουν τη προσδοκώµενη ικανότητα αέργου ισχύος, 102

103 δηλαδή κατά πόσο η άεργος ισχύς του Α/Π µπορεί να βρεθεί έξω από τα όρια ελάχιστης ικανότητας. 1) Συνεχής ικανότητα παραγωγής αέργου ισχύος Στη µόνιµη κατάσταση ο συντελεστής ισχύος πρέπει τουλάχιστον να κυµαίνεται +0.9 ως υπολογισµένος µε βάση τη παραγόµενη ισχύ (και όχι στην ονοµαστική). Το Α/Π δε πρέπει να µειώνει την ικανότητα αέργου ισχύος για ενεργό ισχύ εξόδου κάτω από την ονοµαστική. Όλες οι διατάξεις που παρέχουν τους παραπάνω Σ.Ι. πρέπει να ελέγχονται από το ρυθµιστή τάσης (VRS) που περιγράφεται παρακάτω. 2) υναµική ικανότητα παραγωγής αέργου ισχύος Στη µη µόνιµη κατάσταση (δυναµική) οι αντίστοιχοι Σ.Ι. πρέπει να είναι και υπολογισµένοι µε βάση τη παραγόµενη ισχύ (και όχι στην ονοµαστική). Η βραχυπρόθεσµη ικανότητα αέργου ισχύος για περιόδους µέχρι 1 s ικανοποιεί τις απαιτήσεις της προηγούµενης πρότασης. Το Α/Π πρέπει να έχει διατάξεις αέργου ισχύος που λειτουργούν συνεχώς υπό τον έλεγχο του VRS που να µπορούν να αναταποκρίνονται σε µεταβολές της τάσης. 3) Μη υναµική άεργος ισχύς Το µέγεθος (Mvar) των αντισταθµιστών σε παράληλη σύνδεση που ελέγχονται από το σύστηµα ρύθµισης τάσης, δεν θα ξεπερνά σε συνολική ισχύ τη δυναµική ικανότητα παραγωγής αέργου ισχύος του Α/Π όπως περιγράφεται στο 2). Οι διατάξεις αυτές πρέπει να λειτουργούν µε καθυστέρηση 10 s, ενώ δεν µπορούν να συνδέονται και να αποσυνδέονται συνεχώς (µετά την αποσύνδεση πρέπει να παρέλθουν τουλάχιστον 5 min για επανασύνδεσή τους). Όταν ο κώδικας ήταν σε διαβούλευση οι προτεινόµενες απαιτήσεις ορίζαν για ενεργό ισχύ εξόδου>50% ονοµαστικής ο Σ.Ι.. να υπολογίζεται µε βάση την ονοµαστική ενεργό ισχύ ενώ για έξοδο κάτω του 50% να υπολογίζεται µε βάση την παραγόµενη ενεργό ισχύ εξόδου. Σύστηµα ρύθµισης τάσης Το σύστηµα ρύθµισης τάσης (VRS) πρέπει να λειτουργεί συνέχεια και να είναι κλειστού βρόχου. Η τιµή αναφοράς (set point) πρέπει να υπακούει σε µεταβολές από το ιαχειριστή στο εύρος 95% ως 105% της ονοµαστικής τάσης. Επιτρέπεται δηλαδή η επιβολή set point για τη τάση, αλλά απαγορεύεται για το ΣΙ ή τα VAR. Επίσης πρέπει να έχει τη δυνατότητα για λειτουργία υπό µεταβλητό στατισµό (0 ως 10%) ή κέρδος. Αν απαιτείται από τον AESO το VRS πρέπει να είναι ικανό για αντιστάθµιση αέργου ρεύµατος στο Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο. Τέλος πρέπει να είναι σχεδιασµένο ώστε να ανακτά το 95% της τελικής τιµής αέργου ισχύος όχι νωρίτερα από 0.1 s και όχι αργότερα από 1 s µετά από µια βηµατική µεταβολή τάσης. Στο συµπληρωµατικό κείµενο Wind Power Facility, Guide to the Technical Requirements εξηγείται ότι ο χρόνος αποκρισης δε πρέπει να είναι µικρότερος από 0.1s ώστε αν αποφευχθεί πιθανή αστάθεια του συστήµατος που µπορεί να προκύψει όταν το δίκτυο είναι ασθενές (π.χ. λόγω της απώλειας γραµµής µεταφοράς). Επίσης στο ίδιο κείµενο δίνεται και το Σχήµα 57 µε τους 2 οριακούς χρόνους απόκρισης. 103

104 Σχήµα 57. Aπόκριση του συστήµατος ρύθµισης τάσης σε µια βηµατική µεταβολή της τάσης σύµφωνα µε τον κώδικα ΑESO. Τα A/Π ονοµαστικής ισχύος πάνω από 5 MW πρέπει να έχουν ένα χειριστή µε τον οποίο το κέντρο ελέγχου του ΑESO να έχει δυνατότητα επικοινωνίας συνεχώς (7x24). Έτσι ο χειριστής θα ανταποκρίνεται σε όποια εντολή του AESO για προσαρµογή της τάσης (επίσης η χρησιµότητα του χειριστή είναι να υλοποιεί εντολές του AESO, όπως µια εντολή για περιορισµό ισχύος εξόδου) Κώδικας ΗΠΑ Σύµφωνα µε τον κώδικα της FERC, τα Α/Π πρέπει να εξασφαλίζουν συντελεστή ισχύος στο σηµείο ρύθµισης µεταξύ 0.95 επαγωγικού και 0.95 χωρητικού, εφόσον αυτή η απαίτηση κρίνεται αναγκαία από τον ιαχειριστή για τη λειτουργία του συστήµατος. Ο κώδικας διευκρινίζει ότι δεν απαιτούνται µικρότεροι συντελεστές ισχύος διότι έτσι οι απαιτήσεις για τα Α/Π θα ήταν πιο αυστηρές απ ότι για συµβατικούς σταθµούς. Το σηµείο µέτρησης του Σ.Ι. ορίζεται το σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο και όχι η πλευρά Υ.Τ. του Μ/Σ του υποσταθµού. Αυτό γίνεται για την ασφάλεια και αξιοπιστία του δικτύου. ε δίνονται περαιτέρω κατευθύνσεις για τη µεταβολή της αέργου ισχύος, πέραν της διευκρίνισης ότι η µεταβολή της µπορεί να επιτυγχάνεται µε διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος ή µε σταθερά/αποζεύξιµα στοιχεία αντιστάθµισης. Απαιτείται επιπλέον η δυνατότητα δυναµικής ρύθµισης τάσης, εάν αυτό κριθεί αναγκαίο από τον ιαχειριστή του συστήµατος. Γενικά δε ζητείται συνεχής παροχή αέργου ισχύος (σε µόνιµη κατάσταση ή δυναµικά) αλλά κατά περίπτωση, σε αντίθεση µε άλλους κώδικες Ελληνικός κώδικας Σύµφωνα µε τον ελληνικό Κώδικα, κάθε µονάδα παραγωγής πρέπει να έχει την ικανότητα παροχής αέργου ισχύος (µετρούµενη στους τερµατικούς ζυγούς της γεννήτριας) σύµφωνα µε τα όρια που δίνει ο Πίνακας 18, τα οποία αντιστοιχούν στην περιοχή λειτουργίας που απεικονίζεται στο Σχήµα 58 (το οποίο ωστόσο δεν περιλαµβάνεται στον Κώδικα). ιευκρινίζεται επίσης ότι: Για στάθµες φόρτισης µεταξύ της µέγιστης συνεχούς φόρτισης και ποσοστού 35% αυτής, τα Mvar αέργου ισχύος δεν επιτρέπεται να είναι λιγότερα από τα οριζόµενα από ευθεία γραµµή 104

105 µεταξύ των σηµείων που προκύπτουν από τις παραπάνω τιµές, σε ένα διάγραµµα Mvar-MW εξόδου της µονάδας. Για στάθµες φόρτισης µικρότερες από 35% της µέγιστης συνεχούς φόρτισης, τα Mvar αέργου ισχύος δεν επιτρέπεται να είναι λιγότερα από εκείνα που αντιστοιχούν σε ποσοστό 35% της µέγιστης συνεχούς φόρτισης. Ο µετασχηµατιστής της µονάδας πρέπει να έχει ονοµαστική ικανότητα που να επιτρέπει την παροχή ή απορρόφηση της αέργου ισχύος για όλο το εύρος τάσεων του Συστήµατος που προδιαγράφει ο Πίνακας 18. Τα παραπάνω αποδίδονται γραφικά στο Σχήµα 59, το οποίο επίσης δεν περιλαµβάνεται στον Κώδικα. Εύρος τάσης ίκτυο Εύρος cosφ στη µέγιστη δυνατή φόρτιση kv 0.93 χωρητικός έως 0.85 επαγωγικός 150 kv kv 1.00 έως 0.85 επαγωγικός kv 0.93 χωρητικός έως 0.85 επαγωγικός 400 kv kv 1.00 έως 0.85 επαγωγικός Εύρος cosφ στο 35% της µέγιστης συνεχούς φόρτισης 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός 0.7 χωρητικός έως 0.4 επαγωγικός Πίνακας 18. Απαιτήσεις παραγωγής αέργου ισχύος, σύµφωνα µε τον ελληνικό Κώδικα. Σχήµα 58. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για τον συντελεστή ισχύος συναρτήσει της τάσης. 105

106 Σχήµα 59. Απαιτήσεις ελληνικού Κώδικα για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος (άνω διαστήµατα τάσεων) Κανονισµοί άλλων χωρών Στους σουηδικούς κανονισµούς οι απαιτήσεις αντιστάθµισης συνδέονται µε τη ρύθµιση της τάσης, η οποία θα πρέπει να πραγµατοποιείται µε αυτόµατο τρόπο από εγκαταστάσεις µεγάλης ισχύος (άνω των 100 MW) και µέσης ισχύος (20-50 MW). Η τιµή αναφοράς πρέπει να ρυθµίζεται τουλάχιστον στο± 10% της τάσης λειτουργίας. Οι κανονισµοί της Σκωτίας προδιαγράφουν την καµπύλη που εικονίζεται στο Σχήµα 60 για τη µεταβολή της αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού. Active Power (%) Reactive Power (%) 0.94 power factor 0.95 power factor Σχήµα 60. Απαιτήσεις Κώδικα Σκωτίας για την παραγωγή αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού ισχύος. 106

107 Ο Ισπανικός κώδικας όπως προκύτει από τη βιβλιογραφία απαιτεί από τα Α/Π ικανότητα ελέγχου της τάσης και της αέργου ισχύος. Μια απαίτηση του κώδικα είναι ο έλεγχος του συντελεστή ισχύος στο σηµείο σύνδεσης σύµφωνα µε προκαθορισµένο πρόγραµµα ή σύµφωνα µε εντολή του ιαχειριστή Συγκεντρωτική αρουσίαση α αιτήσεων των Κωδίκων Στο Σχήµα 61 φαίνονται σε κοινό διάγραµµα οι προδιαγραφόµενες µεταβολές της αέργου ισχύος συναρτήσει της ενεργού παραγωγής, για τους κώδικες όπου αυτές ήταν διαθέσιµες και εύκολο να ενσωµατωθούν στο διάγραµµα. εν είναι εύκολο να κατασκευαστεί αντίστοιχο κοινό διάγραµµα µεταβολής του ΣΙ στο σηµείο σύνδεσης, δεδοµένου ότι αρκετοί κώδικες συσχετίζουν τον συντελεστή ισχύος µε το επίπεδο τάσης, ενώ άλλοι µε την ενεργό παραγωγή του σταθµού (ή και µε τα δύο). Συγκεκριµένα οι κώδικες Γερµανίας,Βρετανίας παραθέτουν διάγραµµα που συσχετίζει το συντελεστή ισχύος µε το επίπεδο τάσης. Ο κώδικας Ιρλανδίας παραθέτει διάγραµµα ενεργός ισχύς-συντελεστής ισχύος. Ο κώδικας του Βελγίου προσδιορίζει µαθηµατική σχέση για την ανταλλαγή αέργου ισχύος σε συνάρτησει µε τη τάση στο σηµείο σύνδεσης (δε δίνεται σχήµα). Επίσης προδιαγράφεται δυνατότητα µεταβολής της αέργου ισχύος σε αργές και γρήγορες µεταβολές της τάσης. Οι κώδικες που απαιτούν ξεκάθαρα επιβολή τιµής αναφοράς (set point) είναι: ο γερµανικός (set point για τάση,άεργο ισχύ ή Σ.Ι.), της Ιρλανδίας (set point για τάση) και του AESO (set point µόνο για τάση). Είναι χαρακτηριστικό ότι στο κώδικα AESO η άεργος ισχύ και η ρύθµιση τάσης εκτιµώνται στη πλευρά Χ.Τ. του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο και στης Ιρλανδίας διακρίνεται το σηµείο ρύθµισης τάσης από το σηµείο µέτρησης του συντελεστή ισχύος, σύµφωνα µε το σχήµα 50. Στους υπόλοιπους κώδικες ο έλεγχος αέργου ισχύος εκτελείται στο σηµείο σύνδεσης ή στη πλευρά Υ.Τ. του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο. Οι κώδικες που απαιτούν σύστηµα ρύθµισης τάσης από τα Α/Π είναι: της Βρετανία,της Ιρλανδίας, του Νοrdic Grid, του Βελγίου (δυνατότητα για αυτόµατη ρύθµιση αέργου ισχύος), του Καναδά (Hydro Quebec και AESO). Χαρακτηριστικό είναι ότι ο κώδικας του AESΟ προδιαγράφει διαφορετικά όρια αέργου ισχύος για τη µόνιµη κατάσταση λειτουργίας και για τις δυναµικές καταστάσεις λειτουργίας. Από το Σχήµα 61 φαίνεται ότι ο µικρότερος συντελεστής ισχύος που ορίζεται από τους κώδικες είναι επαγωγικός ή χωρητικός (κώδικας Ιρλανδίας). 107

108 Active Power (%) Reactive Power (%) Iρλανδία, ΣΙ Iρλανδία, ΣΙ 0.95 ανία, Απορροφούµενη Q ανία,παραγόµενη Q Σκωτία, ΣΙ 0.94 Σκωτία, ΣΙ 0.95 Καναδάς (AESO) δυναµική ικανότητα Καναδάς (ΑESO) συνεχής ικανότητα Σχήµα 61. Σύγκριση απαιτήσεων Κωδίκων για τη µεταβολή της αέργου ισχύος σε σχέση µε την ενεργό ισχύ στο σηµείο σύνδεσης. 108

109 3.5 Α αιτήσεις για Προστασία (protection) και ανταλλαγή δεδοµένων (data exchange) Γερµανικός κώδικας Στο σηµείο σύνδεσης µε το δίκτυο πρέπει να τοποθετείται µια διάταξη προστασίας, το λιγότερο ένας Ηλεκτρονόµος προστασίας απόστασης. Ανάµεσα στο παραγωγό και στο ιαχειριστή πρέπει να ανταλάσσονται πληροφορίες για την εκκαθάριση του σφάλµατος. Στην Υ.Υ.Τ αυτές οι διατάξεις προστασίας πρέπει να έχουν χρόνους λειτουργίας µικρότερους ή ίσους από 150ms και να διαθέτουν προστασία σε περίπτωση αποτυχίας τους (circuit breaker fail protection). Ο Ε.ΟΝ. πρέπει να έχει στο σηµείο σύνδεσης διάταξη προστασίας για τον εξοπλισµό του. Ο σταθµός πρέπει να έχει µια προστασία που να τον αποσυνδέει το σταθµό σε περίπτωση µη αποδεκτής κατάστασης λειτουργίας. O σταθµός παραγωγής και ο ιαχειριστής πρέπει να µπορούν να ανταλάσσουν σε πραγµατικό χρόνο τα παρακάτω δεδοµένα. - Σήµατα από εξοπλισµό που εκτελεί χειρισµούς - Μετρούµενα µεγέθη: τάση, ρεύµα, συχνότητα, ενεργός-άεργος ισχύς - Μηνύµατα προστασίας και προειδοποίησης - Σήµατα για συµφωνηµένο έλεγχο φορτίου και συσκευών αντιστάθµισης - Τιµές αναφοράς (set point) από και προς το Α/Π Bρετανικός κώδικας Ο κώδικας έχει κάποιες ελάχιστες απαιτήσεις για τις προστασίες που πρέπει να διαθέτουν τα Α/Π στο σηµείο σύνδεσής τους ώστε αν συµβεί σφάλµα στον εξοπλισµό τους να µην επηρεάσουν το δίκτυο. Οι χρόνοι εκκαθάρισης δε πρέπει να είναι µεγαλύτεροι από: (i) 80ms στα 400kV (ii) 100ms στα 275kV (iii) 120ms σε τάση µικότερη ή ίση από132kv Πρέπει όµως να διαθέτουν και εφεδρικό σύστηµα προστασίας(back-up protection) που να εξασφαλίζει χρόνους εκκαθάρισης όχι µικρότερους από 300ms για σφάλµατα στην Υψηλή Τάση. Ο διακόπτης ισχύος που διαθέτουν τα Α/Π που συνδέονται στα 400 και 275kV (και στη Σκωτία στα 132kV) και διακόπτει τα βραχυκυκλώµατα πρέπει να έχει προστασία σε περίπτωση αποτυχίας του (circuit breaker fail protection). Σε περίπτωση αποτυχίας της διακοπής του ρεύµατος βραχυκυκλώµατος πρέπει να επεµβαίνει αυτή η προστασία και να ενεργοποιεί τους ανάλογους διακόπτες,ετσι ώστε να διακοπεί το ρεύµα βραχυκύκλωσης µέσα στα επόµενα 200ms. Σύµφωνα µε το κώδικα όλοι οι σταθµοί παραγωγής πρέπει να παρέχουν στο σύστηµα SCADA του ιαχειριστή µετρήσεις για τη τάση, το ρεύµα, την ενεργό και την άεργο ισχύ, τη συχνότητα και σήµατα για τη κατάσταση λειτουργίας. Ειδικά τα Α/Π µπορεί να χρειάζεται να γνωστοποιούν τη ταχύτητα ανέµου ώστε να προβλέπεται η ισχύς εξόδου των Α/Π. 109

110 3.5.3 Ιρλανδικός κώδικας Τα Α/Π πρέπει να παρέχουν τα παρακάτω δεδοµένα στον ιαχειριστή µέσω τηλεπικοινωνιών: Ενεργό ισχύ (MW) στη πλευρά ΧΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Άεργο ισχύ (Mvar)στη πλευρά ΧΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Τάση (kv) στη πλευρά ΧΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Τις θέσεις των λήψεων του συστήµατος αλλαγής τάσης στο Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Τη τιµή αναφοράς (setpoint) για τη τάση (kv) Ενδειξη on/off για συσκευές αέργου ισχύος άνω των 5Mvar Κατάσταση των διακοπτών προστασίας Άλλες πληροφορίες που µπορεί το Α/Π να παρέχει είναι σχετικά µε περικοπή της ισχύος του και µε το σύστηµα απόκρισης συχνότητας. Τα Α/Π ισχύος πάνω από 10 MW πρέπει να παρέχουν µετεωρολογικά δεδοµένα, το επίπεδο διαθεσιµότητας (0-100 % signal) και πόσες Α/Γ είναι εκτός λειτουργίας λόγω πολύ υψηλής ταχύτητας ή χαµηλής ταχύτητας ανέµου Nordic Grid Code Τα Α/Π πρέπει να µπορούν να ελέγχονται µε αποµακρυσµένο έλεγχο (remote control) µε τη βοήθεια τηλεπικοινωνιών. Μετρήσεις των µεγεθών και λειτουργίες ελέγχου πρέπει να παρέχονται στον ιαχειριστή µετά από απαίτησή του. Ο ιαχειριστής κάθε χώρας καθορίζει τις µετρήσεις και τις πληροφορίες που απαιτούνται από τα Α/Π Κώδικας ανίας Τα Α/Π και το κέντρο ελέγχου πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να ανταλλάξουν τα παρακάτω δεδοµένα Αποκοπή της ισχύος Ενεργός ισχύς (kw) Ρυθµός µεταβολής (kw/min) kwh που θα χαθούν Έλεγχος συχνότητας Άνω και κάτω όριο για το εύρος ρύθµισης συχνότητας, f u, f n (Hz) Όρια της νεκρής ζώνης (deadband) f d+, f d- (Hz) Έλεγχος αέργου ισχύος Άεργος ισχύς (kvar) Σύνδεση και αποσύνδεση Α/Γ λόγω υψηλού ανέµου, συντήρησης Τάση στη πλευρά χαµηλής τάσης Η αβεβαιότητα µέτρησης της ενεργού ισχύος πρέπει να µπορεί να µετρηθεί από µετρητές κλάσης 1 σύµφωνα µε το IEC Οι Μ/Σ µέτρησης πρέπει να είναι τουλάχιστον κλάσης 0.5 σύµφωνα µε τα IEC (Μ/Σ έντασης) και IEC (Μ/Σ τάσης). Επίσης απαιτείται ανταλλαγή δεδοµένων που αφορούν τη ποιότητα τάσης (αρµονικές,flicker). Το σύστηµα τηλεπικοινωνίας ανάµεσα στο Α/Π και το κέντρο ελέγχου πρέπει να υπακούει στη προδιαγραφή IEC : Communications for monitoring and control of wind power plants (only in draft form at present). 110

111 3.5.6 Κώδικας Hydro-Quebec Tα συστήµατα προστασίας του Α/Π χωρίζονται σε προστασία από µεταβολές της τάσης και από µεταβολές της συχνότητας. Αυτές οι προστασίες δε πρέπει να αποσυνδέουν το Α/Π για τα όρια τάσης και συχνότητας που περιγράφηκαν στη παράγραφο του κώδικα Hydro-Quebec για την ανοχή σε βύθιση τάσης. O ιαχειριστής απαιτεί δεδοµένα σε πραγµατικό χρόνο από το Α/Π. Αυτά τα δεδοµένα είναι: - Η συνολική ικανότητα του Α/Π σε ενεργό ισχύ (MW) και άεργο ισχύ (Mvar) - Η ενεργός (MW) και άεργος ισχύς (Mvar) της Α/Γ και η τάση (kv) και το ρεύµα (Α) - Τα πάραπάνω µεγέθη στο σηµείο σύνδεσης του Α/Π µε το δίκτυο - Η κατάσταση των διακοπτών ισχύος των Α/Γ και του Α/Π Επίσης τα Α/Π πρέπει να παρέχουν µετεωρολογικά δεδοµένα Κώδικας AESO Σχετικά µε τα συστήµατα προστασίας των Α/Π αναφέρεται ότι πρέπει να ικανοποιούν τις εξής απαιτήσεις: Να προστατεύουν το Σύστηµα του AESO από βραχυκυκλώµατα στο εσωτερικό των Α/Π. Να προστατεύουν το Σύστηµα του AESO από ανώµαλες συνθήκες λειτουργίας στο εσωτερικό των Α/Π. Να προστατεύουν το Α/Π από τα βραχυκυκλώµατα που συµβαίνουν στο Σύστηµα του AESO. Να προστατεύουν το Α/Π από ανώµαλες συνθήκες λειτουργίας στο Σύστηµα του AESO. Απαγορεύεται το διαδοχικό άνοιγµα των διακοπτών προστασίας. Σχετικά µε την ανταλλαγή δεδοµένων το Α/Π πρέπει να είναι συµβατο µε το SCADA του AESO σύµφωνα µε τη προδιαγραφή AESO Operating Policy and Procedure (OPP) Επίσης εξειδικεύει σε 3 µεγέθη: τη τιµή αναφοράς (setpoint) του συστήµατος ρύθµισης τάσης, την ταχύτητα ανέµου και την κατεύθυνση του ανέµου (µέσος όρος 1 min). Επίσης µπορεί να ζητηθεί από το Α/Π να εγκαταστήσει ένα σύστηµα επιτήρησης (monitoring) που θα µετράει τις τριφασικές τάσεις και ρεύµατα στη πλευρά ΧΤ και ΥΤ του Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο. Επίσης να µετράει τη συχνότητα στη πλευρά του συστήµατος µεταφοράς Κώδικας FERC Σύµφωνα µε το Κώδικα τα Α/Π πρέπει να έχουν τη δυνατότητα για λειτουργία συστήµατος SCADA ώστε να στέλνουν δεδοµένα και να δέχονται οδηγίες ελέγχου από το ιαχειριστή για την εξασφάλιση αξιοπιστίας του δικτύου. Οι πληροφορίες που ανταλάσσονται θα καθορίζονται ανάµεσα στο ιαχειριστή και το Α/Π, ανάλογα µε το µέγεθος του Α/Π και τα χαρακτηριστικά του δικτύου της περιοχής εγκατάστασης Συγκεντρωτική αρουσίαση Γενικά οι κώδικες απαιτούν από τα Α/Π να είναι σε θέση να παρέχουν δεδοµένα στο ιαχειριστή και να υπόκεινται σε έλεγχο από το ιαχειριστή µέσω διαφόρων σηµάτων. Τα πιο κοινά δεδοµένα που ορίζουν οι κώδικες είναι: Μετρήσεις για τάση, ρεύµα, ενεργό ισχύ και άεργο ισχύ εξόδου του Α/Π 111

112 Μετεωρολογικά δεδοµένα Τη κατάσταση των διακοπτών του Α/Π Επίσης ανάλογα µε τις απαιτήσεις κάθε κώδικα απαιτούνται δεδοµένα για τη θέση των λήψεων τάσης του ΣΑΤΥΦ των Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο, για την αποκοπή ισχύος κ.α. 112

113 4. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ 4. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ 4.1 Α αιτήσεις συστήµατος αλλαγής τάσης (ΣΑΤΥΦ) για τον Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο Kάποιοι από τους κώδικες προδιαγράφουν σύστηµα αλλαγής των λήψεων και ρύθµισης τάσης για τους Μ/Σ σύνδεσης Α/Π µε το σύστηµα. Το σύστηµα αλλαγής λήψης (ΣΑΤΥΦ) στους Μ/Σ κύριο σκοπό έχει τη ρύθµιση τάσης στη µόνιµη κατάσταση λειτουργίας. Πρέπει να σηµειωθεί όµως ότι στις µεταβατικές καταστάσεις η αντιδρασή του ΣΑΤΥΦ είναι πολύ αργή σε σχέση µε τους µεταβατικούς χρόνους. Ειδικότερα: - Ο γερµανικός Κώδικας απαιτεί την ύπαρξη συστήµατος αλλαγής λήψεων (tap changer), εναρµονισµένου µε τα χαρακτηριστικά του σταθµού (εύρος ελέγχου και βήµα). - Ο κώδικας της Βρετανίας αναφέρει ότι ο ιαχειριστής µπορεί δίνει εντολές για τη θέση του συστήµατος αλλαγής λήψεως σε Μ/Σ ΣΑΤΥΦ που συνδέεουν το Α/Π µε το ίκτυο. - Ο κώδικας της Σκωτίας προδιαγράφει χειροκίνητο σύστηµα αλλαγής λήψεων (manual control tap changing transformers) σε Α/Π άνω των 100 MW (για µικρότερες ισχείς µπορεί να χρησιµοποιείται εναλλακτικός τρόπος ρύθµισης της τάσης). - Ο ιρλανδικός κώδικας προδιαγράφει ότι ο Μ/Σ πρέπει να είναι εφοδιασµένος µε σύστηµα αλλαγής τάσης υπό φορτίο (ΣΑΤΥΦ - OLTC) µε µέγιστο βήµα 2.5% στο σύστηµα των 110 kv και 1.6% στο σύστηµα των 220 και 400 kv. Οι Μ/Σ πρέπει να συνδέονται σε συνδεσµολογία τριγώνου στη ΧΤ και αστέρα στην ΥΤ, είτε σε αστέρα και στις 2 πλευρές και να διαθέτει ένα τριτεύον τύλιγµα σε τρίγωνο. - O κώδικας του ΑΕSO αναφέρει ότι οι Μ/Σ συνδεσης µε το δίκτυο πρέπει να έχουν τέτοιο λόγο µετασχηµατισµού και σύστηµα αλλαγής λήψεων έτσι ώστε να µπορούν να ικανοποιηθούν πλήρως οι απαιτήσεις αέργου ισχύος στο εύρος τάσεων που ορίζει ο κώδικας. Επίσης οι Μ/Σ συνδεσης µε το δίκτυο πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε: 1) να απαγορεύουν τη µεταφορά των αρµονικών του ρεύµατος. 2) να αποµονώνουν τα σφάλµατα ως προς γη στη πλευρά της παραγωγής και στη πλευρά του δικτύου µεταφοράς ηλεκτικής ενέργειας. - Ο ελληνικός κώδικας προδιαγράφει ότι οι µετασχηµατιστές µονάδων πρέπει να διαθέτουν σύστηµα αλλαγής τάσης υπό φορτίο (ΣΑΤΥΦ). Το βήµα ρύθµισης δεν επιτρέπεται να µεταβάλλει τον λόγο της τάσης στους τερµατικούς ζυγούς περισσότερο από 2.5% στο Σύστηµα 150 kv και από 1.6% στο Σύστηµα 400 kv, εκτός εάν υπάρχει διαφορετική σχετική συµφωνία µε τον ιαχειριστή του Συστήµατος. 113

114 4. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ 4.2 Α αιτήσεις για διακό τες ροστασίας α ό υ οσυχνότητα Τεχνικές απαιτήσεις για τέτοιους διακόπτες προστασίας δίνει ο βρετανικός κώδικας. Θα πρέπει να ρυθµίζονται σε µια τιµή ανάµεσα σε 47 και 50 Hz, µε βήµατα των 0.05 Hz (ακόµη καλύτερα µε βήµατα του 0.01 Hz). Ο χρόνος λειτουργίας τους πρέπει να κυµαίνεται µεταξύ 100 και 150ms και η ακρίβεια τους 0.01 Hz. Θα πρέπει να µπορούν να λειτουργήσουν µε AC τάση εισόδου 63.5,110,240V. 4.3 Α αιτήσεις για µοντέλα ροσοµοίωσης ου ιστο οιούν τον εναρµονισµό των Α/Π στις α αιτήσεις των Κωδίκων Η αλληλεπίδραση µεταξύ των Α/Π και του συστήµατος κατά τη διάρκεια σφαλµάτων µπορεί να πιστοποιηθεί µέσω προσοµοιώσεων Κώδικας ανίας Ο κώδικας της ανίας είναι αυτός που δίνει τις περισσότερες πληροφορίες ως προς τις απαιτήσεις µοντελοποίησης των Α/Π για την πιστοποίηση της συµβατότητάς τους µε τις απαιτήσεις LVRT. Στον Κώδικα γίνεται ειδική αναφορά στις απαιτούµενες προσοµοιώσεις που πρέπει να πραγµατοποιηθούν από τον παραγωγό (µεταξύ των υπολοίπων δοκιµών) προκειµένου να διαπιστωθεί η καταλληλότητα των Α/Π προς σύνδεση και η δυνατότητά τους να ανταποκριθούν στις τιθέµενες απαιτήσεις. Συγκεκριµένα η προσοµοίωση θα γίνει υπό Ονοµαστική ταχύτητα ανέµου και άρα ονοµαστκή ισχύ εξόδου της Α/Γ Ονοµαστική ταχύτητα δροµέα Πλήρη αντιστάσθµιση πριν το σφάλµα. Η προσοµοίωση γίνεται σύµφωνα µε το Σχήµα 62 (η τιµή 0,1+1,0j Ω αναφέρεται στη βάση των 10 kv). Η αναφορά των δοκιµών πρέπει να αναφέρει ποιο πρόγραµµα προσοµοίωσης χρησιµοποιήθηκε για τους υπολογισµούς και να περιγράφει το µοντέλο της Α/Γ που χρησιµοποιήθηκε ώστε να µπορεί να επαναληφθεί η δοκιµή. Για τις συνθήκες λειτουργίας του σχήµατος αυτού, εντός 10 s µετά την επαναφορά της τάσης στο 1 α.µ., η παραγόµενη ισχύς πρέπει να επανέλθει στην ονοµαστική τιµή, ενώ η άεργος ισχύς να τηρεί τις προϋποθέσεις που αναφέρονται στην αντίστοιχη παράγραφο του Κώδικα. Το αποτέλεσµα της δοκιµής θα πρέπει να συµπεραίνει πως συµπεριφέρεται η RMS τιµή του ενεργού και αέργου ρεύµατος στα άκρα της Α/Γ κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης 114

115 4. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ (α) (β) Σχήµα 62. Προσοµοίωση της λειτουργίας Α/Π σε συνθήκες σφάλµατος, σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του κώδικα της ανίας (α) Ενδεικτικό δίκτυο για την προσοµοίωση (β) Κυµατοµορφή τάσης εισόδου. Αυτή η κυµατοµορφή είναι ίδια µε τη καµπύλη για ανοχή σε βύθιση τάσης του κώδικα της ανίας Υ όλοι οι Κώδικες Οι υπόλοιποι Κώδικες δε δίνουν τόσο αναλυτικές πληροφορίες για τη µοντελοποίηση των Α/Γ και τις δοκιµές που απαιτούνται για τη πιστοποίηση των Α/Γ. Συγκεκριµένα: - Ο βρετανικός Κώδικας επιβάλλει την παροχή τεχνικών πληροφοριών και κατάλληλων µοντέλων για τη µελέτη της δυναµικής συµπεριφοράς των Α/Π, περιλαµβανοµένων των συστηµάτων ελέγχου και προστασίας των επιµέρους γεννητριών και του σταθµού. - Στον ιρλανδικό Κώδικα δεν δίνονται ειδικές κατευθύνσεις για τη µοντελοποίηση των Α/Π. Απαιτούνται πάντως δυναµικά µοντέλα (προσοµοίωση στο πεδίο του χρόνου) των Α/Γ ενός Α/Π πάνω από 5MW. Eπίσης απαιτούνται δυναµικά µοντέλα για τον υπόλοιπο εξοπλισµό του Α/Π (π.χ. συσκευές αντιστάθµισης). Τα µοντέλα πρέπει να δίνονται σε µορφή PSS/E και να µπορούν να προσοµοιώσουν καταστάσεις που σχετίζονται µε την ευστάθεια τάσης. Τα µοντέλα πρέπει να είναι πιστοποιηµένα ειδικά για καταστάσεις όπως σοβαρά σφάλµατα, αποκλίσεις συχνότητας 115

116 4. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΚΩ ΙΚΕΣ και τάσης. Τον Ιούνιο 2007 η Eirgrid (ο ιαχειριστής του Ιρλανδικού Συστήµατος) έχει ανακοινώσει στην ιστοσελίδα του- τα µοντέλα των εταιριών που είναι συµβατά µε τις απαιτήσεις του κώδικα σχετικά µε τη µοντελοποίηση. - Ο Nordic Grid Code αναφέρει ότι πρέπει να παρέχεται ένα µοντέλο προσοµοίωσης του Α/Π ή της Α/Γ στον ιαχειριστή το οποίο θα χρησιµοποιείται σε δοκιµές που θα εξετάζουν αν το Α/Π ή η Α/Γ µπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του κώδικα. Το µοντέλο πρέπει να περιέχει τα χαρακτηριστικά του Α/Π ή της Α/Γ και για στατικές προσοµοιώσεις (ροής φορτίου) και σε δυναµικές προσοµοιώσεις (στο πεδίο του χρόνου). - Ο Κώδικας Hydro-Quebec αναφέρει ότι ο παραγωγός πρέπει να παρέχει ένα µοντέλο του Α/Π ή των Α/Γ. Αυτό µπορεί να βασίζεται στα ΙΕΕΕ µοντέλα και πρέπει να έιναι συµβατο µε το λογισµικό PSS/E. Αν δεν υπάρχουν αντίστοιχα ΙΕΕΕ µοντέλα θα παρέχει ένα black box που αναπαριστά όλο το Α/Π και είναι συµβατό µε το λογισµικό PSS/E. Eπίσης ο παραγωγός πρέπει να διαθέτει αποτελέσµατα δοκιµών που δείχνουν ότι οι Α/Γ ικανοποιούν τις απαιτήσεις FRT του κώδικα. Επίσης προβλέπεται και ένα µοντέλο EMTP για να µπορούν να µελετηθούν κάποια ηλεκτροµαγνητκά φανόµενα. - Ο Κώδικας AESO (Καναδάς) παρέχει λεπτοµέρειες για τη µοντελοποίηση των Α/Γ, των Μ/Σ σύνδεσης µε το δίκτυο και των συστηµάτων ελέγχου των Α/Γ, κάνοντας αναφορά στο λογισµικό προσοµοίωσης PSS/E. Σε περίπτωση που δεν υπάρχουν αντίστοιχα µοντέλα στο λογισµικό αυτό, απαιτείται από τον κατασκευαστή των Α/Γ η παροχή κατάλληλου µοντέλου, συµβατού µε το συγκεκριµένο λογισµικό. Επίσης ο ιδιοκτήτης του Α/Π πρέπει µε µελέτη του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας να αποδεικνύει την ικανότητα του Α/Π να ικανοποιεί τις απαιτήσεις LVRT και αέργου ισχύος. Οι δοκιµές στις οποίες απαιτείται να υποβληθούν τα Α/Π είναι: i) Ικανότητα για ρύθµιση τάσης ii) Ικανότητα για συνεχή παροχή άεργου ισχύος iii) οκιµή που εξετάζει την ικανότητα να προσαρµόζονται στο setpoint της τάσης iv) Αρµονικής παραµόρφωσης και flicker - Ο Κώδικας FERC δε δίνει κατευθύνσεις για τη µοντελοποίηση των Α/Γ, αλλά αναφέρει ότι οι κατασκευαστές Α/Γ και οι τοπικοί ιαχειριστές είναι αρµόδιοι για τις λεπτοµέρειες των µοντέλων προσοµοίωσης. 116

117 5. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΚΩ ΙΚΑ 5. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΚΩ ΙΚΑ Από την ανάλυση των κωδίκων των υπόλοιπων χωρών, που προηγήθηκε, µπορούν να προκύψουν χρήσιµα συµπεράσµατα για την εφαρµογή παρόµοιων απαιτήσεων για τα µεγάλα Α/Π που θα συνδέονται στο Ελληνικό Σύστηµα και την ενσωµατωσή των απαιτήσεων στον Κώδικα ιαχείρισης του Συστήµατος. Οι 3 βασικές απαιτήσεις στις οποίες πρέπει να δοθεί σηµασία είναι η ανοχή σε βυθίσεις τάσης, ο έλεγχος ενεργού ισχύος-συχνότητας και ο έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης. Η προσαρµογή απαιτήσεων στον Ελληνικό Κώδικα πρέπει να γίνει µε κριτήριο τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του Ελληνικού Συστήµατος και τις υπάρχουσες τεχνολογίες Α/Γ. Σχετικά µε την ανοχή σε βυθίσεις τάσης χρειάζεται να οριστεί µια καµπύλη βύθισης τάσηςχρονικής διάρκειας ανοχής. Πολύ σηµαντικό σηµείο της καµπύλης αυτής είναι το κατώτατο επίπεδο τάσης για το οποίο τα Α/Π δε πρέπει να αποσυνδέονται. Πάντως οι συµβατικοί σταθµοί σύµφωνα µε τον υπάρχοντα Κώδικα πρέπει να αντέχουν πτώση τάσης µέχρι το 5% της ονοµαστικής τάσης. Η χρονική διάρκεια της βύθισης τάσης θα καθοριστεί από το χρόνο λειτουργίας των προστασιών του Συτήµατος. Οι χρόνοι εκκαθάρισης στο Ελληνικό Σύστηµα είναι της τάξεως των 100ms. H µορφή της καµπύλης LVRT θα καθοριστεί από προσοµοιώσεις βραχυκυκλωµάτων που µελετά ο ΕΣΜΗΕ. Πρόκειται δηλαδή για προσοµοιώσεις βραχυκυκλωµάτων σε διάφορα κρίσιµα σηµεία του Συστήµατος για να παρατηρηθούν τα µεγέθη των βυθίσεων τάσης και οι αντίστοιχες διάρκειες. Ο ΕΣΜΗΕ αυτή τη στιγµή προσανατολίζεται στην προσαρµογή της καµπύλης LVRT του Γερµανικού Κώδικα στα δεδοµένα του Ελληνικού Συστήµατος. Επίσης το κατώτατο επίπεδο τάσης που πρέπει να αντέχουν τα Α/Π εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό και από το ποσοστό προβλεπόµενης εγκαταστηµένης αιολικής ισχύος επί του φορτίου αιχµής και της εγκατεστηµένης ισχύος στο Ελληνικό Σύστηµα. Η εγκατεστηµένη ισχύς από συµβατικούς σταθµούς παραγωγής είναι για το MW και 795 MW από Αιολικά Πάρκα. Τέλος θα πρέπει να οριστούν ρυθµοί µεταβολής της ενεργού ισχύος µετά την επαναφορά της τάσης και να µελετηθεί η ανάγκη να υποστηρίζουν τα Α/Π το δίκτυο κατά τη διάρκεια του σφάλµατος µε τη παροχή αέργου ρεύµατος. Εξετάζοντας τις απαιτήσεις ελέγχου ενεργού ισχύος χρειάζεται να µελετηθεί η ανάγκη για δυνατότητα περιορισµού της ενεργού ισχύος εξόδου των Α/Π. Aυτό µπορεί να γίνεται µε αυτόµατο έλεγχο από τα Κέντρα Ελέγχου του Συστήµατος. Αυτή η απαίτηση είναι χρήσιµη για περιοχές του Συστήµατος που παρουσιάζουν κορεσµό, όπως η Θράκη, και είναι παρόµοια µε τον περιορισµό ισχύος που εφαρµόζεται στα Α/Π που βρίσκονται σε Μη ιασυνδεδεµένα Νησιά. Επίσης πρέπει να εξεταστεί η απαίτηση για παροχή πρωτεύουσας ή δευτερεύουσας ρύθµισης από τα Α/Π. Συγκρίνοντας τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του Ελληνικού Συστήµατος µε άλλες χώρες σηµειώνεται ότι δεν είναι τόσο ασθενώς διασυνδεδεµένο όσο της Ιρλανδίας ή της Βρετανίας, αφού λειτουργεί σύγχρονα και παράλληλα µε το σύστηµα UCTE µέσω διασυνδετικών γραµµών µε τα Συστήµατα Αλβανίας, Βουλγαρίας και ΠΓΜ. Από την άλλη µεριά δεν είναι και τόσο ισχυρά διασυνδεδεµένο όσο της Γερµανίας. Οι παραπάνω απαιτήσεις συνεπάγονται και την ανάγκη για ρυθµούς µεταβολής (ramp rate) της ενεργού ισχύος για τη καλύτερη αλληλεπίδραση των Α/Π και του υπόλοιπου συστήµατος. Σχετικά µε τον έλεγχο αέργου ισχύος και τάσης η πλειονότητα των ξένων κωδίκων απαιτούν τα Α/Π να συµµετέχουν στον έλεγχο αέργου ισχύος και στη ρύθµιση τάσης. Οι απαιτήσεις ορίζουν συνήθως ένα εύρος ΣΙ (και επαγωγικών και χωρητικών) µέσα στο οποίο να µπορεί να λειτουργήσει το Α/Π. Μια τέτοια απαίτηση κρίνεται χρήσιµο να υιοθετήσει και ο Ελληνικός Κώδικας, διότι η ρύθµιση τάσης είναι µείζον πρόβληµα, ειδικά στο Νότιο Σύστηµα. Η 117

118 5. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΚΩ ΙΚΑ συµµετοχή του Α/Π στη ρύθµιση τάσης µπορεί να υλοποιηθεί είτε µε έλεγχο της τάσης, είτε του ΣΙ, είτε της ανταλασσόµενης αέργου ισχύος (Mvar) στα άκρα του Α/Π κατ αντιστοιχία µε τους κώδικες που αναλύθηκαν παραπάνω. Επίσης οι απαιτήσεις από συµβατικούς σταθµούς διαφοροποιούν τους επιθυµητούς ΣΙ για ενεργό παραγωγή πάνω και κάτω από 35% της ονοµαστικής ισχύος. Κάτι παρόµοιο µπορεί να εφαρµοστεί και για τα Α/Π έτσι ώστε η άεργος ισχύς να συσχετίζεται µε το επίπεδο ενεργού ισχύος του Α/Π. Τέλος είναι απαραίτητο να οριστούν όρια τάσης και συχνότητας µέσα στα οποία τα Α/Π θα λειτουργούν συνεχώς ή για περιορισµένο χρόνο µε ενδεχόµενη µείωση της ικανότητας παραγωγής ενεργού και αέργου ισχύος. Τα όρια τάσης και συχνότητας του υπάρχοντος Κώδικα Συστήµατος ίσως είναι ικανοποιητικά και για τα Α/Π, αφού ακολουθούν τα όρια που έχει θέσει η πλειονότητα των υπόλοιπων χωρών. Χρειάζεται όµως να εξεταστεί η περίπτωση της µειωµένης ικανότητας παραγωγής των Α/Π για τάσεις και συχνότητες εκτός των ορίων συνεχούς λειτουργίας. 118

119 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΗΤΡΙΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά διάφορων τεχνολογιών που χρησιµοποιούνται στις Ανεµογεννήτριες. Οι υλοποιήσεις που περιγράφονται έχουν επιλεγεί µε βάση τη χρησιµοποίησή τους στην αγορά. ηλαδή έχουν επιλεγεί οι υλοποιήσεις που χρησιµοποιούνται τα τελευταία χρόνια συνηθέστερα. Περαιτέρω εξετάζονται τα χαρακτηριστικά αυτών των τεχνολογιών σε σχέση µε τις απαιτήσεις των Κωδίκων Συστήµατος για τη διασύνδεση των Α/Π. ηλαδή εξετάζονται οι δυνατότητες και οι περιορισµοί των Α/Γ στην εφαρµογή και την εναρµόνιση των απαιτήσεων που παρουσιάστηκαν παραπάνω (ειδικά του FRT). 6.2 ΚΑΤΑΤΑΞΗ Α/Γ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ Α/Γ σταθερών στροφών Στις Α/Γ σταθερών στροφών η ταχύτητα περιστροφής της γεννήτριας είναι σταθερή ανεξάρτητα από τη ταχύτητα του ανέµου και εξαρτάται από τη συχνότητα του δικτύου, το λόγο του κιβωτίου ταχυτήτων και το σχεδιασµό της γεννήτριας. Για αυτό το λόγο είναι ευαίσθητες στη µεταβλητότητα του ανέµου και στις ριπές ανέµου. Λόγω της σταθερής ταχύτητας όλες οι µεταβολές του ανέµου µεταφέρονται σαν µεταβολές στη ροπή του δροµέα και άρα σαν µεταβολές στην ηλεκτρική ισχύ που παρέχεται στο δίκτυο. Ειδικά για τα ασθενή δίκτυα η διακύµανση της ισχύος σηµαίνει διακυµάνσεις τάσης και µεγαλύτερες απώλειες στις γραµµές µεταφοράς. Λόγω των σταθερών στροφών όπως φαίνεται και από το Σχήµα 63 η Α/Γ δεν εκµεταλλεύται µε βέλτιστο τρόπο την αεροδυναµική ροπή, συνεπώς έχει χαµηλότερη απόδοση. Σχήµα 63. Ροπή Α/Γ συναρτήσει ταχύτητας περιστροφής µε παράµετρο τη ταχύτητα ανέµου και χαρακτηριστικές ροπής-στροφών για σύγρονη και ασύγχρονη γεννήτρια για λειτουργία σταθερών στροφών. (Πηγή: [55]) 119

120 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Τα πλεονεκτήµατα τους είναι: 1) απλότητα 2) στιβαρότητα 3) χαµηλότερο κόστος. Τα µειονεκτήµατα τους είναι: 1) µεγαλύτερες µηχανικές καταπονήσεις 2) µεταβλητότητα της ισχύος εξόδου και άρα χαµηλή ποιότητα ισχύος. Οι Α/Γ σταθερών στροφών χρησιµοποιούν συνήθως γεννήτριες επαγωγής τύπου κλωβού απευθείας συνδεδεµένες στο δίκτυο. Για τη σύνδεση τους απαιτείται σύστηµα οµαλής εκκίνησης (soft starter) και πυκνωτές για αντιστάθµιση ισχύος. Αυτή η τεχνολογία Α/Γ κυριάρχησε στις αρχές της δεκαετίας του Α/Γ µεταβλητών στροφών Τα τελευταία χρόνια έχουν κυριαρχήσει στην αγορά Α/Γ µεταβλητών στροφών. Αυτή η τεχνολογία πετυχαίνει µέγιστη αεροδυναµική απόδοση γύρω από ένα ευρύ φάσµα ταχυτήτων ανέµου. Με τη λειτουργία µεταβλητών στροφών η ταχύτητα περιστροφής της γεννήτριας µπορεί να προσαρµόζεται στην εκάστοτε ταχύτητα ανέµου. Αυτό επιτυγάνεται µε το λόγο tip speed ωr ratio, λ= (όπου ω η ταχύτητα περιστροφής, R η ακτίνα της έλικας και U η ταχύτητα U ανέµου), ο οποίος διατηρείται σταθερός στη βέλτιστη τιµή ώστε να επιτυγχάνεται µέγιστος αεροδυναµικός συντελεστής C p. Άρα επιτυγχάνεται καλύτερη απόδοση από ότι µε λειτουργία σταθερών στροφών όπως φαίνεται και στο Σχήµα 64. Σχήµα 64. Ροπή Α/Γ συναρτήσει ταχύτητας περιστροφής µε παράµετρο τη ταχύτητα ανέµου και χαρακτηριστικές ροπής-στροφών για σύγχρονη και ασύγχρονη γεννήτρια για λειτουργία µεταβλητών στροφών. (Πηγή: [55]) Σε αντίθεση µε την λειτουργία σταθερών στροφών στη λειτουργία µεταβλητών στροφών οι µεταβολές του ανέµου απορροφώνται από τις αλλαγές της ταχύτητας περιστροφής της γεννήτριας. Οι Α/Γ µεταβλητών στροφών συνδέονται στο δίκτυο µέσω µετατροπέα συχνότητας (frequency converter ή power converter). O µετατροπέας ελέγχει την ταχύτητα της γεννήτριας ελέγχοντας τη ροπή. Οι µεταβολές του ανέµου απορροφώνται από τις αλλαγές στη ταχύτητα του δροµέα της γεννήτριας και συνεπώς τις αλλαγές στη ταχύτητα του άξονα µετάδοσης κίνησης. Η dω παραπάνω λειτουργία εξηγείται και µε την εξίσωση επιτάχυνσης: T T 2H. Τ m : η µηχανική ροπή λόγω του ανέµου Τ e : η ηλεκτροµανητική ροπή της γεννήτριας ω : η ταχύτητα περιστροφής m e = dt 120

121 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Τα πλεονεκτήµατα των µεταβλητών στροφών είναι: 1) µεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας 2) βελτίωση της ποιότητας ισχύος 3) µειώνονται οι µηχανικές καταπονήσεις και αποφεύγεται η υπερδιαστασιολόγηση των µηχανικών µερών της Α/Γ. Όπως θα διαπιστωθεί και παρακάτω η ύπαρξη µετατροπέων ισχύος και οι αυξηµένες δυνατότητες ελέγχου που αυτοί παρέχουν βελτιώνουν καθοριστικά τη συµπεριφορά της Α/Γ σε διαταραχές του δικτύου και επιτρέπουν ευκολότερη συµµόρφωση προς τις τεχνικές απαιτήσεις των Κωδίκων. Τα µεινεκτήµατα είναι: 1) απώλειες στα ηλεκτρονικα ισχύος που αποτελούν το µετατροπέα 2) υψηλό κόστος 3) πολυπλοκότητα Τύ ος Α: Α/Γ µε γεννήτρια ε αγωγής τύ ου κλωβού Αυτός ο τύπος λειτουργεί µε σταθερές στροφές και η Α/Γ είναι απευθείας συνδεδεµένη στο δίκτυο (χωρίς να παρεµβάλεται µετατροπέας). Η γεννήτρια που χρησιµοποιείται είναι επαγωγής τύπου κλωβού. Η αρχή λειτουργίας της µηχανής επαγωγής είναι: ο στάτης διαθέτει τριφασικά τυλίγµατα και το µαγνητικό του πεδίο στρέφεται µε τη σύγχρονη ταχύτητα, n s =120f/p. O δροµέας στρέφεται µε ταχύτητα n λίγο µεγαλύτερη από τη σύγχρονη κατά το µέγεθος της n n ολίσθησης. Η ολίσθηση ορίζεται s= s και σε αυτή τη περίπτωση είναι της τάξης 1%. Στο n δροµέα επάγονται ρεύµατα συχνότητας s f. Από την αλληλεπίδραση του µαγνητικού πεδίου του στάτη και του δροµέα δηµιουργείται ηλεκτροµαγνητική ροπή. Στη µηχανή επαγωγής τύπου κλωβού το τύλιγµα δροµέα αποτελείται από ράβδους βραχυκυκλωµένες στα άκρα τους. εν απαιτείται η χρήση δακτυλίων και ψηκτρών. Σε αυτό το τύπο Α/Γ η ταχύτητα της γεννήτριας αλλάζει πολύ λίγο λόγω ολίσθησης. Για αυτό χρησιµοποιείται σαν σταθερών στροφών. Το ρεύµα εκκίνησης κατά τη ζεύξη είναι υψηλό της τάξης 7-8 φορές το ονοµαστικό. Όπως φαίνεται από την αρχή λειτουργίας οι γεννήτριες επαγωγής απαιτούν τη συνδεσή τους σε τριφασικό εναλλασσόµενο δίκτυο. Αυτό διότι για την εγκατάσταση του πεδίου διέγερσής της απαιτείται να απορροφά άεργο ισχύ από το δίκτυο. Γι αυτό το λόγο ανάµεσα στη γεννήτρια και το δίκτυο εγκαθίστανται συστοιχίες πυκνωτών που παρέχουν όλη ή µέρος της απαιτούµενης αέργου ισχύος για τη διέγερση της γεννήτριας. Έτσι βελτιώνεται ο συντελεστής ισχύος. Οι πυκνωτές όµως έχουν αργή απόκριση και προκαλούν βηµατικές µεταβολές της αέργου ισχύος. Επίσης δηµιουργούνται µεταβατικά φαινόµενα κατά τη ζεύξη των πυκνωτών. Γι αυτό το λόγο η αντιστάθµιση µπορεί να γίνεται και µε κεντρικά µέσα αντιστάθµισης (για το σύνολο του Αιολικού Πάρκου ή οµάδες επιµέρους Α/Γ), όπως SVCs ή STATCOMs που επιτυγχάνουν γρήγορη απόκριση και οµαλότερη ροή αέργου ισχύος. Όπως αναφέρθηκε ένα ακόµη πρόβληµα είναι το υψηλό ρεύµα ζεύξης. Για να αντιµετωπιστεί µετά τη γεννήτρια εγκαθίσταται διάταξη οµαλής εκκίνησης (soft starter). Ο soft starter είναι ουσιαστικά ένας ac ρυθµιστής (σύστηµα αντιπαράλληλων θυρίστορ) που χρησιµοποιεί θυρίστορ για τη µείωση του ρεύµατος ζεύξης. Επίσης διαθέτει ένα διακόπτη bypass για να παρακάµπτεται ο ρυθµιστής όταν έχει παρέλθει η µεταβατική περίοδος της εκκίνησης. Πετυχαίνει ρεύµα ζεύξης 2-4 φορές το ονοµαστικό. Ο έλεγχος της ενεργού ισχύος για ταχύτητες ανέµου πάνω από την ονοµαστική γίνεται µε αεροδυναµικό έλεγχο τύπου stall ή µε έλεγχο βήµατος έλικας (pitch control). Στη περίπτωση 121

122 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ pitch control ο έλεγχος βήµατος δεν είναι πολύ γρήγορος γι αυτό οι απότοµες µεταβολές του ανέµου προκαλούν µεταβλητότητα στην ισχύ εξόδου. Σχήµα 65. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Α σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους. Σχήµα 66. Χαρακτηριστική ροπής-στροφών και ρεύµατος-στροφών γεννήτριας επαγωγής τύπου κλωβού που συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο. 122

123 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Τύ ος Β: Α/Γ µε γεννήτρια ε αγωγής τυλιγµένου δροµέα ( εριορισµένη λειτουργία µεταβλητών στροφών) Αυτός ο τύπος έχει αναπτυχθεί από την εταιρία Vestas µε το σύστηµα ελέγχου ολίσθησης Optislip. Βασίζεται στη προσθήκη εξωτερικών αντιστάσεων στο δροµέα ελεγχόµενες από κύκλωµα ηλεκτρονικών ισχύος (ανορθωτής και απλός µετατροπέας DC/DC). Γι αυτό το λόγο η χρησιµοποιούµενη γεννήτρια είναι επαγωγής τυλιγµένου δροµέα. Οι µηχανές επαγωγής τυλιγµένου δροµέα διαθέτουν στο δροµέα τριφασικό τύλιγµα όπως και ο στάτης. Ο δροµέας απαιτεί την ύπαρξη δακτυλίων και ψηκτρών. Σύµφωνα µε το σύστηµα Optislip η εξωτερική αντίσταση µεταβάλλεται ώστε να έχω δυναµικό έλεγχο της ολίσθησης. Αυτό συνεπάγεται µεγαλύτερη δυνατότητα για έλεγχο της ισχύος εξόδου (µικρότερες διακυµάνσεις). Επίσης η ταχύτητα του δροµέα της γεννήτριας µπορεί να µεταβάλεται µέχρι και 10% πάνω από τη σύγχρονη ταχύτητα. Έτσι αυτός ο τύπος έχει δυνατότητα για περιορισµένη λειτουργία µεταβλητών στροφών. Ένα µειονέκτηµα αυτής της γεννήτριας είναι ότι αυξάνονται οι απώλειες θερµότητας πάνω στις εξωτερικές αντιστάσεις. Ο στάτης της γεννήτριας συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο. Απαιτείται όµως διάταξη οµαλής εκκίνησης για τη µείωση του ρεύµατος ζεύξης. Επίσης απαιτούνται πυκνωτές για την αντιστάθµιση αέργου ισχύος αφού η χρησιµοποιούµενη γεννήτρια είναι επαγωγής (απορροφά την άεργο ισχύ για τη διέγερσή της από το δίκτυο όπως αναλύθηκε παραπάνω). Σε αυτό το τύπο Α/Γ ο έλεγχος ισχύος για ταχύτητες ανέµου πάνω από την ονοµαστική γίνεται µε έλεγχο βήµατος έλικας. Σχήµα 67. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Β σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους Τύ ος Γ: Α/Γ µε σύστηµα µετατρο έων µειωµένης ικανότητας και ασύγχρονη γεννήτρια δι λής τροφοδότησης Ο τύπος Γ ανήκει στη κατηγορία µεταβλητών στροφών χρησιµοποιεί γεννήτρια επαγωγής µε τυλιγµένο δροµέα. Ο τύπος Γ ονοµάζεται και Doubly Fed Induction Generator, DFIG. Ο στάτης της γεννήτριας συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο. Ο δροµέας συνδέεται µέσω µετατροπέα συχνότητας (frequency converter ή power converter) ΑC/DC/AC η ισχύς του οποίου είναι περίπου 30% της ονοµαστικής ισχύος της Α/Γ (γενικά ο µετατροπέας διακινεί ισχύ ανάλογη της ολίσθησης λειτουργίας). Ο µετατροπέας συνδέεται στο δίκτυο µέσω αυτοµετασχηµατιστή για λόγους προσαρµογής των διαφορετικών επιπέδων τάσης. Ο µετατροπέας παρέχει τη διέγερση της γεννήτριας και φροντίζει για την οµαλή εκκίνηση πετυχαίνοντας ρεύµα ζεύξης περίπου ίσο µε το ονοµαστικό. Επίσης υλοποιεί τη λειτουργία µεταβλητών στροφών µέσω του ελέγχου του ρεύµατος δροµέα µε µεταβλητή συχνότητα. Πετυχαίνει µεγαλύτερο εύρος ταχυτήτων σε σχέση µε το σύστηµα Optislip (-40% ως 30% της σύγχρονης ταχύτητας). Ο µετατροπέας µπορεί να 123

124 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ελέγχει το συντελεστή ισχύος στη µεριά του δικτύου. Ακόµη ελέγχει τη συχνότητα αποσυνδέοντας τη συχνότητα της γεννήτριας από τη συχνότητα του δικτύου. Η συνολική ισχύς προς το δίκτυο προέρχεται κατά ένα µέρος από το στάτη και κατά ένα µέρος από το δροµέα. Η προηγούµενη πρόταση εκφράζεται από τους τύπους: 1 Ισχύς στάτη P s, nom = PWT, nom 1+ s Ισχύς δροµέα s =, P WT, nom : η ονοµαστική ενεργός ισχύς της Α/Γ. 1+ s P s, nom PWT, nom Για υπερσύγχρονη ταχύτητα ο δροµέας παράγει ενεργό ισχύ, ενώ για υποσύγχρονη ο δροµεάς απορροφά ισχύ. Μετατροπείς συχνότητας Οι µετατροπείς που χρησιµοποιούνται στο τύπο Γ αλλά και στο τύπο έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά. Στη µεριά της γεννήτριας υπάρχει ένας ανορθωτής ΑC/DC και στη µεριά του δικτύου ένας αντιστροφέας DC/AC που παρέχει τριφασικό εναλλασσόµενο ρεύµα στο δίκτυο. Όταν ο µετατροπέας συνδυάζεται µε γεννήτρια επαγωγής ο ανορθωτής και ο αντιστροφέας είναι µετατροπείς πηγής τάσης. Οι ηµιαγωγικοί διακόπτες που χρησιµοποιούνται είναι αυτοµεταγόµενοι (self commutated). Τέτοιοι διακόπτες είναι τα IGBTs και τα transistors. Άρα δεν απορροφούν άεργο ισχύ από το δίκτυο. Συνολικά ο µετατροπέας λόγω των διακοπτών που χρησιµοποιεί έχει τη δυνατότητα για αµφίδροµη ανταλαγή ενεργού και αέργου ισχύος. Ο µετατροπέας στη µεριά της γεννήτριας παρέχει την απαιτούµενη άεργο ισχύ στο δροµέα της γεννήτριας. Ο µετατροπέας στη µεριά του δικτύου είναι µια πηγή εναλλασόµενης τάσης ελεγχόµενου µέτρου και συχνότητας. Επίσης ελέγχει τη DC τάση ανάµεσα στον ανορθωτή και τον αντιστροφέα. Γι αυτό έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Ρυθµιζόµενος συντελεστής ισχύος υνατότητα ελέγχου της τάσης εξόδου υνατότητα ελέγχου της συχνότητας Χαµηλή αρµονική παραµόρφωση-µικρά φίλτρα Η τελευταία ιδιότητα επιτυγχάνεται µε έλεγχο PWM. Σαν αποτέλεσµα οι ισχυρές αρµονικές βρίσκονται σε συχνότητες που πλησιάζουν τις υψηλές διακοπτικές συχνότητες των IGBTs, άρα απαιτούνται µικρά και φθηνά φίλτρα. Στην έξοδο των κυκλωµάτων του δροµέα είναι εγκατεστηµένη διάταξη προστασίας των µετατροπέων από υπερτάσεις και υπερεντάσεις, η οποία είναι γνωστή ως crowbar. Η διάταξη αυτή βραχυκυκλώνει τους ακροδέκτες του δροµέα, προστατεύοντας έτσι τον µετατροπέα AC/DC από τις αυξηµένες τιµές µεταβατικών εντάσεων και τάσεων που εµφανίζονται σε περιπτώσεις βραχυκυκλωµάτων στο δίκτυο και εν γένει απότοµων µεταβολών της τάσης του στάτη. Η λειτουργία του crowbar είναι σηµαντικότατη για την απόκριση της Α/Γ σε διαταραχές του δικτύου και την ικανοποίηση απαιτήσεων LVRT και σχολιάζεται αναλυτικά σε επόµενη παράγραφο. Ο µετατροπέας εξόδου του δροµέα συνδέεται στο δίκτυο µέσω φίλτρων (που απεικονίζονται ως αυτεπαγωγές στο σχήµα). Σε αυτό το τύπο Α/Γ ο έλεγχος ισχύος για ταχύτητες ανέµου πάνω από την ονοµαστική γίνεται µε έλεγχο βήµατος έλικας. Πλεονεκτήµατα Α/Γ τύπου Γ Έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης. Ανεξάρτητος έλεγχος ενεργού και αέργου ισχύος. Συνήθως ο Σ.Ι. στη µεριά του δικτύου διατηρείται ίσος µε

125 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Ο µετατροπέας είναι πιο φθηνός αφού η ονοµαστική του ισχύς είναι ένα ποσοστό της ονοµαστικής ισχύος της Α/Γ. Σχήµα 68. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου Γ σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους. Σχήµα 69. Ενδεικτική διαµόρφωση του ηλεκτρικού µέρους Α/Γ Τύπου Γ Τύ ος : Α/Γ µε σύστηµα µετατρο έων λήρους ισχύος και σύγχρονη ή ασύγχρονη γεννήτρια Ο τύπος κατατάσσεται επίσης στις Α/Γ µεταβλητών στροφών µε έλεγχο βήµατος έλικας. Η γεννήτρια που χρησιµοποιείται µπορεί να είναι σύγχρονη ή ασύγχρονη. Ο στάτης της γεννήτριας συνδέεται στο δίκτυο µέσω µετατροπέα συχνότητας πλήρους ισχύος. ηλαδή ο µετατροπέας µεταφέρει το σύνολο της ισχύος της Α/Γ προς το δίκτυο. Ο µετατροπέας έχει τις ιδιότητες και τη δοµή που περιγράφηκε και στο τύπο Γ. Για σύγχρονη γεννήτρια υπάρχουν κάποιες διαφοροποιήσεις. Η σύχρονη γεννήτρια διαθέτει δικό της σύστηµα διέγερσης. Συνεπώς ο µετατροπέας γεννήτριας αρκεί να είναι ένας ανορθωτής µε διόδους ή θυρίστορ αφού δε χρειάζεται να παρέχει άεργο ισχύ στη γεννήτρια. Ο µετατροπέας στη πλευρά του δικτύου είναι µετατροπέας πηγής τάσης όπως περιγράφηκε και παραπάνω. Επίσης ανάµεσα στον ανορθωτή και το µετατροπέα παρεµβάλλεται ένας DC/DC µετατροπέας ανύψωσης (τύπου boost). Ο ρόλος του είναι η προσαρµογή της DC τάσης του ανορθωτή που είναι µεταβαλλόµενη στη σταθερή DC τάση του πυκνωτή όπως φαίνεται στο Σχήµα 71 α). Η τάση εξόδου του ανορθωτή είναι µεταβαλλόµενη επειδή εξαρτάται από τη ταχύτητα περιστροφής της γεννήτριας. Ο µετατροπέας DC/DC δεν χρειάζεται στο Σχήµα 71 β) όπου ο ανορθωτής και ο αντιστροφέας συνδέονται στον 125

126 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ ίδιο ζυγό συνεχούς τάσης (back-to-back). Στη διάταξη που φαίνεται στο Σχήµα 71 α), ο έλεγχος ροπής της γεννήτριας υλοποιείται από τον µετατροπέα DC/DC, ο οποίος ελέγχει το συνεχές ρεύµα εξόδου του ανορθωτή, το οποίο είναι ανάλογο του ρεύµατος στάτη και άρα της ροπής της γεννήτριας. Στη διάταξη που απεικονίζεται στο Σχήµα 71 β) ο έλεγχος ροπής της γεννήτριας υλοποιείται µέσω του ανορθωτή πηγής τάσης. Ο µετατροπέας εξόδου, όπως και στη µηχανή διπλής τροφοδότησης, ελέγχει τη συνεχή τάση εισόδου του µέσω της ρύθµισης της ενεργού ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο, καθώς και την άεργο ισχύ εξόδου. Γενικά ισχύουν τα αναφερθέντα στην προηγούµενη παράγραφο για τον έλεγχο µετατροπέων αυτού του τύπου. Η σύγχρονη γεννήτρια µπορεί να χωριστεί σε 2 κατηγορίες: Με τύλιγµα πεδίου Το τύλιγµα πεδίου βρίσκεται στο δροµέα και τροφοδοτείται µε συνεχές ρεύµα από το σύστηµα διέγερσης. Ο δροµέας προκαλεί στρεφόµενο µαγνητικό πεδίο µε ταχύτητα περιστροφής τη σύγχρονη. Το στρεφόµενο πεδίο του δροµέα επάγει τριφασική εναλλασσόµενη τάση στο τριφασικό τύλιγµα του στάτη. Ουσιαστικά το τύλιγµα του δροµέα παρέχει τη διέγερση της γεννήτριας. Το πλεονέκτηµα αυτής της κατηγορίας είναι ότι η τάση στα άκρα της γεννήτριας µπορεί να ελέγχεται από το σύστηµα διέγερσης. Με µόνιµους µαγνήτες Πρόκειται για αυτοδιεγειρόµενη γεννήτρια. Τη κατάλληλη διέγερση τη παρέχουν µόνιµοι µαγνήτες στο δροµέα. Συνήθως αυτές οι γεννήτριες είναι έκτυπων πόλων. Το τύλιγµα του στάτη είναι και σε αυτή τη κατηγορία τριφασικό. Το µειονέκτηµα αυτής της κατηγορίας σύγχρονων γεννητριών είναι ότι δεν υπάρχει έλεγχος της διέγερσης µε αποτέλεσµα την αδυναµία δατήρησης σταθερής τάσης. Επίσης παρουσιάζονται προβλήµατα κατά το συγχρονισµό µε το δίκτυο. Η συµπεριφορά του σε περίπτωση σφάλµατος είναι πιο δύσκαµπτη. Στη περίπτωση µόνιµων µαγνητών ο µετατροπέας στην έξοδό της γεννήτριας πρέπει να είναι τύπου πηγής τάσης µε ελεγχόµενα στοιχεία (IGBTs). Η παρεµβολή του µετατροπέα αντισταθµίζει τα προηγούµενα µειονεκτήµατα. Τα πλεονεκτήµατα του τύπου είναι: Ρύθµιση του συντελεστή ισχύος σε µεγαλύτερο εύρος τιµών. Επειδή ο µετατροπέας είναι πλήρους ισχύος η γεννήτρια αποµονώνεται από το δίκτυο. Αυτό είναι ιδιαίτερα θετικό σε περίπτωση βραχυκυκλώµατος στο δίκτυο. Έλεγχος της συχνότητας. Απόζευξη της ταχύτητας της γεννήτριας από τη συχνότητα δικτύου. Το µειονέκτηµα του τύπου είναι ο ακριβός µετατροπέας. Σχήµα 70. Μπλοκ διάγραµµα της Α/Γ τύπου σύµφωνα µε τη διαµορφωση του ηλεκτρικού µέρους. Η διακεκοµένη γραµµή στο κιβώτιο ταχυτήτων υποδεικνύει ότι στη περίπτωση σύγχρονης µηχανής µπορεί να παραλείπεται. 126

127 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ α) β) Σχήµα 71. Ενδεικτική διαµόρφωση του ηλεκτρικού µέρους Α/Γ Τύπου ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Α/Γ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΒΥΘΙΣΗ ΤΑΣΗΣ Α/Γ σταθερών στροφών (Τύ ος Α,Β) Πριν τεθούν σε ισχύ οι Κώδικες που περιγράψαµε στα προηγούµενα κεφάλαια η κυρίαρχη τακτική ήταν να αποσυνδέονται οι Α/Γ από το δίκτυο σε περίπτωση που η τάση στα άκρα τους έπεφτε κάτω από ένα επίπεδο (συνήθως 80% της ονοµαστικής). Αυτή η απαίτηση υπήρχε για τους παρακάτω λόγους: Οι Α/Γ αρχικά αντιµετωπίζονταν ως «αρνητικά φορτία» του ηλεκτρικού συστήµατος και όχι ως σταθµοί παραγωγής, οι οποίοι συµβάλλουν στον έλεγχο και την ευστάθειά του. Έτσι, όσο οι αιολικές διεισδύσεις ήταν σχετικά µικρές, η άµεση αποσύνδεση των Α/Γ σε µη κανονικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου θεωρούνταν η καλύτερη λύση και δεν αποτελούσε ουσιαστικό κίνδυνο για το υπόλοιπο σύστηµα. Οι Α/Γ και τα αιολικά πάρκα ήταν σχετικά µικρού µεγέθους και συνήθως συνδέονταν στο δικτύο ΜΤ. Όµως το δίκτυο ΜΤ διαθέτει προστασίες απόζευξης έναντι σφαλµάτων. Αν µια τέτοια προστασία λειτουργήσει δηµιουργείται ένα νησιδοποιηµένο τµήµα. Στη περίπτωση που αυτό περιέχει φορτία και Α/Π η µη αποσύνδεση των τελευταίων δηµιουργεί περαιτέρω διαταραχές τάσης και συχνότητας και ενέχει κίνδυνο για τα φορτία. 127

128 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Οι Α/Γ δεν διέθεταν τη δυνατότητα παραµονής σε λειτουργία υπό συνθήκες σηµαντικών βυθίσεων τάσης, όχι µόνο για λόγους ευστάθειας, αλλά κυρίως διότι διακόπτονταν η παροχή σε κρίσιµα βοηθητικά τους υποσυστήµατα (κεντρικός ελεγκτής, υδραυλικά συστήµατα, διάφοροι σερβοκινητήρες κλπ.), τα οποία δεν τροφοδοτούνταν από σύστηµα αδιάλειπτης παροχής (UPS). Η απώλεια τάσης στα συστήµατα αυτά οδηγούσε άµεσα σε εντολή στάσης, σε χρόνο µικρότερο των 100 ms. Το περιθώριο ευστάθειας των Α/Γ σταθερών στροφών µε γεννήτρια επαγωγής (Τύπου Α και Β) είναι πολύ περιορισµένο, λόγω υπερτάχυνσης του δροµέα, ιδιαίτερα για λειτουργία υπό πλήρη ισχύ και σηµαντικές τριφασικές βυθίσεις της τάσης του δικτύου. Επίσης αν η Α/Γ παραµείνει συνδεδεµένη µετά την εκκαθάριση του σφάλµατος απορροφά άεργο ισχύ µε αποτέλεσµα αργή επαναφορά της τάσης, κίνδυνο για αποσυγχρονισµό των Α/Γ και περαιτέρω καταπόνηση του δικτύου. Στη παρούσα κατάσταση λόγω της υψηλής διείσδυσης της αιολικής ενέργειας και της σύνδεσης των Α/Π στο δίκτυο ΥΤ οι Α/Γ των Α/Π καλούνται να υποστηρίξουν την ευστάθεια και την αξιοπιστία του δικτύου. Η συµπεριφορά όµως των Α/Γ στη βύθιση τάσης διαφοροποιείται ανάµεσα στις διάφορες τεχνολογίες. Στις Α/Γ σταθερών στροφών (τύπου Α,Β) η πτώση τάσης σηµαίνει ότι η γεννήτρια παράγει ένα µέρος της ηλεκτρικής της ισχύος διότι η ισχύς είναι ανάλογη µε τη τάση. Εξαιτίας αυτής της µείωσης ενεργού ισχύος δηµιουργείται ανισσορροπία ανάµεσα στη µηχανική ισχύ εισόδου και την ηλεκτρική ισχύ εξόδου. Άρα η γεννήτρια επιταχύνεται. Μετά την εκκαθάριση του σφάλµατος η γεννήτρια καταναλώνει αυξηµένη άεργο ισχύ λόγω αυξηµένης ταχύτητας ( αυξηµένη ταχύτητα σηµαίνει µεγαλύτερη ολίσθηση και άρα µεγαλύτερη κατανάλωση αέργου ισχύος. Συνέπεια αυτού είναι η αργή αποκατάσταση της τάσης µετά το σφάλµα. Η συµπεριφορά αυτή µπορεί αν εξηγηθεί και από το Σχήµα 72. Έστω ότι πριν τη βύθιση τάσης η γεννήτρια βρίσκεται στο σηµείο λειτουργίας Α. Κατά τη διάρκεια της βύθισης τάσης η χαρακτηριστική ροπής φαίνεται µε κοκκινο. Επειδή η ροπή εξαρτάται από το τετράγωνο της τάσης θα είναι µειωµένη. Επειδή η ηλεκτρική ροπή είναι µειωµένη η ταχύτητα αυξάνεται και το σηµείο λειτουργίας µετατοπίζεται προς το C. Αν ξεπεραστεί το σηµείο C όταν επανέλθει η τάση η επιβραδύνουσα ροπή θα είναι µικρότερη από την επιταχύνουσα (µηχανική) και η Α/Γ αποσυγχρονίζεται. Ακόµη και αν δε ξεπεραστεί το σηµείο C µε την επαναφορά της τάσης η γεννήτρια θα λειτουργεί σε αυξηµένη ταχύτητα και όπως εξηγήσαµε παραπάνω αυτό σηµαίνει µεγαλύτερη απορρόφηση αέργου ισχύος. 128

129 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Σχήµα 72. Χαρακτηριστική ροπής-στροφών για γεννήτρια επαγωγής βραχυκυκλωµένου δροµέα. Επίσης η κατανάλωση αέργου ισχύος οδηγεί σε περαιτέρω µείωση της τάσης και µπορεί να οδηγήσει σε κατάρρευση τάσης και αποσύνδεση της Α/Γ. Παρακάτω παρουσιάζονται κάποια µέτρα για τη βελτίωση της παραπάνω απόκρισης. Έλεγχος τύπου pitch γρήγορης απόκρισης ώστε όταν η Α/Γ αντιλαµβάνεται υπερτάχυνση να αυξάνεται η γωνία pitch και να µειώνεται η µηχανική ισχύς εισόδου. Να σηµειωθεί ότι η διάρκεια των σφαλµάτων είναι µερικά δέκατα του δευτερολέπτου, ενώ η απόκριση του ελέγχου pitch επειδή εµπλέκει µηχανικά µέρη είναι πιο αργή. Ύπαρξη µιας ελεγχόµενης πηγής τάσης (π.χ. STATCOM) για την παροχή της αέργου ισχύος που απαιτείται κατά την αποκατάσταση της τάσης. Αυτά τα µέτρα παρότι βελτιώνουν τη συµπεριφορά των Α/Γ Τύπου Α,Β και τις βοηθούν στην ικανοποίηση των απαιτήσεων Κωδίκων δε λύνουν οριστικά το πρόβληµα. Συγκρινόµενες µε του άλλους 2 τύπους δε µπορούν να ικανοποιήσουν αυξηµένες απαιτήσεις LVRT και υποστήριξη της τάσης κατά τη διάρκεια και µετά το σφάλµα. Η εγγενής έλλειψη ελέγχου της αέργου ισχύος κάνει ακόµη πιο δύσκολη την ικανοποίηση απαιτήσεων για παροχή αέργου ισχύος κατά τη διάρκεια του σφάλµατος (παράγραφος 3.1.Α), ακόµη και µε τη προσθήκη STATCOM Α/Γ µεταβλητών στροφών Η δυναµική συµπεριφορά των Α/Γ µεταβλητών στροφών είναι εντελώς διαφορετική σε σχέση µε τις Α/Γ σταθερών στροφών. Ο µετατροπέας χρησιµοποιείται για να αποζεύξει τη γεννήτρια από το δίκτυο. Αυτή η απόζευξη ισχύει και στη µόνιµη κατάσταση και στις διαταραχές, άρα η γεννήτρια παραµένει γενικά ανεπηρέαστη από τις διαταραχές του δικτύου. Στις Α/Γ µεταβλητών στροφών δεν υπάρχει ο κίνδυνος επιτάχυνσης αφού δεν ισχύει η καµπύλη ροπής των µηχανών επαγωγής. Ο έλεγχος ενεργού ισχύος γίνεται µε τον έλεγχο pitch και µε έλεγχο της ροπής από το µετατροπέα. Παρολαυτά σε µεγάλες βυθίσεις τάσης η ανισσοροπία ισχύος εισόδου και ισχύος προς το δίκτυο προκαλεί ανύψωση τάσης στους πυκνωτές στο ζυγό συνεχούς τάσης. Για να αντιµετωπιστεί το πρόβληµα µπορούν να τοποθετηθούν µεγαλύτεροι 129

130 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ πυκνωτές και να αυξηθεί η ταχύτητα απόκρισης του ελέγχου pitch. Επίσης η υπερτάχυνση του δροµέα της γεννήτριας µπορεί να περιοριστεί γιατί η αδρανειά του µπορεί να λειτουργήσει σαν αποθήκη της πλεονάζουσας ενέργειας (buffer). Σε ορισµένες περιπτώσεις στο ζυγό συνεχούς τάσης εγκαθίσταται φορτίο ελεγχόµενο από chopper που καταναλώνει τη πλεονάζουσα ισχύ. Η άεργος ισχύς κατά τη βύθιση αλλά και µετά παρέχεται από τους µετατροπείς. Όµως η ονοµαστική ικανότητα και τα όρια φόρτισης του µετατροπέα θέτουν περιορισµούς στη παροχή αέργου ισχύος ειδικά στη περίπτωση των Α/Γ τύπου Γ Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος Γ) Στις Α/Γ διπλής τροφοδότησης ο δροµέας συνδέεται στο δίκτυο µέσω µετατροπέα, ο στάτης όµως είναι άµεσα συνδεδεµένος µε το δίκτυο. Ένα σφάλµα στο δίκτυο προκαλεί υψηλά ρεύµατα στο στάτη. Λόγω της µαγνητικής αλληλεπίδρασης στάτη και δροµέα (η πεπλεγµένη ροή των τυλιγµάτων τείνει να διατηρείται σταθερή) επάγονται υψηλές τάσεις στα τυλίγµατα δροµέα συνεπώς αναπτύσσονται υψηλά ρεύµατα δροµέα. Τα υψηλά ρεύµατα του δροµέα µπορεί να καταστρέψουν τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά ισχύος του µετατροπέα. Η υπερδιαστασιολόγηση του µετατροπέα είναι πολύ ακριβή λύση γι αυτό χρειάζεται διάταξη προστασίας των ηλεκτρονικών ισχύος. Στις σύγχρονες υλοποιήσεις η διάταξη προστασίας ονοµάζεται crowbar. Με τη χρήση του crowbar δεν επιτρέπεται η αποσύνδεση της Α/Γ κατά τη διάρκεια της βύθισης τάσης. Παθητικό crowbar Το παθητικό crowbar βραχυκυκλώνει τα τυλίγµατα του δροµέα απάγοντας τις υπερεντάσεις ώστε να προστατέψει τον µετατροπέα. Μπορεί να υλοποιηθεί µε ανορθωτή διόδων η έξοδος του οποίου βραχυκυκλώνεται µε θυρίστορ. Επίσης υλοποιείται µε ac ρυθµιστή στους ακροδέκτες του δροµέα που προκαλούν βραχυκύκλωση του. Για όσο λειτουργεί το crowbar η Α/Γ συµπεριφέρεται σαν σταθερών στροφών. ηλαδή σα γεννήτρια επαγωγής τύπου κλωβού που απορροφά αέργο ισχύ και δεν υπάρχει δυνατότητα ελέγχου της. Επίσης µετά την αποκατάσταση της τάσης δηµιουργούνται µεταβατικά φιανόµενα όπως ταλαντώσεις στη ενεργό ισχύ και στη ροπή. Η ανάκτηση του ελέγχου είναι δυνατή µετά τον µηδενισµό των ρευµάτων του δροµέα, γεγονός που προϋποθέτει αποσύνδεση του στάτη από το δίκτυο, αποδιέγερση της µηχανής και ακολούθως διέγερση και επανασυγχρονισµό της. (α) (β) Σχήµα 73. Υλοποίησεις παθητικού crowbar (α) µε ανορθωτή διόδων (β) µε ac ρυθµιστή. Ενεργό crowbar Το ενεργό crowbar αµβλύνει τα µειονεκτήµατα του παθητικού. Κάνει χρήση IGBT (ελεγχόµενης σβέσης) αντί για θυρίστορ. Κατά τη λειτουργία του crowbar ο δροµέας βραχυκυκλώνεται µέσω ελεγχόµενης αντίστασης και µειώνονται τα ρεύµατα δροµέα και η dc τάση. Η χρήση IGBT βοηθάει ώστε να απάγεται σύντοµα το βραχυκυκλωµα και στην ανάκτηση του ελέγχου της 130

131 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ γενήτριας. Παρολαυτά κατά τη λειτουργία του crowbar η γεννήτρια µένει χωρίς έλεγχο (περίπου για 100ms µετά την έναρξη της βύθιση τάσης). Κατά το υπόλοιπο διάστηµα της διαταραχής, όπως και µετά την εκκαθάρισή της, η Α/Γ µπορεί πάντως να διατηρήσει τα ελέγξιµα χαρακτηριστικά της, ικανοποιώντας έτσι τις απαιτήσεις που θέτουν οι Κώδικες. Μια βελτιωµένη λύση που προτείνεται στο άρθρο [24] είναι η ταχεία αποσύνδεση του στάτη (STI=Short Term Interruption) µε ταυτόχρονη λειτουργία του µετατροπέα δικτύου ώστε να παρέχει την απαιτούµενη άεργο ισχύ για την υποστήριξη τάσης. Η υλοποίηση φαίνεται στο Σχήµα 74. Τα θυρίστορ στη µεριά του στάτη (SSW) διακόπτουν το ρεύµα βραχυκύκλωσης µεσα σε 10ms, ώστε να µη φτάσει στη µέγιστη τιµή του. Ταυτόχρονα η διάταξη µεταγωγής (CU) ενεργοποιείται και σταµατά τη λειτουργία του µετατροπέα γεννήτριας. Έτσι η γεννήτρια αποµαγνητίζεται, αλλά ο µετατροπέας δικτύου παραµένει συνδεδεµένος και παρέχει το µέγιστο άεργο ρεύµα. Μετά την αποµαγνήτιση ο µετατροπέας της γεννήτριας επαναλειτουργεί και τα θυρίστορ στη µεριά του στάτη συγχρονίζουν ξανά τη µηχανή. Αφού ο στάτης είναι συνδεδεµένος η Α/Γ µπορεί να αποδώσει σε πλήρη ικανότητα. Σε αυτή τη φάση ο µετατροπέας γεννήτριας χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της άεργου ισχύος. Η απαίτηση για σύντοµη αποσύνδεση Α/Γ έχει εισαχθεί από το Γερµανικό κώδικα όπως αναλύθηκε στο κεφάλαιο Σχήµα 74. Προτεινόµενη λύση crowbar για την ικανοποίηση των απαιτήσεων LVRT (ειδικότερα του Γερµανικού κώδικα) από Α/Γ διπλής τροφοδότησης, DFIG. 131

132 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Σχήµα 75. Απόκριση της Α/Γ διπλής τροφοδότησης µε crowbar και δυνατότητα ταχείας αποσύνδεσης σε βύθιση τάσης. Η αποσύνδεση του στάτη διαρκεί περίπου 200ms. Φαίνεται η παροχή αέργου ισχύος από το µετατροπέα δικτύου κατά τη βύθιση. (Πηγή: [24]) Με τις παραπάνω λύσεις είναι δυνατή η ικανοποιητική συµπεριφορά και η ελεγξιµότητα των Α/Γ Τύπου Γ στην περίπτωση συµµετρικών διαταραχών της τάσης του δικτύου, ακόµη και µεγάλου εύρους και διάρκειας. Παρ όλα αυτά, η άµεση σύνδεση του στάτη της γεννήτριας µε το δίκτυο αποτελεί ιδιαίτερο πρόβληµα για τις Α/Γ αυτού του τύπου στην περίπτωση ασύµµετρων διαταραχών της τάσης. Συγκεκριµένα, η εµφάνιση υψηλής συνιστώσας αρνητικής ακολουθίας στην τάση ακροδεκτών προκαλεί ρεύµατα αρνητικής ακολουθίας στα τυλίγµατα του στάτη και του δροµέα της γεννήτριας, τα οποία παίρνουν µεγάλες τιµές λόγω της χαµηλής φαινοµένης σύνθετης αντίστασης αρνητικής ακολουθίας της γεννήτριας και δεν ελέγχονται από το σύστηµα ελέγχου των µετατροπέων. Το γεγονός αυτό µπορεί να έχει ως αποτέλεσµα την ενεργοποίηση του crowbar, θέτοντας τη γεννήτρια εκτός ελέγχου, χωρίς δυνατότητα επαναφοράς της, για όσο διάστηµα υφίσταται η ασυµµετρία της τάσης. Σε τέτοιες καταστάσεις και εφόσον η ασυµµετρία είναι έντονη, ο στάτης της γεννήτριας αναγκαστικά παραµένει αποσυνδεδεµένος από το δίκτυο µέχρι την εκκαθάριση της διαταραχής Α/Γ µεταβλητών στροφών (Τύ ος ) Στις Α/Γ τύπου ο µετατροπέας πλήρους ισχύος πετυχαίνει την απόζευξη της γεννήτριας και του δικτύου. Έτσι οποιαδήποτε διαταραχή στο δίκτυο δεν επηρεάζει τη γεννήτρια και δεν προκαλεί τη παραγωγή ρεύµατος βραχυκύκλωσης από τη γεννήτρια. Όπως εξηγήθηκε και παραπάνω η ανισσοροπία ισχύος εισόδου και ισχύος εξόδου υπερφορτώνει τους πυκνωτές στο ζυγό συνεχούς και προκαλεί υπερτάσεις. Παραπάνω αναφέρθηκαν κάποιες λύσεις για αυτό το 132

133 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ πρόβληµα. Επίσης ο DC/DC µετατροπέας που υπαρχει στο ζυγό συνεχούς προσπαθεί να διατηρεί σταθερή τη συνεχή τάση. Τη παροχή αέργου ισχύος και τον έλεγχο τάσης κατά τη διάρκεια και µετά τη βύθιση αναλαµβάνει ο µετατροπεάς στη πλευρά του δικτύου. Εδώ όµως τίθενται κάποιοι περιορισµοί από την ικανότητα του µετατροπέα. Για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις για παροχή επιπλέον αέργου ρεύµατος κατά τη βύθιση τάσης ίσως χρειαστεί να µειώσει τη µεταφερόµενη ενεργό ισχύ για να µη ξεπεράσει τα όρια φόρτισης. Για αυτό ο µετατροπέας στη πλευρά του δικτύου µπορεί να είναι υπερδιαστασιολογηµένος µέσα στα πλαίσια του λογικού κόστους. Έτσι, κατά τη διάρκεια βυθίσεων τάσης η Α/Γ µπορεί να παραµείνει σε λειτουργία, τροφοδοτώντας το δίκτυο µε άεργο ρεύµα µέχρι την ονοµαστική ικανότητα του µετατροπέα εξόδου. Μετά την επαναφορά της τάσης η µηχανή επανέρχεται άµεσα στην κανονική της λειτουργία, χωρίς πρόσθετα µεταβατικά φαινόµενα και καταπονήσεις. 6.4 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Σε αυτό το κεφάλαιο παρατίθενται αποτελέσµατα προσοµοιώσεων των διαφόρων τεχνολογιών Α/Γ ως προς τη συµπεριφορά τους στη βύθιση τάσης στα άκρα τους που προκλήθηκε από σφάλµα στο δίκτυο. Οι προσοµοιώσεις έχουν βρεθεί στη βιβλιογραφία. Σκοπός του κεφαλαίου είναι να αποδείξει µέσω των δοκιµών που παρατίθενται τις ιδιότητες των Α/Γ και τις διαφορετικές δυνατότητες να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των κωδίκων Α/Γ σταθερών στροφών Στο άρθρο [43] παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα προσοµοίωσης ενός Α/Π 100MW αποτελούµενο από Α/Γ µε γεννήτρια επαγωγής τύπου κλωβού µετά από τριφασικό σφάλµα. Το Σχήµα 76 δείχνει ότι η ταχύτητα της γεννήτριας αυξάνεται καθώς η τάση µειώνεται περαιτέρω και τελικά αναγκάζει τη γεννήτρια να αποσυγχρονιστεί. Επίσης παρατηρούµε ότι η τερµατική τάση πέφτει σε χαµηλό ποσοστό και από ένα σηµείο και µετά ταλαντώνεται έντονα χωρίς να µπορεί να επανέλθει στην ονοµαστική τιµή. Αυτό οφείλεται όπως εξηγήθηκε και πιο πάνω στην επιτάχυνση της γεννήτριας και στην αδυναµία για στήριξη της τάσης. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω µια λύση για τη βελτίωση της Α/Γ τύπου Α είναι η εγκατάσταση SVC ή STATCOM για τη δυναµική υποστήριξη της τάσης. Το Σχήµα 77 παρουσιάζει το αποτέλεσµα της εγκατάστασης SVC 70 Mvar στο παραπάνω Α/Π. Το αποτέλεσµα καταδεικνύει τη θετική επίδραση της δυναµικής αντιστάθµισης του SVC που εξασφαλίζει γρήγορη αποκατάσταση της τάσης και µια σταθερή λειτουργία χωρίς αποσυγχρονισµό της γεννήτριας. 133

134 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Σχήµα 76. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης για τη ταχύτητα γεννήτριας και τη τερµατική τάση για Α/Γ τύπου Α σε περίπτωση τριφασικού βραχυκυκλώµατος. Σχήµα 77. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης για τη ταχύτητα γεννήτριας και τη τερµατική τάση για Α/Γ τύπου Α µε προσθήκη SVC σε περίπτωση τριφασικού βραχυκυκλώµατος. 134

135 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Α/Γ Τύ ου Γ Στο άρθρο [42] παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της προσοµοιωσης Α/Γ διπλής τροφοδότησης 2500 MW για πτώση τάσης στο 20% της ονοµαστικής στα άκρα της σε 3 περιπτώσεις: Κατά τη διάρκεια του σφάλµατος 1. βραχυκυκλώνονται τα τυλίγµατα του δροµέα 2. χρησιµοποιείται µια τυπική υλοποίηση crowbar 3. θεωρείται ότι στο ζυγό συνεχούς η τάση διατηρείται σταθερή (µε DC chopper) και ο µετατροπέας συνεχίζει να λειτουργεί αντέχοντας τα µεταβατικά ρεύµατα βραχυκύκλωσης. Παρατηρούµε στο Σχήµα 78 ότι στη περίπτωση 2 το ρεύµα του στάτη εµφανίζεται µειωµένο ενώ στη περίπτωση 3 επιτυγχάνεται το µικρότερο ρεύµα στάτη. Στη περίπτωση 2 το crowbar που αποτελείται από IGBT µειώνει το ρεύµα βραχυκύκλωσης όπως εξηγήθηκε και στο Η περίπτωση 3 αποδεικνύεται η καλύτερη, από άποψη συµµετοχής στο ρεύµα βραχυκύκλωσης. Πάντως η περίπτωση 3 είναι δύσκολο να υλοποιηθεί διότι ο µετατροπέας λόγω της ευαισθησίας του δεν παρουσιάζει αυξηµένη αντοχή στα υψηλά ρεύµατα. Η υλοποίηση του crowbar µπορεί να βελτιωθεί µε επέµβαση στο µετατροπέα του δροµέα. Σε αυτή τη περίπτωση όπως φαίνεται στο Σχήµα 79 η Α/Γ παρέχει άεργο ισχύ κατά το σφάλµα και µέχρι την αποκατάσταση της τάσης. Όµως τα πρώτα ms µετά το σφάλµα όπως αναφέρθηκε και παραπάνω χάνεται ο έλεγχος της γεννήτριας (ταλαντώσεις της ενεργού και αέργου ισχύος στο Σχήµα 79). Περαιτέρω βελτίωση του crowbar επιτυγχάνεται µε τη ταχεία απόζευξη που αναλύθηκε στο όπου φαίνεται στο Σχήµα 75 η βελτιωµένη συµπεριφορά της ενεργού και αέργου ισχύος σε όλη τη διάρκεια της βύθισης. Ο Πίνακας 19 παρουσιάζει συγκριτικά τα χαρακτηριστικά απόκρισης της υλοποίησης µε ενεργό crowbar που δε πετυχαίνει ελεγξιµότητα (µε βελτίωση στο κύκλωµα δροµέα) και της ταχείας αποσύνδεσης στάτη (βελτίωση κυκώµατος στάτη) που περιγράφηκαν παραπάνω, σε περίπτωση βύθισης τάσης στο 15% της ονοµαστικής, η οποία είναι µία από τις πιο αυστηρές απαιτήσεις των κωδίκων. Συνολικά, διαπιστώνεται ότι η πρόβλεψη δυνατότητας άµεσης αποσύνδεσης του στάτη, µέσω πρόσθετων κυκλωµάτων ηλεκτρονικών ισχύος συνιστά ουσιαστική βελτίωση για την ικανοποίηση των νέων και αυστηρότερων απαιτήσεων των κωδίκων (όπως του νέου Κώδικα της E.ON.). Οι απαιτήσεις αυτές αφορούν ανοχή σε βύθιση τάσης και στη παροχή αέργου ρεύµατος κατά τη διάρκεια και µετά το σφάλµα. 135

136 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ (α) (β) (γ) Σχήµα 78. Απόκριση γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης ισχύος 2.5 ΜW σε βύθιση της τάσης στο 20% της ονοµαστικής τιµής (α) Με βραχυκύκλωση του δροµέα, (β) Με ενεργοποίηση του crowbar, (γ) Συνέχιση της λειτουργίας του µετατροπέα AC/DC θεωρώντας τη τάση συνεχούς σταθερή. 136

137 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Σχήµα 79. Απόκριση γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης, Α/Γ ισχύος 2.5 MW, σε βύθιση της τάσης στο 20% της ονοµαστικής µε βελτίωση των κυκλωµάτων του δροµέα για αναβάθµιση της ικανότητας FRT. Βελτίωση κυκλώµατος δροµέα 137 Βελτίωση κυκλώµατος στάτη Μεταβατικό ρεύµα βραχυκύκλωσης 3 5Ι Ν <2Ι Ν Μέγιστη ροπη/ονοµαστική ροπή 3 4 <2 Στήριξη τάσης δικτύου µε παραγωγή >100 ms <20 ms αέργου ρεύµατος µετά από χρόνο Κατανάλωση αέργου ισχύος κατά τη ναι όχι διάρκεια του σφάλµατος DC συνιστώσα ρεύµατος γραµµής ναι όχι κατά τη διάρκεια του σφάλµατος Ελεγξιµότητα συστήµατος κατά τη περιορισµένη ναι διάρκεια σφάλµατος Απαιτούµενη αναβάθµιση κυκλωµάτων ηλεκτρονικών ισχύος Ενεργό crowbar δροµέα, ενδεχοµένως DC chopper Ηµιαγωγικός διακόπτης στάτη (αυτοµεταγόµενα ηµιαγωγικά στοιχεία) Πίνακας 19. Σύγκριση χαρακτηριστικών απόκρισης Α/Γ Τύπου Γ σε βύθιση της τάσης στο 15% της ονοµαστικής.

138 6. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ Α/Γ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΩ ΙΚΩΝ Α/Γ Τύ ου Σύµφωνα µε το άρθρο [48] πραγµατοποιήθηκαν δοκιµές βύθισης τάσης µε τη βοήθεια της παρακάτω διάταξης που προσοµοιώνει σφάλµατα στα άκρα της Α/Γ. Οι Α/Γ που δοκιµάστηκαν ήταν τύπου και γίνεται σύγκριση µε Α/Γ τύπου Γ µε ενεργό crowbar. Σχήµα 80. ιάταξη δοκιµής για προσοµοίωση βύθισης τάσης στα άκρα Α/Γ. Σχήµα 81. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης πολικής τάση και ρεύµατος για βύθιση τάσης στο 15%. Η δοκιµή πραγµατοποιήθηκε σε Α/Γ τύπου 200 kw. 138