ДИНАМИЧКИ РЕЖИМ НА РАБОТА НА ВЕТЕРНА ФАРМА

Transcript

1 8. СОВЕТУВАЊЕ Охрид, септември Миле Јончевски Миле Спировски Благоја Стеваноски Технички факултет Битола ДИНАМИЧКИ РЕЖИМ НА РАБОТА НА ВЕТЕРНА ФАРМА КУСА СОДРЖИНА Во трудот се анализирaни динамичките карактеристики на ветерна централа (ВЕЦ) со двојно напојуван асинхрон генератор (DFIG). Математичкиот модел е изработен со помош на софтверскиот пакет MATAB/SIMUINK кој овозможува широки можности за анализа. Со помош на направените симулации анализирано е однесувањето на режимските параметри на ветерната фарма во случај на брза промена на брзината на ветер, како и во случај на континуирана промена на брзина на ветер. Разгледани се два начини на регулација на работа на ветерната фарма: со регулација на напонот (Voltage regulation) на излезот на ВЕЦ и со регулација на моќноста на (VAR regulation). Анализа на режимските параметри дава одговори за најповолниот начин на работа на ветерна фарма поврзана на преносен електроенергетскиот систем. Клучни зборови: ветерна фарма, двојно напојуван асинхрон генератор (DFIG), динамички карактеристики, регулација на напон, регулација на моќност 1 ВОВЕД Структурата на современите електроенергетски системи (ЕЕС) значајно се менува заради зголеменото учество на производни единици базирани на обновливи извори на енергија. Еден од најбрзорастечките сегменти во оваа област се производните единици кои користат ветерна енергија. Ветерните електрични централи ја трансформираат кинетичката енергија на подвижните воздушни маси во електрична енергија. Со оглед на тоа што ветерот претставува изразито променлив енергетски ресурс треба внимателно да се анализираат последиците од неочекуваните промени на излезната моќност врз динамичките својства на системот. Приклучувањето на големи ветерни фарми може значајно да ги измени својствата на електроенергетските системи. Ова особено важи за релативно мали системи каков што е македонскиот ЕЕС, каде поголема експанзија, на делумно непозната технологија, ќе биде предизвик за сигурно водење на погонот. Заради тоа е потребно да се дефинираат условите за погон на ветерните електрични централи и техничките критериуми за приклучување на ЕЕС, а се однесуваат на регулацијата на напон, фреквенција, активни и реактивни моќности, интеракцијата на ветерната централа и системот во услови на нарушувања, способност за премин низ состојба на грешки, квалитет на испорачана електрична енергија и т.н.. Денес најзастапена технологија за конверзија на енергијата на ветерот во електрична енергија користи двојно напојуван асинхрон генератор (DFIG). Главна причина за популарноста на овој тип на генератори се должи на конкурентна цена и способноста да произведува енергија со константен напон и фреквенција при променливи брзини на ветер. DFIG е асинхрон генератор со намотан ротор чиј статор е поврзан директно на електрична мрежа, а роторот преку AC/DC/AC врска. Со цел да се обезбеди стабилно производство на енергија при променливи брзини на ветер, напојувањето на роторската намотка се регулира и по амплитуда и по фаза што овозможува регулација на реактивната моќност и брзината на C6-183R 1/6

2 MAKO CIGRE 213 C6-183R 2/6 вртење. За тоа се користат два IGBT PWM конвертори (слика 1). Работата на ветерната централа се регулира преку управувачки систем кој управува со работата на DFIG, а исто така и со аголот на завртување на перките од елисата [1]. Слика 1 Принципиелна шема на ветерна централа со двојно напојуван асинхрон генератор 2 MATAB/SIMUINK МОДЕЛ НА ВЕТЕРНА ЦЕНТРАЛА Прикажаниот модел (слика 2) користи DFIG асинхрон генератор на чија роторска страна е поврзан AC/DC/AC IGBT базиран PWM (Pule-width odulation) конвертор. Слика 2 MATAB/SIMUINK модел на ветерна централа Mоделот користи два подсистеми од кои едниот ја моделира работата на ветерната турбина, а другиот работата на асинхрониот генератор и конверторите поврзани на роторската страна. Подсистемот кој се однесува на ветерна турбина е прикажан на слика 3.

3 MAKO CIGRE 213 C6-183R 3/6 Слика 3 МATAB/SIMUINK модел на ветерна турбина Структурара на подсистемот кој ја моделира работата на асинхрониот генератор е прикажана на слика 4 и базира на релациите помеѓу параметрите на генераторот кои во dq референтен систем се наведени подолу. E E X d q ω = ω = ψ ψ dr qr Слика 4 МATAB/SIMUINK модел на асинхрон генератор (1) (2) = ω (3) X = = 2 ω ( ), T (4) Rr X di q = v ω dt v v qr dr q X did = v ω dt 1 Ed X i d 1 [ R + ( X X)] iq (1 r ) E d 1 [ R + ( X X)] i 1 Eq X i q d r q (1 ) E d (5) (6)

4 MAKO CIGRE 213 C6-183R 4/6 de dt de dt d q 1 = [ ( rω Eq ω vqr E ) ] d + X X iq (7) T 1 = [ ( rω Ed ω vdr E ) ] q + X X id (8) T 3 СИМУЛАЦИЈА НА РАБОТА НА ВЕТЕРНА ФАРМА Направени се симулации на динамичките карактеристики на ветерна фарма со параметри кои ќе ги има ветерниот парк Богданци кој е во фаза на изградба [8]. Предвидена е изградба на нова трафостаница 2/11 kv преку која ветерната фарма ќе се поврзе на ЕЕС на Македонија во ТС Валандово како што е прикажано на слика 6, според која е направен и SIMUINK моделот. Слика 6 ВЕЦ поврзана на електроенергетскиот систем на Република Македонија Однесувањето на ветерната фарма во случај на нагла промена на брзина на ветер е прикажано на слика 7. Слика 7 Режимски параметри на ел. мрежа и на ВЕЦ (Voltage regulation) Претпоставено е дека во третата секунда од симулацијата ќе се случи зголемување на брзината на ветерот до максималната брзина 14 / според кривата која е дефинирана со механичка карактеристика. Во првиот режим на работа, т.е. Voltage regulation турбината работи и ја постигнува максималната излезна моќност од 47 MW во моментот кога почнува да се

5 MAKO CIGRE 213 C6-183R 5/6 зголемува брзината на механичките системи. Во овој период започнува да се зголемува и аголот на перките од елисата со цел да ја заштити турбината од механички оштетувања. Во овој режим на работа турбината ја контролира реактивната моќност која треба да ја предаде во мрежа со цел да го одржи напонот на константно ниво, а во почетокот турбината прима реактивна енергија од мрежа со цел да го одржи напонот на константно ниво, во текот на цело времетраење на симулацијата, што може да се види од слика 6. Во вториот режим на работа имаме континуирана промена на брзина на ветер. Во овој случај претпоставено е дека турбината работела со почетна брзина на ветер 4 /, по што во третата секунда од симулацијата таа рамномерно почнала да расте до брзина кога ветерната централа постигнува номинална моќност (14 /). Од симулациите се добиени режимските параметри (слика 8) кои се однесуваат на електроенергетскиот систем и на ветерната фарма. Вредностите се добиени при Voltage regulation режим на работа. Слика 8 Режимски параметри на ел. мрежа и на ВЕЦ (VAR regulation) Може да се види дека ветерната фарма за цело време на симулацијата го одржува напонот на константно ниво и ја постигнува максималната излезна моќност која ја предава во мрежа во 23-тата секунда. Во тој момент бидејќи турбината работи со максимална брзина на ветер, заштитниот систем на турбината започнува да дејствува и да го зголемува аголот на лопатките со цел да ја заштити турбината од механички оштетувања. Во VAR regulation режимот на работа турбината се исклучува од систем во петтата секунда од работата. 4 ЗАКЛУЧОК Заради променливиот карактер на ветерот како енергетски ресурс, работата на ветерна електрична централа и нејзиното приклучување на електрична мрежа може да претставува значаен технички проблем, особено ако станува збор за ветерни фарми со поголеми моќности.

6 MAKO CIGRE 213 C6-183R 6/6 Република Македонија е во фаза на изградба на првиот ветерен парк Богданци, па анализа на различни режими на работа на ветерна фарма поврзана на преносен електроенергетски систем може да даде корисни информации од аспект на исполнување на потребните технички критериуми пропишани во Мрежните правила за ветерни електрани. Во трудот се анализирани динамичките карактеристики на ветерна фарма во случај на брза промена на брзината на ветерот и во случај на бавна континуирана промена. Направените симулации сугерираат работа на ветерна фарма во Voltage regulation режим на работа поради фактот што овој режим е потолерантен за разлика од VAR regulation режим каде може да се случи ветерната централа да се исклучи од мрежа. 5 ЛИТЕРАТУРА [1] V. Akhatov. Analyi of dinaic behaviour of electric power yte with large aount of wind power, Ph.D. Thei, TU of Denark, 23. [2] C. Rahann, H.J. Haubrich,. Varga and M.B.C.Salle. Invetigation of DFIG with Fault Ride- Through Capability in Weak Power Syte, IPST29, Kyoto, Japan, 29. [3] Stuart M. Wentworth. Fundaental of electroagnetic with engineering application. 25 [4] J.F. Giera, M. Wing, Peranent agnet otor technology, Marcel Dekker Inc. New York, 22. [5] Blagoj Stevanovki, Mile Spirovki, Mile Joncevki. Dynaic characteritic of a DFIG wind turbine connected to the traniion power yte of Republic of Macedonia, 4 th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drive, Itanbul, 213 [6] B.Chitti Babu and K.B. Mohanty. Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Converion Syte-Modeling& Siulation, International Journal of Coputer and Electrical Engineering, Vol. 2, No.1, pp , 21. [7] B.Chitti Babu and K.B. Mohanty, Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Converion Syte-Modeling& Siulation, International Journal of Coputer and Electrical Engineering, Vol. 2, No.1, pp , 21. [8] ***, Bogdanci Wind Park Project, Main Deign, Sieen Energy Sector, Wind Power Diviion, 212.