5 ian. 2016

MODELUL MATEMATIC AL INVERTOARELOR. CURBA DE CAPABILITATE P-Q



1.      NOȚIUNI GENERALE
Procedura privind punerea sub tensiune pentru perioada de probe și cerificarea conformității tehnice a centralelor electrice eoliene (CEE) si fotovoltaice (CEF), aprobata cu Ordinul ANRE nr. 74/23.10.2013, stabilește criteriile, modul de desfășurare și etapele procesului de punere sub tensiune pentru perioada de probe a unei centrale electrice eoliene sau fotovoltaice și ale procesului de certificare/verificare a conformității centralei
electrice eoliene sau fotovoltaice cu cerințele normelor tehnice de conectare la rețele de interes public.Conform acestei procedurii, beneficiarii trebuie sa depuna la OR, OD sau OTS, anumite Date tehnice printre ele:
-          modelul matematic al invertoarelor, al întregii centrale și al mijloacelor de compensare
a puterii reactive în punctul de conectare la valoarea de 0,90 inductiv ÷ 0,90 capacitiv și asigurarea schimbului de putere reactivă nulă cu sistemul la putere activă nulă produsă de CEF (conform cerinței de la art.17 din NT 30)

-           studiul de rețea pentru calculul necesarului de putere reactivă în punctul de racordare
(0,90 inductiv ÷ 0,90 capacitiv) pe toată plaja de putere activă, cu asigurarea schimbului de
reactiv nul cu sistemul în situația în care puterea activă produsă este nulă [conform cerințelor de la art. 13 alin. (1) și (3) din NT 30].
-          diagrama de capabilitate P – Q a CEF sau CEE în punctul de conectare.
            În continuare prezentăm un studiu pentru dezvoltarea unui model matematic staţionar trifazat, în curent alternativ a reţelei electrice de la PCC, rețeaua de 20 kV și 0.36 kV aparţinând unei CEF având puterea de 4,5MW.
Studiul cuprinde:
o   Modelul matematic, realizat cu ajutorul unui soft specializat, cu toate invertoarele în funcţiune
o   Datele de intrare ale echipamentelor
o   Curba de capabilitate P-Q a CEF
 2.      DATE TEHNICE
CEF este formată din 6 invertoare TG 760 1000V TE-360 OD. Invertoarele debitează
prin 3 transformatoare ridicătoare 0.36/0.36/20 kV având puterea de 800/800/1600 kVA, printr-o linie electrică subterană având lungimea de 6200 m conectat prin Punctul de conexiune (PCC) la SEN.
            Modelul matematic reprezintă rețeaua electrică realizată din:
o   Punctul de conexiune (PCC);
o   Cabluri de medie tensiune;
-       Cablu electric subteran 20 kV, de tip ARE4H5EX 3x1x185 mmp între (PCC) şi
Postul de trasformare (PT) 5-6, lungime de 6000 m;
-    Cablu electric subteran 20 kV, de tip ARE4H5EX 3x1x185 mmp, între Postul de transformare (PT) 5-6 şi Postul de trasformare (PT) 3-4, lungime de 100 m;
-    Cablu electric subteran 20 kV, de tip ARE4H5EX 3x1x185 mmp, între Postul de transformare (PT) 3-4 şi Postul de trasformare (PT) 1-2, lungime de 100 m.
o   Transformatoare 800/800/1600 kVA, 0.36/0.36/20 KV: T1, T2, T3;
o   Invertoare TG 760 1000V TE-360 OD: I1, I2, I3, I4, I5, I6 
Nr crt
Denumire invertor
Cod echipament
Producator
Tensiunea [V]
Puterea
[kW]
1
INVERTOR 1 
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
2
INVERTOR 2  
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
3
INVERTOR 3  
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
4
INVERTOR 4  
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
5
INVERTOR 5  
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
6
INVERTOR 6  
TG 760 1000V TE-360 OD
X
360
760
 Caracteristicile tehnice, din punct de vedere al controlabilității puterii reactive injectate/absorbite din rețeaua electrică de racord, asociat celor 6 invertoare din alcătuirea CEF sunt prezentate în Tabelul următor.

Controlul P – Q  asociat modulelor invertoare din alcătuirea CEF.
PUTERE ACTIVĂ
PUTERE REACTIVĂ
P/PN
P
Inductiva
Capacitiva
[%]
[MW]
[MVAR]
100
0,760
- 0,311
 0,311
90
0,684
- 0,343
0,343
0
0
- 0,381
0,381

Parametrii electrici ai transformatoarelor

Nr crt
Denumire
Prod
PN
[kVA]
Tens
U2N [kV]
Tens
U1N
[kV]
PSC

[kW]
Usc

[%]
P0

[kW]
R

[%]
X

[%]
1
T 1-2
X
1600/800/800
20
0,36/0,36
14,3
6,6
1,7
0,89375
6,53921
2
T 3-4
X
1600/800/800
20
0,36/0,36
14,3
6,6
1,7
0,89375
6,53921
3
T 5-6
X
1600/800/800
20
0,36/0,36
14
6
1,7
0.875
5.93586

 Parametrii electrici ai cablurilor de MT

o   Tip:  ARE4H5EX 185 mm2
o   Producator: X
o   Lungime totala: 6200 [m]
o   Parametrii electrici
-      R0 = 0,211   [Ω/km]
-      X0 = 0,106   [Ω/km]
-      C0 = 0,328   [µF/km]

 

            3. ANALIZE TEHNICE

Pornind de la limitele de control P ­­– Q  impuse (factor de putere cos j = ± 0.90) și de la curbele de capabilitate P – Q  asociate invertoarelor din incinta CEF, prin utilizarea softului specializat și ținând seama de mărimile de intrate (caracteristiceile tehnice enumerate), rezultă  curbele teoretice de control P – Q  asociate CEF
Trasarea curbelor teoretice de control P – Q  asociate CEF scoate în evidență respectarea atât a limitei cos j = ± 0.90 cât și a limitei cos j = ± 0.95.
Verificările tehnice au fost completate prin analiza posibilităților de control P – Q  considerând și impactul rețelei electrice interne a CEF  și a transformatoarelor 20/0.36/0.36 kV) în cele trei ipoteze distincte:
-      regim normal de funcționare;
-      regim de funcționare cu tensiune maximă în PCC;
-      regim de funcționare cu tensiune minimă în PCC

3.1. REGIM NORMAL DE FUNCȚIONARE

Se verifică încadrarea fluxurilor de putere în PCC, asociat CEF, în limitele admisibile, pe regimuri staționare în care tensiunea în sistem este în apropierea valorii nominale.
Pentru cele două regimuri de funcționare analizate (inductiv, respectiv capacitiv), trasarea curbelor (P - Q) CEF în PCC a fost realizată prin reprezentarea a punctelor de funcționare a noii CEF din punct de vedere al nivelului de încărcare: (0; 0,90 și 1)Pinstalat.

Rezultatele de calcul au scos în evidență că în incinta CEF în regim normal de funcționare, atât în regim inductiv, cât și în regim capacitiv, a fost evidențiată posibilitatea respectării limitei cos j = ± 0.90.

3.2. REGIM DE FUNCȚIONARE CU TENSIUNE MAXIMĂ IN PCC 

În cadrul acestui subcapitol este verificată încadrarea fluxurilor de putere în PCC în limitele admisibile din punct de vedere al factorului de putere, pe regimuri staționare în care tensiunea în sistem în PCC este maximă. Similar analizelor anterioare au fost efectuate calcule pentru cele 3 regimuri de încărcare ale CEF: (0; 0,90 și 1) Pinstalat. Rezultatele de calcul prezentate au scos în evidență că în incinta CEF, în regim cu tensiune maximă în PCC, atât în regim inductiv, cât și în regim capacitiv, a fost evidențiată posibilitatea respectării limitei cos j = ± 0.90.

 

În cadrul acestui subcapitol este verificată încadrarea fluxurilor de putere în PCC  în limitele admisibile din punct de vedere al factorului de putere, pe regimuri staționare în care tensiunea în sistem în PCC este minimă. Similar analizelor anterioare, au fost efectuate calcule pentru cele trei regimuri de încărcare ale CEF (0; 0,90 și 1) Pinstalat.
Rezultatele de calcul prezentate au scos în evidență că în incinta CEF, în regim cu tensiune minimă în PCC, atât în regim inductiv, cât și în regim capacitiv, a fost evidențiată posibilitatea respectării limitei cos j = ± 0.90.
În Figura 1 este reprezentată curba de capabilitate P – Q asociată CEF pentru regimul normal de funcționare.

 

  4. CONCLUZII

CEF având o putere instalată totală de 4,5 MW este format din 6 invertoare TG 760 1000V TE-360 OD.
Calculele pentru trasarea curbei de capabilitate P – Q  au fost realizate pentru un regim normal de funcționare,
În acord cu ordinul ANRE 30/17.05.2013 privind aprobarea Normei tehnice ”Condiții tehnice de racordare la rețelele electrice de interes public pentru centralele electrice fotovoltaice”, publicată în Monitorul Oficial al României partea I, nr. 312/30.V.2013.
Invertoarele din CEF prezintă posibilitatea de control a puterii reactive conform curbei de capabilitate P – Q  furnizată de producător.
Rezultatele obținute, prin analiza curbei de capabilitate în punctul de delimitare din PCC, sunt prezentate în tabelul de mai jos în care sunt incluse și circulațiile de putere reactivă datorate caracterului capacitiv al cablurilor și a celor trei transformatoare.

Puterea activă produsă de invertoare
Puterea reactivă inductivă maximă
în PCC
[MVAR]

Puterea reactivă capacitivă maximă
în PCC
[KVAR]

[KW]
UN
UN
0
- 2,286
2,286
90%
-2,058
2,058
100%
-1,866
1,866

În urma analizelor detaliate efectuate se pot concluziona următoarele:

      Ø   Respectarea cerinței Pg = 0 MW Qg = 0 MVAr:
-      Pentru situațiile în care Pg = 0 MW trebuie să se asigure o absorbție de putere 
reactivă de aproximativ 247,2 kVAr (pentru compensarea caracterului capacitiv asociat cablurilor electrice din CEF).

     Ø  Respectarea cerinței 0.90 inductiv (absorbție putere reactivă):
-      Se impune adoptarea următoarelor măsuri: 
     o   Suplimentarea posibilităților de control al puterii reactive generate în
interiorul CEF cu aproximativ 73 kVAr, prin instalarea unei bobine de reactanță de 300 kVAr (care va acoperi si aportul capacitiv al cablului de la punctul anterior) pe bara 20 kV a stației colectoare, sau
     o   Limitarea puterii active generate în interiorul CEF la cel mult 88% din
Pinstalat pentru respectarea restricției cos j = 0.90 inductiv.

     Ø  Respectarea cerinței 0.90 capacitiv (generare putere reactivă):
-      Se impune adoptarea uneia dintre următoarele măsuri: 
      o   Suplimentarea posibilităților de control al puterii reactive generate în
interiorul CEF cu aproximativ 37 kVAr, prin instalarea unei baterii de condensatoare de 37 kVAr pe bara 20 kV a stației colectoare condiție realizabilă după conectarea CEF si măsurarea curenților capacitivi/inductivi, sau
      o   Limitarea puterii active generate în interiorul CEF la  cel mult
88% din Pinstalat  pentru respectarea restricției cos j = 0.90 capacitiv.