Testy eksploatacyjne dla odnawialnych źródeł energii (OZE) -głównie farm wiatrowych FW- na podstawie IRiESD/IRiESP

Informacje ogólne

Istnieje podział obiektów przyłączonych do sieci elektroenergetycznej na sześć grup:

  • I grupa – urządzenia, instalacje i sieci przyłączone są bezpośrednio do sieci  o napięciu znamionowym wyższym niż 110 kV,
  • II grupa – urządzenia, instalacje i sieci przyłączane są bezpośrednio do sieci o napięciu znamionowym 110 kV,
  • III grupa – urządzenia, instalacje i sieci są przyłączane bezpośrednio do sieci o napięciu znamionowym wyższym niż 1 kV,  ale niższym niż 110 kV,
  • IV grupa – urządzenia, instalacje i sieci są przyłączane bezpośrednio do sieci o napięciu znamionowym mniejszym niż 1 kV oraz mocy przyłączeniowej większej niż 40 kW,
  • V grupa – urządzenia, instalacje i sieci są przyłączane bezpośrednio do sieci o napięciu znamionowym mniejszym niż 1 kV oraz mocy przyłączeniowej nie większej niż 40 kW,
  • VI grupa – urządzenia, instalacje i sieci są przyłączane do sieci poprzez tymczasowe przyłącze, które będzie, na zasadach określonych w umowie, zastąpione przyłączem docelowym, lub podmioty, których urządzenia, instalacje i sieci są przyłączane do sieci na czas określony, lecz nie dłuższy niż rok.

Firma PBiAT s.j. (dalej PBiAT) od ponad dziewięciu lat zajmuje się próbami i testami jednostek wytwórczych  należących do II i III grupy przyłączeniowej. Testy eksploatacyjne  i wykonane próby  przeprowadzane przez firmę PBiAT są zgodne z  IRiESD/IRiESP. Pracownicy wykonujący pomiary posiadają wieloletnie doświadczenie i odpowiednie uprawnienia, a wykorzystywany w tym celu sprzęt charakteryzuje się dużą dokładnością i niezawodnością pracy.

Zgodnie z podanym niżej zestawieniem dla sieci SN większość wykonanych testów dotyczyła jakości energii elektrycznej (JEE), załączania i wyłączania, możliwości pracy wyspowej itp. Jednocześnie zaproponowano trzy podstawowe wymagania w stosunku do źródeł wytwórczych OZE przyłączanych do sieci SN. Związane są one z regulacyjnością przedmiotowych źródeł energii. Wymagania te powinny być zapisane w warunki i umowy przyłączeniowe:

1.Źródło przyłączane do sieci SN musi mieć możliwość redukcji  oddawanej mocy czynnej. Operator sieciowy powinien być  uprawniony podjąć zapobiegawcze  ograniczenia mocy generowanej lub przeprowadzić odłączenie źródła w przypadkach:

  • potencjalne niebezpieczeństwo dla bezpiecznej pracy systemu,
  • niebezpieczeństwo przeciążenia elementów w sieci operatora sieciowego,
  • niebezpieczeństwo pracy wydzielonej,
  • zagrożenie statycznej lub dynamicznej stabilności sieci,
  • niebezpieczny dla systemu wzrost częstotliwości,

Źródła wytwórcze muszą mieć możliwość redukcji mocy czynnej stopniowo do 10% wartości uzgodnionej mocy czynnej przyłąceniowej. Redukcja mocy dla zadanej wartości musi nastąpić maksymalnie w czasie jednej minuty. Operator sieciowy nie bierze udziału w sterowaniu źródła wytwórczego. Jest on jedynie odpowiedzialny za podanie sygnału.

  1. Podczas generacji mocy czynnej źródło wytwórcze powinno mieć możliwość generacji mocy biernej,  które odpowiada w punkcie przyłączenia (PCC) do sieci współczynnikowi przesunięcia fazowego:

cos φ= 0,95niedowzbudzony do 0,95 przewzbudzony

Jest to równe wartości tg φ =± 0,33. Wymagania te dotyczą źródeł typu FW i EPV, inne wartości należy uzgodnić w umowie przyłączeniowej.

Moc bierna źródła wytwórczego musi być nastawialna. Uzgodniony zakres mocy biernej musi w ciągu niewielu minut i dowolnie często może  się zmieniać. Kiedy operator sieciowy podaje charakterystykę, każde źródło wytwórcze musi sobie z tej charakterystyki  ustawić automatycznie zadaną wartość.

  1. Źródła wytwórcze w stanach zakłóceniowych przy zapadach napięcia powinny  uczestniczyć w podtrzymywaniu napięcia, aby zapobiec wyłączaniu mocy przy załamaniu napięcia.

Źródła wytwórcze powinny :

  • w przypadku awarii powodujących zapady napięcia w sieci nie odłączać się od sieci,
  • w czasie zwarć poprzez zasilanie sieci prądem biernym podtrzymywać napięcie w  sieci,
  • po likwidacji zwarcia w sieci średniego napięcia maksymalnie szybko przejść do generacji mocy czynnej i mocy biernej na poziomie sprzed zwarcia.

Firma PBiAT wykonuje standardowe testy eksploatacyjne  dla źródeł wytwórczych przyłączanych  do sieci WN (110 kV).  W przedstawionym załączniku, będącym opracowaniem wewnętrznym firmy PBiAT przedstawiono dokładnie wymagania IRiESD/IRiESP (podział na lata poniżej 2014 r i poniżej), na podstawie których opracowywane są programy ramowe i szczegółowe testów eksploatacyjnych. W IRiESD/IRiESP od 2014 r nie stosuje się podziału farm wiatrowych (FW)  ze względu na moc – do 50 MW i powyżej 50MW. Wiele wymagań stało się uniwersalnych.

Zakres testów eksploatacyjnych FW

Dotychczas przeprowadzono sprawdzające testy eksploatacyjne dla następujących odnawialnych źródeł energii OZE pracujących:

  • w  sieci SN
  1. EW Nekla (EW Stroszki + EW Stroszki ) – 2×5 MW  2011 r
  2. EW Środa 1 (EW Brodowo) – 5MW  2011 r
  3. EW Środa 2 (EW Chwałkowo) – 5MW  2011 r
  4. FW Słupca Pilotaż – 4,8 MW  2012 r
  5. FW Żeńsko – 7,5 MW  2012 r
  6. FW Czyżewo – 6MW  2012 r
  7. FW Krzęcin – 6 MW  2013 r
  8. FW Wysoka 1 – 7,5 MW  2014 r
  9. FW Pełczyce – 6 MW  2015 r
  10. FW Gościejewo – 4MW  2015 r
  11. EW Koźmin Pilotaż – 4,8 MW  2015 r
  12. FW Gałęzewice – 1MW  2016 r
  13. FW Borzykowo – 1 MW  2016 r
  14. FW Zieliniec – 1 MW  2016 r
  15. PW Pyrzyce – 5 MW  2017 r
  16. FW Lubno I – 7,05 MW  2017 r
  17. FW Lubno II – 7,05 MW  2017 r
  18. FW Łobżany – 4 MW  2017 r
  19. EW Radolina – 1 MW  2018 r
  20. FW Tuchola – 6 MW  2018 r
  21. FW Lichnowy – 6 MW  2018 r
  22. FW Nawrocko – 7,2 MW  2020 r
  • w sieci WN (110 kV)
  1. FW Golice – 38 MW  2012 r
  2. FW Krzęcin – 14 MW  2013 r
  3. FW Wysoka II – 47,5 MW  2015 r
  4. FW  Gostyń – 63MW  2017 r (FW Krobia I + FW Połaniec II)
  5. FW Kamionka – 30 MW  2018 r
  6. FW Gizałki – 36 MW  2019 r
  7.  

Przykładowe wyniki przeprowadzonych testów sprawdzających

Wykresy mierzonych wartości dla Parku Wiatrowego o mocy 4MW:

Rys.1. Przebieg zmian mocy czynnej w PCC badanego PW o mocy 4 MW  w czasie procesów regulacyjnych związanych z redukcją mocy czynnej do ok. 50% i 20% mocy osiągalnej w danej chwili.

Rys. 2. Przebieg zmian mocy czynnej w PCC badanego PW o mocy 4MW podczas testu wyłączenia (odstawienia) oraz załączenia  (uruchomienia) badanego PW. Gradient zmian mocy dla obu stanów był rzędu 11-13% Pn/min

Rys.3. Przebieg zmian mocy czynnej w PCC badanego PWo mocy 4 MW  w czasie procesów regulacyjnych  związanych z interwencyjną redukcją mocy czynnej (funkcja PAUSE). Redukcja mocy odbywała się z gradientem ok. 19% Pn/s. Ponowne uruchomienie nastąpiło szybko  z gradientem ok. 2% Pn/s (funkcja RUN nie jest standardowo zaimplementowana )

Rys.4.Przebieg zmian mocy czynnej i współczynnika mocy cosφ w PCC badanego PW o mocy 4 MW w czasie procesów regulacyjnych  związanych z regulacją  stałej wartości  współczynnika mocy ± 0,95 przy zadanym poziomie generacji mocy czynnej.

Wykresy wybranych mierzonych wartości dla Farmy Wiatrowej o mocy 63MW:

Rys.5. Wykres zmian mocy czynnej  FW o mocy 63 MW  w funkcji prędkości wiatru v

Rys.6. Sprawdzenie układu regulacji mocy czynnej na polecenie operatora   w trybie operatywnym do 50% i 25% Pos  i stopniowy wzrost mocy do wartości Pos

Rys. 7. Sprawdzenie układu regulacji mocy czynnej  w trybie operatywnym –
                szybkie odstawienie i uruchomienie FW o mocy 63 MW

Rys.8. Regulacja  na stałą wartość współczynnika mocy cos φ ind./ poj.  dla różnych wartości  mocy czynnej generowanej przez FW o mocy 63 MW

Rys.9. Analiza jakości energii  wg.  PN-EN 50160 HV dla FW o mocy 63 MW

Rys. 9 cd. Analiza jakości energii  wg.  PN-EN 50160 HV dla FW o mocy 63 MW

Rys. 9 cd. Analiza jakości energii  wg.  PN-EN 50160 HV dla FW o mocy 63 MW

Rys. 9 cd. Analiza jakości energii  wg.  PN-EN 50160 HV dla FW o mocy 63 MW

Rys. 9 cd . Analiza jakości energii  wg.  PN-EN 50160 HV dla FW o mocy 63 MW