I. ВВЕДЕНИЕ
Солнечная энергетика в России как отрасль сформиро- валась лишь несколько лет назад и все еще находится на начальном этапе развития.
Главным импульсом совершенствования и развития стало создание государственной системы поддержки раз- вития генерации на основе возобновляемых источников энергии (далее – ВИЭ) [1]. В обозримом будущем ввод мощностей ВИЭ с каждым годом будет только возрастать.
При рассмотрении технических заданий на проектиро- вание и на стадиях разработки основных технических ре- шений, которые рассматривают УРЗА сетей, прилегаю- щих к точкам присоединения солнечных электростанций (далее – СЭС) с инверторными станциями «GSL0750»
производства компании ООО «ГРИНМАКС» к ЕЭС России, следует учитывать некоторые особенности УРЗА сети.
II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Рассмотрим произвольную однолинейную электри- ческую схему сети, с подключенной к ней солнечной электростанцией (рис. 1).
В качестве основного генерирующего оборудования на СЭС используются фотоэлектрические модули (далее – ФЭМ). Мощность электроэнергии передается на инвер- торные станции, выполненные на базе группы инверторов
«GSL0750» производства компании ООО «ГРИНМАКС».
Инверторная станция преобразует постоянный ток в принятое на территории России переменное напряжение.
Электрическая мощность с инверторных станций передается на распределительное устройство и выдается в сеть.
Инверторы «GSL0750» – это универсальные преобра- зователи, ведомые сетью. В них для защиты от КЗ в сети используется алгоритм «Low Voltage Ride Through», заклю- чающийся в поддержании генераторного режима при про- вале напряжения сети.
В случае возникновения КЗ в сети, при котором вы- ходное напряжение инвертора становится менее 22 % от уровня номинального напряжения и выходной ток ограничивается на уровне 1360 А, через 120 мс происхо- дит отключение инвертора. При падении напряжения до уровня большего, чем 22 %, или при меньшем выход- ном токе, срабатывание защиты происходит по алгоритму LVRT (рис. 2) [2]. Также в соответствии с [2] защита от КЗ на выходе инвертора срабатывает через 120 мс после падения выходного напряжения инвертора менее 22 % от уровня номинального и ограничении выходного тока на уровне 1,1Iном инвертора.
При вводе новых СЭС в эксплуатацию, а также при изменении параметров настройки УРЗА существующих сетей, требуется уделять внимание процессу согласования устройств релейной защиты и автоматики с алгоритмом LVRT инверторов «GSL0750».
В случае междуфазного КЗ вне зоны действия быстро- действующих ступеней защиты ЛЭП, имеющих ступенчатый принцип работы, к примеру первой ступени дистанцион- ной защиты ЛЭП, которая в соответствии с принятым в Рос- сии подходом защищает 85 % длины ЛЭП с выдержкой времени на срабатывание равной 0,1 с, время срабатыва- ния второй ступени дистанционной защиты может состав- лять от 0,5 до 1,5 с, которое в ряде случаев, зависящих от конфигурации сети, может быть не согласовано с алго- ритмом LVRT инверторов «GSL0750» производства компании ООО «ГРИНМАКС».
III. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Для примера рассмотрим произвольную расчетную схему сети (рис. 3).
Рис. 1 – Произвольная однолинейная электрическая схема сети, с подключенной к ней солнечной электростанцией
Рис. 2 – Графическая схема работы алгоритма LVRT при настройке порога минимального напряжения на уровне –10 % от номинального
Рис. 3 – Произвольная расчетная схема сети
Допустим, что для защиты ЛЭП, имеющей сопротив- ление Z2, применяется комплект ступенчатых защит, в состав которого входят три ступени дистанционной защиты для ликвидации междуфазных коротких замыка- ний.
В случае двухфазного короткого замыкания вне зоны действия первой ступени дистанционной защиты ЛЭП (в точке «К» (рис. 4)), имеющей сопротивление Z2 (короткое замыкание на противоположном конце ЛЭП), ликвидация аварии со стороны подстанции «ПС А» будет производиться второй ступенью дистанционной защиты ЛЭП, имеющей задержку на срабатывание порядка 0,5–1,5 с.
При этом остаточное напряжение внешней сети на инвер- торе будет иметь значение 1,7 кВ, что при номинальном напряжении НН трансформатора 6 кВ будет составлять 20 % от номинальной величины (рис. 5). Исходя из алго- ритма LVRT инвертора (см. рис. 2) его отключение про- изойдёт за время, равное 0,625 с. В результате действие на отключение инверторной станции СЭС произойдет с нару- шением селективности действия УРЗА.
Рис. 4 – Произвольная расчетная схема сети при КЗ в точке «К»
Рис. 5 – График изменения напряжения на стороне НН трансформа- тора при выводе первой ступени ДЗ на грань срабатывания: А – кривая
изменения тока; В – кривая изменения напряжения на шинах ИС
При выборе параметров УРЗА сетей, прилегающих к СЭС с инверторами «GSL0750» производства компании ООО «ГРИНМАКС» (устанавливаются на объектах ООО «Хевел»), необходимо производить согласование параметров настройки устройств релейной защиты сетей с алгоритмом LVRT инверторов «GSL0750».
В этом случае, в зависимости от необходимости сохра- нения схемы выдачи мощности солнечной электростанции, необходимо предусматривать либо установку быстродейст- вующих защит элементов сети, прилегающей к точке подключения солнечной электростанции, либо осуществ- лять параметрирование сети, которое будет исключать нарушение селективности действия устройств релейной защиты и алгоритма LVRT инверторной станции.
Следует учитывать, что относительное значение напряжения на вводах инверторной станции при коротком замыкании в точке «К» будет иметь значение:
нг.СЭС 1 нг.СЭС Т КЗ СЗ(1)
отн ном
L .
I Z I Z I Z
U U
(1)
Здесь:
Uотн – относительное напряжение сети на вводах инверторной станции, собранной на базе инверторов
«GSL0750» производства компании ООО «ГРИН- МАКС»;
нг.СЭС
I – ток нагрузки, выдаваемый инверторной станции в момент короткого замыкания, равный 1,1Iном тока инвертора в случае благоприятных погодных условий;
1
ZL – сопротивление ЛЭП L1;
ZТ – сопротивление трансформатора;
IКЗ – суммарный ток короткого замыкания, протека- ющий по поврежденной ЛЭП;
СЗ(1)
Z – сопротивление срабатывания первой ступени дистанционной защиты ЛЭП;
Uном – номинальное напряжение сети на вводах инвер- торной станции, собранной на базе инверторов
«GSL0750» производства компании ООО «ГРИН- МАКС».
Графическое представление работы алгоритма LVRT инверторов «GSL0750» при настройке порога минималь- ного напряжения на уровне –10 % (см. рис. 2) не имеет строгой математической зависимости Uотн( )t в связи с тем, что функционирование данного алгоритма работы инвер- торов «GSL0750» зависит от множества внешних условий и обратных связей. Однако, если аппроксимировать дан- ную зависимость по контрольным точкам, то на линейном участке характеристики можно выявить следующую зави- симость:
СЗИС отн 2,17 отн
t U U . (2)
На основании вышеизложенного время отключения инверторной станции по алгоритму LVRT при настройке порога минимального напряжения на уровне –10 % при коротком замыкании на гране срабатывания ZСЗ(1) будет определяться по формуле:
нг.СЭС 1 нг.СЭС Т КЗ СЗ(1) СЗ ИС
ном
2,17I ZL I Z I Z .
t U
(3)
В общем случае для более надежного запаса падением напряжения на ЛЭП «L1» и трансформаторе «Т» от про- текания тока нагрузки Iнг СЭС можно пренебречь.
В этом случае формула (3) примет вид:
КЗ СЗ(1) СЗ ИС
ном
2,17I Z .
t U (4) Время отключения инверторной станции по алгоритму LVRT при настройке порога минимального напряжения на уровне –10 % при коротком замыкании в конце ЛЭП будет определяться как
КЗ ВЛ СЗ ИС
ном
2,17I Z .
t U (5) Исходя их формулы (5) можно сделать вывод, что время срабатывания устройств релейной защиты, защищающих надежно все ЛЭП, должно быть на ступень селективности меньше, чем время отключение инверторной станции по алгоритму LVRT:
КЗ ВЛ СЗ ЭС СЗ ИС
ном
2,17I Z .
t t t t
U (6)
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате рассмотрения характеристики работы алгоритма LVRT инверторной станции «GSL0750» произ- водства компании ООО «ГРИНМАКС» была определена формула для согласования дистанционной защиты (защиты от междуфазных замыканий) с алгоритмом LVRT инвертор- ной станции «GSL0750».
В случае, если при подключении солнечной электро- станции к сетям ЕЭС из-за топологии и конфигурации сети невозможно произвести параметрирование таким образом, чтобы не нарушалась селективность действия защит для сохранения работы солнечной электростанции для выдачи мощности потребителям, стоит рассматривать вопрос, еще на стадии основных технических решений, о реконструкции устройств релейной защиты объектов, технологически связанных с подключаемой электростан- цией, в части установки на данных объектах защит с абсо- лютной селективностью.
Список литературы
[1] Энергетический бюллетень // Аналитический центр при правитель- стве Российской Федерации. Вып. № 44. URL: http://ac.gov.ru/
files/publication/a/11725.pdf (дата обращения: 15.05.2018).
[2] Руководство по эксплуатации инвертора «GSL0750», ООО «ГРИН- МАКС».
© IX Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи – 2018»