Institut Nikola Tesla AD
Milica Dilparić
Analiza maksimalnog kapaciteta solarnih elektrana koji se može priključiti u konzumnom području distributivnog transformatora uzimajući u obzir njegova termička svojstva / Kapacitet SN mreže za priključenje OIE na konzumnom području Beograda
KRATAK SADRŽAJ: Analiza maksimalnog kapaciteta solarnih elektrana koji se može priključiti u konzumnom području distributivnog transformatora uzimajući u obzir njegova termička svojstva
Sve izraženija integracija obnovljivih izvora energije u distributivne elektroenergetske mreže, naročito solarnih elektrana, dovodi do značajnih promena u tokovima energije unutar sistema. Povećavanje instalisane snage solarnih elektrana u distributivnom elektroenergetskom sistemu može izazvati pojavu suprotnog toka energije kroz transformator, što može uzrokovati pojavu većeg opterećenja nego u slučaju kada je bila napajana samo potrošnja. S obzirom da solarne elektrane najviše proizvode tokom letnjeg perioda, kada su i temperature ambijenta najveće, takav režim rada može značajno uticati na termičko opterećenje transformatora i posledično ubrzati njegovo starenje. U ovom radu cilj je proceniti maksimalni kapacitet solarnih elektrana koji se može bezbedno priključiti u konzumnom području distributivnog transformatora, uz očuvanje njegovog životnog veka i poštovanje tehničkih ograničenja. Termički model transformatora razvijen je u skladu sa važećim IEC standardima koji definišu termička ograničenja, temperature namotaja i kriterijume starenja izolacionog sistema. Primena dinamičkog termičkog rejtinga (Dynamic Thermal Rating – DTR) omogućava realističnu i vremenski zavisnu procenu maksimalnog opterećenja transformatora u zavisnosti od promenljivih radnih i ambijentalnih uslova, koji uključuju vremenske serije opterećenja transformatora, ambijentalnu temperaturu i intenzitet solarne iradacije. Za razliku od konvencionalnog statičkog pristupa određivanju dozvoljenog opterećenja, koji se zasniva na konzervativnim pretpostavkama i konstantnim uslovima okoline, primena dinamičkog pristupa omogućava preciznije modelovanje realnih radnih uslova transformatora tokom vremena. Pored osnovnog termičkog opterećenja, analiza uključuje i dodatne uticaje koji doprinose povećanju ukupnog zagrevanja transformatora. Posebna pažnja posvećena je uticaju varijacija napona izazvanih priključenjem solarnih elektrana, koje dovode do promena Džulovih gubitaka u namotajima i magnetnih gubitaka u jezgru transformatora. Takođe je razmatran i uticaj solarne iradacije na zagrevanje spoljašnje površine kućišta transformatora, što dodatno povećava temperaturu ulja i namotaja. Ovi efekti značajno doprinose ukupnom termičkom opterećenju i moraju se uključiti u proračun kako bi se obezbedila realistična procena dozvoljenog opterećenja transformatora. Na osnovu razvijenog termičkog modela formiran je algoritam koji omogućava integrisanu procenu maksimalnog dozvoljenog kapaciteta solarnih elektrana u konzumnom području transformatora, uz uvažavanje stvarnih radnih uslova, dodatnog termičkog opterećenja i naponskih uticaja, kao i primenu standardizovanih kriterijuma starenja definisanih IEC normama. Predloženi pristup omogućava detaljniju analizu uticaja solarnih elektrana na rad distributivnog transformatora i pruža pouzdan osnov za određivanje granice priključenja novih proizvodnih kapaciteta. Primena predloženog algoritma obezbeđuje pouzdan i sveobuhvatan okvir za planiranje priključenja solarnih kapaciteta u distributivnu mrežu, uz očuvanje životnog veka transformatora i poštovanje tehničkih ograničenja rada elektroenergetskog sistema.
Ključne reči: Termički model transformatora, DTR, Solarne elektrane, Varijacije napona
KRATAK SADRŽAJ: Kapacitet SN mreže za priključenje OIE na konzumnom području Beograda
Proračun kapaciteta mreže (hosting capacity analiza) omogućava da se proceni mogućnost dodavanja distribuiranih izvora energije i njihovo priključenje na različita mesta u mreži, bez narušavanja tehničkih ograničenja rada sistema. Rezultati analize omogućavaju operatorima mreže da identifikuju kritične tačke u mreži, procene potrebu za njenim unapređenjem i planiraju optimalnu integraciju novih izvora električne energije. Energetska tranzicija i težnja ka zelenoj energiji podrazumevaju što veći udeo obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije. Međutim, priključenje nove elektrane na sistem može izazvati kontra tokove snaga u mreži, prekoračenje dozvoljenih naponskih granica propisanih Pravilima o radu distributivnog sistema, preopterećenje određenih elemenata sistema ili narušavanje kvaliteta električne energije zbog uređaja energetske elektronike preko kojih se ovi izvori najčešće priključuju na mrežu. Pored svega navedenog, i planiranje proizvodnje iz OIE takođe je nezavidan zadatak zbog intermitentnosti u njihovoj proizvodnji, koja je direktna posledica trenutnih prirodnih uslova (nivo oblačnosti, iradijacija, temperatura ambijenta…). Upravo zbog stohastičke prirode DER, za relevantnu procenu priključnog kapaciteta, kao i definisanje onih mesta u sistemu na kojima može doći do zagušenja, važno je posmatrati ne samo dva stanja opterećenja (minimum i maksimum) i fiksnu snagu generisanja DER, već i uvažiti korelaciju u vremenu između generisanja iz solarnih elektrana sa jedne strane i opterećenja konzuma sa druge strane. Takođe, ovakva analiza nad vremenskim serijama omogućava bolje sagledavanje potencijalnih operativnih ograničenja koja je potrebno postaviti pred DER u cilju sigurnog i pouzdanog rada sistema. Iz ovih razloga je i proračun priključnog kapaciteta mreže urađen na primeru vremenske serije za svaki sat tokom jednog karakterističnog dana, na primeru jedne distributivne TS 35/10 kV/kV na području Beograda. Procena proizvodnje potencijalnih solarnih elektrana izvršena je na osnovu geografske lokacije trafostanice i meteoroloških podataka o insolaciji. Analiza kapaciteta mreže za priključenje OIE izvršena je iterativnim postupkom, dodavanjem novih MW instalisanih kapaciteta u čvorove analitiranog 35/10 kV/kV konzumnog područja, bez predlaganja dodatnih ojačanja infrastrukture mreže i tehničkih ograničenja rada sistema. Prilikom izvođenja analiza uvažena su naponska i termalna ograničenja relevantnih elemenata u mreži, kao i dozvoljena promena napona na mestu priključka, na način kako je definisano u Pravilima o radu distributivnog sistema. Rezultati su prikazani tabelarno i grafički u vidu heat map dijagrama.
Ključne reči: kapacitet priključenja OIE, DER, simulacioni model, vremenske serije
Biografija predavača
Rođena je 13.06.1988. godine u Užicu. Osnovnu i srednju školu završila je u Novoj Varoši kao nosilac Vukove diplome. Studije na elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, započinje 2007. godine i završava 2012. godine na odseku za elektroenergetske sisteme. Master studije završava od 2011 do 2012. godine. 2012. godine upisuje doktorske studije na matičnom fakultetu, na odseku Elektroenergetske mreže i sistemi.
U Institutu Nikola Tesla je zaposlena od 2014. godine u centru za elektroenergetske sisteme. Tokom desetogodišnjeg radnog iskustva učestvovala je na velikom broju studija koje su obuhvatale segmente planiranja distributivne mreže, povećanja energetske efikasnosti i strateške energetike. Takođe, najveći deo studija obuhvata sistemske analize koje se tiču dinamičkih odziva sistema i stabilnosti sistema. U okviru svog rada bavila se i studijama priključenja obnovljivih izvora energije i analizama uslova priključenja na distributivnom i prenosnom sistemu.
Tokom rada specijalizova se u korišćenju softvera opšte namene kao što su MS office, AutoCad i Matlab. Takođe ima značajnog iskustva u radu sa softverima specijalizovanim za elektroenergetske proračune kao što su Tokovi Snaga (softver razvijen u institutu Nikola Tesla), PSS Sincal, PSSE Siemens, Digsilent Power Factory, Antares i sl. Tokom svog rada i studiranja objavila je kao autor ili koautor oko 15 radova na stručnim domaćim i međunarodnim konferencijama.