7. Technical Regulations for the Interconnection of Wind Farms to the Power System Anssi Mäkinen.

Esitys aiheesta: "7. Technical Regulations for the Interconnection of Wind Farms to the Power System Anssi Mäkinen."— Esityksen transkriptio:

1 7. Technical Regulations for the Interconnection of Wind Farms to the Power System Anssi Mäkinen

2 Johdanto Tekijät: Julija Matevosyan Thomas Ackermann Sigrid M. Bolik 1.Yleiskatsaus teknisiin ohjeisiin ja säädöksiin 2.Säädösten vertailua 3.Teknologisia ratkaisuja kyseisten säädösten noudattamiseksi 4.Verkkoon liittymiskäytäntöjen ongelmia

3 Yleiskatsaus teknisiin ohjeisiin ja säädöksiin Teollisuuden tekniset standardit perustuvat yleensä IEEE:n tai IEC:n standardeihin Käyttö vapaaehtoista –Monia erilaisia alueellisia ja kansallisia ohjeita, säännöksiä ja määräyksiä tuulivoimaloiden verkkoon liitännälle 1980 lopulla jakeluverkkoyhtiöt aloittivat omien liityntävaatimustensa tekemisen tuulivoimaloiden määrän lisääntyessä 1990 luvulla pyrittiin harmonisoida näitä liityntävaatimuksia Saksassa ja Tanskassa Liityntävaatimuksia on jouduttu tämän jälkeen kuitenkin muuttamaan: Tuulivoimaloiden koko on kasvanut (200kW 1990 -> 3-4 MW 2004) Tuulivoimaloiden tekniikka on kehittynyt Tuulivoiman osuus verkkoa syöttävänä teholähteenä on kasvanut Liityntävaatimuksia siirtoverkkoon liitetyille tuulipuistoille

4 Yleiskatsaus teknisiin ohjeisiin ja säädöksiin Alle 110 kV liitetyille tuulivoimaloille:  Tanska: DEFU 111  ”Connection of Wind Turbines to Low and Medium Voltage Networks” 1998  Tanska: Eltra ja Elkraft  ”Wind Turbine Generators Connected to Networks with Voltage Levels below 100kV” 2003  Ruotsi: AMP  ”Connection of Smaller Power Plants to Electrical Networks” 2001  Saksa: VDEW ohjeistukset  “Generation in the Medium Voltage Network­ – Guidelines for the Connection and Operation of Generation Units in the Medium Voltage Network” 1998 Yli 110 kV liitetyille tuulivoimaloille:  Tanska: Eltra  ”Specifications for Connecting Wind Farms to the Transmission Network” 2000  Saksa: E.ON  ”Grid Code for High and Extra High Voltage” 2003.  Irlanti: ESB  “Grid code of wind farms” 2004

5 Yleiskatsaus teknisiin ohjeisiin ja säädöksiin Yhdistettyjä säädöksiä:  Ruotsi: Svenska Kraftnät  ”Technical Instructions for the Design of New Production Installation to Ensure Secure Operation” 2002  Norja: Sintef  ”Guidelines for the Connection of Wind Turbines to the Network” 2001  Skotlanti: Scottish Power Transmission and Distribution and Scottish Hydro-Electric  “Guidance Note for the Connection of Large Wind Farm” 2002

6 Teknisten liityntävaatimusten vertailu Pätötehonsäätö: Pätötehonsäätöä tuulipuistoilta vaaditaan, jotta varmistetaan vakaa verkon taajuus ja estetään johdinten ylikuormittuminen. Halutaan välttää käynnistysten ja sulkemisten aikaiset suuret jännitteenmuutokset sekä syöksyvirrat

7 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Taajuudensäätö Toimii indikaattorina kulutuksen ja tuotannon tasapainosta Primääriohjaukseen kuuluvat generaattorit muuttavat ulostulotehoaan hyvin herkästi ja nopeasti (aikaintervalli 1 – 30 s) taajuuden muuttuessa Sekundääriohjaukseen kuuluvat generaattorit toimivat hitaammin ja niiden toiminta aika on välillä 10 – 15 minuuttia Tuulivoimalan ulostuloteho voi vaihdella normaalitilanteessa noin 15 % 15 minuutin aikana Tehonvaihtelu aiheuttaa lisää epätasapainoa tuotannon ja kulutuksen välillä Pahin tilanne tehonvaihtelun kannalta syntyy, kun tuulennopeus ylittää cut-off tuulennopeuden

8 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Jännitteensäätö Sähköverkko ja siihen liitetyt kulutuslaitteet on suunniteltu toimivaksi tietyllä jännitetasolla Jännitteensäätimillä sekä loistehon säädöllä huolehditaan, että jännite säilyy tiettyjen rajojen sisällä ja jännitteen stabiilisuus säilyy Loistehon säätö voidaan määritellä tehokertoimen vaihteluvälinä Vasemmassa kuvassa jakeluverkon loistehonsäätö Oikeassa kuvassa siirtoverkon loistehonsäätö Ruotsalaisessa säädöksessä (SvK) loistehon säätö on esitetty sallittuna jännitteen vaihteluvälinä

9 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Jännitteenlaatu

10 Teknisten liityntävaatimusten vertailu Käämikytkin: Käämikytkimen toiminta perustuu muuntajan käämien kierroslukujen suhteen vaihteluun, jolloin voidaan vaikuttaa jännitteeseen E.ON suosittelee tuulipuiston varustamista käämikytkimellä ESBNG vaatii, että jokainen tuulipuisto, joka on kytketty verkkoon, on varustettu käämikytkimellä Mallinnus ja verifiointi: Tuulivoimalan omistajan tulee muodostaa malli tuulivoimalastaan ja sen käyttäytymisestä verkon vian aikana Tuulivoimalan malli tulee verifioida vertaamalla simuloituja tuloksia käytännön mittauksiin Kommunikaatio ja ulkoinen ohjaus: Yleinen käytäntö on, että tuulivoimalan omistajan tulee tarjota verkon toiminnan kannalta oleelliset mittaustiedot verkko-operaattorille

11 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Tuulipuiston suojaaminen Jakeluverkkoon liitetään tuulipuisto, joka normaalisti sähköverkossa tapahtuvan vian seurauksena erotetaan verkosta (DEFU 111 ja AMP) Vika tapahtuu verkossa, johon on kytketty suuri tuulipuisto, ei verkosta irtikytkemistä voida sallia -> Fault ride through Vakavan häiriön jälkeen on mahdollista, että osa siirtoverkoista joutuu toimimaan eristyksissä pääverkosta -> syntyy saareke Pääsääntö: tuulipuisto ei tämäntapaisessa tilanteessa saa kytkeytyä irti verkosta ennen kuin jännite/taajuusrajat ylittyvät! Tanskalaisen säädöksen mukaan tuulipuiston tulee osallistua lisäksi myös taajuudensäätöön saareketilanteessa Suuret oikosulkuvirrat, alijännitteet sekä ylijännitteet vian aikana ja sen jälkeen voivat aiheuttaa tuulivoimalan laitteiston rikkoutumisen -> relesuojaus -> ristiriitaisuus EBSN vaatii tuulipuiston suojauksen täyttävän samat kriteerit kuin normaalin generaattorinkin tapauksessa: Yli/ali- taajuus sekä –jännitesuojaus, generaattorin muuntajalla differentiaalisuojaus, generaattorin ylivirta ja distanssisuojaus, jänniteohjattu ylivirtasuojaus

12 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Tuulipuiston suojaaminen Verkkoyhtiöiden jännitesietoisuus vaatimuksia tuulivoimaloille:

13 Teknisten liityntävaatimusten vertailu: Verkkoon liittymisvaatimusten vertailun tulosten analysointi Verkkoon liittymisvaatimukset eroavat suuresti toisistaan: Kuinka suuri on tuulivoiman osuus verkossa Kuinka vahva on verkko Edellä mainitut muuttuvat jatkuvasti -> Standardit muuttuvat Kaikille vaatimuksille ei löydy teknistä oikeutusta Harmonisointi: Hinta alaspäin DFIG:n varustaminen FRT-sietoiseksi aiheuttaa 5% kasvun voimalan kokonaishintaan Kaikkia sääntöjä ja vaatimuksia ei voida millään harmonisoida Säännöt, joilla on hyvin pieni vaikutus tuulivoimalan kokonaishintaan ja verkon toimintaan, tulisi harmonisoida (esimerkiksi sähkön laatuun liittyvät säädökset)

14 Tekniset ratkaisut liityntäehtojen noudattamiseksi Ratkaisuja, joilla ulostulotehoa voidaan säätää: 1.Absolut power constraint 1.Rajoittaa ulostulon tiettyyn raja-arvoon 2.Balance control 1.Ulostulotehon kasvulle ja pienennykselle rajat 3.Power rate limitation 1.Ulostulotehon kasvulle raja 4.Delta control 1.Tuulipuisto toimii jatkuvasti jonkin tietyn määrän verran aliteholla 134

15 Verkkoon liittymiskäytäntö Tuulipuisto verkkoon (potentiaalisia ongelmia): Konflikti puiston rakennuttajan ja verkkoyhtiön välillä siitä, kuinka paljon tuulivoimakapasiteettia voidaan verkkoon sijoittaa Verkkoyhtiöt haluttomia ottamaan vastaan tuulivoimaa Verkkoyhtiöt eivät reagoi hakemuksiin Tuulivoimajärjestöt painostavat verkkoyhtiöitä median välityksellä Ratkaisu ongelmalle: selkeä ja yhtenäinen tapa, jolla suurin mahdollinen verkkoon liittymiskapasiteetti voitaisiin määrittää verkkoon liittymishakemukset ja siihen liittyvät verkkoon liittymislaskelmat tulisi käydä läpi jossain ennalta määrätyssä ajassa verkkoon liitettävän tuulivoiman määrän ja ajan, jolla verkkoyhtiön tulisi vastata hakemukseen, voisi määritellä ulkopuolinen asiantuntijataho