Дослідження коливань напруги у мережі середньої напруги з відновлюваними джерелами енергії
Автор: Федун Андрій Віталійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В Україні, так само, як і у світі, спостерігається зростання частки відновлюваних джерел енергії. Крім того, у більшості випадків ВДЕ є джерелами розподіленої генерації – станції характеризуються незначними потужностями (одиниці – десятки МВт) і під’єднуються до мереж середніх та низьких напруг. У малпотужних мережах середньої напруги стохастичний графік вироблення потужності відновлюваних джерел спричиняє значні коливання напруги. Допустимість коливань напруги визначається за флікером – мірою того, як коливання впливають на людське око через мерехтіння освітлювальних приладів. Флікер вимірюють за допомогою спеціального приладу – флікерметра, його встановлюють для перевірки дотримання станцією вимог до якості електроенергії згідно ДСТУ EN 50160[1]. Флікер – один із основних показників якості енергії, зазначених у ДСТУ EN 50160[1], і повинен перебувати у допустимих межах (менший або рівний 1 більше 95% часу спостереження). Однак коливання у точці під’єднання ВДЕ поширюються усією прилеглою мережею, що необхідно враховувати. Огляд досліджень з цього питання показує значний інтерес одразу до двох тем: вивчення впливу ВДЕ на розподільну мережу [2-3] та ефективність визначення флікера напруги [4-5]. ВДЕ значно впливають на розподільні мережі. Вони можуть змінювати напрямки перетікання потужності через елементи, впливати не лише на значення напруг у вузлах, а й кардинально змінювати профіль напруги уздовж фідера. Також ВДЕ можуть як зменшувати, так і збільшувати втрати потужності у мережі. А різкі зміни потужності ВДЕ спричиняють коливання. Усі ці фактори викликають значний інтерес та занепокоєння, оскільки для ефективної роботи мереж зі значною часткою ВДЕ необхідно розуміти їхній негативний вплив та які заходи здатні вирішити можливі проблеми. У працях [2-3] досліджено регулювання реактивної потужності СЕС та обмеження активної потужності СЕС у комплексі з ефективним використанням пристроїв РПН трансформаторів для отримання бажаних діючих значень напруг. Визначення флікера напруги є трудомістким, оскільки потребує фізичного експерименту з вимірюванням за допомогою флікерметра. Запропоновано багато методик, які у певних окремих випадках дозволяють з певною точністю оцінити флікер [4-5]. У праці [4] досліджувались коливання, які спричиняє ВЕС, та запропоновано модель прогнозування флікера ВЕС. У праці [5] детально досліджено питання флікера у мережі з СЕС. Відповідно до завдання, здійснюється дослідження коливань напруги у мережі середньої напруги з відновлюваними джерелами енергії за різних змін потужності генерування і величини навантаження, а також за регулювання реактивної потужності відновлюваного джерела. Також аналізується вплив джерела на втрати потужності у мережі. Об’єкт дослідження – процеси в заданій ділянці мережі, спричинені відновлюваними джерелами енергії. Предмет дослідження – коливання напруги у заданій ділянці мережі, спричинені відновлюваним джерелом енергії, вплив відновлюваного джерела на втрати потужності у мережі. Мета дослідження – проаналізувати коливання напруги у мережі середньої напруги з відновлюваними джерелами енергії. За допомого програмного комплексу ДАКАР [6] здійснено розрахунок усталених режимів мережі, на основі результатів яких були визначені амплітуди коливань напруги. У всіх режимах на шинах ПС підтримуються допустимі значення напруг. Перевантаження обладнання відсутні. У магістерській кваліфікаційній роботі розраховано і досліджено значення розмахів коливань за різних змін генерації активної потужності ВДЕ і за різної потужності навантаження. Встановлено вплив ВДЕ на втрати потужності у мережі і запропоновано вирази для обрахунку втрат потужності та електроенергії у мережі з відновлюваними джерелами енергії, у тому числі з урахуванням коефіцієнта реактивної потужності джерела tg ?. Запропоновано методику визначення оптимального коефіцієнта реактивної потужності джерела tg ? з точки зору оптимізації розмахів коливань напруги, з урахуванням допустимості розмахів коливань та впливу реактивної потужності джерела на втрати активної потужності у мережі. Розглянуто різні способи впливу на розмахи коливань: реконструкція ліній зі збільшенням перерізів проводу, заміна трансформатора районної підстанції на трансформатор із більшою номінальною потужністю, регулювання реактивної потужності ВДЕ, – і проведено їх порівняння. Запропоновано два методи визначення розмахів коливань та флікера у вузлах мережі: з допомогою програмних засобів розрахунку режимів (точний) і за наближеними формулами. Сформовано покрокові алгоритми для обох методів, які дозволяють обирати бажаний спосіб розрахунку, залежно від урахування регулювання реактивної потужності, зміни навантаження мережі та бажаної точності.