Технічні особливості приєднання відновлювальних джерел енергії до електричних мереж в Україні та Європі
Автор: Сойко Дмитро Петрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системи відновлюваної енергетики та електромобільність
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Інтеграція відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в електроенергетичні системи є одним із ключових напрямів розвитку сучасної енергетики, оскільки сприяє зниженню впливу на довкілля, диверсифікації джерел генерації та підвищенню енергетичної безпеки. Разом із тим масове впровадження ВДЕ, особливо на основі інверторних технологій, ускладнює забезпечення надійної та якісної роботи електричних мереж. Це пов’язано з необхідністю підтримання допустимих рівнів напруги, забезпечення керованості режимів за реактивною потужністю, узгодження роботи релейного захисту й автоматики, а також виконання вимог операторів системи передачі та розподілу. Унаслідок цього питання приєднання ВДЕ до мереж набувають не лише технічного, а й системного значення, оскільки безпосередньо впливають на стійкість і надійність енергосистеми. У роботі розглянуто технічні особливості приєднання фотоелектричної електростанції (ФЕС) встановленою потужністю 16 МВт до електричних мереж 110 кВ Закарпатського регіону з урахуванням вимог до режимів напруги та регулювання реактивної потужності. Актуальність теми обумовлена зростанням частки відновлюваних джерел енергії, що підсилює вимоги до керованості інверторної генерації, якості електричної енергії та сумісності нових генеруючих об’єктів з існуючою інфраструктурою системи передачі і розподілу. Метою роботи є обґрунтування комплексу технічних рішень, які забезпечують надійне та нормативно відповідне функціонування ФЕС у точці приєднання 110 кВ за різних експлуатаційних умов, а також порівняння підходів України та країн континентальної Європи (вимоги ENTSO-E і Регламенту ЄС 2016/631 Requirements for Generators, RfG) до участі генеруючих установок у підтримці напруги через регулювання реактивної потужності. У межах поставленої мети проаналізовано структуру нормативно-технічного регулювання приєднання ВДЕ в Україні та в країнах ЄС, розглянуто категоріальний поділ генеруючих модулів за RfG (типи A–D) і визначено, що досліджуваний об’єкт відноситься до типу D, для якого характерні підвищені вимоги до керування активною і реактивною потужністю, напругою та частотою. Також сформовано перелік технічних задач проєктування вузла приєднання, що включає підтвердження можливостей регулювання реактивної потужності, вибір засобів компенсації, підбір обладнання головної підстанції та аналіз надійності електропостачання за критерієм N-1. Об’єктом дослідження є електрична мережа 110 кВ Закарпатського регіону з підключенням ФЕС, предметом — режими напруги, потоки активної та реактивної потужності й технічні засоби забезпечення вимог щодо реактивної підтримки та керованості інверторної генерації. Методика дослідження включає аналіз вимог до режимів Q(U), Q(P) та cos?(P), розгляд принципів застосування контролера електростанції Power Plant Controller (PPC) як централізованого засобу формування уставок для інверторів, побудову розрахунково-режимної моделі вузла приєднання та виконання серії розрахунків для характерних комбінацій «максимальна генерація – мінімальне навантаження» і «мінімальна генерація – змінні рівні напруги». Окремо враховано практичні особливості інтеграції інверторних джерел, зокрема обмежені струми короткого замикання та наслідки цього для вибору комутаційної апаратури і узгодження релейного захисту. У роботі виконано перевірку відповідності роботи ФЕС графікам покриття реактивної потужності за українськими вимогами та за європейським підходом RfG. Показано, що власних можливостей інверторів щодо генерації/споживання реактивної потужності може бути недостатньо для виконання нормативних характеристик у всьому робочому діапазоні напруг у точці приєднання, особливо за умов підвищеної напруги у мережі 110 кВ. Для оцінювання покриття реактивної потужності сформовано розрахункову схему та виконано серію режимних розрахунків з фіксацією напруги на шинах підстанції 110 кВ у діапазоні 0,9–1,1 Un (кроками 0,05 Un). При цьому активна потужність задавалася в характерному режимі, а межі реактивної потужності інверторів приймалися відповідно до припустимого рівня 0,48Pmax. Отримані точки дозволили побудувати та порівняти фактичні можливості ФЕС з нормативними кривими покриття. За результатами розрахунків обґрунтовано доцільність застосування додаткових засобів компенсації реактивної потужності. Для виконання українського нормативного графіка покриття визначено оптимальне рішення у вигляді конденсаторної батареї потужністю 1 МВАр, яка забезпечує покриття дефіциту реактивної енергії в критичних режимах та підвищує запас щодо дотримання вимог у вузлі приєднання. Водночас, при застосуванні вимог RfG та необхідності забезпечення більш жорсткої участі в регулюванні напруги в точці приєднання потрібна конденсаторна батарея більшої потужності — 5 МВАр. Отримані результати демонструють, що гармонізація вимог із європейськими стандартами може потребувати підсилення технічних рішень з реактивної підтримки навіть для об’єктів, які вже відповідають національним технічним умовам. Практичну частину роботи доповнено обґрунтуванням вибору основного обладнання ФЕС та вузла приєднання. Розглянуто підхід до вибору інверторів і фотоелектричних модулів, формування схем збору потужності, вимог до комутаційної апаратури, вимірювальних трансформаторів та систем обліку, телемеханіки і диспетчеризації. Для головної підстанції запропоновано технічне рішення, що забезпечує стійку видачу потужності за критерієм N-1, зокрема встановлення двох силових трансформаторів по 16 МВА кожний. Показано, що застосування PPC у поєднанні з належно підібраними засобами компенсації реактивної потужності дозволяє виконувати задані режими Q(U)/Q(P)/cos?(P) без втручання в структуру станції, забезпечуючи оперативну взаємодію з оператором мережі. Науково-практична цінність роботи полягає у систематизації відмінностей нормативних вимог України та ЄС і формуванні узагальненого алгоритму перевірки відповідності ФЕС вимогам до реактивної підтримки напруги у точці приєднання. Запропонований набір проєктних рішень і параметрів обладнання може застосовуватися під час проєктування, експертизи та технічного аудиту приєднання промислових фотоелектричних електростанцій до мереж 35–110 кВ, зменшуючи ризики відхилень напруги та невідповідності вимогам оператора системи у процесі інтеграції ВДЕ.