Какъв е критерият за избор на комутационно оборудване за проекти в областта на възобновяемата енергия?

Изисквания към напрежението, товара и работата при аварийни режими за комутационна апаратура за възобновяема енергия

Съгласуване на класовете за средно и високо напрежение с точките за свързване към мрежата и мащаба на проекта

Изборът между средно напрежение (MV: около 1 kV до 52 kV) и високо напрежение (HV: всичко над 52 kV) всъщност зависи от нуждите на електрическата мрежа и мащаба на проекта. Големите слънчеви инсталации обикновено се свързват при около 34,5 kV, докато по-малките ветроенергийни проекти за местни общности обикновено работят добре с напрежения между 12 и 15 kV. Грешката при този избор може да доведе до проблеми като пробив на изолацията или неизползвана мощност на оборудването. Например, голяма 100 MW слънчева ферма, свързана към основните преносни линии, ще има нужда от високоволтова комутационна апаратура с номинално напрежение поне 36 kV. От друга страна, малките слънчеви панели на покриви функционират отлично с оборудване за средно напрежение до 15 kV. Повечето инженери се позовават на стандарта IEEE C37.20.2 при определяне на тези въпроси за съвместимост в различни възобновяеми енергийни системи.

Определяне на номиналните токови стойности и способността за издръжливост при аварийни токове за преривисто и несиметрично производство

Генерирането от възобновяеми източници води до променливи профили на натоварване и асиметрични токове при късо съединение, което изисква строго намаляване на номиналните стойности и устойчивост към повреди.

• Постоянен ток : 125 % от максималния изходен ток на инвертора за слънчевата енергия; 130 % от максималния изходен ток на турбината за вятър
• Устойчивост при късо съединение : Минимум 40 kA в продължение на 3 секунди, за да се управляват върховете на тока по време на нарушения в мрежата

Мрежовите стандарти засилват тези изисквания: IEEE 1547 изисква 150% способност за преходно претоварване за фотоволтаични системи, докато въздушните приложения изискват 200% циклична товароустойчивост, за да се компенсира инерцията на турбините и вариациите във въртящия момент, предизвикани от поривите на вятъра.

Типове комутационни апарати, оптимизирани за конкретни приложения – за интеграция на слънчеви, вятърни и натрупващи енергия системи

Металообвивни, газовоизолирани (GIS) и SF6-свободни средноволтови комутационни апарати за фотоволтаични ферми и вятърни подстанции

Проектите за възобновяема енергия в голям мащаб изискват среднонапреженни разпределителни устройства, които могат лесно да се поддържат, заемат по-малко място и остават безопасни в различни среди. Повечето слънчеви ферми използват конструкции с метално обвивка, тъй като те са модулни. Отделяемите прекъсвачи позволяват на техниците да извършват поправки, без да изключват цялата подстанция, което спестява време и пари. За офшорни вятърни инсталации или места, където просто няма достатъчно място, газоизолираните разпределителни устройства (GIS) стават предпочитаният избор. Тези системи намаляват изискванията към физическото пространство с около две трети спрямо конвенционалните решения, а освен това естествено устойчиви на корозия, предизвикана от излагане на морска вода. С увеличаването на строгостта на правилата относно емисиите в цял свят, все по-широко се прилагат алтернативи, свободни от SF6. Компаниите преминават към технология за прекъсване във вакуум, комбинирана с твърди диелектрични изолационни материали, вместо към старите решения с SF6. Новите устройства работят така добре, както и предишните, но напълно отстраняват всички досадни загрижености, свързани с емисиите на парникови газове, които доскоро преследваха отрасъла.

Постоянен ток и хибридни променлив ток/постоянен ток разпределителни устройства за батерийни системи за съхранение и микроенергосистеми

Системите за съхранение на енергия в батерии (BESS) изискват специално проектирани постояннотокови комутационни устройства, тъй като се сблъскват с някои доста уникални проблеми. За разлика от променливотоковите системи, тук няма естествена точка, в която токът спада до нула, а освен това се появяват бързи импулси на разряд, които могат да повредят оборудването. Затова съвременните комутационни устройства включват елементи като магнитни гасителни намотки и по-мощни дъгогасителни камери, които могат да прекъснат постояннотокови повреди почти мигновено – обикновено за няколко милисекунди. При оценката на хибридни решения за комутационни устройства за променлив и постоянен ток техният основен предимство е способността им да защитават всички компоненти при превключване между различни източници на енергия в микросетова конфигурация. Представете си система, която обединява слънчеви панели, батерии и традиционни резервни генератори – такива устройства управляват цялата система гладко. Използването на чисто постояннотоково свързване (DC coupling) всъщност намалява енергийните загуби при преобразуванията и позволява на системата да функционира автономно при изключване на централната електрическа мрежа. Тази възможност не е просто добра практика, а става задължителна за съответствие с нормативни изисквания като UL 1741 SA и IEEE 1547-2018, които придобиват все по-голямо значение, тъй като все повече обекти насочват усилията си към енергийна независимост.

Екологична издръжливост и дизайн, готов за дистанционно управление, за възобновяеми обекти

Корозионна устойчивост, корпуси с клас на защита IP65+, и адаптивно термично управление в сурови климатични условия

Комутационното оборудване на обектите за възобновяема енергия се изправя пред сериозни предизвикателства, породени от суровите условия. Вятърните електроцентрали по крайбрежието страдат от корозия, причинена от солената морска пръсканка, докато слънчевите инсталации в пустините се борят с абразивното въздействие на пясъка и влажност, която може да надхвърли 90 %. Според проучването на AMPP от 2023 г. приблизително една четвърт от всички електрически повреди се дължат на корозия в тези тежки среди. За борба с това тройно уплътнените корпуси със степен на защита IP66 предотвратяват проникването на прах и вода по време на интензивни атмосферни явления като мусони или пясъчни бури. При още по-тежки условия производителите използват неръждаема стомана марка 316L или никелови сплави, които са сертифицирани според стандарта ISO 12944 C5-M за места с агресивни химикали или морско въздействие. Системите за термично управление също играят ключова роля в този контекст. Те използват PTC-греещи елементи и вентилатори с променлива скорост, за да осигурят непрекъснатата работа на оборудването в екстремни температурни диапазони — от минус 40 °C до плюс 55 °C. Тези системи помагат да се предотвратят опасни пробиви, причинени от кондензация при рязки нощни температурни колебания — явление, което е тествано и документирано в техническия отчет на IEC TR 63397:2022.

Цифрова готовност: интелигентно комутационно оборудване за мониторинг, автоматизация и съответствие с електрическата мрежа

Интеграция според IEC 61850, протоколи за SCADA (Modbus/DNP3) и диагностика на ръба

Комутационното оборудване играе жизненоважна роля в съвременните възобновяеми енергийни системи, като изпълнява функция, която надхвърля простата задача на отключване. Когато оборудването поддържа нативно стандарта IEC 61850, това позволява на релета за защита, сензори и контролери от различни производители да работят заедно безпроблемно. Това улеснява инсталирането и ускорява процеса на проверка за съответствие с мрежовите изисквания. Повечето системи днес също се свързват с платформи за наблюдение и контрол (SCADA) чрез протоколи като Modbus TCP и DNP3. Тези връзки позволяват на операторите да следят и управляват всичко дистанционно, като осигуряват сигурност на данните по цялата мрежа. Интелигентните процесори, вградени директно в тези устройства, могат да проверяват нивата на ток, показанията на напрежение, промените в температурата и дори да откриват частични разряди локално. Те засичат проблеми за по-малко от 20 милисекунди — което е от решаващо значение при бързо реагиране на събития на островно функциониране. Напредналите инструменти за предиктивно поддръжка анализират историческата производителност на компонентите, за да прогнозират кога отделни части може да излязат от строя. Според проучването „Energy Grid Insights“ от 2023 г. този подход намалява неочакваната недостъпност почти наполовина. Има и още: адаптивната логика за защита поддържа стабилността, като автоматично променя настройките при колебания в производството от възобновяеми източници. Това помага за поддържане на съответствие с изискванията за преодоляване на ниско напрежение (LVRT) и ограниченията за хармонични изкривявания, без нужда от ръчно вмешателство.

Често задавани въпроси

Какви напрежения са типични за комутационната апаратура за възобновяема енергия?

Средното напрежение (MV) обикновено варира от 1 kV до 52 kV и се използва често за по-малки системи, докато високото напрежение (HV) надхвърля 52 kV и обикновено се изисква за големи инсталации.

Как комутационната апаратура поддържа системите за натрупване на енергия в батерии?

DC комутационната апаратура, използвана в системите за натрупване на енергия в батерии, решава специфични предизвикателства като бързи импулси на разряд чрез включване на функции като магнитни гасителни намотки и дъги-канали, които бързо реагират при повреди.

Какви са алтернативите без SF6 за комутационна апаратура?

Скорошните тенденции сочат към използване на вакуумно прекъсване заедно с твърди диелектрични изолационни материали, което елиминира необходимостта от парниковия газ SF6, без да се компрометира сходната производителност.

Какви са ефектите от климатичните условия върху комутационната апаратура на обектите за възобновяема енергия?

Комутационното оборудване на възобновяеми енергийни обекти може да се сблъска с проблеми, причинени от корозия от солената мъгла, абразия от пясък и екстремни температури. Решенията включват използването на здрави корпуси и адаптивни системи за термичен контрол, за да се осигури дълготрайност.