Як вибрати обладнання SVG, що відповідає потужності електростанцій?

Оцінка потреб електростанції в реактивній потужності для точного підбору SVG

Зв’язок профілю навантаження, міцності мережі та динамічного попиту на реактивну потужність (VAR)

Правильний підбір потужності системи SVG залежить переважно від трьох взаємопов’язаних факторів: характеру змін навантаження в часі, стабільності електричної мережі (яку вимірюють за допомогою показника SCR — коефіцієнта короткого замикання) та поточних потреб системи у реактивній потужності. Розглянемо, наприклад, промислові об’єкти з різко змінним навантаженням, такі як металургійні комбінати, де працюють великі дугові печі. У таких місцях реактивна потужність може коливатися більш ніж на 40 % кожні кілька секунд. Це означає, що система SVG має реагувати надзвичайно швидко — зазвичай протягом приблизно 20 мілісекунд — лише для підтримки стабільності напруги. Коли мережа має низьку стабільність (SCR нижче 3), всі ці раптові зміни призводять до більш виражених проблем із напругою. У таких умовах об’єктам необхідні системи SVG, потужність яких на 25–30 % перевищує ту, що потрібна для функціонування в мережах з вищою стабільністю. Також цікавий висновок міститься в недавньому дослідженні IEEE (2023 р.), згідно з яким ігнорування гармонійних спотворень при загальному коефіцієнті спотворень (THD) понад 8 % призводить до заниження потужності системи SVG приблизно на 18 %. І що ж відбувається далі? Конденсаторні батареї виходять із ладу раніше, особливо під час провалів напруги.

Кейс-стаді: Динамічне визначення потужності SVG на вітровій електростанції потужністю 200 МВт із використанням прогнозування з кроком 15 хвилин

Оператор відновлюваних джерел енергії оптимізував розгортання SVG за допомогою прогнозування виробництва енергії вітровими турбінами з кроком 15 хвилин, пов’язаного з історичними даними про перевантаження мережі. Це дозволило змінити підхід до визначення потужності SVG з традиційного запасу безпеки у 35 % на цільовий резерв у 12 %. Рішення складалося з:

• Модульних одиниць SVG загальною потужністю 48 Мвар
• Інтеграції з системою SCADA у реальному часі, сумісною зі стандартом IEC 61400-25
• Адаптивних алгоритмів керування, які динамічно коригують реактивну компенсацію на основі прогнозованих темпів зміни потужності

Результатом стало скорочення кількості випадків відхилення напруги на 67 % та використання встановленої потужності SVG на рівні 92 % — що демонструє, як прогнозна аналітика забезпечує точне узгодження динамічної реактивної підтримки з реальною поведінкою електростанції.

Визначення технічних специфікацій на основі вимог щодо відповідності електромережі та системних обмежень

Обмеження гармонік, допустимі коливання напруги (IEC 61000-2-2) та вимоги до SCR

Технічні характеристики систем SVG мають відповідати чинним правилам електромережі та конкретним електричним вимогам на кожному місці встановлення. Збереження коефіцієнта гармонійних спотворень нижче 5 % загального коефіцієнта гармонійних спотворень у точці з’єднання з мережею (PCC) допомагає запобігти таким проблемам, як перегрівання трансформаторів та неправильна робота захисних реле. Згідно зі стандартом IEC 61000-2-2, напруга може змінюватися на ±10 % під час тимчасових подій, наприклад, при запуску двигунів або ліквідації аварій, що запобігає мерехтінню світла й забезпечує стабільність усієї системи. Коефіцієнт короткого замикання (SCR) також істотно впливає на визначення потужності SVG. Коли значення SCR падають нижче 3, для підтримки правильного рівня напруги під час неочікуваних порушень установки, як правило, потребують додаткової ємності реактивної потужності в обсязі приблизно 20–30 %. Невиконання цих стандартів може призвести до примусового відключення від мережі або накладення штрафів регуляторними органами, тому точне визначення цих параметрів за допомогою ретельного моделювання є абсолютно обов’язковим перед впровадженням будь-якого рішення на основі SVG.

Основні вимоги щодо відповідності

Забезпечення безперебійної інтеграції SVG у наявну інфраструктуру підстанції

Усунення несумісності з релейними пристроями старого зразка за допомогою інтерфейсу IEC 61850-9-2 GOOSE

Реле захисту старого зразка, як правило, ускладнюють інтеграцію систем SVG, оскільки вони використовують власні спеціалізовані протоколи зв’язку. Рішенням є повідомлення GOOSE за стандартом IEC 61850-9-2, що забезпечує дуже швидку передачу даних між цими старими реле та новими контролерами SVG. Йдеться про час відгуку менше 4 мілісекунд через звичайні Ethernet-з’єднання, а найкраще — немає потреби замінювати будь-яке обладнання. Для фахівців, що працюють у середовищі високої напруги, оптоволоконні з’єднання вирішують проблему електромагнітних перешкод, які можуть спотворювати сигнали. І, згідно з останніми галузевими стандартами 2023 року, використання стандартизованих реалізацій GOOSE скорочує час налаштування приблизно вдвічі порівняно з традиційними методами. Цей підхід є надзвичайно привабливим, оскільки він дозволяє компаніям продовжувати використовувати наявну інфраструктуру реле, одночасно отримуючи всі переваги швидкого та синхронізованого керування реактивною потужністю в масштабі всієї системи.

Переваги модульних, масштабованих SVG-установок для поетапного впровадження

Модульні архітектури SVG підтримують поетапне впровадження, узгоджене з ростом електростанції та зміною навантаження. До їх переваг належать:

• Оптимізація капітальних витрат : Почніть із одиниць потужністю 10–20 МВАр і поступово нарощуйте потужність у міру розширення генерації
• Безперервність операцій : Модулі з можливістю «гарячої» заміни дозволяють проводити технічне обслуговування без повного відключення системи
• Гнучкість технологій : Оновлення на пізніших етапах дозволяють інтегрувати нове програмне забезпечення керування або силову електроніку без необхідності повного пере проектування
• Ефективність використання площі : Компактні конструкції займають на 40 % менше місця, ніж традиційні SVG (Звіт Grid Solutions за 2024 рік)

Поетапне впровадження забезпечує реактивну компенсацію, яка відповідає фактичним профілям навантаження, — це дозволяє уникнути надмірних капіталовкладень, одночасно зберігаючи стабільність напруги протягом усього періоду розширення. Масштабовані конфігурації також забезпечують резервування за схемою N+1 для підстанцій, критичних для функціонування системи.

ЧаП

Що таке система SVG?
Система SVG, або статичний генератор реактивної потужності, — це пристрій, призначений для підвищення стабільності напруги шляхом швидкого постачання або споживання реактивної потужності за потреби.

Чому SCR важливий для визначення потужності системи SVG?
Коефіцієнт короткого замикання (SCR) вказує на міцність мережі. При менших значеннях SCR потрібні більш потужні системи SVG через більш виражені коливання напруги.

Як прогнозна аналітика підвищує ефективність системи SVG?
Прогнозна аналітика адаптує потужність системи SVG згідно з прогнозованим виробництвом енергії та фактичною поведінкою системи, що забезпечує оптимізовану роботу й зменшення відхилень напруги.