POWER QUALITY ANALYSIS OF PV POWER PLANT 120 KW IN VIROVITICA

Size: px

Start display at page:

Download "POWER QUALITY ANALYSIS OF PV POWER PLANT 120 KW IN VIROVITICA"

Mariah Merritt
6 years ago
Views:

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED 4. (10.) savjetovanje Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014. SO2 09 Prof.dr.

1 HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED 4. (10.) savjetovanje Trogir/Seget Donji, svibnja SO2 09 Prof.dr. Srete Nikolovski Elektrotehnički fakultet Osijek srete.nikolovski@etfos.hr Mario Kresonja, dipl.inž. S.E.G. Inženjering d.o.o. Osijek kresonjamario@gmail.com Goran Knežević, dipl.inž. Elektrotehnički fakultet Osijek goran.knezevic@etfos.hr Jurica Gorup, dipl.inž S.E.G. Inženjering d.o.o. Osijek jurica.gorup@gmail.com ANALIZA PARAMETARA KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE FN ELEKTRANE 120 KW U VIROVITICI SAŽETAK U radu su prikazane tehničke značajke fotonaponske (FN) elektrane Fotovoltaika 1 instalirane u Virovitici. Snaga elektrane je 120 kw, priključnog napona 0,4 kv. Snimanje parametara kvalitete električne energije obavljeno je prije i nakon puštanja u rad FN elektrane prema hrvatskoj normi HRN 50160/2012 i Mrežnim pravilima HEP-a. Snimanje je obavljeno trofaznim mrežnim analizatorom ELSPEC EG3500 sukladnom IEC u klasi A. U radu su prikazane prvo granične i, a zatim su tablično i grafički prikazani snimljeni parametri kvalitete opskrbnog napona. Prikazana je i izmjerena proizvodnja za neke karakteristične dane korištenjem Sunny WebBox sustava daljinskog nadzora parametara FN. Prikazana je karakteristična dnevna ljetna i jesenska proizvodnja, te mjesečne proizvodnje za rujan i listopad. Ključne riječi: Kvaliteta el. energije, pokazatelji kvalitete opskrbnog napona, fotonaponska elektrana, HRN 50160/2012 norma POWER QUALITY ANALYSIS OF PV POWER PLANT 120 KW IN VIROVITICA SUMMARY The paper describes the technical characteristics of photovoltaic (PV) power plant Fotovoltaika 1 installed in Virovitica. Rated power of the PV plant is 120 kw, the voltage level is 0.4 kv. Measurements of power quality parameters were performed before and after connection of PV power plant according to Croatian standards HRN 50160/2012 and the HEP Grid Code. Measurements were performed by three-phase network analyzer ELSPEC EG3500 compatible with IEC in the class A. In this paper, parameter limits and recorded data for quality indices of the supply voltage are presented in diagrams and tables. Electricity generation measured by Sunny Webox system for remote monitoring of PV parameters is displayed for some specific days. Typical daily summer and autumn production, and monthly production for September and October are shown. Key words: Power quality, quality indices of supply voltage, photovoltaic power plant, HRN 50160/2012 norm. 1

2 1. UVOD 1.1. Tehničke značajke elektrane i uređaja za mjerenje Sunčana elektrana Fotovoltaika 1 nalazi se na krovu skladišne građevine u Virovitici, a podijeljena je na 32 niza fotonaponskih modula od po 10, 15, 20, 21 modula u pojedinom nizu. Ukupno je montirano 576 fotonaponskih modula pojedinačne snage 240 W, odnosno ukupne vršne snage fotonaponskog polja od 138,24 kw, a najveća izlazna snaga elektrane je 120 kw. Elektrana je postavljena izravno na limeni krov, s nagibom krova od oko 6 sa sjeverne strane krovišta te dio na nadstrešnicu s južne strane građevine s nagibom krova od oko 30. Električna energija (istosmjerni napon i struja), generirana u sunčanim ćelijama šalje se vodičima PV WIRE RED/BLUE 6 mm 2 u jedan od DC sklopnih blokova DC_SBE (1,2, 8), u kojem se nalaze, između ostalog, DC cilindrični osigurači 1000 V/15 A. Dalje se električna energija kabelima PV WIRE 6,00 mm 2 šalje u izmjenjivače koji istosmjerni napon i struju pretvaraju u izmjenične. Iz izmjenjivača kabelom PP00-Y 5x10 mm 2 električna energija dolazi u sklopni blok elektrane AC_SBE u kojem se nalaze četveropolne RCD sklopke tipa A 40/0,3 A, četveropolni automatski osigurači B 32 A, četveropolna teretna sklopka tipa MC2 250A, prenaponska zaštita tipa C 20 ka i ostalo. Iz AC_SBE električna energija kabelom PP00-A 4x150 mm 2 dolazi do obračunskog mjernog mjesta OMM u kojem se nalazi dvosmjerno brojilo električne energije, te četveropolne osigurač - sklopke za odvajanje proizvođača od distribucijske mreže. Položen je i dodatni kabel PP00-A 1x95 mm 2 za uzemljenje zaštitnog ormara elektrane. Kabel je položen u kabelski rov dubine 80 cm kroz PEHD cijev, promjera 70 mm. Moduli su tipa EcoLine 60/LX-240P njemačkog proizvođača Luxor te se sastoje od 60 serijski spojenih polikristalnih silicijskih ćelija dimenzija mm. Ćelije su međusobno zalemljene bakrenim pokositrenim vodičima i laminirane između stakla izvrsnih optičkih i mehaničkih svojstava s prednje i polimernog zaštitnog bijelog filma sa stražnje strane. Dimenzije modula su mm, a težina modula je 21 kg. Ostale karakteristike fotonaponskog modula dane su u tablici I. Tablica I. Karakteristike fotonaponskog modula Luxor EcoLine 60/LX-240P Struja kratkog spoja Isc (A) = 8,49 A Napon otvorenog kruga Uoc (V) = 37,76 V Vršna struja Impp (A) = 7,95 A Vršni napon Umpp (V) = 30,38 V Najveći dopušteni napon U (V) = 1000 V Radna temperatura ćelije t ( C) = 47 ± 2 C Efikasnost modula η = 14,85/14,30 % Temperaturni raspon - 40 C C Mehaničko opterećenje testirano do 5400 Pa Izmjenjivač svojim ulaznim naponskim i strujnim ograničenjima pokriva radno područje fotonaponskog polja u svim uvjetima. Ugrađeno je 8 izmjenjivača njemačkog proizvođača SMA, tipa SUNNY TRIPOWER 15000TL. Izmjenjivač je bez transformatora, nazivne snage 15 kw i najveće učinkovitosti 98,2% s ugrađenim sigurnosnim sustavima zaštite kako od otočnog pogona, tako i nadstrujne i prenaponske zaštite, te ima mogućnost bežičnog Bluetooth povezivanja. Izmjenjivač zadovoljava zahtjeve norme DIN VDE (IEC : 2002). Korišten je uređaj za mjerenje kvalitete električne energije izraelskog proizvođača Elspec, tip uređaja G3500 BLACKBOX Portable Quality Analizer. Elspec G3500 trenutno je jedan od najnaprednijih uređaja za mjerenje kvalitete električne energije u klasi A na tržištu. Moguće ga je parametrirati da mjeri kvalitetu prema više različitih normi, kao i prema aktualnoj normi HRN EN 50160:2012, koja se koristi u Hrvatskoj. Maksimalni napon koji instrument očitava je 8000 V, dok mu je nazivna napona kojeg mjeri 1000 V. G3500 radi 512 uzoraka po ciklusu, te snima harmonike sve do 255 harmonika Hrvatska norma HRN EN 50160:2012 Prema [1], analiza kvalitete električne energije obično obuhvaća sljedeće parametre opskrbnog napona: naponski propadi i prekidi, naponska kolebanja, harmonici i međuharmonici, prijelazni prenaponi, 2

3 valovitost, naponska nesimetrija, promjene osnovne frekvencije mreže, prisutnost istosmjernog napona u izmjeničnom te prisutnost signalnih napona. Granične i parametara za mrežu 0,4 kv na koju je priključena FN elektrana Fotovoltaika 1 prikazane su u tablici II: Tablica II. Granične i parametara opskrbnog napona za postrojenja niskog napona (0,4 kv) Granične i Mjerena veličina HRN EN Napomena Mrežna pravila 50160: Hz ± 50mHz 50 Hz ± 1% (49,5 50,5 Hz) 99,5%10-sek. prosjeka Odstupanje frekvencije (49,95 50,05 Hz) 50 Hz -6/+4% 10-sek. prosjeka Kolebanje napona Pokazatelj jakosti flikera Un± 10% ( V) Un -15%/+10% (195,5 253 V) Pst udjel 0,7 Plt udjel 0,5 (47-52 Hz) Un± 10% ( V) Un -15%/+10% (195,5 253 V) Plt udjel 1 Nesimetrija napona udjel 1,3 % Un 2 % Un Viši harmonici Ukupni harmoničko izobličenje napona THD U prema Tablici III. udjel 2,5 % 8 % 10-min. prosjeka 10-min. prosjeka 10-min. prosjeka za Pst 2-satnih prosjeka za Plt 10-min. prosjeka 10-min. prosjeka 10-min. prosjeka Kratkotrajno treperenje P st (engl. short time, mjeri se unutar od 10 minuta) osnovni je parametar mjerenog treperenja. Dugotrajno treperenje P lt (engl. long time) računa se na temelju 12 uzastopnih i P st jednadžbom: P sti lt i 1 12 (1) P Pri normalnim pogonskim uvjetima, dugotrajna jakost treperenja poradi promjena napona ne smije tijekom bilo kojeg tjedna prelaziti : Plt = 1. Naponski prekid definira se kao stanje pri kojemu je opskrbni napon na mjestu isporuke manji od 1 % nazivnog (dogovorenog) napona [4]. Prekidi mogu biti dugotrajni (dulji od 3 minute) i kratkotrajni (do uključivo 3 minute), te planirani i neplanirani. Izobličenje signala računa se faktorom ukupnog harmoničkog izobličenja THD (engl. Total Harmonic Distortion): THD 40 2 U Uh (2) h 2 U1 THD U daje zbroj efektivnih i napona svih harmoničkih frekvencija, a prikazuje se relativno u odnosu na osnovni naponski harmonik. Tablica III. Vrijednosti viših harmonika napona na mjestu predaje, do 25. višeg harmonika, u % Un Neparni viši harmonici koji nisu višekratnik od 3 koji su višekratnik od 3 Parni viši harmonici redni br. harm. U h u %U n redni br. harm. U h u %U n redni br. harm. U h u %U n 5 6,0 3 5,0 2 2,0 7 5,0 9 1,5 4 1,0 11 3,5 15 0,5 6 do 24 0,5 13 3,0 21 0,5 17 2,0 19 1,5 23 1,5 25 1,5 3

4 2. REZULTATI MJERENJA Mjerenja su izvedena prema normi HRN EN 50160:2012, Naponske karakteristike električne energije iz javnog distribucijskog sustava (EN 50160:2012) u dva navrata po 7 dana i to od do (prije priključka elektrane) i od do (nakon priključka elektrane). Mjerenja su izvedena na 0,4 kv nazivnom naponu u trafostanici 10/0,4 kv Poduzetnička zona Antunovac. U tablicama prikazane su statističke i pokazatelja kvalitete električne energije, i to na način kako se definiraju u normi HRN EN 50160:2012. Dakle, za svaki pokazatelj dana je maksimalna (najveća zabilježena tijekom cijelog tjedna), minimalna (najmanja zabilježena tijekom cijelog tjedna) i 95 % (najveća zabilježena tijekom 95 % tjedna). Izuzetno, kod pogonske frekvencije prikazana je 99,5 % Odstupanje frekvencije U tablici IV. prikazani su pokazatelji frekvencije tijekom prvog mjernog tjedna na mjestu priključka bez priključenja FN elektrane. Tablica IV. Odstupanje frekvencije prije priključenja elektrane Potreban broj Minimalna (Hz) Maksimalna (Hz) Ostvaren broj 10'' Zadov. R. 10'' HRN EN HRN EN br. (%) (da/ne) Izmjereno Izmjereno 50160: :2012 (%) 1. 99,5 49,5 49,946 50,5 50,058 99,5 da ,0 49,902 52,0 50, da U tablici V. i slici 1. prikazani su pokazatelji frekvencije tijekom drugog mjernog tjedna na mjestu priključka nakon priključenja FN elektrane. Tablica V. Odstupanje frekvencije nakon priključenja elektrane Potreban broj Minimalna (Hz) Maksimalna (Hz) Ostvaren broj 10'' Zadov. R. 10'' HRN EN HRN EN br. (%) (da/ne) Izmjereno Izmjereno 50160: :2012 (%) 1. 99,5 49,5 49,912 50,5 50,080 99,5 da ,0 49,951 52,0 50, da Slika 1. Promjena frekvencije mreže nakon priključka FN elektrane 4

2.2. Kolebanje napona Naponska kolebanja (promjene) izmjerena prije i nakon priključka elektrane prikazana su u tablici VI. Na slici 2. prikazano je kolebanje napona mreže nakon priključka elektrane.

5 2.2. Kolebanje napona Naponska kolebanja (promjene) izmjerena prije i nakon priključka elektrane prikazana su u tablici VI. Na slici 2. prikazano je kolebanje napona mreže nakon priključka elektrane. FN elektrana nema negativno povratno djelovanje na mrežni opskrbni napon. R. br. Faza Tablica VI. Odstupanje-kolebanje napona prije i nakon priključenja elektrane Potreban broj 10' interv. u tjednu (%) Minimalna (V) Prije priključka elektrane Nakon priključka elektrane HRN EN50160 :2012 Maksimalna (V) Prije priključka elektrane Nakon priključka elektrane HRN EN50160 :2012 Zadov. (da/ne) 1. L , , , , da 2. L , , ,5 241, , da 3. L , , , , da 4. L , , ,5 240, , da 5. L , , , , da 6. L , , ,5 241, , da Slika 2. Kolebanje napona mreže nakon priključka FN elektrane 2.3. Pokazatelj jakosti treperenja Pokazatelj jakosti treperenja kratkotrajnih flikera P st prije i nakon priključka elektrane prikazani su tablici VII. Tablica VII. Kratkotrajni flikeri prije priključenja elektrane R. br. Faza Vrijednost P st prije priključenja u u Vrijednost P st nakon priključenja u u i u Udjel P st i u Mrežna pravila HEP Zadov. (da/ne) 1 L1 0,329 0,291 0,306 0, ,7 da 2 L2 0,331 0,301 0,316 0, ,7 da 3 L3 0,329 0,297 0,320 0, ,7 da 5

6 Uspoređujući izmjerene i prije i nakon priključka elektrane, primjećuje se da su i P st nakon priključka elektrane manje u odnosu na one izmjerene prije priključka elektrane (nema dodatnog udjela P st ), odnosno FN elektrana pridonosi poboljšanju kvalitete opskrbnog napona. Pokazatelj jakosti treperenja dugotrajnih flikera P lt prije i nakon priključka elektrane prikazani su tablici VIII. Također, u tablici IX. prikazane su i P lt prema normi HRN EN 50160:2012. U ovome slučaju, P st se mjeri tijekom desetminutnog, a P lt se obračunava na bazi dvanaest uzastopnih i P st. U tablici IX. prikazana je maksimalna dobivena P lt. R. br. Tablica VIII. Dugotrajni flikeri prije i nakon priključenja elektrane prema zahtjevima Mrežnih pravila Faza Vrijednost P lt prije priključenja u u Vrijednost P lt nakon priključenja u u i u Udjel P lt i u Mrežna pravila HEP Zadov. (da/ne) 1 L1 0,418 0,385 0,354 0, ,5 da 2 L2 0,402 0,379 0,368 0, ,5 da 3 L3 0,402 0,370 0,393 0, ,5 da Tablica IX. Dugotrajni flikeri prije uključenje elektrane prema zahtjevima norme HRN EN 50160:2012 Vrijednost Plt R.. Faza Izmjereno Izmjereno HRN Zadovolj. br. max.prije max. nakon EN50160 (da/ne) priključenja priključenja : L1 1,016 0,520 1 da 2 L2 0,699 0,524 1 da 3. L3 0,819 0,660 1 da Uspoređujući izmjerene i prije i nakon priključka elektrane, primjećuje se da su i P lt nakon priključka elektrane također manje u odnosu na one izmjerene prije priključka elektrane, odnosno FN elektrana u ovome slučaju pridonosi poboljšanju kvalitete opskrbnog napona Nesimetrija napona Kod nesimetrije napona uvjet ispravnosti pri normalnim pogonskim uvjetima je da deset minutna srednja efektivna i inverzne komponente napona U 2 mora biti unutar sljedećih i: prema HRN EN 50160:2012: 2,0% odgovarajuće izravne komponente U 1 u 95 % tijekom sedam dana; dok Mrežna pravila nalažu da je udio 1,3 % u 95 % tijekom sedam dana. U tablici X. prikazana je naponska nesimetrija prema Mrežnim pravilima, dok je u tablici XI. prikazana naponska nesimetrija prema normi HRN 50160:2012 prije i poslije priključka FN elektrane. Omjer napona (%) Tablica X. Mrežna pravila za naponsku nesimetriju prije i poslije priključka elektrane Vrijednost Vrijednost nesimetrije prije nesimetrije nakon Udjel nesimetrije (%) priključenja (%) priključenja (%) vrijed u vrijed u i u i u Udjel nesimetrije U (%) Zadov. Mrežna pravila HEP U2/U1 0,362 0,358 0,368 0,364 0,006 0,006 1,3 da Tablica XI. Naponska nesimetrija prema normi HRN 50160_2012 prije i poslije priključka elektrane Omjer Vrijednost Vrijednost HRN EN Zadov. napon nesimetrije prije nesimetrije nakon 50160:2012 (da / NE) (%) priključka, max. (%) priključka, max. (%) U2/U1 0,413 0,426 2 da (da / NE) 6

7 Na slici 3. prikazana je naponska nesimetrija poslije priključenja elektrane. Slika 3. Naponska nesimetrija nakon priključenja elektrane 2.5. Ukupno harmoničko izobličenje napona THD U Kod ukupnog harmoničkog izobličenja napona uvjet ispravnosti pri normalnim pogonskim uvjetima je da desetminutnih srednjih efektivnih i ukupnih sadržaja viših harmonika sve tri faze opskrbnog napona ne smiju prelaziti i: prema HRN EN 50160:2012: 8%; prema Mrežnim pravila udio 2,5 %. Ukupno harmonično izobličenje THD U prema Mrežnim pravilima prije i nakon priključka FN elektrane prikazano je u tablici XII. Ukupno harmonično izobličenje THD U prema normi HRN 50160:2012 prije i nakon priključka FN elektrane prikazano je u tablici XIII. Tablica XII. Mrežna pravila za ukupno harmoničko izobličenje napona prije i poslije priključka elektrane Vrijednost THD U Vrijednost THD U prije priključenja nakon priključenja Udjel THD U (%) (%) (%) Faza i u i u Mrežna pravila HEP Zadov. (da / NE) L1 1,954 1,914 1,958 1,881 0,004-2,5 da L2 2,156 2,121 2,236 2,162 0,080 0,041 2,5 da L3 2,221 2,180 2,240 2,161 0,019-2,5 da Ukupno 2,243 2,203 2,295 2,218 0,052 0,015 2,5 da Tablica XIII. Ukupno harmoničko izobličenje napona prema normi HRN 50160:2012 prije i poslije priključka elektrane Faza Vrijednost THD U Vrijednost THD U HRN EN Zadov. prije priključka, nakon priključka, 50160:2012 (da / NE) max. (%) max. (%) L1 2,666 3,027 8 da L2 2,762 3,278 8 da L3 2,931 3,337 8 da Ukupno 2,931 3,337 8 da 7

8 Slika 4. Promjena ukupnog THD U nakon priključenja elektrane Na slici 5. prikazane su izmjerene i viših harmonika nakon priključenja elektrane koje ne prelaze granične i prikazane u Tablici II. Slika 5. Viši harmonici nakon priključenja elektrane 8

2.5. Primjer dnevne proizvodnje električne energije promatrane FN elektrane Korištenjem Sunny WebBox sustava

parametri proizvedene snage i el. energije. Na slikama 6. i 7.

Proizvodnja FN elektrane u ljetnom danu (22. kolovoza) Slika 7.

9 2.5. Primjer dnevne proizvodnje električne energije promatrane FN elektrane Korištenjem Sunny WebBox sustava daljinskog nadzora parametara FN elektrane mogu se po želji pratiti svi važni dnevni, mjesečni, godišnji parametri proizvedene snage i el. energije. Na slikama 6. i 7. prikazan je primjer dnevne proizvodnje električne energije za ljetni i jesenski dan. Slika 6. Proizvodnja FN elektrane u ljetnom danu (22. kolovoza) Slika 7. Proizvodnja FN elektrane u jesenskom danu (11. studenog) Na slikama 8. i 9. prikazana je proizvodnja fotonaponske elektrane po danima za mjesece rujan i listopad. Slika 8. Proizvodnja FN elektrane u rujnu (2013.) 9

10 Slika 9. Proizvodnja FN elektrane u listopadu (2013.) 3. ZAKLJUČAK Iz analize mjerenja parametara kvalitete električne energije prije i nakon priključenja fotonaponske elektrane Fotovoltaika 1, uočava se da su svi parametri opskrbnog napona redom zadovoljili ograničenja Hrvatske (i EU) norme HRN EN 50160:2012. Kvaliteta isporučene energije od strane FN elektrane zadovoljava i Mrežna pravila elektroenergetskog sustava. Uspoređujući izmjerene i prije i nakon priključka elektrane, primjećuje se da su i kratkotrajnih i dugotrajnih flikera nakon priključka elektrane manje u odnosu na one izmjerene prije priključka elektrane, odnosno FN elektrana u ovome slučaju pridonosi poboljšanju kvalitete opskrbnog napona. Evakuacija snage FN elektrane obavlja se bez ikakvih problema. Ne dolazi do povećanja napona i bilo kakvih problema u kvaliteti opskrbnog napona na priključnom mjestu 0,4 kv u dijelu mreže HEP DP Elektroslavonija Osijek. 4. LITERATURA [1] HRN EN 50160:2012, Naponske karakteristike električne energije iz javnog distribucijskog sustava (EN 50160:2007) [2] IEEE std IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, IEEE Standards Board, [3] Sunčana elektrana Fotovoltaika 1: Elaborat utjecaja elektrane na mrežu, SolarLux, Osijek, [4] Z. Klaić: "Mjerenje i analiza kvaliteta električne energije u distribucijskoj mreži prema europskoj normi EN 50160", Magistarski rad, Elektrotehnički fakultet Osijek,

THE INFLUENCE OF GRAVITY TO REMOVE WASTE HEAT OF POWER ELECTRONIC COMPONENTS USING LHP

ISSN 1848-0071 621.316.7+628.82=111 Recieved: 2013-09-02 Accepted: 2014-02-21 Professional paper THE INFLUENCE OF GRAVITY TO REMOVE WASTE HEAT OF POWER ELECTRONIC COMPONENTS USING LHP MARTIN SMITKA, PATRIK