60
возобновляемая энергетика
Способы обеспечения устойчивой
работы ветроэнергетических
установок ветровых электростанций
в составе отечественных
распределительных
электрических сетей
УДК
621.311.24:621.316
При
строительстве
ветровых
электростанций
(
ВЭС
)
в
России
часто
применяются
ветроэнергетические
установки
(
ВЭУ
) IV
типа
,
присоединяемые
к
коллекторной
сети
ВЭС
через
инверторы
.
Эти
ВЭУ
либо
поставляются
зарубежными
заводами
-
изготовителями
,
либо
производятся
по
лицензии
в
России
.
Заданные
в
инверторах
ВЭУ
вольт
-
секундные
характеристики
функции
Low Voltage Ride Through (LVRT)
соответствуют
требованиям
сетевых
кодексов
тех
стран
,
где
они
разработаны
.
Учитывая
требования
отечественных
нормативно
-
технических
документов
,
а
также
то
,
что
в
прилегающих
к
ВЭС
сетях
применяются
устройства
релейной
защиты
(
РЗ
),
реализующие
функции
дальнего
резервирования
с
выдержками
времени
1–2,5
с
,
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
отключаются
.
Это
приводит
к
набросам
на
-
грузки
на
генерирующие
установки
традиционных
электростанций
,
линии
электро
-
передачи
и
силовые
трансформаторы
,
утяжеляя
послеаварийный
режим
.
В
статье
приведены
способы
обеспечения
устойчивой
работы
ВЭУ
при
всех
видах
норма
-
тивных
возмущений
,
без
проведения
реконструкции
устройств
РЗ
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
.
Рассмотрены
групповые
и
индивидуальные
технические
решения
,
реализация
которых
возможна
на
территории
ВЭС
,
а
также
на
каждой
из
ВЭУ
.
Эф
-
фективность
технических
решений
подтверждена
результатами
расчетов
электро
-
механических
переходных
процессов
.
В
статье
приведены
основные
технические
характеристики
и
стоимостные
показатели
предложенных
технических
решений
,
а
также
даны
рекомендации
по
их
выбору
,
обоснованию
и
применению
на
ВЭС
.
Симонов
А
.
В
.,
директор
обособленного
подразделения
ООО
«
РТСофт
-
СГ
»
в
г
.
Екатеринбурге
Илюшин
П
.
В
.,
д
.
т
.
н
.,
главный
научный
сотрудник
,
руководитель
Центра
«
Интеллектуальные
электроэнергетические
системы
и
распределенная
энергетика
»
ФГБУН
«
Институт
энергетических
исследований
РАН
»
Ключевые
слова
:
ветровая
электростанция
,
ветроэнергетическая
установка
,
инвертор
,
функция
Low Voltage
Ride Through (LVRT),
технические
требования
,
провал
напряжения
,
нормативное
возмущение
С
троительство
в
России
объектов
генерации
на
основе
возобновляе
-
мых
источников
энер
-
гии
(
объекты
ВИЭ
),
которые
функционируют
в
составе
Еди
-
ной
энергетической
системы
России
(
ЕЭС
России
),
осущест
-
вляется
,
как
правило
,
через
ме
-
ханизм
заключения
договоров
о
предоставлении
мощности
(
ДПМ
ВИЭ
) [1].
Это
гарантирует
инвесторам
возврат
инвестиций
с
высокой
доходностью
за
счет
специальной
надбавки
к
цене
на
мощность
для
покупателей
оптового
рынка
электроэнергии
и
мощности
[2].
До
конца
2024
года
в
России
должны
быть
введены
в
экс
-
плуатацию
ветровые
(
ВЭС
)
и
солнечные
электростанции
(
СЭС
)
с
суммарной
установ
-
ленной
мощностью
генериру
-
ющего
оборудования
5,28
ГВт
.
В
этом
случае
в
ЕЭС
России
доля
объектов
ВИЭ
соста
-
вит
около
2%
от
суммарной
установленной
мощности
ге
-
нерирующего
оборудования
,
а
в
некоторых
энергосистемах
около
15%.
Программой
ДПМ
ВИЭ
2.0
в
2025–2035
годах
за
-
планировано
построить
и
вве
-
сти
в
эксплуатацию
еще
около
6,7
ГВт
на
ВЭС
и
СЭС
[3, 4].
Присоединение
ВЭУ
IV
типа
к
коллекторной
сети
ВЭС
осу
-
ществляется
через
инверторы
.
В
них
реализуются
все
функ
-
ции
управления
и
защиты
ВЭУ
от
недопустимых
аварийных
61
и
анормальных
режимов
.
Защиты
действуют
,
как
правило
,
без
выдержки
времени
на
отключение
авто
-
матического
выключателя
ВЭУ
на
напряжении
690
В
.
Это
позволяет
сохранять
питание
собственных
нужд
ВЭУ
,
измерительных
цепей
напряжения
и
устрой
-
ства
синхронизации
ВЭУ
с
коллекторной
сетью
ВЭС
.
Параметры
настройки
защит
по
умолчанию
соответ
-
ствуют
техническим
требованиям
сетевых
кодексов
тех
стран
,
где
они
разработаны
и
/
или
произведены
.
Если
ВЭУ
изготовлены
в
России
по
лицензии
,
то
параметры
настройки
защит
будут
соответствовать
техническим
требованиям
страны
,
где
находится
ли
-
цензиар
[5].
Важно
отметить
,
что
на
большинстве
ВЭС
,
вве
-
денных
в
эксплуатацию
в
России
в
последние
годы
,
были
применены
инверторы
зарубежных
заводов
-
из
-
готовителей
.
В
результате
при
возникновении
корот
-
ких
замыканий
(
КЗ
),
сопровождающихся
провалами
напряжения
,
которые
ликвидируются
действием
ре
-
зервных
защит
с
выдержками
времени
1–2,5
с
,
ВЭУ
отключаются
.
Это
приводит
к
резкому
снижению
до
«
нуля
»
выдаваемой
ВЭС
мощности
и
набросу
на
-
грузки
на
генерирующие
установки
традиционных
электростанций
,
линии
электропередачи
(
ЛЭП
)
и
си
-
ловые
трансформаторы
[6].
В
сетевых
кодексах
многих
стран
содержится
требование
об
устойчивой
работе
ВЭУ
при
кратко
-
временных
провалах
напряжения
на
любой
или
всех
фазах
в
прилегающей
сети
в
соответствии
с
заданной
вольт
-
секундной
характеристикой
функ
-
ции
Low Voltage Ride Through (LVRT) [7].
Это
позво
-
ляет
не
допускать
массовых
отключений
ВЭУ
при
правильной
работе
устройств
релейной
защиты
(
РЗ
)
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
в
соответствии
с
за
-
данными
алгоритмами
работы
и
параметрами
на
-
стройки
.
В
статье
рассмотрены
режимы
работы
ВЭС
в
со
-
ставе
отечественных
распределительных
электриче
-
ских
сетей
с
параметрами
настройки
функции
LVRT,
заданными
заводами
-
изготовителями
на
основании
технических
требований
сетевых
кодексов
Велико
-
британии
,
Китая
,
Испании
и
Дании
.
Предложены
способы
обеспечения
устойчивой
работы
ВЭУ
за
счет
повышения
остаточного
напряжения
на
выхо
-
де
инверторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
,
в
том
числе
посредством
внесения
изменений
в
аппаратную
часть
инверто
-
ров
для
корректировки
рабочего
диапазона
функции
LVRT
ВЭУ
.
Целью
статьи
является
представление
и
оцен
-
ка
эффективности
технических
решений
,
имеющих
групповой
и
индивидуальный
характер
,
которые
мо
-
гут
быть
реализованы
на
территории
ВЭС
,
а
также
на
каждой
из
ВЭУ
.
Принципиальным
отличием
пред
-
ложенных
решений
является
то
,
что
их
реализация
позволяет
не
проводить
реконструкцию
устройств
РЗ
в
прилагающей
к
ВЭС
сети
и
не
изменять
параме
-
тры
их
настройки
.
Реализация
технических
решений
позволит
обеспечить
устойчивую
работу
ВЭС
в
со
-
ставе
отечественных
распределительных
электриче
-
ских
сетей
,
что
подтверждено
результатами
расчетов
электромеханических
переходных
процессов
.
ПОЭТАПНОЕ
УЖЕСТОЧЕНИЕ
ТЕХНИЧЕСКИХ
ТРЕБОВАНИЙ
К
ОБЪЕКТАМ
ВИЭ
Увеличение
количества
и
единичной
мощности
объ
-
ектов
ВИЭ
приводит
к
росту
их
влияния
на
режимы
работы
распределительных
электрических
сетей
,
к
которым
они
присоединяются
,
и
энергосистем
в
це
-
лом
.
Как
показывает
международный
опыт
,
на
протя
-
жении
десятилетия
во
многих
странах
осуществля
-
лось
поэтапное
ужесточение
технических
требова
-
ний
к
присоединению
и
функционированию
объектов
ВИЭ
в
составе
энергосистем
.
Главной
задачей
,
ре
-
шаемой
при
этом
,
была
необходимость
обеспечения
надежной
работы
энергосистем
в
условиях
увели
-
чения
доли
объектов
ВИЭ
в
составе
генерирующих
мощностей
[8, 9].
Рассмотрим
на
примере
ряда
стран
с
высокой
долей
установленной
мощности
ВЭС
(
Германия
,
Да
-
ния
,
Бельгия
)
этапы
значимых
эволюционных
изме
-
нений
технических
требованиях
к
функции
LVRT [10]:
1.
Обеспечивать
отключение
ВЭУ
при
провалах
напряжения
с
последующим
их
включением
после
ликвидации
повреждения
в
сети
.
Данное
техническое
требование
предъявлялось
для
исключения
влияния
ВЭУ
на
функционирова
-
ние
прилегающей
сети
посредством
их
отключения
при
провалах
напряжения
глубиной
15%
от
U
ном
и
более
.
При
росте
доли
ВЭС
в
структуре
генерирующих
мощностей
,
когда
их
суммарная
установленная
мощность
стала
превышать
15–20%,
потребовалось
ужесточение
технических
требований
к
ним
.
Это
обусловлено
тем
,
что
одномоментное
отключение
ВЭС
большой
мощности
при
аварийном
возмущении
в
сети
приводит
к
утяжелению
послеаварийного
ре
-
жима
.
2.
Не
допускать
отключений
ВЭУ
при
провалах
напряжения
в
соответствии
с
заданной
вольт
-
секундной
характеристикой
.
Для
исключения
ситуаций
,
описанных
в
п
. 1,
в
ряде
стран
были
разработаны
технические
требо
-
вания
к
ВЭС
,
обязывающие
обеспечить
их
устойчи
-
вую
работу
(
без
отключений
)
в
составе
энергосистем
при
провале
напряжения
на
выходе
инверторов
ВЭУ
в
соответствии
с
заданной
вольт
-
секундной
характе
-
ристикой
функции
LVRT.
Формирование
характери
-
стики
функции
LVRT
производится
в
каждой
стране
индивидуально
с
учетом
множества
факторов
,
опре
-
деляющих
особенности
энергосистем
,
в
том
числе
типовой
состав
и
параметры
настройки
устройств
РЗ
,
размещаемых
в
распределительных
электриче
-
ских
сетях
,
в
которые
интегрируются
ВЭС
.
Если
глу
-
бина
провала
напряжения
и
его
длительность
ока
-
зывается
больше
заданных
значений
,
то
ВЭУ
могут
отключаться
от
сети
.
Это
,
безусловно
,
нежелатель
-
но
,
но
с
учетом
правильности
задания
характеристи
-
ки
функции
LVRT
ВЭУ
будет
являться
редким
собы
-
тием
,
происходящим
в
исключительных
случаях
.
3.
Обеспечивать
устойчивую
работу
ВЭУ
,
в
пределах
характеристики
функции
LVRT,
а
также
реализовывать
инжекцию
реактивного
тока
с
со
-
№
3 (72) 2022
62
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
ответствующими
требованиями
по
скорости
его
нарастания
.
Изменение
технических
требований
было
об
-
условлено
необходимостью
повышения
устойчиво
-
сти
работы
ВЭУ
,
а
также
электроприемников
потре
-
бителей
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
.
Исходные
тех
-
нические
требования
к
функции
LVRT
при
этом
были
дополнены
.
Для
дальнейшей
работы
ВЭС
с
выдачей
мощности
в
сеть
все
ВЭС
должны
были
пройти
по
-
вторную
сертификацию
,
подтверждающую
соответ
-
ствие
ВЭУ
измененным
требованиям
.
В
России
в
настоящее
время
в
действующих
нор
-
мативно
-
правовых
и
нормативно
-
технических
до
-
кументах
отсутствуют
требования
о
необходимости
реализации
функции
LVRT
в
инверторах
ВЭУ
,
конфи
-
гурации
характеристики
функции
LVRT,
а
также
не
-
обходимости
инжекции
реактивного
тока
.
В
[11]
имеется
требование
об
обеспечении
устой
-
чивой
работы
ВЭУ
,
без
указания
способа
его
реа
-
лизации
.
Для
его
соблюдения
при
интеграции
ВЭС
в
распределительные
электрические
сети
требуется
реализовать
комплекс
мероприятий
по
изменению
алгоритмов
работы
и
параметров
настройки
устройств
РЗ
в
прилега
-
ющей
к
ВЭС
сети
.
В
большинстве
случаев
необходимо
провести
ре
-
конструкцию
устройств
РЗ
с
их
за
-
меной
на
современные
микропро
-
цессорные
с
целью
сокращения
времени
ликвидации
КЗ
.
Важно
отметить
,
что
сокращение
време
-
ни
ликвидации
КЗ
не
позволяет
предотвратить
отключения
ВЭУ
при
близких
КЗ
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
,
которые
сопровожда
-
ются
глубоким
провалом
напря
-
жения
.
Это
обусловлено
тем
,
что
заданная
заводом
-
изготовителем
характеристика
функции
LVRT
на
ВЭУ
не
позволяет
обеспечить
со
-
ответствие
требованию
,
приведенному
в
[11].
Как
показывает
опыт
выполнения
расчетов
элек
-
тромеханических
переходных
процессов
,
необхо
-
димость
изменения
условий
работы
функции
LVRT
на
ВЭУ
возникает
при
анализе
нормативных
воз
-
мущений
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
напряжением
110
кВ
и
выше
при
малых
значениях
остаточного
на
-
пряжения
(
U
ост
)
на
выходе
инверторов
ВЭУ
—
ниже
0,25
U
ном
,
а
также
в
случае
срабатывания
резервных
защит
(
дальнее
резервирование
)
с
выдержками
вре
-
мени
более
1
с
.
На
рисунке
1
приведены
вольт
-
секундные
харак
-
теристики
функции
LVRT
инверторов
ВЭУ
,
приведен
-
ные
в
сетевых
кодексах
различных
стран
,
с
обла
-
стями
действия
устройств
РЗ
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
.
Красной
сплошной
линией
показан
график
из
-
менения
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
модели
-
ровании
нормативных
возмущений
в
прилегающей
сети
.
Если
ВЭУ
изготовлены
в
соответствии
с
характери
-
стиками
функции
LVRT
таких
стран
как
Великобрита
-
ния
,
Китай
,
Испания
и
Дания
,
то
высока
вероятность
срабатывания
функции
LVRT
на
ВЭУ
с
их
отключением
при
норма
-
тивных
возмущениях
[12].
Величина
U
ост
на
выходе
ин
-
верторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
зависит
и
от
схемы
присоединения
ВЭС
.
Для
присо
-
единения
ВЭС
к
распределитель
-
ным
электрическим
сетям
напря
-
жением
110–220
кВ
,
как
правило
,
используются
три
варианта
схем
[13, 14].
Высока
вероятность
отключе
-
ний
ВЭУ
при
нормативных
возму
-
щениях
вблизи
шин
подстанции
(
ПС
)
напряжением
110–220
кВ
,
к
которой
подключена
ВЭС
в
со
-
ответствии
со
схемами
:
– «
заход
-
выход
»
№
6 (
№
6
Н
);
– «
блок
линия
-
трансформатор
»
№
3
Н
с
подключением
к
шинам
ПС
110–220
кВ
.
Рис
. 1.
Вольт
-
секундные
характеристики
функции
LVRT
инверторов
ВЭУ
с
областями
действия
устройств
РЗ
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
U
,
о
.
е
.
t
,
с
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
Область
действия
основных
защит
Область
действия
резервных
защит
Китай
Канада
Ирландия
(
Германия
)
Испания
Великобритания
Италия
Дания
Зона
остаточного
линейного
напряжения
на
выходе
инвертора
при
нормативных
возмущениях
110
КВ
Т
110/35
кВ
35
кВ
ПС
110/35
КВ
Сеть
110
кВ
ПС
220/110
кВ
110
кВ
1
с
2
с
СТАТКОМ
K
(3)
,
K
(2)
,
K
(1)
35
кВ
690
В
ВЭУ
-1
ВЭУ
-2
ВЭУ
-3
ВЭУ
-4
ВЭУ
-5
ВЭУ
-6
Рис
. 2.
Схема
присоединения
ВЭС
к
распределительной
электрической
сети
110
кВ
(
СТАТКОМ
присоединен
к
шинам
35
кВ
ПС
110/35
кВ
ВЭС
)
63
Меньшая
вероятность
отключений
ВЭУ
при
схеме
подключения
ВЭС
к
сети
«
отпайкой
(
ответвлением
)
от
ЛЭП
»
с
«
блоком
линия
-
трансформатор
»
№
3
Н
.
Это
обусловлено
тем
,
что
возмущение
на
ЛЭП
110–220
кВ
с
отпайкой
на
ВЭС
,
в
соответствии
с
требованиями
[11],
не
подлежит
рассмотрению
.
Проанализируем
варианты
технических
решений
,
реализация
которых
позволит
обеспечить
устойчивую
работу
ВЭС
в
составе
распределительных
электри
-
ческих
сетей
при
минимальном
объеме
реконструк
-
ции
устройств
РЗ
в
них
,
а
также
осуществим
оценку
эффективности
предложенных
решений
.
СПОСОБЫ
ПОВЫШЕНИЯ
ВЕЛИЧИНЫ
ОСТАТОЧНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
НА
ВЫХОДЕ
ИНВЕРТОРОВ
ВЭУ
ПРИ
НОРМАТИВНЫХ
ВОЗМУЩЕНИЯХ
В
ПРИЛЕГАЮЩЕЙ
СЕТИ
В
качестве
технических
решений
,
позволяющих
по
-
высить
величину
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
,
рассмотрим
присоединение
следующего
оборудова
-
ния
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
:
–
СТАТКОМа
[15];
–
токоограничивающего
реактора
[16].
Проведем
рассмотрение
предложенных
техни
-
ческих
решений
на
примере
ВЭС
установленной
мощностью
15
МВт
с
ВЭУ
IV
типа
(6
ед
.
по
2,5
МВт
).
Схема
присоединения
ВЭС
к
распределительной
электрической
сети
напряжением
110
кВ
приведена
на
рисунке
2.
Расчеты
электромеханических
переходных
про
-
цессов
выполнены
в
ПК
PowerFactory.
Виды
модели
-
руемых
нормативных
возмущений
и
результаты
рас
-
четов
величины
U
ост
сведены
в
таблице
1.
Примеры
расчетов
электромеханических
пере
-
ходых
процессов
при
нормативных
возмущениях
в
сети
110
кВ
,
прилегающей
к
ВЭС
,
без
реализации
дополнительных
технических
решений
приведены
на
рисунке
3.
Анализ
результатов
расчетов
(
таблица
1,
рису
-
нок
3)
показывает
,
что
высока
вероятность
отклю
-
чения
ВЭУ
с
характеристиками
функции
LVRT,
ука
-
занными
в
сетевых
кодексах
Великобритании
,
Китая
,
Испании
и
Дании
,
при
K
(3)
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
и
ее
отключении
.
При
K
(2)
и
K
(1)
,
если
КЗ
ликвидиру
-
ется
устройствами
РЗ
за
время
до
0,4
с
,
отключений
ВЭУ
не
произойдет
.
Присоединение
СТАТКОМа
.
Приведем
основные
тех
-
нические
характеристики
предлагаемых
на
рынке
элек
-
тротехнического
оборудования
устройств
СТАТКОМ
:
Табл
. 1.
Результаты
расчетов
величины
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
сети
Вид
возмущения
Величина
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
,
о
.
е
.
Трехфазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отключением
(
точка
K
(3)
на
рисунке
2)
0,08
Двухфазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отключением
(
точка
K
(2)
на
рисунке
2)
0,40
Однофазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отключением
(
точка
K
(1)
на
рисунке
2)
0,68
Рис
. 3.
Электромеханические
переходные
процессы
при
при
-
соединении
ВЭС
к
сети
110
кВ
:
а
)
K
(3)
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
с
ее
отключением
;
б
)
K
(2)
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
с
ее
от
-
ключением
;
в
)
K
(1)
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
с
ее
отключением
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
U
ост
.
инв
U
ост
.
ВЭС
t
, c
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
.
инв
т
U
U
U
ост
.
ВЭС
U
U
а
)
I
реакт
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
t
, c
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
в
)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
I
реакт
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
t
, c
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
б
)
t
, c
о
.
е
.;
I
реакт
II
,
о
.
е
.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
I
реакт
№
3 (72) 2022
64
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
–
номинальное
напряжение
—
от
3,3
до
35
кВ
;
–
номинальная
мощность
—
от
1
до
120
МВА
;
–
диапазон
рабочих
напряжений
— 0,8
U
ном
≤
U
раб
≤
≤
1,2
U
ном
;
–
быстродействие
— 5–10
мс
;
–
уставки
защиты
на
отключение
при
снижении
на
-
пряжения
ниже
0,8
U
ном
—
t
откл
= 50
мс
[17, 18].
Рассмотрим
вариант
присоединения
устройства
СТАТКОМ
мощностью
10
МВар
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
,
как
показано
на
рисунке
2.
Результаты
расчетов
электромеханических
пере
-
ходных
процессов
для
определения
величины
U
ост
на
выходах
инверторов
ВЭУ
с
учетом
присоединения
СТАТКОМа
,
а
также
токоограничивающего
реактора
(
ТОР
)
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
приведены
в
таблице
2.
Кроме
того
,
была
проведена
оценка
эффективно
-
сти
применения
СТАТКОМа
при
удаленных
КЗ
,
когда
U
ост
на
его
шинах
выше
0,8
U
ном
.
Результаты
расче
-
тов
показали
,
что
напряжение
на
выходе
инверторов
ВЭУ
повышается
с
0,806
U
ном
до
0,857
U
ном
(
то
есть
на
6,3%).
Стоимость
СТАТКОМа
(10
МВар
) (
без
учета
за
-
трат
на
проектные
,
монтажные
и
наладочные
рабо
-
ты
)
составляет
около
150
млн
руб
.
с
НДС
в
текущих
ценах
.
Присоединение
токоограничивающего
реак
-
тора
.
Приведем
основные
технические
характери
-
стики
предлагаемых
на
рынке
электротехнического
оборудования
токоограничивающих
реакторов
:
–
номинальное
напряжение
— 35, 110, 220, 330, 500
кВ
;
–
номинальный
ток
— 50–10 000
А
;
–
индуктивное
сопротивление
(
X
ТОР
) —
до
100
Ом
[19, 20].
Рассмотрим
вариант
присоединения
ТОР
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
последовательно
с
повы
-
шающим
трансформатором
Т
110/35
кВ
(
рисунок
4).
Примеры
расчетов
электромеханических
пере
-
ходных
процессов
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
110
кВ
(
K
(3)
,
K
(2)
,
K
(1)
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
с
ее
отключением
)
с
учетом
присоединения
СТАТКОМа
,
а
также
ТОР
к
сети
на
-
пряжением
35
кВ
ВЭС
приведены
на
рисунке
5.
Как
показывают
результаты
расчетов
величины
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
,
при
трехфазном
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отключением
наилучший
результат
получился
в
случае
применения
ТОР
с
X
ТОР
= 7,5
Ом
,
как
видно
из
рисунка
6.
Присоединение
ТОР
позволило
существенно
уве
-
личить
величину
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
времени
срабатывания
устройств
РЗ
,
локализующих
место
КЗ
,
до
600–700
мс
:
–
с
0,08
U
ном
до
0,25
U
ном
(
увеличе
-
ние
на
213%)
при
трехфазном
КЗ
;
–
с
0,40
U
ном
до
0,60
U
ном
(
увеличе
-
ние
на
50%)
при
двухфазном
КЗ
;
–
с
0,68
U
ном
до
0,76
U
ном
(
увеличе
-
ние
на
12%)
при
однофазном
КЗ
.
Наиболее
значимым
резуль
-
татом
реализации
данного
техни
-
ческого
решения
является
обес
-
печение
устойчивой
работы
ВЭУ
при
трехфазных
КЗ
,
даже
в
случае
применения
ВЭУ
,
вольт
-
секундные
характеристики
функции
LVRT
ко
-
торых
соответствуют
требованиям
сетевых
кодексов
Великобритании
,
Китая
,
Испании
,
Дании
,
Ирлан
-
дии
,
Германии
,
Канады
и
Италии
.
Оценить
эффективность
присо
-
единения
ТОР
помогает
рисунок
7,
Табл
. 2.
Результаты
расчетов
величины
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
сети
(
в
работе
СТАТКОМ
;
в
работе
ТОР
)
Вид
возмущения
Величина
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
,
о
.
е
.
СТАТКОМ
(10
МВар
)
ТОР
(7,5
Ом
)
Трехфазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отклю
-
чением
(
точка
K
(3)
на
рисунках
2, 3)
0,08
0,25
Двухфазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отклю
-
чением
(
точка
K
(2)
на
рисунках
2, 3)
0,40
0,60
Однофазное
КЗ
на
воздушной
ЛЭП
110
кВ
(
вблизи
шин
ПС
220/110
кВ
)
с
ее
отклю
-
чением
(
точка
K
(1)
на
рисунках
2, 3)
0,68
0,76
Сеть
110
кВ
ПС
220/110
кВ
110
кВ
1
с
2
с
K
(3)
,
K
(2)
,
K
(1)
110
КВ
Т
110/35
кВ
35
кВ
ПС
110/35
КВ
Токоограничивающий
реактор
35
кВ
690
В
ВЭУ
-1
ВЭУ
-2
ВЭУ
-3
ВЭУ
-4
ВЭУ
-5
ВЭУ
-6
Рис
. 4.
Схема
присоединения
токоограничивающего
реактора
к
сети
напря
-
жением
35
кВ
ВЭС
65
t
, c
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
б
)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
о
.
е
.;
I
реакт
II
,
о
.
е
.
I
реакт
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
t
, c
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
а
)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
о
.
е
.;
I
реакт
II
,
о
.
е
.
I
реакт
.
инв
I
реакт
.
СТАТКОМ
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
t
, c
в
)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
I
реакт
.
СТАТКОМ
I
реакт
.
инв
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
t
, c
г
)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
I
реакт
.
инв
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
t
, c
е
)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
I
реакт
.
инв
U
ост
.
ВЭС
U
ост
.
инв
Рис
. 5.
Электромеханические
переходные
процессы
при
присоединении
ВЭС
к
сети
110
кВ
:
а
)
K
(3)
с
присоединением
СТАТКОМа
;
б
)
К
(3)
с
присоединением
ТОР
;
в
,
г
)
K
(2)
аналогично
а
и
б
;
д
,
е
)
K
(1)
аналогично
а
и
б
U
ост
,
о
.
е
.;
I
реакт
,
о
.
е
.
t
, c
д
)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
U
ост
.
инв
U
ост
.
инв
и
U
U
U
ост
.
ВЭС
I
реакт
.
СТАТКОМ
I
реакт
.
инв
где
приведен
график
изменения
U
ост
на
выходе
ин
-
верторов
ВЭУ
(
красная
пунктирная
линия
).
Для
каждого
конкретного
случая
присоединения
ВЭС
к
распределительной
электрической
сети
пара
-
метры
ТОР
необходимо
определять
индивидуально
на
основании
результатов
расчетов
электрических
режимов
.
Стоимость
ТОР
с
X
ТОР
= 7,5
Ом
(
без
учета
за
-
трат
на
проектные
,
монтажные
и
наладочные
рабо
-
ты
)
составляет
около
25
млн
руб
.
с
НДС
в
текущих
ценах
.
Анализ
результатов
расчетов
электромеханических
переходных
процессов
,
приведенных
на
рисунках
3
и
5,
позволяет
сделать
следующие
общие
выводы
:
1.
Ввиду
относительно
узкого
диапазона
рабочих
напряжений
0,8
U
ном
≤
U
раб
≤
1,2
U
ном
для
работы
СТАТКОМа
применять
данное
техническое
реше
-
ние
с
целью
обеспечения
устойчивой
работы
ВЭУ
нецелесообразно
.
2.
Для
повышения
напряжения
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
сети
обеспечить
инжекцию
реактивного
тока
при
№
3 (72) 2022
66
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
провале
напряжения
возможно
от
динамического
компенсатора
напряжения
(
ДКН
).
Место
установ
-
ки
ДКН
аналогично
месту
установки
СТАТКОМа
,
при
этом
важным
преимуществом
ДКН
является
независимость
инжекции
реактивного
тока
от
ве
-
личины
U
ост
.
Стоимость
ДКН
относительно
боль
-
шая
,
с
учетом
необходимой
величины
инжекции
реактивного
тока
.
Известны
ДКН
двух
видов
—
шунтирующие
и
последовательные
.
3.
Чем
больше
мощность
КЗ
в
точке
присоединения
ВЭС
к
сети
,
тем
требуется
большая
величина
ин
-
жекции
реактивного
тока
от
шунтирующего
ДКН
для
повышения
напряжения
на
выходе
инверторов
ВЭУ
до
необ
-
ходимого
значения
.
Это
связано
с
тем
,
что
большая
часть
реактив
-
ного
тока
от
ДКН
будет
подпиты
-
вать
место
КЗ
.
В
этом
случае
наи
-
более
эффективно
применение
последовательного
ДКН
,
который
включается
последовательно
с
по
-
вышающим
трансформатором
Т
110/35
кВ
.
Требуемая
мощность
последовательного
ДКН
пример
-
но
в
три
раза
меньше
,
чем
у
шун
-
тирующего
ДКН
.
4.
Эффективно
присоединение
ТОР
к
сети
35
кВ
ВЭС
последо
-
вательно
с
повышающим
транс
-
форматором
Т
110/35
кВ
.
Мак
-
симальный
эффект
достигается
при
X
ТОР
= 7,5
Ом
,
что
позволяет
обеспечивать
устойчивую
рабо
-
ту
ВЭУ
с
вольт
-
секундными
ха
-
рактеристиками
функции
LVRT
различных
стран
.
5.
Техническим
решением
,
позво
-
ляющим
получить
наилучшие
технико
-
экономические
пока
-
затели
,
является
совместная
установка
ТОР
и
последова
-
тельного
ДКН
.
При
этом
ДКН
устанавливается
до
ТОР
со
стороны
ВЭС
.
Учитывая
,
что
стоимость
ТОР
меньше
,
то
на
Рис
. 7.
График
зависимости
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
(
красная
пунк
-
тирная
линия
)
при
присоединении
ТОР
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
Рис
. 6.
График
зависимости
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
от
величины
X
ТОР
U
ост
,
о
.
е
X
ТОР
,
Ом
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
о
.
е
X
О
1 2 4 5 5,5 6 6,5 7 7,3
7,5
7,6
7,7
7,8
U
,
о
.
е
.
t
,
с
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
Повышение
U
ост
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
присоединении
ТОР
к
сети
35
кВ
ВЭС
Китай
Канада
Ирландия
(
Германия
)
Испания
Великобритания
Италия
Дания
Зона
остаточного
линейного
напряжения
на
выходе
инвертора
при
нормативных
возмущениях
основании
многовариантных
расчетов
электро
-
механических
переходных
процессов
при
всех
ви
-
дах
нормативных
возмущений
можно
определить
оптимальные
технические
характеристики
ТОР
и
ДКН
.
Для
минимизации
потерь
электроэнер
-
гии
в
нормальном
режиме
величина
X
ТОР
должна
иметь
минимально
возможное
значение
.
Примене
-
ние
шунтирования
ТОР
или
токоограничивающего
устройства
более
сложной
конструкции
экономиче
-
ски
неэффективно
.
Применение
ДКН
,
серийно
выпускаемых
заводами
-
изготовителями
,
как
показывают
результаты
анали
-
Рис
. 8.
Обобщенная
функциональная
схема
сетевого
инвертора
ВЭУ
IV
типа
Контроллер
инвертора
ВЭУ
Ветрогенератор
Выпрямитель
Коллекторная
сеть
ВЭС
Блок
регуляторов
Блок
измерений
Инвертор
Блок
защит
Блок
питания
Блок
синхронизации
(PLL)
67
за
технической
документации
,
без
внесения
измене
-
ний
в
их
систему
автоматического
управления
будет
сопряжено
с
рядом
трудностей
.
Поэтому
вопрос
их
применения
требует
дальнейшей
проработки
.
Кроме
того
,
при
совместной
установке
ТОР
и
последова
-
тельного
ДКН
требуется
выполнить
оценку
капиталь
-
ных
и
эксплуатационных
затрат
.
При
оценке
эксплу
-
атационных
затрат
следует
учесть
стоимость
потерь
электроэнергии
в
ТОР
на
протяжении
жизненного
цикла
.
ВНЕСЕНИЕ
ИЗМЕНЕНИЙ
В
АППАРАТНУЮ
ЧАСТЬ
ИНВЕРТОРОВ
ВЭУ
Рассмотрим
еще
один
способ
обеспечения
устой
-
чивой
работы
ВЭУ
,
заключающийся
во
внесении
изменений
в
аппаратную
часть
инверторов
для
кор
-
ректировки
рабочего
диапазона
функции
LVRT
ВЭУ
.
В
статье
использована
обобщенная
функциональная
схема
сетевого
инвертора
ВЭУ
IV
типа
(
рисунок
8).
Устойчивая
работа
сетевого
инвертора
с
се
-
тью
возможна
при
обеспечении
баланса
передачи
электроэнергии
от
ветрогенератора
через
выпря
-
митель
в
звено
постоянного
тока
и
на
вход
инвер
-
тора
.
В
каждом
из
звеньев
контролером
поддержи
-
ваются
параметры
режима
в
области
допустимых
значений
.
Важная
особенность
сетевого
инвертора
заклю
-
чается
в
том
,
что
с
помощью
специального
блока
синхронизации
PLL (Phase-Locked Loop)
инвертор
формирует
на
выходе
форму
,
частоту
и
фазу
пере
-
менного
(
активного
,
реактивного
)
тока
в
соответствии
с
формой
,
частотой
и
фазой
напряжения
,
измерен
-
ного
в
точке
присоединения
инвертора
к
коллектор
-
ной
сети
ВЭС
.
Устойчивая
работа
всех
блоков
контролера
ин
-
вертора
ВЭУ
,
в
том
числе
и
блока
PLL,
возможна
при
напряжении
со
стороны
прилегающей
сети
не
ниже
0,2
U
ном
[21].
При
меньшем
значении
напряже
-
ния
в
прилегающей
сети
переменного
тока
блок
PLL
инвертора
временно
блокирует
работу
инвертора
,
прекращая
инжекцию
реактивного
тока
до
момента
,
пока
U
ост
не
превысит
уставку
0,2
U
ном
.
В
случае
если
произойдет
превышение
длительности
провала
на
-
пряжения
над
заданным
значением
вольт
-
секундной
характеристики
функции
LVRT
ВЭУ
,
то
он
будет
от
-
ключен
от
сети
.
Данные
ограничения
на
режимы
работы
инверто
-
ра
обусловлены
:
–
величиной
емкости
конденсатора
,
используемо
-
го
в
звене
постоянного
тока
между
выпрямите
-
лем
и
инвертором
для
сглаживания
пульсаций
;
–
возможностью
работы
блока
измерений
и
блока
синхронизации
(PLL),
у
которых
на
выходе
могут
формироваться
ошибочные
сигналы
при
напря
-
жении
на
их
входах
ниже
0,2
U
ном
;
–
организацией
питания
цепей
управления
кон
-
троллера
инвертора
от
звена
постоянного
тока
.
Определим
параметры
емкости
конденсатора
в
звене
постоянного
тока
инвертора
мощностью
2,778
МВА
(2,5
МВт
)
с
U
ном
= 690
В
,
исходя
из
воз
-
можности
обеспечения
двух
основных
функций
:
–
сглаживание
пульсаций
,
вызванных
работой
вы
-
прямителя
;
№
3 (72) 2022
68
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
–
устранение
перенапряжений
,
вызванных
комму
-
тацией
силовых
ключей
инвертора
,
а
также
рез
-
копеременным
графиком
выдачи
мощности
ВЭУ
.
Для
предотвращения
отключений
ВЭУ
действием
функции
LVRT
при
работе
ВЭС
в
составе
распредели
-
тельных
электрических
сетей
определим
минималь
-
ные
требования
к
параметрам
конденсатора
в
звене
постоянного
тока
из
условия
поддержания
номиналь
-
ной
величины
инжекции
реактивного
тока
во
время
нормативного
возмущения
в
прилегающей
сети
с
про
-
валом
напряжения
до
0,2
U
ном
в
течение
0,2
с
.
Емкость
конденсатора
в
звене
постоянного
тока
можно
определить
,
зная
величину
накопленной
в
конденсаторе
энергии
до
момента
возникновения
возмущения
в
прилегающей
сети
,
с
учетом
закона
сохранения
энергии
.
Энергия
,
накопленная
в
кон
-
денсаторе
,
вычисляется
по
выражению
:
C
конд
·
U
d
2
W
=
=
U
ост
·
I
р
·
t
, (1)
2
где
C
конд
—
емкость
конденсатора
в
звене
постоянного
тока
;
U
d
—
напряжение
звена
постоянного
тока
,
при
-
нято
U
лин
/0,87 —
при
шестипульсной
схеме
инверти
-
рования
(
U
лин
= 690
В
);
U
ост
—
остаточное
напряжение
на
выходе
инвертора
,
принято
0,2
U
ном
= 0,2 · 690
В
=
= 138
В
;
I
р
—
реактивный
ток
инжекции
,
принят
I
ном
=
I
р
=
2778
S
ном
3
U
лин
3 690
·
=
=
2324
А
;
∆
t
—
длительность
провала
напряжения
,
принята
0,2
с
.
Рассчитаем
необходимую
емкость
конденсатора
по
выражению
:
C
конд
=
2
·
=
138
·
2324
·
0,2
(690/0,87)
2
U
d
U
ост
·
I
р
·
∆t
2
·
=
0,204
Ф
.
(2)
В
реальных
условиях
емкость
конденсатора
вы
-
бирается
по
критерию
сглаживания
пульсаций
,
вы
-
званных
работой
выпрямителя
,
и
для
данного
типа
инвертора
составляет
не
более
0,03
Ф
,
то
есть
в
7
раз
меньше
расчетного
значения
.
Это
не
позволяет
обес
-
печить
инжекцию
реактивного
тока
при
провале
на
-
пряжения
длительностью
0,2
с
,
и
инвертор
отклю
-
чается
блоком
защиты
из
-
за
снижения
напряжения
в
звене
постоянного
тока
ниже
допустимого
значения
.
Для
поддержания
напряжения
в
звене
посто
-
янного
тока
при
провале
напряжения
предлагает
-
ся
дополнительно
установить
емкость
величиной
0,17
Ф
в
виде
суперконденсатора
.
Данное
техни
-
ческое
решение
уже
было
опробовано
на
частот
-
но
-
регулируемых
приводах
электродвигателей
с
целью
сохранения
их
устойчивой
работы
при
про
-
валах
напряжения
в
питающей
сети
[22].
Учитывая
особенность
суперконденсатора
—
низкое
напря
-
жение
на
обкладках
около
2,7
В
,
предлагается
при
-
менить
DC-DC
конвертор
для
повышения
напряже
-
ния
с
2,7
до
800
В
с
последующим
подключением
к
звену
постоянного
тока
инвертора
.
Упрощенная
схема
подключения
суперконденсатора
с
DC-DC
конвертором
к
звену
постоянного
тока
инвертора
ВЭУ
приведена
на
рисунке
9.
Выполним
расчет
емкости
суперконденсато
-
ра
,
с
учетом
закона
сохранения
энергии
,
а
также
требуемой
величины
дополнительной
емкости
—
0,17
Ф
:
C
доп
.
конд
·
U
d
2
C
суперконд
·
U
d
2
суперконд
W
=
=
.
2 2
C
доп
.
конд
·
U
d
2
0,17
·
800
2
C
суперконд
=
=
=
14 924
Ф
.
U
d
2
суперконд
2,7
2
В
качестве
суперконденсатора
емкостью
14 924
Ф
,
например
,
можно
использовать
пять
суперконден
-
саторов
фирмы
Maxwell 2.7V3000F
стоимостью
по
25
тыс
.
руб
.
каждый
.
Ориентировочная
стоимость
DC-DC
конвертора
2,7
В
/800
В
мощностью
10
кВт
,
разработанного
под
заказ
составит
около
100
тыс
.
руб
.
Таким
образом
,
стоимость
оборудования
для
дооснащения
одной
ВЭУ
(5
суперконденсаторов
и
1 DC-DC
конвертор
)
составит
около
225
тыс
.
руб
.
Учитывая
наличие
на
ВЭС
шести
ВЭУ
общая
стои
-
мость
оборудования
составит
1350
тыс
.
руб
.
с
уче
-
том
НДС
,
что
дешевле
стоимости
ТОР
примерно
в
19
раз
.
Однако
для
сохранения
гарантийных
обяза
-
тельств
со
стороны
завода
-
изготовителя
внесение
изменений
в
конструкцию
инвертора
ВЭУ
необходи
-
мо
обосновать
и
согласовать
.
Таким
образом
,
наиболее
эффективным
спосо
-
бом
,
с
технико
-
экономической
точки
зрения
,
поз
-
воляющим
обеспечить
устойчивую
работу
ВЭУ
в
составе
отечественных
распределительных
элек
-
трических
сетей
,
является
способ
,
предусматри
-
вающий
внесение
изменений
в
аппаратную
часть
инверторов
ВЭУ
.
Это
дает
возможность
скорректи
-
ровать
рабочий
диапазон
функции
LVRT
и
предот
-
вратить
отключения
ВЭУ
при
всех
видах
норма
-
тивных
возмущений
в
прилегающей
сети
.
Важной
особенностью
данного
решения
является
отсут
-
ствие
необходимости
в
проведении
реконструкции
Ветрогенератор
Коллекторная
сеть
ВЭС
Конденсатор
звена
постоянного
тока
Суперконденсатор
DC-DC
конвертор
Рис
. 9.
Упрощенная
схема
подключения
суперконденсатора
с
DC-DC
конвертором
к
звену
постоянного
тока
инвер
-
тора
ВЭУ
Выпрямитель
Инвертор
69
ЛИТЕРАТУРА
1.
Есяков
С
.
Я
.,
Лунин
К
.
А
.,
Стен
-
ников
В
.
А
.,
Воропай
Н
.
И
.,
Редь
-
ко
И
.
Я
.,
Баринов
В
.
А
.
Трансфор
-
мация
электроэнергетических
сис
-
тем
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Переда
-
ча
и
распределение
, 2019,
№
4(55).
С
. 134–141.
2.
Илюшин
П
.
В
.,
Ковалев
С
.
П
.,
Кули
-
ков
А
.
Л
.,
Небера
А
.
А
.,
Непша
Ф
.
С
.
Методы
интеллектуального
управ
-
ления
распределенными
энер
-
горесурсами
на
базе
цифровой
платформы
//
Библиотечка
электро
-
техника
, 2021,
№
8(272).
С
. 1–116.
3.
Бутузов
В
.
А
.,
Безруких
П
.
П
.,
Ели
-
стратов
В
.
В
.
Российская
возобнов
-
ляемая
энергетика
//
Энергия
еди
-
ной
сети
, 2021,
№
3(58).
С
. 70–77.
4.
Бутузов
В
.
А
.,
Безруких
П
.
П
.,
Ели
-
стратов
В
.
В
.
Возобновляемая
энергетика
в
России
.
С
первых
шагов
до
наших
дней
//
Энергосбе
-
режение
, 2021,
№
4.
С
. 62–72.
5.
Симонов
А
.
В
.,
Илюшин
П
.
В
.
О
пре
-
дотвращении
отключений
ветроэ
-
нергетических
установок
при
норма
-
тивных
возмущениях
в
прилегающей
сети
//
Релейная
защита
и
автомати
-
зация
, 2021,
№
3.
С
. 70–75.
6.
Симонов
А
.
В
.,
Илюшин
П
.
В
.
О
мо
-
делировании
ветровых
электро
-
станций
для
выбора
состава
и
па
-
раметров
настройки
устройств
релейной
защиты
при
их
интегра
-
ции
в
распределительные
сети
//
Энергетик
, 2020,
№
12.
С
. 49–54.
7. Tsili M., Papathanassiou S. Review of
grid code technical requirements for
wind farms. School of Electrical and
Computer Engineering. Renewable
Power Generation, 2009, vol. 3,
is. 3, pp. 308-332.
8. Zeng B., Wen J., Shi J., Zhang J.,
Zhang Y. A multi-level approach to ac-
tive distribution system planning for
ef
fi
cient renewable energy harvesting
in a deregulated environment. Ener-
gy, 2016, vol. 96, pp. 614-624.
9. Razavi S.E., Rahimi E., Javadi M.S.,
Nezhad A.E., Lot
fi
d M., Sha
fi
e-khah
M., Catalão J.P.S. Impact of distrib-
uted generation on protection and
voltage regulation of distribution
systems: A review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 2019,
vol. 105, pp. 157-167.
10.
Кучеров
Ю
.
Н
.,
Березовский
П
.
К
.,
Веселов
Ф
.
В
.,
Илюшин
П
.
В
.
Ана
-
лиз
общих
технических
требова
-
ний
к
распределенным
источникам
энергии
при
их
интеграции
в
энер
-
госистему
//
Электрические
стан
-
ции
, 2016,
№
3(1016).
С
. 2–10.
11.
Требования
к
обеспечению
на
-
дежности
электроэнергетических
систем
,
надежности
и
безопасно
-
сти
объектов
электроэнергетики
и
энергопринимающих
установок
«
Методические
указания
по
устой
-
чивости
энергосистем
».
Утверж
-
дены
приказом
Минэнерго
России
от
03.08.2018
№
630. URL: https://
docs.cntd.ru/document/542630877?
ysclid=l42qltf6rw.
12.
Симонов
А
.
В
.,
Илюшин
П
.
В
.
Ме
-
тодика
и
алгоритм
проверки
пара
-
метров
настройки
функции
LVRT
ветроэнергетических
установок
ветровых
электростанций
при
их
интеграции
в
ЕЭС
России
//
Ре
-
лейная
защита
и
автоматизация
,
2022,
№
1.
С
. 72–81.
13.
ГОСТ
Р
58491-2019.
Электро
-
энергетика
.
Распределенная
ге
-
нерация
.
Технические
требования
к
объектам
генерации
на
базе
ветроэнергетических
установок
».
М
.:
Стандартинформ
, 2019. URL:
https://docs.cntd.ru/document/1200
167517?ysclid=l42qnjv5o1.
14.
СТО
-56947007-29.240.30.010-2008.
Схемы
принципиальные
электриче
-
устройств
РЗ
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
и
измене
-
нии
параметров
их
настройки
.
ВЫВОДЫ
В
инверторах
ВЭУ
IV
типа
зарубежных
заводов
-
из
-
готовителей
,
применяемых
при
строительстве
ВЭС
в
России
,
задаются
вольтсекундные
характеристики
функции
LVRT,
соответствующие
требованиям
сете
-
вых
кодексов
тех
стран
,
где
они
разработаны
.
При
нор
-
мативных
возмущениях
в
прилегающей
к
ВЭС
сети
ВЭУ
отключаются
,
что
приводит
к
набросам
нагрузки
на
генерирующие
установки
традиционных
электро
-
станций
,
линии
электропередачи
и
силовые
транс
-
форматоры
,
утяжеляя
послеаварийный
режим
.
Международный
опыт
показывает
,
что
на
протя
-
жении
ряда
лет
во
многих
странах
осуществлялось
поэтапное
ужесточение
технических
требований
к
присоединению
и
функционированию
объектов
ВИЭ
в
составе
энергосистем
.
Главной
задачей
,
кото
-
рая
при
этом
решалась
,
было
обеспечение
надежно
-
го
функционирования
энергосистем
и
электроприем
-
ников
потребителей
при
увеличении
доли
объектов
ВИЭ
в
структуре
генерирующих
мощностей
.
В
России
необходимо
дополнить
действующие
технические
требования
к
генерирующему
обору
-
дованию
ВЭС
разработанной
(
с
учетом
особенно
-
стей
ЕЭС
России
)
вольт
-
секундной
характеристикой
функции
LVRT
с
требованием
по
обеспечению
ин
-
жекции
реактивного
тока
и
скорости
его
нарастания
при
провале
напряжения
на
выходе
инверторов
ВЭУ
.
После
ввода
в
действие
указанного
дополнения
не
-
обходимо
организовать
процедуру
подтверждения
соответствия
этим
техническим
требованиям
гене
-
рирующего
оборудования
всех
ВЭС
,
находящихся
в
эксплуатации
.
В
статье
рассмотрены
возможные
технические
ре
-
шения
для
повышения
величины
остаточного
напря
-
жения
на
выходе
инверторов
ВЭУ
при
нормативных
возмущениях
в
прилегающей
сети
,
что
позволит
не
до
-
пускать
их
отключений
.
При
этом
не
будет
требоваться
проведение
реконструкции
устройств
РЗ
в
прилегаю
-
щей
к
ВЭС
сети
и
изменение
параметров
их
настройки
.
Предложенные
групповые
и
индивидуальные
технические
решения
предусматривают
присоеди
-
нения
к
сети
напряжением
35
кВ
ВЭС
СТАТКОМа
,
токоограничивающего
реактора
,
а
также
ДКН
со
-
вместно
с
токоограничивающим
реактором
.
В
ка
-
честве
индивидуального
решения
предложено
вне
-
сение
изменений
в
аппаратную
часть
инверторов
ВЭУ
,
с
установкой
блока
суперконденсаторов
и
DC-
DC
конвертора
.
Результатами
расчетов
электромеханических
пе
-
реходных
процессов
подтверждена
эффективность
предложенных
технических
решений
для
ВЭУ
.
Наи
-
более
эффективным
,
с
технико
-
экономической
точки
зрения
,
способом
,
позволяющим
обеспечить
устой
-
чивую
работу
ВЭУ
в
составе
отечественных
распре
-
делительных
сетей
,
является
техническое
решение
,
предусматривающее
внесение
изменений
в
аппарат
-
ную
часть
инверторов
ВЭУ
.
№
3 (72) 2022
70
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
REFERENCES
1. Esyakov S.Ya., Lunin K.A., Sten-
nikov V.A., Voropay N.I., Red'ko I.Ya.,
Barinov V.A. Transformation of
power systems //
ELEKTROENER-
GIYA. Peredacha i raspredeleniye
[ELECTRIC POWER. Transmission
and Distribution], 2019, no. 4(55),
pp. 134–141. (In Russian)
2. Ilyushin P.V., Kovalev S.P., Kuli-
kov A.L., Nebera A.A., Nepsha F.S.
Methods of software-based smart
control of distributed power utilities //
Bibliotechka elektrotekhnika
[Electric
engineer library], 2021, no. 8(272),
pp. 1–116. (In Russian)
3. Butuzov V.A., Bezrukikh P.P., Elistra-
tov V.V. Russian renewable power
//
Energiya yedinoy seti
[Energy of
a uni
fi
ed grid], 2021, no. 3(58), pp.
70–77. (In Russian)
4. Butuzov V.A., Bezrukikh P.P., Elistra-
tov V.V. Renewable power in Russia.
From
fi
rst steps to present days //
Energosberezheniye
[Energy sav-
ing], 2021, no. 4, pp. 62–72. (In Rus-
sian)
5. Simonov A.V., Ilyushin P.V. On pre-
vention of wind-driven power facility
outages in conditions of reference in-
cidents in the adjacent network //
Re-
leynaya zashchita i avtomatizatsiya
[Relay protection and automation],
2021, no. 3, pp. 70–75. (In Russian)
6. Simonov A.V., Ilyushin P.V. On simu-
lation of wind power plants for select-
ing the composition and parameter
settings of relay protection equip-
ment for its integration into distrib-
uted networks //
Energetik
[Power
engineer], 2020, no. 12, pp. 49–54.
(In Russian)
7. Tsili M., Papathanassiou S. Review
of grid code technical requirements
for wind farms. School of Electrical
and Computer Engineering. Renew-
able Power Generation, 2009, vol. 3,
is. 3, pp. 308-332.
8. Zeng B., Wen J., Shi J., Zhang J.,
Zhang Y. A multi-level approach to
active distribution system planning
for ef
fi
cient renewable energy har-
vesting in a deregulated environ-
ment. Energy, 2016, vol. 96, pp. 614-
624.
9. Razavi S.E., Rahimi E., Javadi M.S.,
Nezhad A.E., Lot
fi
d M., Sha
fi
e-khah
M., Catalão J.P.S. Impact of distrib-
uted generation on protection and
voltage regulation of distribution
systems: A review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 2019,
vol. 105, pp. 157-167.
10. Kucherov Yu.N., Berezovskiy P.K.,
Veselov F.V., Ilyushin P.V. Analysis
of general technical requirements to
distributed energy sources for their
integration into a power system //
Elektricheskiye stantsii
[Electric
power stations], 2016, no. 3(1016),
pp. 2–10. (In Russian)
11. Requirements to reliability of power
systems, reliability and safety of
power facilities and power receiv-
ers "Methodical guidelines on power
system sustainability". Approved by
the order of the Ministry of Energy
of Russia dated 03.08.2018 no. 630.
URL: https://docs.cntd.ru/document/
542630877?ysclid=l42qltf6rw.
12. Simonov A.V., Ilyushin P.V. The pro-
cedure and the algorithm of check-
ing the settings of wind-driven power
facility LVRT function during its in-
tegration into UES of Russia //
Re-
leynaya zashchita i avtomatizatsiya
[Relay protection and automation],
2022, no. 1, pp. 72–81. (In Russian)
13.
State Standard GOST R 58491-
2019. Electric power industry. Dis-
tributed generation. Technical re-
quirements for generating facilities
using wind-driven power generators.
Moscow, Standartinform Publ., 2019.
URL: https://docs.cntd.ru/documen
t/1200167517?ysclid=l42qnjv5o1.
14. Company standard STO-56947007-
29.240.30.010-2008. Single-line dia-
grams of 35-750 kV substation dis-
tribution equipment. Patterns. FGC
UES, PJSC. Moscow, FGC UES,
PJSC, 2007. 132 p. (In Russian)
15. Arzumanov I. STATKOM is the ba-
sis of reactive power regulation in
a smart power grid //
Energiya yedi-
noy seti
[Energy of a uni
fi
ed grid],
2012, no. 2 (2), pp. 4–13. (In Russian)
16. Kobiletski A.A., Tarchutkin A.L. Dry
shunt reactors //
Elektro. Elektrotekh-
nika, elektroenergetika, elektrotekh-
nicheskaya promyshlennost'
[Electro.
Electrical engineering, power system
engineering, power industry], 2009,
no. 5, pp. 24–25. (In Russian)
17.
Static VAR compensators (STAT-
KOM) 6–35 kV. URL: https://ru-drive.
com/products/staticheskie-generato-
ry-reaktivnoy-moshchnosti-6-35-kv/.
18. Static VAR compensator STATKOM
10 MVar. URL: http://energozapad.
ru/staticheskij-kompensator-stat-
kom-na-10-mvar/.
19. Dry shunt reactors 35–500 kV. URL:
https://svel.ru/catalog/reaktornoe-
oborudovanie/sukhie-tokoogranichi-
vayushchie-reaktory-35-500-kv/.
20. Shunt reactors 35 kV. URL: https://
nipo-rusenergo.ru/reaktornoe-oboru-
dovanie/tokoogranichivayushhie-
reaktory-35-kv.
21. Modelling of inverter-based genera-
tion for power system dynamic stud-
ies. Joint working group C4/C6.35/
CIRED, May 2018. p. 72.
22. Mar'enkov S.A. Application of su-
per capacitors for improving the
operation reliability of variable-fre-
quency drives //
Yevraziyskiy soyuz
uchonykh. Tekhnicheskiye nauki
[Eurasian Union of Scientists (EUS).
Technical sciences], 2016, no. 5(26),
pp. 58–60. (In Russian).
ские
распределительных
устройств
подстанций
35–750
кВ
.
Типовые
решения
.
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
».
М
.:
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2007. 132
с
.
15.
Арзуманов
И
.
СТАТКОМ
—
основа
регулирования
реактивной
мощ
-
ности
в
интеллектуальной
энер
-
госистеме
//
Энергия
единой
сети
,
2012,
№
2 (2).
С
. 4–13.
16.
Кобилецкий
А
.
А
.,
Тарчуткин
А
.
Л
.
Сухие
токоограничивающие
реак
-
торы
//
Электро
.
Электротехника
,
электроэнергетика
,
электротех
-
ническая
промышленность
, 2009,
№
5.
С
. 24–25.
17.
Статические
компенсаторы
ре
-
активной
мощности
(
СТАТКОМ
)
6–35
кВ
. URL: https://ru-drive.com/
products/staticheskie-generatory-
reaktivnoy-moshchnosti-6-35-kv/.
18.
Статический
компенсатор
СТАТ
-
КОМ
на
10
МВар
. URL: http://
e n e r g o z a p a d . r u / s t a t i c h e s k i j -
kompensator-statkom-na-10-mvar/.
19.
Сухие
токоограничивающие
реак
-
торы
35–500
кВ
. URL: https://svel.
ru/catalog/reaktornoe-oborudovanie/
sukhie-tokoogranichivayushchie-
reaktory-35-500-kv/.
20.
Токоограничивающие
реакторы
35
кВ
. URL: https://nipo-rusenergo.
ru/reaktornoe-oborudovanie/tokoo-
granichivayushhie-reaktory35-kv.
21. Modelling of inverter-based genera-
tion for power system dynamic stud-
ies. Joint working group C4/C6.35/
CIRED, May 2018. p. 72.
22.
Марьенков
С
.
А
.
Использование
суперконденсаторов
для
повыше
-
ния
надежности
работы
частотно
-
регулируемого
электропривода
//
Евразийский
Союз
Ученых
(
ЕСУ
).
Технические
науки
, 2016,
№
5(26).
С
. 58–60.
Оригинал статьи: Способы обеспечения устойчивой работы ветроэнергетических установок ветровых электростанций в составе отечественных распределительных электрических сетей
При строительстве ветровых электростанций (ВЭС) в России часто применяются ветроэнергетические установки (ВЭУ) IV типа, присоединяемые к коллекторной сети ВЭС через инверторы. Эти ВЭУ либо поставляются зарубежными заводами-изготовителями, либо производятся по лицензии в России. Заданные в инверторах ВЭУ вольт-секундные характеристики функции Low Voltage Ride Through (LVRT) соответствуют требованиям сетевых кодексов тех стран, где они разработаны. Учитывая требования отечественных нормативно-технических документов, а также то, что в прилегающих к ВЭС сетях применяются устройства релейной защиты (РЗ), реализующие функции дальнего резервирования с выдержками времени 1–2,5 с, ВЭУ при нормативных возмущениях отключаются. Это приводит к набросам нагрузки на генерирующие установки традиционных электростанций, линии электропередачи и силовые трансформаторы, утяжеляя послеаварийный режим. В статье приведены способы обеспечения устойчивой работы ВЭУ при всех видах нормативных возмущений, без проведения реконструкции устройств РЗ в прилегающей к ВЭС сети. Рассмотрены групповые и индивидуальные технические решения, реализация которых возможна на территории ВЭС, а также на каждой из ВЭУ. Эффективность технических решений подтверждена результатами расчетов электромеханических переходных процессов. В статье приведены основные технические характеристики и стоимостные показатели предложенных технических решений, а также даны рекомендации по их выбору, обоснованию и применению на ВЭС.
