Трансформаторлық подстанция: Жаңартылатын энергия көздерін желіге интеграциялау шешімдері

Қайта қалыптастырылатын энергияны интеграциялау үшін стратегиялық қақпа ретіндегі трансформаторлық подстанция

Неге подстанциялар пассивті түйіндерден белсенді интеграция орталықтарына айналуда

Субстанциялар бұрын кернеуді түрлендіретін тек пассивті нүктелер болған, бірақ соңғы кездері бұл жағдай қатты өзгерді. Қазір олар солардың барлығынан келетін екі бағытты энергия ағындарын өңдейтін белсенді интеграциялық нүктелерге айналуда — бұл солар: күн сәулесінің панельдері мен жел турбиналары, олар әртүрлі жерлерде орналасқан. Неге? Халықаралық энергетикалық агенттіктің өткен жылғы есебіне сәйкес, қайта қалпына келетін энергия көздері әлемдегі электр энергиясының шамамен 30 пайызын құрайды, ал бұл көрсеткіш қосымша аймақтардың желтоқсан энергия көздерін өз желілеріне қосуымен қатар өсе береді. Қазіргі заманғы субстанциялардың жобалары жақсартылған бақылау жүйелерімен, ақылды басқару механизмдерімен және жылдам жауап беретін күштік электроника құрылғыларымен жабдықталған. Бұлар кернеуді шамамен ±5 пайыз шегінде тұрақты ұстайды, бұл күн сәулесінің өндірісі кешке қарай қатты төмендегенде немесе жел жеткілікті күшпен еспеген кезде өте маңызды. Гибридті инвертерлер мен жергілікті сақтау шешімдері бірлесіп жұмыс істегенде, субстанциялар өздері реактивті қуатты қолдау көрсете алады және жүктемені нақты уақытта теңестіре алады. Бұл олардың қарапайым инфрақұрылым элементтерінен аса көп жауап беретін нәрсе — сөйтіп, электр желісінің өзінің жүйке жүйесіне ұқсас нәрсе болып өзгергенін білдіреді. Мұндай жаңартулар ірі өшірулерді болдырмауға және пиктік уақытта энергияның шығынын азайтуға көмектеседі.

Жағдай зерттеуі: Аймақтық желінің жоғары кернеумен жабдықталуы — таратылатын күн энергиясы мен жел энергиясын желіге қосуды кеңейту

Ірі желі операторының 345 кВ-тық трансформаторлық станциясын жабдықтауы таратылатын энергия көздерін желіге қосуға байланысты тосқауылдарды шешуге бағытталған мақсатты жаңартулардың қалай жүзеге асырылатынын көрсетеді. Жабдықтауға дейін күн энергиясының пиктік өндіріс сағаттарында кернеу бұзылуы 150% өсті. Жабдықтаудан кейін қолданылған шаралар мыналар болды:

• Фазалық өлшеу құрылғылары (ФӨҚ) ақауларды анықтау мен оған реакция беру уақытын 30 миллисекундқа қысқартуға мүмкіндік береді
• Динамикалық желілік рейтинг жүйелері жел күшті болған кезде жылу қуатын 25%-ға арттырады
• Модульді трансформаторлық банктар жобаларды іске асыру кезеңдеріне сәйкес қуаттың кезеңдік кеңейтуін қолдайды

Бұл шаралар таратылатын энергия ресурстарының (ТЕР) қабылдау қуатын екі есе арттырды және шектеулерді 60%-ға азайтты. Бұл жоба трансформаторлық станция шетіндегі интеллектуалдық қабілеттіліктің желіге қосу шектеулерін тұрақтылық активтеріне айналдыратынын растайды — әсіресе айнымалы таратылатын энергия көздері жергілікті электр қорынан 50%-дан асқан аймақтарда.

Қайталауы мүмкін жаңартылатын энергия көздері мен қуат сапасының айнымалылығына арналған қосалқы станция деңгейіндегі инженерлік шешімдер

Қосалқы станция интерфейсінде орналасқан аккумуляторлық электр энергиясын сақтау жүйелері (BESS)

Аккумуляторлық электр энергиясын сақтау жүйелерін (BESS) қосалқы станциялардың ішіне орналастыру бізге жаңартылатын энергия көздерінің өзгермелілігінен қорғанудың өте қажетті деңгейін береді. Бұл жүйелер күн сәулесі күшті болғанда немесе жел турбиналары жоғары айналған кезде артық өндірілетін электр энергиясын сіңіреді — бұл артық кернеу мен желідегі тұтыну шамасының артуы сияқты проблемаларды болдырмауға көмектеседі. Содан кейін олар өндіріс төмендеген кезде сақталған электр энергиясын босатады, желі бойынша кернеуді тұрақты ұстап, энергияның шығындалуын болдырмау арқылы қаражат үнемдейді. BESS-ті қосалқы станция деңгейінде орнатқан кезде ұзақ қашықтыққа электр энергиясын беру кезіндегі қажетсіз жеткізу шығындары азаяды. Сонымен қатар ол әртүрлі желілік қолдау функциялары үшін орталық басқару нүктесі ретінде қызмет етеді, мысалы, жүйенің инерциясын имитациялау немесе толық қараңғылық жағдайынан кейін желіні қайта іске қосу сияқты міндеттерді орындайды.

Динамикалық реактивті қуатты компенсациялау: 138 кВ қосалқы станцияларындағы SVC, STATCOM және инверторлық VAR қолдауы

Қайталанбалы энергия көздері кернеу өзгерістерін тудырған кезде жүйені тұрақты ұстап тұру үшін реактивті қуатты миллисекунд ішінде реттеу қажет. 138 кВ трансформаторлық подстанцияларда инженерлер статикалық VAR компенсаторлары (SVC) мен статикалық синхронды компенсаторларды (STATCOM) орнатады. Бұл құрылғылар қажет болған кезде торға VAR-ларды береді немесе оларды алады, нәтижесінде кернеу деңгейлері дұрыс ұсталады және таратылатын энергия көздерін қолдау бойынша IEEE 1547-2018 стандарттарына сәйкес қуат коэффициентінің ақаулары жойылады. Соңғы кездері күн энергиясын пайдаланатын электр станциялары мен аккумуляторлық энергия сақтау жүйелері (BESS) өздері реактивті қуатты басқару қабілетімен жабдықталып іске қосыла бастады. Бұл оның нәтижесінде арнайы құрылғылардың саны азаяды, өйткені бұл жаңа технологиялар SVC және STATCOM құрылғыларының дәстүрлі орындайтын кейбір міндеттерін өз құрамында орындай алады. Ескі және жаңа тәсілдердің үйлесімі бірнеше себептен тиімдірек жұмыс істейді. Ол жүйедегі қажетсіз гармоникаларды азайтады, жабдықтың ақауларға төзімділігін жақсартады және барлық нәрсе нормаларға сай қалады, сонымен қатар операторларға жағдайлар өзгерген кезде қажетті реттеулерді жасауға мүмкіндік береді.

Цифрлық айналым станциясын іске қосу: IoT датчиктері, нақты уақытта бақылау және IEEE 1547-2018 стандартына сәйкестік

Айналым станциясына орнатылған шеттік датчиктер мен PMU арқылы желінің көрінісі мен бапталатын басқару

Фазалық өлшеу құрылғыларымен қатар айналым станцияларына тікелей орнатылған шеткі датчиктер операторларға кернеу деңгейлері, ток ағындары және жиілік өзгерістері туралы толық ақпарат береді; бұл деректер микросекунд деңгейінде қадағаланады. Бұл ақпарат ағыны бақылау жүйелеріне жіберілген кезде, күн энергиясынан қоректенетін панельдерден қатты қуат шығысы немесе жел турбиналарынан туындайтын тербелістер сияқты жағдайларда автоматты түрде жүктемелерді реттеу сияқты ақылды реакцияларға мүмкіндік береді. Бұл IEEE 1547-2018 стандартында белгіленген талаптарға сай жұмыс істейді: таратылатын энергия ресурстары үшін екі секундтан кем уақыт ішінде реакция беру қажет. Алайда пайданың тек жылдам реакцияларға ғана шектелуі емес. Тұрақты бақылау апаттарға айналар алдында ақауларды анықтауға көмектеседі. Жылулық датчиктер трансформатор орамдарындағы аномальды температура көтерілуін нағыз ақау пайда болғаннан бірнеше апта бұрын анықтай алады. Сондай-ақ, бөлшекті разряд детекторлары изоляцияның бұзылу белгілерін ол ауыр кезеңге жеткенге дейін ұзақ уақыт бұрын қадағалайды. Барлық осы функциялар бұрынғы пассивті айналым станцияларын — қазіргі заманғы электр торабының тұрақтылығын қамтамасыз ететін, бірақ қатты тербелмелі жаңартылатын энергия көздеріне қатты тәуелділігіне қарамастан — белсенді бақылау нүктелеріне айналдырады.

Жасанды интеллектіге негізделген болжау және трансформаторлық станция шетіндегі виртуалды электр станциясының координациясы

Жасанды интеллект (ЖИ) электр станцияларын пассив бақылау нүктелерінен көп нәрсе болған орталықтарға айналдырады — олар келешекте не болатынын болжай алады. Қазір қолданып жүрген машиналық оқыту жүйелері әртүрлі деректерге негізделген: өткен уақыттағы ауа-райы үлгілері, SCADA жүйесінің көрсеткіштері және таратылған энергетикалық ресурстардың нақты жұмыс істеу сапасы. Бұл модельдер күн энергиясын өндіретін күн сәулесі панельдерінің қашан және қанша электр энергиясын өндіретінін, сонымен қатар жел турбиналарының қанша электр энергиясын өндіретінін уақыттың 90 пайызында болжай алады, кейде ол болжамдар оқиғалардың өзі болғаннан үш тәулік бұрын жасалады. Мұндай алдын ала ақпарат негізінде желі операторлары кернеуді реттеу үшін қажетті шараларды алдын ала қабылдай алады, резервтік қуатты ең көп қажет ететін аймақтарға бөліп береді және сақталған энергияны қашан қосу керектігін шешеді. Халықаралық Энергетикалық Агенттігінің соңғы есептеріне сәйкес, бұл қадамдар жаңартылатын энергия көздері үлкен электр желілеріндегі электр энергиясының жалпы қосылысының шамамен жартысын құрай бастаған кезде туындайтын проблемаларды болдырмауға көмектеседі.

Аймақтық электр станциясы деңгейіндегі ЖЖЖ жүйелері әртүрлі таратылған энергетикалық ресурстарды біріктіретін виртуалды электр станцияларын (ВЭС) басқаруға көмектеседі, мысалы, аккумуляторлық сақтау жүйелері (АСЖ), электромобильдерді зарядтау құрылғылары және үйлердің шатырында орналасқан күн энергиясын пайдаланатын панельдер. Бұл ақылды жүйелер қажет болған кезде автоматты түрде бірлесіп жұмыс істейді. Электр энергиясының сұранысы жоғары болғанда немесе жаңартылатын энергия көздерінің өндірісі төмендеген кезде ВЭС бағдарламасы осы әртүрлі активтерге нұсқаулар береді. Бұл технология электр желісіне тиісті кризистік уақыттарда 15–30 пайызға дейін кернеу тиісін қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл технология қуат жиілігін IEEE 1547-2018 стандартында белгіленген шектерде тұрақты ұстайды. Сонымен қатар, бұл технология шығындарды да үнемдейді — Ponemon Institute зерттеулері бұл тәсілдің әдетте шамамен шақырымына $740 000 тұратын қымбат электр беру желілерін модернизациялау қажеттілігін болдырмауы мүмкін деп көрсетеді. Барлық бұл мүмкіндіктер бір уақытта қосылып жұмыс істегенде аймақтық электр станциялары жоғары сенімділікті сақтай отырып, жаңартылатын энергияның масштабын кеңейтудің маңызды орталықтарына айналады.