Трансформаторна станица: Решенија за интеграција во мрежата на извори на обновлива енергија

Подстанцијата како стратегиски влез за интеграција на обновливи извори на енергија

Зошто подстанциите се претвораат од пасивни јазли во активни центри за интеграција

Подстанциите порано беа само пасивни точки каде што напонот се трансформираше, но нештата доста се променијаа во последно време. Сега тие стануваат активни точки на интеграција, кои ги управуваат двосмерните енергетски текови од сите соларни панели и ветерни турбини распоредени низ целиот регион. Зошто? Па, обновливите извори веќе сочинуваат околу 30 проценти од светската електрична енергија според извештајот на Меѓународната агенција за енергија од минатата година, а овој број продолжува да расте додека сè повеќе региони ги поврзуваат овие зелени извори на енергија со своите мрежи. Денешните дизајни на подстанции се опремени со подобри системи за надзор, интелигентни механизми за контрола и електроника за напојување со брз одговор. Тие помагаат напонот да остане стабилен во рамките на приближно плус или минус 5 проценти — што е многу важно кога се работи за изведувачки падови во производството на соларна енергија на залез или периоди кога ветерот не дува доволно силно. Со хибридни инвертори кои работат заедно со локални решенија за складирање на енергија, подстанциите всушност можат да обезбедат сопствена поддршка во вид на реактивна моќ и да балансираат товарите во реално време. Ова значи дека тие се преместени над простите инфраструктурни елементи кон нешто многу по-реактивно — скоро како нервен систем на самата мрежа. Таквите ажурирања помагаат да се спречат големи прекини на напојувањето и да се намали загубата на енергија во периодите на врвно оптоварување.

Студија на случај: Ремонт на високонапонската мрежа на регионот — Проширување на поврзувањето на распределената соларна и ветерна енергија

Ремонтот на 345-kV трансформаторската станица од страна на голем оператор на мрежа покажува како целосните ажурирања ги отстрануваат препреките за поврзување на обновливите извори на енергија. Пред модернизацијата, нарушувањата на напонот пораснале за 150% во часовите на максимална соларна генерација. Решенијата по ремонтирањето вклучувале:

• Единици за мерење на фазори (PMU) омогувајќи детекција и реагирање на нарушувања со брзина од 30 милисекунди
• Системи за динамичко оценување на капацитетот на линиите , зголемувајќи ја топлинската капацитетност за 25% во периодите со силни ветрови
• Модуларни трансформаторски банки , поддржувајќи постепено проширување на капацитетот во согласност со спроведувањето на проектите

Овие интервенции го удвојаа капацитетот за прифаќање на распределените извори на енергија (DER) и го намалија прекинувањето на производството за 60%. Проектот потврдува дека интелигентноста на рабовите на трансформаторските станици претвора ограничувањата за поврзување во активи за резилентност — особено во региони каде што променливите обновливи извори на енергија надминуваат 50% од локалната снабдувања.

Инженерски решенија на ниво на трансформаторска станица за променливоста на обновливите извори на енергија и квалитетот на струмата

Ко-локирани системи за складирање на енергија со батерии (BESS) на интерфејсот на трансформаторската станица

Поставувањето на системите за складирање на енергија со батерии (BESS) веднаш во трансформаторските станици ни обезбедува многу потребна заштита од флуктуациите на обновливите извори на енергија. Овие системи апсорбираат излишната електрична енергија произведена кога соларните панели интензивно работат или кога ветерните турбини брзо се вртат — со што се спречуваат проблеми како прекумерен напон и преполнетост на мрежата. Потоа, тие ослободуваат таа складирана електрична енергија секогаш кога производството ќе опадне, со што го одржуваат стабилниот напон низ целиот мрежен систем и штедат пари со спречување на губењето на енергија. Кога се инсталираат на ниво на трансформаторска станица, BESS-овите намалуваат онези досадни губитоци при пренос на енергија кои настануваат при пренос на струмата на големи растојанија. Покрај тоа, тие делуваат како централна точка за контрола на разни задачи за поддршка на мрежата, како што се имитирање на системската инерција и дори рестартување на мрежата по вкупно исклучување.

Динамична реактивна компензација на моќноста: SVC, STATCOM и поддршка за реактивна моќност базирана на инвертори во 138-kV трансформаторски станици

Кога изворите на обновлива енергија предизвикуваат промени во напонот, системот има потреба од прилагодувања на реактивната моќ во текот на милисекунди за да се одржи стабилноста. На потстанции од 138 kV, инженерите инсталираат статички компензатори на реактивна моќ (SVC) и статички синхрони компензатори (STATCOM). Овие уреди работат со внесување или отстранување на VAR-ови од мрежата според потребата, што помага да се одржат соодветните нивоа на напон и да се поправат проблемите со коефициентот на моќ според стандардите IEEE 1547-2018 за поддршка на распределените извори на енергија. Последниве години се појавија фарми за соларна енергија и системи за складирање на енергија со батерии (BESS), кои имаат вградена способност самостојно да управуваат со реактивната моќ. Ова значи дека се бара помалку специјализирана опрема, бидејќи овие понови технологии можат да извршат некои од истите задачи што традиционално ги вршеа SVC-овите и STATCOM-овите. Комбинацијата од старите и новите пристапи всушност работи подобро поради неколку причини: намалува непожелни хармоници во системот, подобрува отпорноста на опремата кон смутови и осигурува соодветност со стандардите, додека истовремено овозможува на операторите да прават неопходни прилагодувања кога условите се менуваат.

Овозможување на дигитална подстанција: IoT сензори, мониторинг во реално време и соодветност со IEEE 1547-2018

Видливост на мрежата и адаптивна контрола преку вградени на подстанцијата рабни сензори и PMU-ови

Сензорите за крајните точки вградени директно во трансформаторските станици заедно со единиците за мерење на фазори им овозможуваат на операторите детален увид во нивоата на напон, струјните текови и промените во фреквенцијата, при што сите овие податоци се регистрираат со точност до микросекунда. Кога овој тек на информации се испраќа до системите за управување, тоа овозможува интелигентни одговори, како што е автоматското прилагодување на оптоварувањето при изведени врвови на производството од соларните панели или флуктуациите предизвикани од ветерните турбини. Ова функционира во рамките на барањата поставени со IEEE 1547-2018, кој бара одговори во рок од две секунди за распределените извори на енергија. Предностите, меѓутоа, надминуваат само брзите реакции. Постоянното следење помага да се откријат проблемите пред да станат катастрофи. Термалните сензори можат да забележат необични порастувања на температурата во намотките на трансформаторите неколку недели пред да се случат вистинските кварови. А детекторите на делумни празнења ги откриваат знаците на распаѓање на изолацијата долго пред да станат сериозни. Сите овие карактеристики ја претвораат она што порано биле пасивни трансформаторски станици во активни точки за управување кои ја одржуваат стабилноста на современите мрежи за електроенергија, иако тие се сѐ повеќе зависни од непредвидливите обновливи извори на енергија.

Прогнозирање во основа на вештачка интелигенција и координација на виртуелни електрани на ниво на трансформаторска станица

Интелигентните системи ги трансформираат подстанциите во нешто многу повеќе од пасивни точки за надзор — тие стануваат вистински центри за контрола кои можат да предвидат што ќе се случи следно. Системите за машинско учење кои ги користиме денес се обучени на разни видови податоци, вклучувајќи претходни временски модели, читања од SCADA-системите и вистинското работно однесување на распределените извори на енергија. Овие модели можат да предвидат кога фотогалваничките панели ќе произведат електрична енергија и колку енергија ќе произведат ветерниците околу 90 проценти од времето, понекогаш дури и три цели денови пред тоа да се случи. Со оваа напредна информација, операторите на мрежата можат предварително соодветно да ги подготват системите за контрола на напонот, да распределат резервите таму каде што најмногу се потребни и да одлучат кога ќе се активира складираната енергија. Ова помага да се спречат проблемите кога обновливите извори ќе составуваат скоро половина од мешавината на електрична енергија во главните енергетски мрежи, според последните извештаи на Меѓународната агенција за енергија.

AI-системите на ниво на трансформаторска станица помагаат во управувањето на виртуелни електрани (VPP), кои ги обединуваат различните распределени извори на енергија, како што се системите за складирање на енергија со батерии (BESS), станиците за полнење на електромобили и соларните панели на покривите. Овие интелигентни системи автоматски работат заедно кога е најпотребно. Кога има висока побарувачка на електрична енергија или кога производството од обновливи извори опаѓа, софтверот за VPP испраќа упатства до овие различни ресурси. Ова намалува напрегнатоста врз електричната мрежа за околу 15 до 30 проценти во тие критични моменти. Технологијата ја одржува стабилноста на фреквенцијата на струјата во рамките на стандардите поставени со IEEE 1547-2018. Истовремено, може да штеди и пари — студии на Понемон Институт укажуваат дека овој пристап може да ги избегне скапите надградби на предавателните линии, кои обично струваат околу 740 000 американски долари по милја. Со сите овие способности кои истовремено работат заедно, трансформаторските станици станаа клучни точки каде што можеме да го зголемиме користењето на обновлива енергија без да жртвуваме доверливост.