Școala Doctorală Interdisciplinară Centrul de cercetare: Sisteme electrice avansate Ing. Dipl. Sorin Florică Abagiu OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE… [623529]
Universitatea Transilvania din Bra șov
Școala Doctorală Interdisciplinară
Centrul de cercetare: Sisteme electrice avansate
Ing. Dipl. Sorin Florică Abagiu
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE
CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
OPTIMIZATION OF POWER SYSTEM S WITH PHOTOVOLTAIC
POWER PLANTS
Rezumatul tezei de doctorat
PhD Thesis Abstract
Conducător științific
Prof. dr. ing. Elena HELEREA
BRA ȘOV, 201 6
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
1 MINISTERUL EDUCA ȚIEI ȘI CERCETĂRII STIIN ȚIFICE
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA din BRA ȘOV
Bd. Eroilor 29, 500036 Brașov, Romania, Tel/Fax: +40 268 410525 , +40 268 412088
www.unitbv.ro
D-lui (D -nei) ………………………………………………………………………………………………..
COMPONEN ȚA
Comisiei de doctorat
Numită pri n ordinul Rectorului Universită ții „Transilvania” din Bra șov
Nr. 7537 din 30.0 9.2015
PREȘEDINTE: Conf.univ.dr.ing. Carmen GERIGAN
DECAN, Facultatea de Inginerie Electrică și Știința
Calculatoarelor, Universitatea „Transilvania” din Bra șov
CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA
Universitatea „Transilvania” din Bra șov
REFEREN ȚI: Prof. univ. dr.ing. Mihaela Marilena ALBU
Universitatea ,,Politehnică” din Bucure ști
Prof. univ. dr.ing. Călin MUNTEANU
Universitatea Tehnică din Cluj -Napoca
Prof.univ.dr.ing. Dan STOIA
Universitatea „Transilvania” din Bra șov
Data, ora și locul sus ținerii publice a tezei de doctorat: joi, 10 .03.2016,
ora 1 1, în corpul N al Universită ții Transilvania din Bra șov, sala NI1.
Eventualele aprecieri sau observa ții asupra con ținutului lucrării vă rugăm să le
transmite ți în timp util, pe adresa Universită ții Transilvania din Bra șov, Departamentul
de Inginerie Electrică și Fizică Aplicată a Facultă ții de Inginerie Electrică și Știința
Calculatoarelor.
Totodată vă invit ăm să lua ți parte la ședința publică de sus ținere a tezei de doctorat.
Vă mul țumim !
Rezumatu l tezei de doctorat
2
CUPRINS
Pg.
teza Pg.
rezumat
INTRODUCERE 9 6
1. CENTRALA FOTOVOLTAICĂ – SURSĂ REGENERABILĂ DE ENERGIE 13 9
1.1. Surse regenerabile de energie 13 9
1.1.1. Surse regenerabile de energie și generarea distribuită 13 9
1.1.2. Evolu ția surselor fotovoltaice 14 9
1.2. Centrale fotovoltaice 18 10
1.2.1. Structura centralelor fotovoltaice 18 10
1.2.2. Generatorul fotovoltaic 20
1.2.3. Convertorul electronic de pute re 22
1.2.4. Interfa ța cu re țeaua electrică de distribu ție 25
1.3. Calitatea energiei electrice furnizate de centrale fotovoltaice 27 11
1.3.1. Cercetări și reglementări 27 11
1.3.2. Condi ții de racordare la re țea a centralelor fotovoltaice 32 12
1.4. Concluzii 39
2. MODELAREA ȘI SIMULAREA PANOULUI FOTOVOLTAIC ȘI A
GENERATORULUI FOTOVOLTAIC 40 13
2.1. Modelă ri actuale ale panoului fotovoltaic 40 13
2.2. Modelă ri și simulări pentru panoul fotovoltaic tip SYP24245S 46 13
2.2.1 Influen ța varia ției radia ției solare asupra caracteristicii de curent și
putere pentru un panou fotovoltaic 49 15
2.2.2. Influen ța varia ției temperaturii as upra caracteristicilor de curent și
putere pentru un panou fotovoltaic 52 17
2.2.3. Influen ța varia ției radia ției sola re și a temperaturii asupra
caracteristicii de curent și putere pentru un panou fotovoltaic 55 18
2.3. Modelarea și simularea generatorului fotovoltaic 56
2.4. Concluzii 63
3. OPTIMIZAREA PROIECTĂRII CENTRALELOR FOTOVOLTAICE 65 19
3.1. Analiza metodi cii de proiectare 65 19
3.1.1. Reglementări, documenta ție tehnică și noi aspecte în literatura de
specialitate 65 19
3.1.2. Principii de proiectare 70 20
3.1.3. Optimizarea proiectării centralei fotovoltaice în baza metodei
iterative 81 21
3.1.4. Integrarea centralei fotovoltaice în re țeaua electrică de distribu ție 87
3.2. Studiu de caz – Proiectarea unei centrale fotovoltaice de medie putere 89 22
3.2.1. Date tehnice ș i solu ția pentru panourile PV 89 22
3.2.2. Invertoare și posturi de transformare 90
3.2.3. Integrarea centralei fotovoltaice Cristuru în re țeaua electrică de
distribu ție 93 23
3.3. Concluzii 99
4. MONITORIZAREA INDICATORILOR DE CALITATE ÎN RE ȚELE
ELECTRICE DE DISTRIBU ȚIE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE 101 25
4.1. Impactul centralelor fotovoltaice asupra parametrilor re țelelor electrice de
distribu ție 101 25
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
3 4.1.1. Topologia generării distribuite în re țelele electrice de distribu ție 101
4.1.2. Sarcina maximă admisibilă a generării distribuite 104
4.1.3. Impactul generării distribu ite asupra căderii de tensiune și
scurtcircuitului 105
4.1.4. Influen ța centralelor fotovoltaice asupra calită ții energiei electrice în
punctul comun de cuplare 106
4.2. Caracterizarea regimului nesimetric și deformant 107 25
4.2.1. Efecte ale regimul ui nesimetric și deformant 107 25
4.2.2. Noi indicatori ai regimului nesimetric și deformant în re țelele
electrice de distribu ție 108 26
4.3. Modul software pentru monitorizarea regimului deformant și dezechilibrat
în rețele electrice de distribu ție cu c entrale fotovoltaice 112 27
4.4. Monitorizarea calită ții energiei electrice în punctul comun de cuplare cu
rețeaua a centralei fotovoltaice 118
4.4.1. Caracteristici și amplasări ale centralelor fotovoltaice 118
4.4.2. Monitorizare, prelucrare date și interpretare 124
4.5. Concluzii 128 34
5. STUDIUL REGIMULUI PERMANENT ÎN RE ȚELE ELECTRICE DE
DISTRIBU ȚIE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE 130 35
5.1. Analiza căderilor de tensiune în re țelele electrice de distribu ție 130 35
5.1.1. Căderi de tensiune în linii electrice radiale 130
5.1.2. Căderi de tensiune în linii electrice cu consumatori dezechilibra ți 134 35
5.2. Analiza pierderilor de putere în re țele electrice de distribu ție 137
5.2.1. Pierderi de putere în linii electrice 138 36
5.2.2. Pierderi de putere în transformatoare 138
5.3. Mediul de programare NEPLAN utilizat pentru calculul regimului
permanent 141 37
5.4. Optimizări în re țele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice 143 37
5.4.1. Influen ța amplasării centralei fotovoltaice asu pra circula ției de puteri 145 38
5.4.2. Niveluri de tensiune și pierderi de putere în re țeaua test fără
centrală fotovoltaică 146 39
5.4.3. Niveluri de tensiune și pierderi de putere în re țeaua test cu o
centrală fotovoltaică 149 40
5.4.4. Niveluri de t ensiune și pierderi de putere în re țeaua test cu două
centrale fotovoltaice 152 42
5.5. Concluzii 156
6. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBU ȚII PERSONALE 157 44
6.1. Concluzii finale 157 44
6.2. Contribu ții personale și perspective 165 50
Bibliografie 167 51
Rezumatul tezei de doctorat 175 54
Curriculum Vitae 176 55
CD cu anexe Nr.
pag.
Anexa 1. Schem e electric e monofilar e de distribu ție 20 kV , Cristuru Secuiesc 3
Anexa 2. Scheme de simulare în EDSA pentru CFV Cristuru 1
Anexa 3. Date monito rizare î n PCC la CFV Codlea și CFV Podu -Olt in
30.12.2015 20
Anexa 4. Indicatori orari ai regimului deformant și dezechilibrat obtinuți cu
modulul software PS -DEF-DEZ-var1 pentru CFV Codlea și CFV Podu -Olt 2
Rezumatu l tezei de doctorat
4
TABLE OF CONTENTS
Pg.
teza Pg.
rezumat
INTRO DUCTION 9 6
1. PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS – RENEWABLE ENERGY SOURCE 13 9
1.1. Renewable energy sources 13 9
1.1.1. Renewable energy sources and distributed generation 13 9
1.1.2. Evolution of photovoltaic sources 14 9
1.2. Photovoltaic power plants 18 10
1.2.1. The structure of photovoltaic power plants 18 10
1.2.2. Photovoltaic generator 20
1.2.3. Power -electronic converter 22
1.2.4. Interface with power distribution network 25
1.3. Power q uality supplied by photovoltaic power plant 27 11
1.3.1. Research and regulations 27 11
1.3.2. Terms of the grid connection of photovoltaic power plants 32 12
1.4. Conclusion 39
2. MODELING AND S IMULATION OF PHOTOVOLTAIC PANEL AND
GENERATOR 40 13
2.1. Current modeling of photovoltaic panel 40 13
2.2. Modeling and simulation of SYP24245S photovoltaic panel 46 13
2.2.1 I nfluence of so lar radiation variation on current and power
characteristics of photovoltaic panel 49 15
2.2.2. Influence o f temperature variation on current and power characteristics
of photovoltaic panel 52 17
2.2.3. Influence of solar radiation and temperature variation on current and
power characteristics of photovoltaic panel 55 18
2.3. Modeling and simulation of photovoltaic generator. 56
2.4. Conclusion 63
3. OPTIMIZATION DES IGN OF PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS 65 19
3.1. Analysis of design methodology 65 19
3.1.1. Regulations, technical documentation and new aspects in literature 65 19
3.1.2. Design principles 70 20
3.1.3. Photovoltaic power plant design optimization based o n iterative method 81 21
3.1.4. Integration of photovoltaic power plant into power distribution network 87
3.2. Case study – Designing a medium power photovoltaic power plant 89 22
3.2.1. Input technical d ata and solution for PV panels 89 22
3.2.2. In verters and transformation substations 90
3.2.3. Integration of Cristuru photovoltaic power plant into power distribution
network 93 23
3.3. Conclusion 99
4. MONITORING QUALITY INDICATORS IN POWER DISTRIBUTION
NETWORKS WITH PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS 101 25
4.1. Impact of photovoltaic power plants on power distribution network
parameters 101 25
4.1.1. Distributed generation in power distribution networks 101
4.1.2. Maximum permissible load of distributed generation 104
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
5 4.1.3. Impact of distributed generation on voltage drop and short circuit 105
4.1.4. Influence of photovoltaic power plants on power quality at the point
of common coupling 106
4.2. Distorted and unbalanced regime caracterization 107 25
4.2.1. Effects of distorted and unbalance d regime 107 25
4.2.2. New indicators of the distorted and unbalanced regime in power
distribution networks 108 26
4.3. Software for monitoring distorted and unbalanced regime in power
distribution networks with photovoltaic power plants 112 27
4.4. Pow er quality monitoring at point of common coupling of photovoltaic power
plant with the power network 118
4.4.1. Characteristics and location of photovoltaic power plants 118
4.4.2. Monitoring, data processing and interpretation 124
4.5. Conclusion 128 34
5. STUDY OF PERMANENT REGIME IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS
WITH PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS 130 35
5.1. Analysis of voltage drops in power distribution networks 130 35
5.1.1. Voltage drops in radial power lines 130
5.1.2 . Voltage drops in power l ines with unbalanced loads 134 35
5.2. Analysis of power losses i n power distribution networks 137
5.2.1. Power losses in power lines 138 36
5.2.2. Power losses in transfomers 138
5.3. NEPLAN software tool used for the calculation of the permanent re gime 141 37
5.4. Optimizations in power distribution networks with photovoltaic power plants 143 37
5.4.1. Impact of grid -connected photovol taic power plant on power distri bution
netwotk 145 38
5.4.2. Influence of photovoltaic power plant location on po wer flow 146 39
5.4.3. Voltage levels and power losses in test network with out photovoltaic
plant 149 40
5.4.4. Voltage levels and power losses in test network with a photovoltaic
plant 152 42
5.4.5. Voltage levels and power losses in test network with two
photovoltaic plants 156
5.5. Conclusion 157
6. FINAL CONCLUSION AND PERSONAL CONTRIBUTIONS 157 44
6.1. Final conclusion 44
6.2. Personal contributions and outlook 50
Bibliography 171 51
Abstract 171 54
Curriculum Vitae 173 55
CD with ANNE XES PP.
Annex 1. Single line diagram s of 20 kV distribution network, Cristuru Secuiesc 3
Anexa 2. EDSA simulation diagrams for CFV Cristuru 1
Anexa 3. Monitoring data at PCC of CFV Codlea and CFV Podu -Olt on 30
December, 2015 20
Anexa 4. Hourly in dicators of distorted and unbalanced regime obtained with
PS-DEF-DEZ-var1 software for CFV Codlea and CFV Podu -Olt 2
Rezumatu l tezei de doctorat
6
INTRODUCERE
Necesitatea cercetării
Tendin țele de adaptare a centralelor fotovoltaice (CFV), în paralel cu dezvoltarea noilor
tehnologii pentru generarea de energie electrică, au adus modificări importante caracteristicilor
sistemelor electrice de distribu ție. Energia produsă de centralele electrice fotovoltaice reprezintă o
mică parte din cea injectată în re țea, dar cre șterea număru lui acestora va avea efect asupra re țelelor
de distribu ție, iar dacă ponderea lor va cre ște semnificativ, va influen ța și rețelele de transport.
Perspectiva implementării pe scară largă în re țelele electrice de distribu ție precum și la utilizatori
a sursel or distribuite de energie electrică bazate pe centrale fotovoltaice , determină transformarea
rețelelor pasive în re țele active, în care transferul de energie este bidirec țional și care ridică noi
probleme privind siguran ța în exploatare, calitatea și efici ența energetică.
Studiul influen ței producerii de energie electrică în apropierea consumatorului, utilizând
centralele fotovoltaice a permis evaluarea corectă a impactului asupra securită ții echipamentelor
electrice prin măsuri de men ținere a nivelului de tensiune în intervalul stabilit prin normative și din
punct de vedere economic asupra pierderilor de putere.
Au fost realizate noi cercetări privind optimizarea re țelele electrice de distribu ție cu centrale
fotovoltaice , având ca rezultat stabilirea de pr oceduri pentru controlul nivelului de tensiune și a
pierderilor de putere în nodurile re țelelor electrice de distribu ție.
Regimurile deformante și dezechilibrate sunt procese complexe, care necesită o caracterizare
detaliată. Studiul acestor regimuri în re țelele de distribuțe cu centrale fotovoltaice permite in troducerea
și standardizarea unor indicatori ai dezechilibrului și stabilirea de metode adecvate de evaluare.
Efectele regimului dezechilibrat în nodurile re țelelor electrice de distribu ție în care su nt
conectate centrale fotovoltaice sunt asemănătoare cu cele produse de regimurile deformante de
creștere a pierderilor de putere cu consecin țe negative asupra randamentului de transfer a energiei
electrice. Pentru eliminarea acestor deficiențe sunt necesa re noi cercetări privind men ținerea nivelu lui
indicatorilor de calitate a energiei electrice, c u posibilitatea introducerii de noi indicatori, globali.
O analiză pertinentă asupra indicatorilor de calitate a energiei electrice se poate face doar în
cazul în care dezechilibrul este analizat împreună cu perturba țiile introduse de către centrale le
fotovoltaice .
Obiectivele tezei de doctorat
Prezenta teză de doctorat are ca obiectiv principal stabilirea de solu ții pentru cre șterea calită ții și
eficien ței ene rgetice în re țelele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice . Obiectivele specifice
tratate în capitolele prezentei teze de doctorat sunt:
O1. Controlul nivelului de tensiune și a pierderilor de putere în nodurile re țelelor electrice de distribu ție
cu centrale fotovoltaice ; Stabirea de soluții pentru optimizarea structuriii centralelor electrice
fotovoltaice în vederea creșterii performanțelor acestora ;
O2. Creșterea calității energiei electrice în punctul comun de cuplare al centralei electrice f otovoltaice
prin dezvoltarea de instrumente de monitorizare a indicatorilor de calitate ai energiei electrice cu
considerarea regimului deformant și dezechilibrat;
O3. Dezvoltarea de soluții pentru controlul nivelului de tensiune și a pierderilor de putere în nodurile
rețelelor electrice de distribuție în care sunt cuplate centrale electrice fotovoltaice.
Structura tezei
Capitolul 1, intitulat Centrala fotovoltaic ă – sursă regenerabilă de energie , cuprinde o analiză a
structurii centralelor fotovoltaice , cu avantajele și dezavantajele lor din punct de vedere al eficien ței
energetice. Este argumentată necesitatea stabilirii de noi solu ții pentru optimizarea structurii
centralelor fotovoltaice , pentru a ob ține un transfer maxim de putere între generatorul fot ovoltaic și
utilizator. Se evaluează impactul panourilor fotovoltaice conectate la o re țea electrică de distribu ție și
se pun în eviden ță aspecte importante, cum sunt : circula ția inversă a puterii și prezen ța distorsiunilor
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
7 armonice. Calitatea energiei el ectrice în punctul comun de cuplare al centralelor fotovoltaice este
caracterizată prin indicatori specifici de calitate. Dintre aceștia , varia ția de tensiune, prezen ța
armonicilor de tensiune și curent și nesimetria în re țelele electrice sunt indicatori c are au relevan ță tot
mai mare pentru integrarea centralelor fotovoltaice în rețelele electrice de distribu ție.
Capitolul 2, intitulat Modelarea și simularea panoului și generatorului fotovoltaic , analizează
influen ța varia ției temperaturii și a radia ției solare asupra caracteristicii de curent și putere a unui
panou fotovoltaic precum și a generatorului fotovoltaic. Pentru modelarea caracteristicii curent –
tensiune a generatorului fotovoltaic, autorul a considerat un panou fotovoltaic de tip Risen Energy
SYP245S, la care se cunosc parametrii celulei fotovoltaice pentru func ționare în condi ții de eficien ță
maximă. Pentru realizarea modelării autorul a realizat un model echivalent al generatorului fotovoltaic,
în Matlab/Simulink, în care sunt puse în eviden ță: influen ța varia ției radia ției solare asupra
caracteristicii de putere și curent la temperatură constantă; influen ța varia ției temperaturii asupra
caracteristicilor de putere și curent la radia ție solară constantă; influen ța varia ției radia ției solare și a
temperaturii asupra caracteristicii de putere și curent. Rezultatele ob ținute sunt prezentate grafic și
tabelar. Din analiza efectuată se deduc următoarele concluzii: ecua țiile fizice prezentate descriu corect
modelul PV și sunt utile pentru modelarea în M atlab/Simulink a generatorului fotovoltaic; modelul
propus este util ca model de bază pentru efectuarea de studii în domeniul modelării PV.
Capitolul 3, intitulat Optimizarea proiectării centralelor fotovoltaice , prezintă și analizează
etapele și proceduri le de proiectare a centralelor fotovoltaice . Sunt analizate cele mai utilizate
programele software pentru dimensionarea și simularea performan țelor centralelor fotovoltaice
conectate la re țea sau cu func ționare autonomă. Sunt sintetizate cercetările actual e privind tehnicile
de optimizare pentru proiectarea centralelor fotovoltaice și principalii parametri care influen țează
dimensionarea centralelor fotovoltaice conectate la re țea. Se arată că în prezent, sunt luate în
considerare, din punct de vedere canti tativ, beneficiile tehnice ale inserării generării distribuite cu CFV
în re țeaua de distribu ție a energiei electrice, ca indicator al îmbunătă țirii profilului de tensiune și al
reducerii pierderilor din linii, dar există efecte negative pe care conectarea CFV la rețea le poate cauza
după conectarea la re țeaua electrică, în special asupra varia țiilor de tensiune, căderilor de tensiune și
scurtcircuitului în re țele electrice de distribu ție. Aceste deficien țe sunt sumarizate prin realizarea unui
studiu de caz de proiectare a unei centrale fotovoltaice de medie tensiune și a racordului acesteia la
rețeaua electrică.
Capitolul 4, intitulat Monitorizarea indicatorilor de calitate în re țele electrice de distribu ție cu
centrale fotovoltaice prezintă integrarea centralelor fotovoltaice în re țele electrice de distribu ție și
modulul software pentru monitorizarea regimului deformant și dezechilibrat. Sunt studiate și prezentate
efectele conectării centralelor fotovoltaice în re țelele electrice de distribu ție asupra cali tății energiei
electrice și sunt introdu și indicatorii regimului nesimetric și deformant în re țelele electrice de distribu ție.
Pentru studiul noilor indicatori ai calită ții energiei electrice s -a adaptat și implementat modulul PS -DEF-
DEZ-var 1 care s -a utilizat în studiul de caz pentru două centrale fotovoltaice : Podul Olt și Codlea.
Capitolul 5, intitulat Studiul regimului permanent în re țele electrice de distribu ție cu centrale
fotovoltaice , tratează o temă de mare actualitate, cea a cre șterii calită ții transferului de energie și a
eficien ței energetice în re țelele electrice de distribu ție de joasă tensiune în care sunt conectate
centrale fotovoltaice . Sunt analizate și sinte tizate modalită țile de calcul a căderilor de tensiune și ale
pierderilor de putere în func ție de parametrii liniei electrice și a consumatorilor. Pentru studiul regimului
permanent în re țele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice , autorul a considerat două re țele
test, la care distan ța dintre noduri este de 100 m și de 300 m, pentru cazurile în care la re țelele test se
conectează o centrală electrică de putere 320 kW și respectiv, două centrale electrice având împreună
320 kW. Aceste re țele test au fost implementate în programului NEPLAN și s-au stabilit căderile de
tensiune p recum și pierderile de putere. Rezultatele ob ținute sunt prezentate grafic și tabelar. Analiza
efectuată arată că este mai eficient să se func ționeze cu re țeaua electrică având conectate două s -au
mai multe centrale fotovoltaice pentru a ob ține cre șterea c alității transferului de energie și a eficien ței
energetice în re țelele electrice de distribu ție de joasă tensiune în care sunt conectate centrale
fotovoltaice .
Capitolul 6, intitulat Concluzii finale și contribu ții personale , prezintă concluziile generale
desprinse din lucrare, contribu țiile personale, diseminarea rezultatelor științifice, precum și direc țiile
viitoare privind continuarea acestei cercetări.
Rezumatu l tezei de doctorat
8 Diseminarea rezultatelor
Rezultatele ob ținute pe durata cercetării doctorale au fost prezentate în rapoartele de cercetare
și în cele 14 articolele publicate în volume ale conferin țelor na ționale și interna ționale, din care 10
lucrări ca prim autor, 5 lucrări indexate în baze de date ISI proceedings și 4 lucrări indexate în baze de
date interna ționale d in care 2 lucrări în curs de publicare.
Valoarea aplicativă a tezei de doctorat
Rezultatele teoretice și experimentale ob ținute în cadrul prezentei teze de doctorat au valoare
aplicativă și pot fi utilizate în viitor pentru: monitorizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice în
punctul comun de cuplare a centralelor fotovoltaice ; îmbunătă țirea procedurilor pentru optimizarea
rețelele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice ; controlul nivelului de tensiune și a pierderilor de
putere în n odurile re țelelor electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice .
Mulțumiri
Doresc să adresez mul țumiri conducătorului științific Prof. Univ. Dr. Ing. Elena HELEREA, pentru
îndrumarea și coordonarea pregătiri mele doctorale, pentru sprijinul și ajutoru l constant cu sfaturi
substan țiale în realizarea tezei de doctorat.
Mulțumesc comisiei de doctorat Prof. Univ. Dr.In g. Mihaela Marilena ALBU, Prof. Univ. Dr.Ing.
Călin MUNTEANU, Prof. Univ. Dr.Ing. Dan STOIA și decanului Facultă ții IESC Conf. Dr.Ing. Carmen
GERIGAN pentru deosebita onoare pe care mi -au făcut -o, acceptând propunerea de a face parte din
comisia de doctorat, pentru aten ția cu care s -au aplecat asupra lucrării și pentru sfaturile acordate.
Totodată, mul țumesc colectivului din Departamentul de Ingi nerie Electrică și Fizică Aplicată din
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor de la Universitatea Transilvania Bra șov
pentru sprijinul acordat, precum și tuturor celor care au citit teza, pentru comentariile și sugestiile lor în
veder ea rafinării ideilor.
Mulțumesc, în mod deosebit, colegilor mei Dr.Ing. Ionel LEPADAT și Dr.Ing. Cătălin MIHAI
pentru nenumă ratele discu ții, consultări, idei și rezolvări de probleme tehnice și științifice și pentru
sprijinul acordat.
Vreau să mul țumesc co nducerii societă ții ELECTRICA SA. (din care fac parte) și în mod special
colegilor, pentru ajutorul acordat.
În final, dar nu în ultimul rând, doresc să mul țumesc so ției mele pentru răbdarea, în țelegerea și
suportul moral acordat fără de care cu greu a ș fi dus la bun sfâr șit această lucrare.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
9
1. CENTRALA FOTOVOLTAICĂ – SURSĂ REGENERABILĂ DE ENERGIE
1.1. Surse regenerabile de energie
1.1.1. Surse regenerabile de energie și generarea distribuită
În ultimii ani, conceptul surselor de energie distribuită (D ER – Distributed Energy Resources ),
care permite instalarea și conectarea surselor de energie regenerabile la re țelele electrice de
distribu ție, a câ știgat tot mai mult teren datorită beneficiilor tehnice, economice și de mediu [ 1]. Printre
aceste surse de generare distribuită, centralele fotovoltaice (PV) au avut o penetrare semnificativă în
sistemele electroenergetice [2], [3].
Sursele regenerabile de energie sunt integrate în re țelele electrice de distribu ție, asigurând
creșterea performan țelor prin [ 4]: îmbunătă țirea profilului tensiunii, reducerea pierderilor, creșterea
calită ții energiei electrice și a fiabilită ții alimentării utilizatorilor.
Termenul de generare distribuită se referă la generarea de energie electrică în apropierea
locului de consum, prin generatoare de putere mică, conectate uzual la re țeaua electrică de distribu ție.
Într-un mod mai comun, generarea distribuită poate fi definită ca o generare de energie electrică în
rețelele electrice de distribu ție la utilizator, având ca scop asigur area unor surse de energie electrică
activă.
Producerea de energie electrică utilizând surse de energie distribuite de capacitate redusă
permite furnizarea de energie electrică în apropierea utilizatorilor, devenind astfel un supliment pentru
energia produ să centralizat, cu beneficii prin reducerea pierderilor de energie electrică în timpul
transportului și a costurilor generate de modernizarea re țelelor de distribu ție. În ceea ce îi prive ște pe
utilizatori, costurile reduse, fiabilitatea ridicată, calitate a bună a energiei electrice și o anumită
autonomie a rezervelor de energie, sunt aspectele care interesează în momentul adoptării solu ției de
producere a energiei prin surse de energie distribuite, dar acest lucru este posibil numai cu investi ții
supliment are. Prin utilizarea generării distribuite în domeniul tehnologiilor energetice regenerabile, cum
sunt cele eoliene, solare și hidroelectrice, se asigură un efect benefic asupra mediului înconjurător.
Sistemul de generare distribuită se compune din:
a) genera toare alimentate din surse regenerabile de energie (SRE) – excep ție făcând
hidrocentralele mari ( P>10 MW) și centrale eoliene de mare putere;
b) sisteme de cogenerare sau sisteme CHP ( Combined Heat and Power ) – pentru producerea
combinată de energie termică și energie electrică (cogenerare);
c) generatoare de rezervă – în situa țiile în care generarea centralizată nu corespunde cerin țelor,
nevoilor sau are un cost ridicat.
În practică, generarea distribuită presupune unită ți de generare de putere relativ mică,
amplasate în apropierea utilizatorului, cu scopul de a satisface nevoile acestuia, a sprijini func ționarea
rețelei deja existente. Puterea acestor generatoare se încadrează, în general, în limita a maxim 50
MW.
Dintre sursele regenerabile de energie fac part e: energia eoliană , energia solară , energia apei ,
energia hidraulică , energia geotermică , energi a de biomasă .
Implementarea surselor de energie regenerabile în sistemul energetic na țional reprezintă o
prioritate a poli ticii în domeniul energetic.
Din punct de vedere al caracteristicilor surselor regen erabile de energie, centralele fotovoltaice
reprezintă o solu ție eficientă.
1.1.2. Evolu ția surselor fotovoltaice
Unitatea de bază a centralei fotovoltaice este celula fot ovoltaică (PV). În mod uzual, o celulă PV
are o putere electrică între 1 și 2 W. Pentru a mări puterea, celulele PV sunt conectate electric pentru
a forma unită ți mai mari, numite module (panouri). Practic, un modul (panou) PV constă din celule PV
conectat e în serie. Modulele (panourile), la rândul lor, pot fi conectate în serie și/sau paralel pentru a
Rezumatu l tezei de doctorat
10 forma unită ți mai mari, numite stringuri ( șiruri) fotovoltaice (PV). Stringurile PV conectate în serie
și/sau paralel constituie o arie PV, a cărei defini ție a fost adoptată în ANSI/IEEE Std.928 -1986.
Tehnologia fotovoltaică a devenit un actor major în sectorul producerii energiei electrice la nivel
mondial și este în prezent una dintre cele mai dezvoltate tehnologii pentru SRE, fiind scalabilă de la
aplica ții reziden țiale până la aplica ții industriale sau comerciale.
Conform raportului IEA-PVPS (International Energy Agency –Photovoltaic Power System ) pe
2015 [7], puterea instalată din surse fotovoltaice la nivel mondial este în prezent de 177 GW. Europa
rămâne lider mondial în ceea ce prive ște capacitatea cumulat instalată din surse PV, cu 87,788 GW la
finele anului 2014.
Evolu ția capacită ții centralelor fotovoltaice în Europa în perioada 2000 -2014 este prezentată în
Fig. 1.1.
Fig.1.1. Evolu ția capacită ții centralelor fotovoltaice în Europa în perioada 2000 -2014
Din Fig.1.1 se observă că în Europa în anul 2000, puterea instalată a surselor fotovoltaice era
de 129,00 MW iar în anul 2014 s -a ajuns la o putere instalată de 87.788 MW, ceea se înseamnă o
creștere a capacit ății cumulat instalată cu 87.659 MW.
România are un poten țial semnificativ de producere a energiei electrice din surse fotovoltaice. În
Fig. 1.2 este prezentată evolu ția capacită ților centralelor fotovoltaice în România în perioada 2000 –
2014.
Fig.1.2. Evolu ția capacită ții centralelor fotovoltaice în România în perioada 2010 -2014
Din Fig.1.2 se observă că în România în anul 2000 puterea instalată a surselor fotovoltaice era
de 0,00 MW, iar în anul 2014 s -a ajuns la o putere instalată de 1.230 MW.
Evolu ția puterii instalate în centralele fotovoltaice în perioada 2010 -2014 arată o dezvoltare
puternică a acestui sector într -o perioadă de 4 ani.
1.2. Centrale fotovoltaice
1.2.1. Structura centralelor fotovoltaice
În func ție de componen ța convertorulu i electronic de putere, centralele fotovoltaice pot fi:
Centralele fotovoltaice simplu etaj, la care convertorul are un singur etaj de conversie c.c. -c.a;
Centralele fotovoltaice multi etaj, la care convertorul are mai multe etaje de conversie c.c. -c.c.-c.a.
Central a fotovoltaic ă este formată din:
generatorul fotovoltaic (PV);
convertorul electronic de putere;
interfa ța cu re țeaua electrică de distribu ție.
În Fig. 1.3 este prezentată schema bloc a unei centrale fotovoltaice simplu etaj.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
11
Fig. 1.3. Schema bloc a unei centrale fot ovoltaice simplu etaj
Sistemul fotovoltaic simplu etaj permite reglarea punctului de putere maxima (MPPT), atât prin
reglarea tensiunii continue, cât și prin transferul puterii la re țea. A șa cum se arată în Fig.1.3, de pe
partea de c.a. a convertorului VS C, sistemul PV este interfa țat cu re țeaua electrică de distribu ție în
punctul comun de cuplare (PCC) printr -un filtru trece -jos și un transformator de separare.
1.3.Calitatea energiei electrice furnizate de centrale fotovoltaice
1.3.1.Cercetări și reglem entări
Rețelele de distribu ție a energiei electrice – ca parte a sistemelor electroenergetice – sunt
proiectate pentru a func ționa cu tensiune sinusoidală. Abaterea varia ției în timp a tensiunii de la o
undă sinusoidală ideală reprezintă un aspect fundamen tal al calită ții energiei electrice.
În [18] se identifică și se analizează posibile scenarii privind ameliorarea calită ții energiei
electrice într -o rețea electrică de distribu ție prin examinarea impactului sarcinilor reziden țiale neliniare,
cum ar fi veh iculele electrice și invertoarele centralelor fotovoltaice .
În [19] se sintetizează problemele legate de func ționarea re țelelor electrice de distribu ție
datorate integrării unui număr mare CFV, un caz studiat fiind cre șterea tensiunii în cablurile de
distribuție ca rezultat al circula ției inverse a puterii, în special în condi țiile de cerere mică și penetrare
mare. Se evaluează efectul unor niveluri ridicate de penetrare asupra calită ții energiei electrice în
rețelele electrice de distribu ție reziden țiale. Au fost luate în considerare diferite scenarii privind nivelul
de penetrare și nivelul de radia ție solară în condi țiile varia ției sarcinii, cu utilizarea softului de
modelare -simulare Matlab/Simulink. Asigurarea unui nivel al calită ții energiei electrice î n re țele
electrice de distribu ție în care sunt conectate și centralele fotovoltaice este o sarcină complexă datorită
comportamentului din punct de vedere al distorsiunilor armonice, modific ării profilului tensiunii și a
funcționarii numai pe timp de zi.
În [20] se evaluează impactul panourilor fotovoltaice conectate la o re țea electrică de distribu ție
și aspecte importante, cum sunt circula ția inversă a puterii și analiza distorsiunilor armonice.
O problemă majoră o reprezintă curen ții distorsiona ți produ și și injecta ți de centralele
fotovoltaice în re țelele electrice de distribu ție la care sunt conectate . Prezen ța unui număr mare de
centralele fotovoltaice conectate la re țea creează noi probleme legate de sistemele de protec ție și de
calitate a energiei ele ctrice.
În [21], energia electrică este prezentată ca un produs a cărui calitate este dat de un ansamblu
de caracteristici specificate. Pentru a asigura și men ține la un anumit nivel calitatea energiei electrice
este definit setul de indicatori ai calită ții energiei electrice, în vederea elaborării unor recomandări și
anume: varia ția frecven ței, varia ția de tensiune, varia ția formei de undă a tensiunii și curentului
(poluarea cu armonici) și nesimetria tensiunilor în re țeaua trifazată.
În prezent sunt elabo rate și implementate o serie de standarde tehnice privind calitatea energiei
electrice produsă de centralel e fotovoltaice (PV) conectate la re țeaua electrică de distribu ție.
Standardul IEEE 929 -2000: Practica recomandată pentru interfa ța cu re țeaua electri că a
sistemelor fotovoltaice , reprezintă un ghid privind echipamentele și func țiile necesare pentru a asigura
Rezumatu l tezei de doctorat
12 funcționarea compatibilă a sistemului PV conectat în paralel cu re țeaua electrică publică și include
aspecte privind: securitatea personalului, ec hipamentul de protec ție, calitatea energiei electrice,
funcționarea re țelei de utilită ți.
În ceea ce prive ște calitatea energiei livrate de sistemului PV, standardul IEEE 519 -1992:
Practica recomandată și cerin țele pentru controlul armonicilor în sistemele electrice de putere , prezintă
limitele tensiunii și curentului în Punctul Comun de Cuplare (PCC). Standardul stabile ște limitele de
5% pentru factorii THD de tensiune și curent pe care producătorul trebuie să le asigure la livrarea
energiei electrice cătr e consumator. Acest standard indică, de asemenea, limitele procentuale ale
armonicilor la ie șirea principală a sistemului PV.
Standardul IEC 61727 (echivalent EN 61727): Sisteme fotovoltaice (PV) – Caracteristicile
interfe ței cu re țeaua stabile ște cerin țele interfe ței dintre sistemul PV și rețeaua electrică. Referitor la
calitatea energiei electrice și în particular, la armonici, sunt acceptabile niveluri joase ale armonicilor
de curent și tensiune.
Când sunt definite limitele pentru armonici, este luat înt otdeauna în considera ție factorul THD. În
particular, diferite limite sunt date pentru curent, 5% pentru THDI și tensiune, 2% pentru THDU, cu un
maxim de 1 % pentru armonicile de tensiune. De exemplu, în Italia, limitele armonicilor sunt date
considerând d oar factorul THD.
1.3.2. Condi ții de racordare la re țea a centralelor fotovoltaice
Centralele fotovoltaice trebuie să îndeplinească anumite cerin țe tehnice minimale pentru a fi
racordate la re țelele electrice publice, astfel încât să poată fi asigurată fu ncționarea în siguran ță a
sistemelor electroenergetice respective. Integrarea centralelor fotovoltaice în mod descentralizat, în
apropierea consumatorilor, mai ales în re țelele de distribu ție de medie tensiune și joasă tensiune pot
produce instabilitate în funcționarea rețelelor electrice cu generare distribuită prin centrale PV. Din
acest motiv, organisme autorizate pentru reglementare în domeniul energetic au stabilit coduri
(condi ții) privind racordarea centralelor fotovoltaice la re țelele electrice de d istribu ție.
Au fost stabilite astfel de coduri în primul rând, în Germania, după care și alte țari au adoptat
propriile coduri, iar în alte state, acestea sunt în pregătire.
Directiva adoptată în cadrul Energy Economy Law (Energiewirtschaftsgesetz – EnWG),
denumită German Grid Codes, are rolul de a asigura siguran ța și fiabilitatea func ționării re țelelor
electrice cu generare distribuită. Cerin țele sunt particularizate pentru re țelele electrice de medie
tensiune și de joasă tensiune.
Există patru categorii de condi ții pentru conectarea centralelor fotovoltaice în re țelele electrice
de distribu ție, la medie tensiune, referitoare la: dynamic grid support , regimul de scurtcircuit, controlul
puterii active, controlul puterii reactive.
Codurile de re țea stabilite drept condi ții de conectare la re țeaua electrică a centralelor
fotovoltaice reprezintă un instrument pentru asigurarea stabilită ții sistemului în condi țiile generării
distribuite, în acela și timp cresc costurile pentru producătorii de centrale fotovoltaic e: pentru
proiectarea și implementarea invertoarelor, liniilor electrice si transformatoarelor din structura
centralelor fotovoltaice, sporite de cerin ța de a produce putere reactivă.
În Romania, astfel de condi ții au fost stabilite de către Autoritatea N ațională de Reglementare în
domeniu Energiei (ANRE) prin Norma tehnică Condiț ii tehnice de racordare la re țelele electrice de
interes public pentru centralele electrice fotovoltaice (Ordinul nr. 30/2013, completat cu Ord.
nr.74/2013), prin care condi țiile de racordare la re țea sunt stabilite diferen țiat pentru două tipuri de
centrale fotovoltaice:
• Centrale fotovoltaice dispecerizabile ( CFVD), cu puterea instalată mai mare de 5 MW;
• CFVND – Centrale fotovoltaice nedispecerizabile, cu puterea instalată ma i mică sau egală cu 5 MW.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
13
2. MODELAREA ȘI SIMULAREA PANOULUI FOTOVOLTAIC ȘI A GENERATORULUI
FOTOVOLTAIC
2.1. Modelă ri actuale ale panoului fotovoltaic
În literatura de specialitate , pentru diferite topologii de convertoare și condi ții de mediu, s -a
studiat și determinat punctele de func ționare corespunzătoare puterii maxime la diferite niveluri de
radia ție solară și temperatură.
Relația dintre curentul și tensiunea unui generator PV variază pe durata unei zile în func ție de
condi țiile de mediu. Pentru a găsi punctele de putere maxime MPP pe care o poate genera PV -ul, este
important să se pună în concordan ță caracteristica I=f(U) cât mai aproape de valorile reale este foarte
important să se aleagă caracteristica I=f(U) a panoului fotovoltaic în concorda nță cu caracteristica
I=f(U) a sarcinii.
O abordare generală pentru controlul reac ției puterii este măsurarea și maximizarea puterii
aplicate la bornele sarcinii și ia în considerare că puterea maximă a PV -ului este egală cu puterea
maximă a sarcinii. Ace astă metodă, numită și metoda conectării directe , este aplicabilă în cazul
conectării directe a sarcinii la PV și în acest fel se maximizează de fapt puterea aplicată sarcinii și nu
puterea maximă pe care o debitează PV -ul. Metoda cuplării directe nu poate extrage automat puterea
maximă a modulului dacă condi țiile de temperatură și radia ție solară se schimbă. De aceea parametrii
sarcinii și ai PV -ului trebuie atent selecta ți.
Pentru că puterea generată de PV depinde de nivelul de radia ție și temperatură, o problema
majoră care trebuie depă șită este extragerea puterii maxime disponibile la modificarea condi țiilor de
mediu în care operează acesta. În acest sens este implementat a șa numitul Maximum Power Point
Tracker (MPPT), care este un dispozitiv de urmărire și extragere a puterii maxime a PV -ului. Acest
dispozitiv este un convertor c.c. -c.c. înserat între PV și sarcina electrică a acestuia. Acest convertor
este controlat după diferite tipuri de algoritmi, încercându -se găsirea celor mai eficiente solu ții pen tru
extragerea puterii maxime.
Astfel, controlul extragerii de putere maximă poate preveni scăderea tensiunii PV -ului atunci
când puterea sarcinii cre ște în mod excesiv. Pentru un sistem fără MPPT, tensiunea va tinde foarte
repede spre zero. Acest fenomen poate fi în țeles cu u șurință din studierea caracteristicii curent –
tensiune a PV -ului. Un sistem ce con ține un MPPT evită căderea tensiunii prin men ținerea punctului
de func ționare al PV -ului în punctul de putere maximă (MPP) [33].
Cel mai frecvent algoritm MPPT utilizat este „ Perturbă și Observă ” (P & O), datorită u șurinței
sale de punere în aplicare în forma sa de bază. Cu toate acestea, există unele limitări, cum ar fi
oscila ții în jurul punctului maxim în regim sta ționar, viteză de răspuns lentă și chiar de urmărire în mod
greșit la schimbarea rapidă a condi țiilor atmosferice [34], [35].
Cercetări actuale privind diferite tehnici de reglare a Punctului de Putere Maximă a centralelor
fotovoltaice sunt prezentate în [36], [37].
Pentru găsirea Punctului de P utere Maximă a Centralelor fotovoltaice , în literatura de
specialitate [ 38], [39], [40] s-a realizat simularea func ționării PV în Matlab/Simulink.
S-au efectuat simulări pentru cazul când elementul de bază al generatorului fotovoltaic este
celula fotovolta ică cu o diodă [41], [42], celula fotovoltaică cu doua diode [ 43] și celula fotovoltaică cu
trei diode [ 44].
2.2. Modelă ri și simulări pentru panoul fotovoltaic tip SYP24245S
Puterea electrică furnizată de o celulă fotovoltaică nu este suficientă pentru c onsumatorii
reziden țiali și industriali. Pentru a cre ște puterea, celulele fotovoltaice se conectează în serie pentru ca
tensiunea la borne să crească și astfel se ob ține un panou PV. Panourile PV se conectează în serie
pentru cre șterea tensiunii și în par alel pentru cre șterea curentului. Aceste conectări ale panourilor PV
serie/paralel formează generatorul fotovoltaic.
O proiectare optimală a generatorului fotovoltaic necesită cunoa șterea familiei de caracteristici
I=f(U) și P=f(U) pentru diferite niveluri de radia ție solară G și temperaturi T. Scopul studiului de caz
Rezumatu l tezei de doctorat
14 este de a dezvolta o metodă de ob ținere a caracteristicilor I=f(U) și P=f(U), în vederea realizării unei
analize comparative a performan țelor celulelor, panourilor și generatorului fotovoltaic .
Pentru o modelare eficientă este necesară cunoa șterea parametrilor celulei fotovoltaice și a
funcționării în condi ții de eficien ță maximă , autorul a considerat un panou fotovoltaic de tip Risen
Energy SYP245S , cu următorii parametri : Puterea maxima , Pmax=245 [W]; Tensiunea la Pmax,
Ump=30,3 [V]; Curentul la Pmax, I=8,09 [A]; Curentul de scurtcircuit, Isc=8,34 [A]; Tensiunea în circuit
deschis, Uoc=37,3 [V]; Coeficientul de temperatura pentru Isc, α=0,003/ °C; Coeficientul de temperatura
pentru Uoc, β=-0,32 /°C.
Modelarea realizată de autor ia în considerare rela țiile (2.34) – (2.41).
Modelul realizat de autor pentru un panou PV, este caracterizat, în condi ții de referin ță, de
următoarele ecua ții:
1 exp 1
21
ocr
sc refUCUC I I
(2.34)
unde:
ocmp
scmp
UCU
IIC
21 exp 1
(2.35)
scmpocmp
IIUU
C
1ln1
2
(2.36)
Pentru a adapta ecua ția (2.34) la diferite niveluri de radia ție solară G și temperatură T, se
utilizează următoarele rela ții:
refTTT
(2.37)
sc
ref refIGGTGGI
1
(2.38)
IRT Us
(2.39)
de unde rezultă, pentru un punct de func ționare:
U UUref
(2.40)
I IIref
(2.41)
unde: Iref – curentul de referin ță, Uref – tensiunea de referin ță, Ump – tensiunea în punctul de putere
maximă, Imp – curentul în punctul de putere ma ximă, Isc – curentul de scurtcircuit, Uoc – tensiunea la
funcționarea în gol, T ref – temperatura de referin ță, T – temperatura la care func ționează generatorul
PV, Gref – radia ția solară de referin ță, G – radia ția solară la care func ționează generatorul PV , ∆T –
diferen ța de temperatură, ∆G – diferen ța de radia ție solară, ∆ U – tensiunea generată de panou PV
peste cea de referin ță și ∆I – curentul generat de panou PV peste cel de referin ță.
Modelul echivalent realizat de autor în Matlab/Simulink pentru panou l fotovoltaic analizat este
prezentat în Fig. 2.4.
Modelul în Matlab/Simulink este format din următoarele blocuri:
– "Mux" combină mai multe semnale de intrare într -o singură ie șire, o intrare poate fi un semnal scalar
sau vector.
– "Constant " generează o valoare reală sau complexă;
– "Fcn" aplică expresia matematică specificată la intrarea sa;
– "Rampă " generează un semnal care începe la un moment dat având o rată specificată;
– "Gain " multiplică valoarea de intrare cu o constanta specificată.
– Blocul " Produs " are la ie șire rezultatul înmul țirii a două semnale de la intrare.
Rezultatele ob ținute sunt prezentate în Fig. 2.5, Fig.2.6, Fig. 2.9, Fig.2.10, Fig. 2.13, și
Fig.2.14, în care sunt puse în eviden ță următoarele:
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
15
Fig. 2.4. Implementarea modelului P V de tip Risen Energy SYP245S în Matlab/Simulink
a) Influen ța varia ției radia ției solare asupra caracteristicii de putere și curent pentru un panou
fotovoltaic, la temperatură constantă;
b) Influen ța varia ției temperatur ii asupra caracteristicilor de puter e și curent pentru un panou
fotovoltaic, la radia ție solară constantă;
c) Influen ța varia ției radia ției solare și a temperaturii asupra caracteristicii de putere și curent pentru un
panou fotovoltaic.
2.2.1 Influen ța varia ției radia ției solare asupra cara cteristicii de curent și puter e pentru un
panou fotovoltaic
În Fig. 2.5 și Fig. 2.6 sunt prezentate caracteristicile I=f(U) și P=f(U) la radia ție solară de 1000
W/m2, 800 W/m2, 600 W/m2 400 W/m2 și 200 W/m2 la temperatură constantă egală cu T=298,15 K.
Fig. 2.5. Caracteristicile I=f(U) pentru diferite
niveluri ale radia ției solare (T=298,15 K )
Fig. 2.6. Caracteristicile P=f(U) în pentru diferite
niveluri ale radia ției solare (T=298,15 K )
Din Fig. 2.5 și Fig. 2.6 se observă ca modificarea radia ției solare în condi ții de temperatură
constantă are influen ță asupra valorii curentului și a tensiunii produse de panoul PV de tip Risen
Energy SYP 245S , astfel:
– În zona (1) curentul rămâne constant pentru fiecare caracteristică, dar scade odată cu scăderea
radiației solare, indiferent de tensiune, pentru această regiune, panoul PV de tip Risen Energy
SYP245S funcționează ca un generator de curent. Valoarea tensiunii este aceea și pentru toate
caracteristicile;
Rezumatu l tezei de doctorat
16 – În zona (2), zona intermediară sunt reprezentate valorile curentului pentru o func ționare optimă a
panoului PV de tip Risen Energy SYP245S , unde poate fi determinat punctul de putere maximă.
Scăderea valorii radia ției solare are ca efect scăderea valorii punctului de putere maximă;
– În zona (3) are loc o varia ție a puterii care corespunde unei tensiuni aproape constante pentru
fiecare caracteristică, în acest caz panoul PV de tip Risen Energy SYP245S este comparabil cu un
generator de tensiune. În acestă zonă, scăderea valorii radia ției solare are ca efe ct scăderea valorii
curentului și a tensiunii, iar în cazul radia ției solare de 200 W/m2 tensiunea și curentul sunt egale cu
zero.
În Fig. 2.7 este prezentată caracteristica I=f(U) și P=f(U) la radia ție solară de 1000 W/m2, 800
W/m2, 600 W/m2, 400 W/m2 și 200 W/m2, la temperatura de referin ță egală cu T=298,15 K , furnizate de
producător. Din Fig.2.8. se observă că valorile puterilor maxime furnizate de producător și cele
obținute prin simulare în Matlab/Simulink, pentru diferite valori ale radia ției solare sunt identice.
În Tabel 2.3. sunt prezentate incertitudinile caracteristicilor ob ținute prin simulare în
Matlab/Simulink la 1000 W/m2, 800 W/m2, 600 W/m2, 400 W/m2 și 200 W/m2 la temperatură constantă
egală cu T=298,15 K .
Fig. 2.7. Caracteristicile I=f(U) și P=f(U) pentru
radiații solare de 1000 W/m2, 800 W/m2, 600
W/m2, 400 W/m2, 200 W/m2 și temperatură
T=298,15 K, furnizate de producător Fig. 2.8. Compararea valorilor puterilor
maxime furnizate de producător și obținute prin
simulare în Matlab/Simuli nk, pentru diferite valori
ale radiației solare
Incertitudinea caracteristicilor ob ținute sunt prezenate în Tabelul 2.3.
Tabel 2.3. Incertitudinea caracteristicilor P=f(U), la radia ție solară de 1000 W/m2, 800 W/m2, 600
W/m2, 400 W/m2 și 200 W/m2 și tem peratură constantă egală cu 298,15 K.
Puncte de
funcționare Niveluri de radia ție solară G
G=1000
[W/m2] G=800
[W/m2] G=600
[W/m2] G=400
[W/m2] G=200
[W/m2]
scc Isc
[A] 0,00 3,40 2,81 16,80 4,05
în gol Uoc
[V] 0,00 1,10 1,11 3,24 5,59
MPP Imp
[A] 1,83 1,88 0,64 0,32 9,03
Ump
[V] 2,42 2,52 2,63 2,81 2,89
Pmp
[W] 0,61 0,53 1,86 2,96 10
Din Tabel ul 2.3 se observă că nivelul incertitudinilor parametrilor ob ținuți de la producător și prin
simulare sunt sub 10 %. Modelul propus poate fi util pentru a servi ca model de bază pentru
efectuarea de studii în domeniul modelării generatorului fotovoltaic.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
17 2.2.2. Influen ța varia ției temperaturii as upra caracteristicilor de curent și putere pentru un
panou fotovoltaic
Pentru a urmări influen ța temperaturii med iului ambiant asupra puterii produse de PV s -au
determinat caracteristicile I=f(U) și P=f(U) la radia ție solară constantă și varia ții de temperatură, Fig.
2.9 și Fig. 2.10.
Fig. 2.9. Caracteristicile I=f(U) la G=1000W/m2
și diferite valori de temperatur ă
Fig. 2.10. Caracteristicile P=f(U) la
G=1000W/m2 și diferite valori de temperatură
Efectele cre șterii temperaturii mediului ambiant asupra PV de tip Risen Energy SYP245S sunt
următoarele:
În zona (1) se men ține valoarea curentului constantă pentru fi ecare caracteristică; scăderea
valorii tensiunii, având ca rezultat reducerea puterii; se func ționează ca generator de curent.
În zona (2) valorile curentului pentru o func ționare optimă a generatorului, unde poate fi
determinat punctul de putere maximă; p entru fiecare caracteristică se men ține valoarea curentului în
punctul de putere maximă; pentru fiecare caracteristică scade valoarea tensiunii în punctul de putere
maximă; scade valoarea puterii produse de panoul fotovoltaic.
În zona (3) se produce o vari ație a puterii care corespunde unei tensiuni aproape constante
pentru fiecare caracteristică, în acest caz panoul PV este comparabil cu un generator de tensiune.
În Fig. 2.11 este prezentată caracteristica I=f(U) la temperatură de T=263,15 K, T=273,15 K,
T=298,15 K și T=323,15 K și radia ție solară G=1000 W/m2.
Fig.2.11. Caracteristicile I=f(U) pentru temperatura
T=263,15 K, T=273,15 K, T=298,15 K și T=323,15
K la radiație solară constantă cu 1000 W/m2 Fig. 2.12. Caracteristicile Pr(Gr,Tr)=f(U)
obținut e de la producător și prin simulare în
Matlab/Simulink
Din Fig. 2.9 ob ținută prin simulare și Fig 2.11 furnizată de producător se observă cum cre șterea
temperaturii, nu are influen ță asupra curentului de ie șire care î și men ține valoarea până la punctul d e
putere maximă iar tensiunea scade puternic, ceea ce duce la scăderea puterii de ie șire a panoului PV.
Caracteristicile ob ținute prin simulare, cât și cele furnizate de producător la temperaturi egale cu
T=298,15 K și T=323,15 K sunt identice.
Verificare a s-a făcut prin aplicarea modelului la panoul PV de tip Risen Energy SYP245S și
compararea caracteristicilor ob ținute prin simulare cu cele furnizate de producăt or. În Fig. 2.12 este
prezentat grafic varia ția puterii panoului fotovoltaic în func ție de tem peratură.
Din Fig.2.12. se observă că la cre șterea temperaturii, scade diferen ța dintre puterea generată
conform diagramei furnizate de producător și cea ob ținută prin simulare.
Rezumatu l tezei de doctorat
18
2.2.3. Influen ța varia ției radia ției solare și a temperaturii asupra caracter isticii de curent și
putere pentru un panou fotovoltaic
Pentru a putea determina influen ța radia ției solare și a temperaturii asupra puterii produse de
un panou fotovoltaic e se ridică caracteristicile I=f(U) și P=f(U) la varia ții ale radia ției solară și ale
temperaturii, Fig. 2.13 și Fig. 2.14.
Fig. 2.13. Caracteristicile I=f(U) la varia ții ale
radia ției solară și temperaturii
Fig. 2.14. Caracteristicile P=f(U) la varia ții ale
radia ției solară și temperaturii
Datorită cre șteri temperaturii mediului ambiant efecte asupra PV sunt următoarele:
În zona (1) se men ține valoarea curentului constantă pentru fiecare caracteristică, scăderea
valorii tensiunii, având ca rezultat reducerea puterii; se func ționează ca generator de curent.
În zona (2) valorile cu rentului pentru o func ționare optimă a panoului, unde poate fi determinat
punctul de putere maximă; pentru fiecare caracteristică se men ține valoarea curentului în punctul de
putere maximă; pentru fiecare caracteristică scade valoarea tensiunii în punctul de putere maximă;
scade valoarea puterii produse de panoul fotovoltaic.
În zona (3) se produce o varia ție a puterii care corespunde unei tensiuni aproape constante
pentru fiecare caracteristică, în acest caz panoul PV este comparabil cu un generator de ten siune.
În Fig. 2.15, sunt prezentate grafic, caracteristice puterilor ob ținute prin simulare în
Matlab/Simulink în func ție de varia ția temperaturii și radia ției solare.
Fig. 2.15. Caracteristicile I=f(U) obținute prin simulare în Matlab/Simulink, în fun cție de
temperatură și radia ția solară
Din Fig. 2.15 se observă următoarele efecte:
– creșterea tensiunii la func ționarea în gol ( Uoc);
– creșterea tensiunii din punctul de putere maximă ( Ump);
– scăderea curentului de scurtcircuit ( Isc);
– scăderea curen tului din punctul de putere maximă ( Imp);
– reducerea puterii furnizate de panoul fotovoltaic.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
19
3. OPTIMIZARE A PROIEC TĂRII CENTRALELOR FOTO VOLTAICE
Obținerea de energie electrică de la centralelele fotovoltaice (CFV) în condi ții economice și de
fiabili tate presupune o proiectare optimală, asociată în mod uzual cu procesul de dimensionare.
Procesul de dimensionare al CFV conectate la re țeaua electrică de distribu ție constă, în principal,
în selec ția panourilor fotoelectrice (PV) și a invertoarelor, deter minarea dimensiunilor și configura ției
ariilor PV și implicit, ale generatorului fotovoltaic, precum și calculul performan țelor tehnice și
economice estimate ale CFV.
În particular, dimensionarea optimală pentru o loca ție dată necesită o analiză a influen țelor
variabilelor dependente de amplasament, cum ar fi radia ția solară, temperatura, precum și analiza
dependen ței func ționării centralei în raport cu ace ști factori.
3.1. Analiza metodicii de proiectare
3.1.1. Reglementări, documenta ție tehnică și noi aspecte în literatura de specialitate
Problema fundamentală pe care o ridică proiectarea unei centrale fotovoltaice este determinarea
configura ției optimale a CFV și a loca ției optimale, selec ția și tipul componentelor instalate și
integrarea acestora, as tfel încât centrala CFV să asigure randamentul maxim de energie la cheltuieli
minime și pe toată durata ei de via ță.
Reglementările aplicabile domeniului și rezultatele studiilor și cercetărilor efectuate au oferit un
cadru pentru definire a metodologiei de proiectare a centralelor fotovoltaice .
Au fost elaborate reglementări aplicabile la centralelele fotovoltaice , în contextul definirii normelor
pentru re țelele electrice cu generare distribuită, pe care le enumerăm mai jos: UL Standard 1703:
Standard for Flat-plate Photovoltaic Modules and Panels ; UL Standard 1741: Inverters, Converters,
and Controllers for Independent Power Systems ; IEEE 929 -2000: Recommended Practice for Utility
Interface of Photovoltaic (PV) Systems; IEEE 1547 Series: Standard for Inter -connecting Distributed
Resources with Electric Power Systems .
În literatura de specialitate tematica proiect ării centralelor fotovoltaice cuprinde aspecte ale
metodologiei de proiectare : [61], [62]. Lucrarea ABB este un îndrumar elaborat de compania ABB
pentru proiectarea și instalarea centralelor fotovoltaice .
Pentru dimensionarea centralelor fotovoltaice conec tate la re țeaua electrică au fost concepute
și implementate programe software, care simulează performan țele centralelor fotovoltaice conectate la
rețea sau autonome, dintre care cele mai utilizate sunt cele pentru:
analiza și proiectarea CFV: PV F -CHART – www.fchart.com , PVSYST – www.pvsyst.com , PV-
DesignPro – www.maulsolarsoftware.com , PVselect – www.pvselect.com .
calcule de performan ță: overtrag – www.volker -quaschning.de /software/overtrag ;
analiza loca ției: ECOTECT – http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/pc ;
umbrire: ShadowsPro – www.shadowspro.com ).
Totuși utilizarea programelor software de dimensionare CFV este într -un fel inflexibilă, câtă
vreme rezultatul dimensionării este strict dependent de algoritmul integrat în software. Drept urmare,
programele software de dimensionare sunt adesea utilizate doar ca instrumente comparative la
procesul conven țional de dimensionare folosit în mod curent de către proiectan ții CFV.
Procesul de dimensionare, cu o abordare manuală [63] se bazează pe o procedură de tip
iterativ, prin selectarea panoului PV și a invertorului dintr -o bază de date, astfel încât caracteristicile
acestora să fie compatibile și astfel să poată fi determinată configura ția corespunzătoare a structurii
generatoru lui fotovoltaic, precum și parametrii electrici ai sistemului proiectat. Dacă caracteristicile
panourilor și configura ția lor ca generator PV este adaptată caracteristicilor invertoarelor, se poate
afirma ca procedura de dimensionare a realizat o configura ție optimală.
Au fost studiate și concepute diferite tehnici de optimizare pentru proiectarea centralelor
fotovoltaice , cum sunt: programarea evolutivă [ 64], algoritmul genetic (GA) [ 65], [66], optimizarea cu
metoda roiului de particule (PSO) [ 67], aplicar ea sistemului imunitar artificial (AIS) [ 68] etc.
Rezumatu l tezei de doctorat
20 Procedura uzuală de dimensionare tehnică a centralelor fotovoltaice implică mai mul ți pași care
să conducă la ob ținerea cantită ții estimate de energie produsă, întrucât CFV este dimensionată pe
baza energi ei anuale proiectată a fi produsă.
Etapele specifice în proiectarea CFV sunt următoarele : dimensionare panouri fotoelectrice;
dimensionare structură generator fotovoltaic; dimensionare invertoare; dimensionare cabluri cc și ca,
precum și echipamente auxili are; proiectarea elementelor de conectare la re țeaua electrică de
distribu ție.
Așa cum s -a prezentat pe parcursul tezei, Soarele este cea mai importantă sursă de energie
pentru procesele naturale de pe Pământ. Cantitatea de energie emisă de Soare într -o oră acoperă
necesarul energetic actual al Pământului pentru 1 an întreg.
Densitatea de putere a soarelui deasupra atmosferei este în medie de 1366 W/m2, aceasta fiind
redusă cu cca. 30% la trecerea prin atmosferă. Radia ția solară normală, la nivelul mării, într-o zi
senină, este de 1.000 W/m2.
Conversia energiei solare în energie electrică în CFV este realizată de celula fotovoltaică.
Eficien ța celulei fotovoltaice este redusă de limitări datorită efectelor cuantice, reflexiei optice,
recombinări ale purtăto rilor de sarcină, rezisten ța electrică a materialelor componente, de
imperfec țiuni mecanice ABB, [69].
Există o multitudine de categorii de sisteme de producere a energiei electrice bazate pe
conversia fotovoltaică, clasificarea făcându -se cu diferit e crit erii:
Clasificare după modul de racordare: CFV autonome (loca ții izolate) , CFV racordate la re țea;
Clasificare după loca ție: CFV pentru mediul urban , CFV pentru mediul rural;
Clasificare după modul de instalare: CFV cu BAPV (adaptate clădirii) , CFV cu BIPV (integrate în
clădire);
Clasificare după dimensiune: CFV reziden țiale (< 10 kW) , CFV comerciale (10..100 kW ), CFV
industriale (100..1000 kW ), CFV de utilitate publică (>1 MW).
Sistemele racordate la re țea
La aceste tip de centrale fotovoltaice , orice exc es de putere generată poate fi injectat înapoi în
rețeaua electrică. În lipsa soarelui, se poate consuma energie din re țea.
Conform unui scheme de sprijin Tarif pentru Energia Injectată (Feed+in Tariff ), proprietarul
sistemului fotovoltaic este îndreptă țit legal să fie plătit pentru energia generată.
Centrale autonome / hibride
O centrală fotoelectrică neracordată la re țea este de obicei echipată cu baterii de acumulatori,
astfel încât puterea să fie disponibilă și noaptea sau după câteva zile de radia ție solară redusă. Î n
acest caz, este necesar un invertor pentru conversia între curentul continuu și curentul alternativ
folosit de aplica ții.
Există trei categorii mari de sisteme autonome: CFV neracordate la re țea pentru electrificarea
zonelor rurale, CFV neracordate la re țea pentru aplica ții industriale, s isteme fotoelectrice pentru b unuri
de larg consum.
Tehnologia fotovoltaică are un impact neglijabil asupra mediului înconjurător, pot fi
implementate aproape oriunde și utilizează procese de produc ție comune, ceea ce determină un cost
redus și eficien ță în implementare.
3.1.2. Principii de proiectare
Pentru a începe planificarea și proiectarea unei centrale fotovoltaice , proiectantul trebuie să
verifice în primul rând, dacă loca ția este propice sau nu p entru amplasarea centralei fotovoltaice .
Pentru efectuarea analizei loca ției, proiectantul trebuie să colecteze datele care vor fi folosite
pentru estimarea produc ției de energie și costul centralei PV [ 70]: suprafa ța disponibilă, poten țiala
locație a cent ralei PV, posibilele loca ții pentru echipamentul auxiliar, traseele de cabluri, umbrirea,
particularită țile terenului (pentru sistemele PV montate la sol), orientarea, unghiul de înclina ție (pentru
PV montate pe acoperi ș).
Proiectantul trebuie să poată răs punde la orice întrebare despre centrala PV propusă și să
poată oferi alternative în func ție de diver și factori, precum loca ția instalării sistemului și nevoile
beneficiarului.
Principalele întrebări sunt:
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
21 Este loca ția/acoperi șul propice pentru centrala P V?
Care este durata de via ță a unei centrale PV?
Câtă energie va produce centrale PV pe an?
Ce se întâmplă cu sursa de energie în zilele înnorate?
Centralele PV au cost mare de operare? Ce mentenan ță este necesară?
Care este perioada de recuperare a in vestiției?
Condi țiile climatice
Cu cât este mai intensă și mai uniformă radia ția solară care cade pe panourile fotoelectrice, cu
atât eficien ța centralei este mai mare.
Pentru eficien ța CFV locația amplasă rii este deosebit de importantă : zonele nordice au o
energie solară disponibilă mai mică decât cele sudice.
Hărțile solare, care ilustrează poten țialul solar în diferite loca ții din Europa, sunt disponibile prin
Sistemul Informa țional Geografic Fotovoltaic (PVGIS ).
Centralele foto voltaic e trebuie proi ectate să reziste la toate condi țiile meteorologice posibile,
precum trăsnete, vânt până la 120 km/oră și temperaturi extreme, condi ții care pot reduce treptat
productivitatea sistemului.
Panourile fotoelectrice sunt mai eficiente la temperaturi scăzute, deci ar trebui să fie instalate la
o oarecare distan ță de acoperi șuri sau pământ, pentru a fi ventilate .
3.1.3. Optimizarea proiectării centralei fotovoltaice în baza metodei iterative
O primă cerin ță pentru proiectarea oricărei centrale fotovoltaice este dimensionarea corectă a
generatorului fotovoltaic prin determinarea capacită ții panourilor fotoelectrice în baza radia ției medii
solare lunare și anuale. Este important de a stabili o predic ție cât mai exactă posibil a energiei anuale
livrate de către CFV în ideea eficien ței economice. Acesta este un bun punct de pornire pentru
proiectarea centralei fotovoltaice conectate la re țeaua electrică.
Proiectarea se bazează pe o metodă iterativă, utilizând un algoritm iterativ [ 63]. Algoritmul
calculează dimensi unile panourilor , stringurilor și ariilor fotoelectrice, precum și configura ția lor și de
asemenea caracteristicile electrice ale CFV.
Dacă panourile și ariile PV se potrivesc caracteristicilor invertoarelor, procedura de
dimensionare a ajuns la configura ția optimală. În caz contrar, aceea și procedură se repetă prin
selectarea unei alte combina ții de configura ție de panouri PV și invertoare.
Programe software pentru dimensionarea racordului CFV la rețeaua electrică
Pentru proiectarea și modelarea re țelelo r electrice de distribu ție ce au integrată generarea
distribuită cu CFV se realizează proiectarea într -un mediu de programare u șor cu software de
proiectare a sistemelor electroenergetice, de exemplu, Paladin Design Base din familia de software
aplicat EDS A.
Folosite în aproape toate domeniile în care energia electrică este utilizată, produsele Paladin
Design Base asigură operarea corectă și continuă a sistemelor electrice din re țelele de transport și
distribu ție a energiei electrice, centrale nucleare, ter moelectrice și hidroelectrice, centre de comandă,
fabrici, platforme petroliere și alte structuri complexe care necesită alimentare continuă cu energie
electrică.
Softurile Paladin Design Base sunt folosite pentru modelarea, simularea, în țelegerea și
repro iectarea modului în care infrastructura electrică răspunde în cazul apari ției unor defecte
neprevăzute sau pentru mentenan ța uzuală a sistemului.
Alternativă la modelul informatic tradi țional, acest software propune o variantă care are drept
avantaj esen țial utilizarea unei re țele arborescente.
Prin utilizarea softurilor Paladin Design Base se permite cre șterea substan țială a vitezei de
lucru în următoarele direc ții principale: simularea proceselor din re țea și identificarea rapidă a
elementelor implicate într-un eveniment; accesarea și editarea documenta ției primare (sec țiuni prin
instala ții, scheme tehnice); între ținerea și consultarea datelor tehnice și statistice referitoare la
instala țiile din gestiune; interfa ță prietenoasă cu utilizatorul.
Rezumatu l tezei de doctorat
22
3.2. St udiu de caz – Proiectarea unei centrale fotovoltaice de medie putere
În acest subcapitol este abordată, ca studiu de caz, metodologia de proiectare pentru Centrale
fotovoltaice de la Cristuru Secuiesc, cu puterea la ie șire de 4,33 MW, la care autorul a ef ectuat
calculele de proiectare, optimizări, a participat la implementarea proiectului și la validarea solu ției
propuse .
3.2.1. Date tehnice și solu ția pentru panourile PV
Date tehnice generale de proiectare: Suprafa ța ocupată: A = 9,39 ha; Un = 0.46 kV / 20 kV;
Putere instalată : P = 4.801,06 kW; Putere aprobata: Pa = 4.330 kW.
Aplicând breviarul de calcul și algoritmul de optimizare prin metoda iterativă, pentru realizarea
instala ției s-a dimensionat un număr total de 18.722 de panouri PV de 255 W tip Sunt ech STP255 –
20/Wd plus 110 panouri PV de 245 W tip Suntech STP245 -20/Wd , amplasate pe structuri metalice.
Panourile fotovoltaice Suntech STP245 -20/Wd au următoarele caracteristici tehnice: Putere
PMPP = 245 W , Tipul de celule: poly -cristaline 60 buc/panou , Tensiune func ționare în gol V0C= 37,3V ,
Curent scurtcircuit Isc= 8,52 A , Tensiune VMPP= 30,5 V , Curent IMPP= 8.04 A , Eficien ța η= 15,10 % ,
Dimensiuni:1640 x 992 x 35 mm , Suprafa ța panoului:1,63 m² , Tensiunea maximă a sistemului:1.000 V
Coeficien ți de tempe ratura: Tc pentru tensiunea de func ționare în gol: -0,33 % /°C, Tc pentru
PMPP: -0,43 %/°C , Tc pentru Isc: 0,067 %/°C.
3.2.2. Invertoare și posturi de transfomare
Pentru transferul energiei produse în re țeaua de distribu ție, se vor monta 2 posturi de
transformare în interiorului parcului fotovoltaic.
Postul de transformare PT -1 se conectează radial cu postul de transformare PT -2 prin cablu tip
A2XS(FL)2Y 20kV 3x1x150/25mm2 în lungime totală de 355 m. De la postul de transformare PT -2 se
merge cu cablu tip A2XS(FL)2Y 20kV 3x1x150/25mm2 până la Punctul de Conexiuni (PC) în lungime
totală de 155 m.
Calculul energiei reactive
Conform Ordinului ANRE nr. 30/2013 și 74/2013, centrale fotovoltaice trebuie să aibă energia
reactivă capacitivă/inductivă egală cu zero, atunci când CFV nu produce. Astfel conform calculelor de
mai jos a fost realizată schema monofilară cât și configura ția tabloului general afer ent posturilor de
transformare.
Compensare putere reactivă în PT-1: cutie echipată cu o bobin ă de compensare de 5 kVAr/460V c.a.
Putere reactiv ă capacitiv ă aferentă cabluri
l C U Q02
02
32,54 kvar tronson cablu Al 150 mmp
U= 20 kV
ω=2πf= 314
C0= 0.254 μF/km pentru un circuit cabluri
l= 0,51 km 3* A2XSFL2Y 1*150 mmp
Func ționare î n gol Bucă ți Total kVAr func ționare in
gol
Putere reactiva -inductivă aferentă
transformator 2500 kVA, 20 /0.46 kV 13,8 2 27,60
Total 27.60
Realizarea comunica ției invertoarelor
Comunica ția invertoarelor se realizează cu echipamente dedicate aferent e Meteo Control și
anume, dispozitiv de comunica ție tip Web'log Pro Unlimited de la Meteo Control . Se folosesc 6 astfel
de dispozitive cu un număr maxim de 31 de invertoare conectate pe acestea.
Invertoarele se leagă în serie (de la 1 la 31) la Web'log pri n protocol RS485 cu cablu dedicat
aferent.
Planul centralei fotovoltaice este prezentat în Fig. 3.9.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
23
Fig. 3.9. Planul centralei fotovoltaice de 4,33 MW
3.2.3. Integrarea centralei fotovoltaice Cristuru în rețeaua electrică de distribu ție
Rezultatele ra cordării centralei fotovoltaice la rețeaua electrică de distribu ție sunt prezentate în
cele ce urmează.
Schemele electrice monofilare de distribu ție 20 kV zona Cristuru Secuiesc fără CFV 4,33 MW și
respectiv, cu CFV 4,33 MW sunt prezentate în Anexele 1 .a și 1.b, iar schema electrică monofilară a
CFV 4,33 MW este reprezentată în Anexa 1.c.
Pentru scenariile gol de sarcină (GS) și vârf de sarcină (VS), atât pentru regim normal de
funcționare, cât și pentru regim de avarie, s -au avut în vedere cerin țele pentr u căderile de tensiune,
circula țiile de putere și curen ții de scurtcircuit, de încadrare în standardele de performan ță și pentru a
nu se depă și valorile admisibile pentru elementele din re țea. Pentru contingenta (N – 1) s-a studiat
cazul cel mai defavorabi l: defect pe LEA Sighi șoara pe alimentarea din sta ția sursă – Stația Cristuru
Secuiesc. Schemele de simulare în EDSA sunt prezentate în Anexa 2.
În această situa ție s-au simulat următoarele scenarii pentru cazu rile cele mai dezavantajoase
:Scenariul 1: gol de sarcină (GS) cu aport CFV; Scenariul 2: gol de sarcină de avarie cu aport CFV.
Tensiunea în sta ție, de pe barele de 20 kV s -a considerat 21.0 kV ca valoare medie în urma
analizei prezentate în Tabelul 3.2. Rezultatele celor 2 scenarii sunt prezentate î n Tabelul 3.3. și
Tabelul 3.4.
În urma simulării la scurtcircuit, cu aportul CFV în zonă au rezultat valori ale curentului de defect
trifazat sub 5.4 kA. Aportul adus de centrale fotovoltaice este de 4,1 kA.
Tabel 3.2. Regimurile de func ționare studiate
Nr.
Crt. Caz Studiat Nod U[kV] /
ΔUmax [%] Pierderi Linii
electrice
kW kVAr
1 RED 20 kV Vârf de Sarcina
(VS) fără aport Centrala
fotovoltaice Cristuru
Secuiesc – 21 10
2 RED 20 kV GS cu aport
Centrala fotovoltaice
Cristuru Secuiesc Centrala
fotovolt aice
Cristuru Secuiesc 21,502 kV
-2,39% 110 100
3 RED 20 kV GS cu aport
Centrala fotovoltaice
Cristuru Secuiesc defect
LEA 20 kV Sighi șoara
preluare pe LEA 20 kV
Abator Centrala
fotovoltaice
Cristuru Secuiesc 21,643 kV
-3,05% 130 90
Rezumatu l tezei de doctorat
24 Tabel 3.3. Scenariul 1 : Calculul regimului de scurtcircuit la GS cu aportul CFV de 4,33 MW
Denumire
V 3P Flt LL Flt LG Flt LLG Flt Thevenin Imped
X/R A A A A Z+(pu) Zo(pu)
Bara 1 21000 4824 4177 4714 4821 0,5700 0,6098 2,8353
Bara 2 21000 4824 4177 4714 4821 0,5700 0,6098 2,8354
CFV 4,33 MW 21000 4064 3520 3874 3999 0,6765 0,7761 4,9313
Deriva ția Bodogaia 21000 4064 3520 3874 3999 0,6765 0,7761 4,9313
Deriva ția Soimosu 21000 2356 2041 1822 2281 1,1667 2,2185 1,5393
PT 18+48 21000 2613 2263 2142 2470 1,0523 1,7477 1,6566
PT 23 21000 3840 3326 3427 3748 0,7159 0,9764 3,1505
PT 25 21000 1878 1626 1424 1814 1,4643 2,8982 1,2233
PT 26 21000 2514 2177 2036 2384 1,0936 1,8667 1,5854
PT 27 21000 2154 1865 1676 2065 1,2766 2,3823 1,3632
PT 28 21000 3804 3295 3471 3710 0,7227 0,9314 3,4313
PT 34 21000 2831 2452 2389 2664 0,9711 1,5100 1,8354
PT 35 21000 2281 1975 1799 2178 1,2055 2,1839 1,4356
PT 49 21000 2718 2354 2259 2561 1,0115 1,6288 1,7390
St. Cristuru B1 21000 5141 4452 5210 5198 0,5348 0,5136 2,8757
PT Cristuru B2 21000 4824 4177 4715 4821 0,5700 0,6098 2,8355
Tabel 3.4. Calcu lul regimului de scurtcircuit la GS de avarie cu aportul CFV de 4,33 MW
Denumire V 3P Flt LL Flt LG Flt LLG Flt Thevenin Imped X/R A A A A Z+(pu) Zo(pu)
Bara 1 21000 4917 4259 4747 4861 0,5591 0,6195 2,5543
Bara 2 21000 4917 4259 4747 4861 0,5591 0,6195 2,5544
CFV 4,33 MW 21000 4080 3533 3875 4105 0,6738 0,7839 3,8592
Deriva ția
Bodogaia 21000 2855 2473 2284 2777 0,9630 1,7023 1,6620
Deriva ția
Soimosu 21000 2494 2160 1931 2434 1,1021 2,0985 1,4406
PT 18+48 21000 3969 3437 3321 3769 0,6927 1,0992 2,0463
PT 23 21000 3156 2733 2685 3084 0,8712 1,3377 2,0626
PT 25 21000 3905 3382 3556 3812 0,7040 0,9122 2,8597
PT 26 21000 4008 3471 3369 3809 0,6859 1,0771 2,1237
PT 27 21000 3866 3348 3271 3701 0,7112 1,1003 2,2162
PT 28 21000 3486 3019 3106 3420 0,7886 1,0817 2,4869
PT 34 21000 4035 3495 3417 3824 0,6813 1,0511 2,0648
PT 35 21000 3888 3367 3257 3710 0,7071 1,1197 2,1264
PT 49 21000 4000 3464 3363 3795 0,6873 1,0784 2,0499
St. Cristuru B1 21000 5141 4452 5210 5198 0,5348 0,5136 2,8757
St. Cristuru B2 21000 4917 4259 4747 4861 0,5591 0,6195 2,5545
Producere unei cantită ți mari de energie prin generare distribuită duce la creșterea capacită ților
de sc urtcircuit a sistemelor electroenergetice aproape de valoarea maximă de proiectare. Un remediu
realist la această problemă o reprezintă cre șterea impedan ței de scurtcir cuit a transformatorului IT /
MT care alimentează re țeaua electrică de distribu ție. De asemenea, la nivelul sta ției de evacuare a
CFV, pot fi montate reactoare și limitatoare de scurtcircuit de scurtă perioadă.
După construirea CFV, s -au verificat indicato rii de performanță ai centralei fotovoltaice:
Cerința ca factorul de putere în punctul comun de cuplare cu rețeaua ( PCC ) la puterea activă
maximă la care s -au efectuat măsurătorile să se încadreze la 0,9 inductiv/0,9 capacitiv.
Cerința ca CFV în regim norm al de funcționare să nu producă în PCC mai mult de ± 4 % variații
rapide de tensiune față de tensiunea nominală la medie și înaltă tensiune și de maxim ± 5 % din
tensiunea nominală la joasă tensiune.
Verificarea schimbul ui de putere reactivă cu rețeaua ele ctrică când PCFV=0.
Verificarea calității energiei electrice în punctul de racordare al CFV, cu cerințele corespunzătoare
pentru CFV cu putere instalată mai mare de 1 MW .
Verificările și măsurătorile efectuate arată că funcționarea CFV se încadrează în lim itele impuse
de normativele în vigoare.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
25
4. MONITORIZAREA INDICATORILOR DE CALITATE ÎN RE ȚELE ELECTRICE DE DISTRIBU ȚIE
CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
4.1. Impactul centralelor fotovoltaice asupra parametrilor re țelelor electrice de distribu ție
Rețelele el ectrice reprezintă legătura între procesul de producere și cel de utilizare a energiei
electrice și cuprind instala țiile de transport și distribu ție a acesteia.
Transmiterea energiei electrice spre consumatori se face prin sisteme de distribu ție, la difer ite
nivele de tensiune, nivele stabilite pe baza unor calcule tehnico -economice, care țin cont de pierderile
de energie, valoarea investi țiilor și a cheltuielilor de exploatare.
Deși au o structură sub formă de bucle, sistemele de distribu ție cu multiple puncte de
alimentare de la substa țiile înaltă tensiune (ÎT) / medie tensiune (MT) sunt folosite în configura ții
radiale, în a șa fel încât fiecare sta ție ÎT/MT alimentează o por țiune radială de sistem. Redistribuirea
circula ției de puteri în cadrul re țelei, în cazul apari ției unui defect, se face prin ramurile redundante ale
sistemului.
Tendin țele de adoptare a surselor distribuite în paralel cu dezvoltarea noilor tehnologii pentru o
generare la scară mică a energiei aduc modificări importante caracteristici lor sistemelor electrice de
distribu ție.
Prin urmare, cercetările în domeniu efectuate de -a lungul timpului au reliefat nevoia integrării în
rețelele de energie electrică a unor unită ți de generare fiabile, care să ofere calitatea „produsului” livrat
în raport cu valori ale investi țiilor și cheltuielilor de exploatare reduse.
4.2. Caracterizarea regimului nesimetric și deformant
4.2.1. Efecte ale regimului nesimetric și deformant
Creșterea cererii de produse performante, cu consum cât mai redus de materia le și energie a
determinat utilizarea de r eceptoarele cu control electronic. Echipamente, cum sunt: instala țiile de
prelucrare cu laser, acționări electrice, ventilatoare, corpuri de iluminat, calculatoare, convertizoare și
invertoare, în majoritatea lor, prezintă caracteristici tensiune -curent neliniare, constituind surse
perturbatoare/generatoare de armonici în re țea. Astfel, formele de undă ale tensiunii și curentului sunt
distorsionate diferit pe cele trei faze . Concomitent, un număr mare de utilizatori , care au caracteristică
tensiune -curent liniară, nu sunt echilibra ți pe cele trei faze, producând nesimetrii în re țeaua electrică
de alimentare.
Regimul dezechilibrat și cu distorsiuni armonice în rețelele electrice de joasă tensiune implică
existen ța inegalită ții valorilor efective ale tensiunilor și curen ților pe faze și/sau defazaj diferit de 1200,
precum și existen ța armonicile de tensiune și curent.
În acest sens, există cercetări privind dezvoltarea de metode și instrumente pentru cre șterea
calită ții energiei electrice [ 77], [78].
Studiul dezechilibrului de tensiune a permis standardizarea unor indicatori ai regimului
dezechilibrat și stabilirea de metode de evaluare în cazul re țelelor de joasă tensiune [ 79], [80], [81],
[82].
Modelarea curen ților în regim deformant, analiza efectelor acestora precum și introducerea de
noi seturi de indicatori capabili să caracterizeze calitatea energiei electrice la punctul comun de
cuplare (PCC) din punct de vedere al distorsiunii armonice face obiectul a numeroase cercetări [ 83], [
84], [85].
Dar o analiză pertinentă asupra indicatorilor de calitate a energiei electrice se poate face doar
în cazul în care dezechilibrul este analizat împreună cu perturba țiile introduse de către consumatorii
neliniari. În acest sens , există lucrări [ 86], [87], [23] care analizează regimurile dezechilibrate și
deformante, urmărind i mpactul sarcinilor neliniare asupra rețelei electrice de distribu ție și
fundamentarea de noi indicatori de calitate a energiei electrice.
Indicatorii defin iți de reglementările interna ționale sunt analiza ți în IEC 61000 -4-30/2003 , IEEE
Std 1459 -2000, cu evaluarea posibilelor erori care pot apărea în calculul indicatorilor. În [88], [89] se
Rezumatu l tezei de doctorat
26 arată că sunt numeroase cercetări privind dezvoltarea de algoritmi de hardware și software pentru
determinarea valorilor efective ale tensiunilor/curen ților și recomandă să se identifice posibilele erori
ascunse în calcul și interpretare.
Efectele produse într -o rețea electrică de regimurile nesimetrice sunt, asemănătoare efectelor
produse de regimurile deformante, de cre ștere a pierderilor de putere și energie, cu consecin țe
negative asupra randamentului de transfer a energiei electrice.
Toate aceste studii indică faptul că regimurile deformante și dezechilibrate sunt proce se
complexe, care necesită o caracterizare detaliată .
Scopul tezei este de modelare și simulare a regimurilor deformante și nesimetrice, în cazul
rețelelor electrice de distribu ție de joasă tensiune cu considerarea dezechilibrului și a armonicilor de
tensi une. Se determină indicatori caracteristici utilizând o aplica ția dezvoltată în MathCAD cu metoda
componentelor simetrice .
4.2.2. Noi indicatori ai regimului nesimetric și deformant în re țelele electrice de distribu ție
Regimul dezechilibrat și distorsion at al tensiunilor de fază pentru un sistem de alimentare
trifazat este descris cu considerarea descompunerii în serii Fourier, cu rela țiile:
1sin 2
kk
Rtkk
RU tRu
1 32
sin 2
kk
Stkk
SU tSu
(4.1)
1 32
sin 2
kk
Ttkk
TU tTu
unde: k este numărul de ordine al armonicii ,
k
RU este valoarea efectivă a tensiunii pe faza R
corespunzătoare pentru armonica de ordin k și
k
R este unghiul de fază ini țială a armonicii de
tensiune de ordin k.
Se consideră unghiul de referin ță pentru întregul sistem ca originea componentei tensiunii de
fază la frecven ță fundamentală [ 90].
Pentru sistemele trifazate de tensiune există o corelare între ordinul armonicii și secven ța de
rotație, Tabelul 4.2, [91].
Tabelul 4.2
Relația dintre ordinul armoni cii și secven ța de rotație pentru
…,,1,0n
Ordinul
armonicilor Frecven ța
de rota ție Secven ța
de rota ție
3n+1 (3n+1)ω Pozitiv
3n+2 (3n+2)ω Negativ
3n+3 (3n+3)ω Zero
Indicatorii specifici care caracterizează regimul nesimetric și deforman t se determină aplicând
metoda componentelor simetrice și utilizând proprietă țile armonicilor descrise în Tabelul 4.2.
Cu considerarea rela ției ( 4.1) se define ște matricea fazorilor tensiunilor de fază
corespunzătoare armonicilor de ordin k:
tk
TUk
SUk
RUkU
(4.2)
unde t indică transpozi ția matricelor .
Pentru separarea componentelor de regim echilibrat fa ță de regimul dezechilibrat se ține seama
de următoarele considerente.
În regim echilibrat, valorilor efective și unghiuril e de defazaj ale tensiuni lor de fază sunt :
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
27
k
TUk
SUk
RU și
k
Tk
Sk
R (4.3)
unde pentru k = 0,1,….∞, sunt valabile următoarele proprietă ți [92]:
1) armonicile de ordin k=3n+1, n=0, 1, 2,…., ale fazorilor de tensiune se rotesc în sens pozitiv cu
frecven ța f a rețelei. Componenta de secven ță pozitivă corespunzătoare acestor armonici va fi
nenulă , iar componentele de secven ță negativă și zero vor fi nule;
2) armonicile de ordin k=3n+2, n=0, 1, 2,…., ale fazorilor de tensiune și curent se rotesc în sens
negativ cu frecven ța f a rețelei. Componenta de secven ță negativă corespunzătoare acestor
armonici va fi nenula , iar componentele de secven ță pozitivă și zero vor fi nule;
3) armonicile de ordin k=3n+3, n=0, 1, 2,…., ale fazorilor de tensiune și curent nu se rotesc , sunt în
fază. Componenta de secven ță zero corespunzătoare acestor armonici va fi nenulă , iar
componentele de secven ță pozitivă și negativă vor fi nule.
4.3. Modul software pentru monitorizarea regimului deformant și dezechilibrat în re țele
electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice
Programul PS-DEF-DEZ-var1 pentru monitorizarea indicatorilor de nesimetrie în regim
deformant și dezechilibrat [ 25] este un instrument virtual realizat în limbajul de programare Java,
limbaj simplu de utilizat și care dispune de o multitudine de librării online ce pot fi utilizate gratuit.
Programul de calcul permite calculul indicatorilor regimului deformant și dezechilibrat, pe baza
modelului componentelor simetrice.
Cu acest program se face analiza și controlul nesim etriei, precum și încadrarea în limite a
nivelului de armonici de tensiuni, THD U și de curen ți THD I, datele ob ținute fiind afișate sub formă
grafică și tabelară. Acest instrument semnalizează/ avertizează sonor și optic depă șirea nivelului
factorilor de ne simetrie impu și prin normative.
Schema logică (Fig. 4.4) cuprinde trei module: <MANUAL>, <MONITORIZARE> și <
EVALUARE>. La ultimele două module există o comandă <SINUSOIDAL / NESINUSOIDAL> pentru a
calcula factorii de nesimetrie pentru cele două regimuri d e func ționare, precum și nivelul armonicilor în
cazul regimului deformant.
Func ționarea în modul de lucru <MANUAL>este realizată prin introducerea datelor de intrare,
tensiuni, curen ți de fază , precum și defazajul lor, urmat de comanda <PORNIT> ce are ca r ezultat
determinarea și afi șarea: componentel or simetrice ale tensiunii (zero, pozitivă și negativă);
componentel or simetrice ale curentului (zero, pozitiv și negativ); factorul ui de nesimetrie negativ de
tensiune, propuse de IEC 61000 -4-30; factorul ui de nesimetrie negativ de curent, propuse de IEC
61000 -4-30; factorul ui de nesimetrie negativ de tensiune, propus de IEEE 1159 -95; factorul ui de
nesimetrie negativ de curent, propusă de IEEE 1159 -95; valoar ii curentului de nul și valoar ii tensiunii
de deplasar e a nulului, pentru re țelele de distribu ție cu conductor neutru.
Al doilea modul <MONITORIZARE> este realizat conform schemei logice prezentate în Fig.
4.19.b, în care se citesc în timp real datele salvate de la sistemul de monitorizare (tensiuni/curen ți,
defazajul lor) dintr -un fișier de tip Excel. Cu aceste date se determină componentele de secven ță zero,
pozitivă, negativă , precum și factorii de nesimetrie negativi de tensiune și curent. Aceste itera ții se
repetă cât timp nu apar nesimetrii. Atunci când cel puțin un prag de caracterizare a funcționării în
regim nesimetric este depă șit, programul avertizează optic și sonor evenimentul și indică valorile
calculate. Modulele vor indica formele de undă ale tensiunilor și curen ților de fază. Se va opri alarma,
după care se așteaptă o altă comandă.
Pentru regimul deformant și dezechilibrat se dă comanda <NESINUSOIDAL> la care se
calculează și se afi șează componentele tensiunilor/curen ților de fază și indicatorii de nesimetrie și
distorsiune armonică, precum și spectrul armonicilor. După care așteaptă o nouă comandă.
Al treilea mod de lucru reprezintă modulul <EVALUARE> care este realizat conform schemei
logice din Fig. 4.4.c, în care se stabile ște perioada pentru care se face evaluarea parametrilor rețelei
electr ice de joasă tensiune, programul cite ște din fi șierul ,,input.xls” datele de intrare salvate de la
sistemul de monitorizare a re țelei electrice de distribuție pentru perioada selectată. Se determină
componentele de secven ță zero, pozitivă, negativă , precum și factorii de nesimetrie negativi de
tensiune și curent.
Rezumatu l tezei de doctorat
28
a)
b)
c)
Fig. 4.4. Schema logică pentru calcul al componentelor simetrice și al factorului de nesimetrie
negativ de tensiune și curent pentru : a) modul de lucru <MANUAL> ; b) modul de lucru
<MONITORIZARE> ; c) modul de lucru <EVALU ARE>
Cazul unui dezechilibru mai mare decât cel reglementat este semnalizat optic și sonor. Formele
de undă ale tensiunilor și curen ților de fază sunt reprezentate grafic. Itera țiile se repetă pentru un timp
de func ționare egal cu o oră. La finalul acestei perioade, se generează un fișier Excel cu calculele
realizate pentru intervalul de timp considerat. Pentru a eviden ția valorile de prag depă șite din fișierul
Excel acestea sunt marcate cu ro șu. Pentru o mai bună ev aluare a datelor determinate, se generează
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
29 și două diagrame cu evolu ția în timp a curentului de nul pentru rețelele electrice cu conductor neutru și
a factorului de nesimetrie negativ de tensiune și curent după IEC 61000 -4-30.
Panoul frontal al aplica ției pentru comanda < SINUSOIDAL> este prezentat în Fig. 4.5.
Fig. 4.5 . Panoul frontal al aplica ției cu afi șarea datelor pentru un regim sinusoidal
Programul fiind dezvoltat pe cele trei moduri de lucru <MANUAL> <MONITORIZARE> și
<EVALUARE> , acestea pot func ționa independent încât programul este structurat pe trei zone:
1. Zona mărimilor de intrare: tensiuni, curen ți de fază și defazajul acestora;
2. Zona mărimilor calculate, care con ține structuri în care s -au implementat relațiile date de IEC și
IEEE pentru determinarea următoarelor mărimi: componentele de secven ță zero, pozitivă și
negativă ale tensiunilor de fază; componentele de secven ță zero, pozitivă și negativă ale curen ților
de fază; curentul de nul; tensiunea de deplasare a nulului; factorul de nesime trie negativ de
tensiune conform IEC și IEEE; factorul de nesimetrie negativ de curent conform IEC și IEEE;
factorul de nesimetrie zero de tensiune și curent conform IEC; factori de nesimetrie a curentului de
fază în regim deformant și nesimetric; factori de nesimetrie a curentului de nul în regim deformant
și dezechilibrat .
3. Zona de prezentare grafică pentru: formele de undă ale intensită ții curentului electric și ale tensiuni i
la bornele consumatorului; varia ția nivelului factorului de nesimetrie de cu rent conform IEC pentru
intervalul de timp de monitorizare; factori de nesimetrie ai curentului de fază în regim deformant și
nesimetric; factori de nesimetrie ai curentului de nul în regim deformant și dezechilibrat.
Panoul frontal al aplica ției pentru co manda < NESINUSOIDAL >, este prezentat în Fig. 4.6.
Fig. 4.6 . Panoul frontal al aplica ției cu afi șarea datelor pentru regim deformant și dezechilibrat
Rezumatu l tezei de doctorat
30 Prin comanda <NESINUSOIDAL> la care se calculează și se afi șează expresiile indicatorilor ce
caracteriz ează regimul deformant și dezechilibrat sunt prezentate în Tabelul 4.3 și Tabelul 4.4 [ 25],
[91].
Tabelul 4.3. Factori de nesimetrie ai curentului de fază în regim deformant și nesimetric
Simbol Denumire Relația de calcul
b
pI
Componenta curentului simetric de fază
0233223213
nnInInIb
pI
uIp
Componenta curentului nesimetric de
fază
1b
pI
Componenta curentului simetric de fază
al fundamentalei
1
11
pb
pI I
bd
pI
Componenta curentului simetric
distorsionat de fază
212
s s
nInIbdpI
1u
pI
Componenta curentului n esimetric de
fază al fundamentalei
21
021
21I I Iu
p
ud
pI
Componenta curentului nesimetric și
distorsionat de fază
212n
pn
pud
p I I I
d
pI
Curentul rezidual distorsionat de fază
22
02
22
1kkIkIkId
pI
bd
pIk
Raportul între componenta curentului
simetric distorsionat de fază și
componenta curentului simetric de fa ză
al fundamentalei
1b
pbd
p bd
pIIIk
ud
pIk
Raportul între componenta curentului
nesimetric și distorsionat de fază și
componenta curentului simetric de fază
al fundamentalei
1b
pud
p ud
pIIIk
1u
pIk
Raportul în tre componenta curentului
nesimetric de fază al fundamentalei și
componenta curentului simetric de fază
al fundamentalei
11
1
b
pu
p u
pIIIk
u
pIk
Raportul între componenta curentului
nesimetric de fază și componenta
curentului simetri c de fază al
fundamentalei
1b
pu
p u
pIIIk
ITPD
Factor total de distorsiune pentru curent
2121 n
pu
pd
p
I
I II
TPD
ITPN
Factor total de nesimetrie pentru curent
s
pn
p
IIITPN
*
03 3
223 3
12 3
022 3
121 3
021 3
2
nnInInInInInIuIp
Prog ramul permite prelucrarea datelor și determinarea indicatorilor ce caracterizează regimul
deformant și dezechilibrat, cunoscând caracteristicile consumatorului trifazat: valorile tensiunilor și
curen ților de fază , precum și defazajul.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
31 Tabelul 4.4. Factori de nesimetrie ai curentului de nul în regim deformant și dezechilibrat
Simbol Indicator Relația de calcul
NI
Componenta curentului de nul
133
kk
simI IN
b
NI
Componenta curentului de nul
simetric
03 3
33
kn
simI Ib
N
uIN
Componenta curentului de nul
nesimetric
022 3
321 3
33
nn
simIn
simIuIN
d
NI
Componenta curentului de nul
distorsionat
233
kk
simId
NI
u
NIk
Raportul între componenta
curentului de nul nesimetric și
componenta curentului de nul
Nu
N u
NIIIk
d
NIk
Raportul între componenta
curentului de nul distorsionat și
componenta curentului de nul
Nd
N d
NIIIk
b
NIk
Raportul între component a
curentului de nul simetric și
componenta curentului de nul
Nb
N b
NIIIk
INTP
Factorul total a curentului de
fază nesimetric
s
fN
IIINTP
1
INTP
Factorul total al fundamentalei
curentului nesimetric
11
s
fN
IIINTP
Analiza comparativă pentru cazul a două centrale fotovoltaice
Programul software PS -DEF-DEZ-var 1 dezvoltat a fost utilizat în prelucrarea datelor și
determinarea indicatorilor ce caracterizează regimul deformant și dezechilibrat, în an aliza calită ții
energiei electrice în PCC cu rețeaua electrică de distribu ție a două centrale fotovoltaice (CFV) : Codlea
și Podu -Olt.
A1. Date tehnice pentru CFV Codlea
Suprafața ocupată: A = 10,00 ha, Un = 0. 40 kV / 20 kV; Putere instalata : Pi = 3.500 kW ; Putere
aprobata (kW /kVA) : Pa = 2.950 kW/3.206 kVA.
Date generator fotovoltaic: Număr de panouri PV: 12.58 0 de 245 W tip Eopply 156/60 -245 pe
structuri met alice, aranjate câte 20 panouri PV pe string, la o î nclina ție de 25 de grade și azimut
0 grade ( direcția SUD) . Sunt 624 de stringuri , Fig. 4.7.
Fig. 4.7. Planul centralei fotovoltaice de 2,95 MW.
Rezumatu l tezei de doctorat
32
Instala ția aferenta panourilor PV cuprinde :
Invertoare
Centrala fotovoltaică include 156 de inve rtoare de tip SUNGROW SG 20 KTL , cu: tensiune
maxim ă c.c. 1.000 Vc.c; tensiune de pornire 480 Vc.c; prag de lucru minim 480 – 800 V. c.c; putere
maxim ă c.c. 20,4 kW ; putere maxim ă c.a. 20 kW; tensiune maxim ă c.a. 4 00 V; randament 97,3 %.
Instala ția electrică pentru Posturile de Transformare
Pentru evacuarea energ iei produse în re țeaua de distribu ție, sunt montate 4 posturi de
transformare în interiorul parcului fotovoltaic: Post de transformare PT -1, 1.000 kVA, 0,4/20 kV; Post
de transformare PT -2, 1.000 kVA, 0,4/20 kV; Post de transformare PT -3, 1.000 kVA, 0,4/20 kV; Post
de transfomare PT -4, 1.000 KVA, 0,4 /20 kV. Schema electrică monofilară de încadrare în sistem este
prezentată în Fig. 4.8.
Fig. 4.8 Schema electrică monofilară de încadrare în sistem
Punctul de conexiuni este echi pat astfel: 1 celulă de linie (racord la LEA 20 kV) , 1 celulă
PT+măsură (conexiune centrală electrică fo tovoltaică -PT-1), 1 celulă de servicii interne cu
transformator de servicii interne 20/0,23 kV -4 kVA, grup de măsură pentru decontarea energiei
debitate/ consumate , aparat de analiză a calității energiei electrice.
Racordul electric la re țeaua electrică de distribu ție este realizat printr -un punct de conexiuni
(PCT), alimentat din Sta ția 110/20 kV Codlea, cu o alimentare de rezervă prin LEA 20 kV Vulcan .
B1. Date tehnice pentru CFV Po du-Olt
Suprafața ocupată: A = 7,00 ha; Un = 0. 36 kV / 20 kV; Putere instalata : Pi = 2.950 kW; Putere
aprobata (kW /kVA): Pa = 2.496,96 kW / 2.715 kVA.
Date generator fotovoltaic: Număr de panouri PV: 9.792 de 255 W tip Voltec VSPS -255-60-A pe
structuri met alice, aranjate câte 24 panouri PV pe string, la o î nclinație de 25 de grade și azimut
0 grade (direc ția SUD) . Sunt 3 x 136 de stringuri, Fig. 4.9.
Fig.4.9. Planul centralei electrice fotovoltaice de 2,5 MW
Podu -Olt
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
33 Centrala fotovoltaică include 3 invertoare de tip SUNNY CENTRAL 760CP XT , cu: tensiune
maxim ă c.c. 1.0 00 Vc.c; tensiune de pornire 510 Vc.c; prag de lucru minim 510 – 850 V.c.c; putere
maxim ă c.c. 853 kW; putere maxim ă c.a. 760 kW; tensiune maxim ă c.a. 376 V; randament 98,4 %.
Pentru evacua rea energiei produse în re țeaua de distribu ție, sunt montate 2 posturi de
transformare în interiorul parcului fotovoltaic: Post de transformare PT -1, 1.600 kVA, 0,36 /20 kV; Post
de transformare PT -2, 1. 600 kVA, 0,36/20 kV . Schema electrică monofilară de în cadrare în sistem
este prezentată în Fig. 4.10 .
Fig. 4.10 . Schema electrică monofilară pentru interfața CFV la PT1 și PT2 ale rețelei electrice
de 20 kV cu punctul de monitorizare din PCT
Punctul de conexiuni este echi pat astfel: 1 celulă de linie (racor d la LEA 20 kV) , 1 celulă
PT+măsură (conexiune CVF in PT-1), 1 celulă de servicii interne cu transformator de servicii interne
20/0,23 kV -25 kVA, grup de măsură pentr u decontarea energiei debitate/consumate, aparat de
analiză a calității energiei electrice . Racordul electric al CPV Podu -Olt la rețeaua electrică de
distribuție este realizat prin P unctul de C onexiuni (PC), alimentat din LEA 20 kV Hărman -Bod,
derivația 20 kV Podu -Olt.
S-au efectuat măsurători și s-au achiziționat date de monit ozorizare în PCC la CFV Codlea și
CFT Podu -Olt în data de 30.12.2015 care sunt prezentate in Anexa 3. Prelucrarea de date s -a
efectual cu modulul software PS -DEF-DES-var1 iar valoarea indicatori lor care caracterizează regimul
deformant și dezechilibrat pentru centralele fo tovoltaice CFV Codlea și CFV Podu -Olt în punctul de
conectare su nt prezenta ți în Anexa 4. Varia ția indicatorilor ce caracterizează regimul deformant și
dezechilibrat pentru centralele fotovoltaice CFV Codlea și CFV Podu -Olt sunt prezentate în Fig. 4. 11 –
4.16.
Fig. 4.11. Varia ția factorului de
nesimetrie a curentului de fază în regim
deformant și nesimetric
Fig. 4.12. Varia ția factorului de
nesimetrie a tensiunii de fază în regim
deformant și nesimetric
Rezumatu l tezei de doctorat
34
Fig. 4.13. Varia ția factorului total de
distor siune pentru curent
Fig. 4.14. Varia ția factorului total de
distorsiune pentru tensiune
Fig. 4.15. Varia ția factorului total de
nesimetrie pentru curent
Fig. 4.16. Varia ția factorului total de
nesimetrie pentru tensiune
Din Fig. 4.11 – 4.16 pent ru sistemul de tensiuni în PCC a le celor două CFV Podu -Olt și CFV
Codlea se observă:
– pe toată perioada de observa ție, în PCC a CFV Codlea, nivelul maxim al f actorului de distorsiune
a tensiunii este de 1,83 %;
– pe toată perioada de observa ție, în PCC a CFV Podu -Olt, nivelul maxim al f actorului de
distorsiune a tensiunii este de 1,04 %;
– pe toată perioada de observa ție, în PCC a CFV Codlea, nivelul maxim al factorului de nesimetrie
negativ de tensiune este de 0,66 %;
– pe toată perioada de observa ție, în PCC a CFV Podu -Olt, nivelul maxim al factorului de
nesimetrie negativ de tensiune este de 0,44 %;
4.5. Concluzii
Modulul software conceput a permis efectuarea unei analize comparative efectuate de autor
pentru monitorizarea calității energiei electice pe perioada de 24 ore, în data de 30.12.2015, la PCC în
cazul a două centrale fotovoltaice: Podu -Olt și Codlea .
Prin prelucrarea datelor și determinarea indicatorilor de calitate, programul de calcul dezvoltat
în Java permite caracterizarea regimul deformant și dezechilibrat.
Indicatorul total de regim dezechilibrat al tensiunii de fază echivalente și indicatorul total de
regim deformant al tensiunii de fază echivalente indică faptul că în PCC al CFV nu există un regim
deformant și dezechilibrat pentru siste mul de tensiuni .
Indicatorul total de regim dezechilibrat si deformant al curentului de fază echivalent indică faptul
că în PCC al CFV Podu -Olt și CFV Codlea predomină un regim deformant și dezechilibrat.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
35
5. STUDIUL REGIMULUI PERMANENT ÎN RE ȚELE ELECT RICE DE DISTRIBU ȚIE
CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
5.1. Analiza căderilor de tensiune în re țelele electrice de distribu ție
O temă de mare actualitate este cea a cre șterii calită ții transferului de energie și a eficien ței
energetice în re țelele electrice de d istribu ție, în care sunt conectate centrale fotovoltaice .
În literatura de specialitate sunt dezvoltate mai multe metode, devenite deja clasice, de
determinare a căderilor de tensiune și a pierderilor de putere pentru diferite structuri ale re țelelor
elect rice.
Problematica re țelelor electrice stradale lungi (lungimi de linii electrice > 500 m) de 0,4 kV [93],
scoate în eviden ță necesitatea dimensionării corecte a protec țiilor LEA de 0,4 kV , datorită
următoarelor aspecte:
– rețelele stradale de 0,4 kV lungi nu sunt protejate la scurtcircuit la capete le de re țea;
– rețelele stradale sunt protejate numai pe o lungime de 300 -500 m.
Tensiunile nominale și abaterile admisibile sunt stabilite prin standardul SR HD 472
S1:2002/A1:2013. În func ție de nivelul de tens iune și de cerin țele consumatorilor, abaterile de la
valoarea nominală a tensiunii admise sunt definite în func ție de tensiunea liniei, astfel:
a) liniile electrice cu tensiuni de 6 kV – 110 kV: ∆ U=±5%;
b) liniile electrice cu tensiuni mai mici de 1 kV: ∆ U=±10 %;
c) liniile electrice de distribu ție de 0,4 kV: ∆U=( -7 ÷ +5)% .
O analiză și o sinteză asupra modalită ților de calcul al căderilor de tensiune în func ție de
parametrii liniei electrice și ai consumatorilor este realizată în acest subcapitol.
5.1.2. C ăderi de tensiune în linii electrice cu consumatori dezechilibra ți
Dezechilibrul consumatorilor determină în liniile electrice trifazate căderi de tensiune și apari ția
curentului pe conductorul de nul [96], [97], [98], [99], [100], [101].
Cauzele dezechili brului consumatorilor trifaza ți echivalen ți sunt:
– dezechilibrul impedan țelor receptorilor trifaza ți;
– încărcarea diferită pe faze cu receptori monofaza ți;
– existen ța unor receptoare care au în structura lor elemente neliniare.
Pentru calculul căderilor de te nsiune se consideră cazul unei linii electrice trifazate cu
impedan țele de fază egale, la capătul căreia se conectează un consumator echivalent trifazat
dezechilibrat (Fig.5.6).
Fig.5.6. Linie electrică trifazată cu receptor dezechilibrat
Rezumatul tezei de doctorat
36 În ipoteza al imentării cu un sistem simetric de tensiuni, expresiile pentru tensiunile la bornele de
alimentare sunt:
0 0 0 RUjeRURU
2
032
0 0 aRUj
eRU SU
(5.16)
aRUj
eRU TU 032
0 0
unde a este operatorul numeric de rota ție,
23
21j a
În ipote za alimentării cu un sistem simetric de tensiuni, tensiunea de deplasare a nulului se
determină cu rela ția vectoriala [102] :
N eT eS eRN eT eS eR
Y Y Y YNYTYSYRY
NU U U UU
0 0 0 00
, (5.17)
unde admitan țele corespunzătoare sunt:
eReRZY1
,
eSeSZY1 ,
eTeTZY1 ,
NZNY1 , (5.18)
cu impedan țele echivalente pe faze:
R LR eRZ Z Z ;
S LS eSZ Z Z ;
T LT eTZ Z Z
și impedan ța conductorului de nul
NZ .
Tensiunile și curen ții de fază în raport cu c onsumatorul se ob țin prin calcul, cunoscând
parametrii re țelei de alimentare și ai consumatorului. Pentru determinarea căderilor de tensiune în linii
electrice cu consumatori dezechilibra ți se calculează [103] :
– curen ții de linie:
)0 0(N R eRU U Y IR
)0 0(N S eSU U Y IS
(5.19)
)0 0(NU U Y IT eT T
– tensiunile de fază la receptor:
R R RNZI U
S S SNZI U
(5.20)
T T TNZI U
Căderile de tensiune (valori efective) la capătul liniei electrice care alimentează receptorul
dezechilibrat se pot aproxima prin:
0N LR R U U U
0N LS S U U U
(5.21)
0N LT T U U U
Observa ții:
– admitan ța conductoarelor active are influen ță asupra căderilor de tensiune;
– admitan ța conductorului de nul are influen ță asup ra valorii tensiunii de deplasare a nulului;
– în cazul întreruperii conductorului de nul, cre ște valoarea tensiunii de deplasare a nulului, producând
supratensiuni pe faza cu impedan ță mai mare, iar pe faza cu impedan ță mai mică apare o
subtensiune;
– căderea de tensiune în linii electrice cu consumatori dezechilibra ți este influen țată de admitan ța
conductoarelor active și a conductorului de nul, precum și de impedan țele consumatorului
dezechilibrat.
5.2.1. Pierderi de putere în linii electrice
Pierderile de putere în parametrii longitudinali ai liniilor electrice au loc ca urmare a circula ției
curentului electric prin conductoare și au ca efect încălzirea prin efectul Joule -Lenz. Aceste pierderi de
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
37 putere sunt pierderi de putere activă, care au loc în rez isten ța liniilor electrice și pierderi de putere
reactivă, care au loc în reactan ța liniilor electrice [ 94].
Având în vedere că parametrii liniilor electrice sunt calcula ți pe fază, pierderile totale de putere
aparentă se determină cu rela ția [94]:
23*3 ILXjLR IILZ S
, (5.22)
în care: RL, XL, ZL – parametrii liniei electrice pe fază, I – valoarea efectivă a curentului, unde sarcina
este considerată de obicei la capătul liniei electrice.
Pierderile de putere aparentă se pot calcula în func ție de puterea activă și reactivă:
22 2
UQ P
LXjLRS
(5.23)
Partea reală a expresiei de mai sus reprezintă pierderile de putere activă:
22 2
UQ P
LRP
, (5.24)
iar partea imaginară reprezintă pierderile de putere reactivă:
22 2
UQ P
LX Q
(5.25)
Din re lațiile (5.24) și (5.25) se observă cum, pentru o func ționare optimă a liniilor electrice, se
impune o aten ție deosebită asupra etapei de proiectare, precum și a modului de exploatare a re țelei
electrice de distribu ție.
5.3. Mediul de programare NEPLAN uti lizat pentru calculul regimului permanent
NEPLAN este un mediu de programare pentru analiza, planificarea, optimizarea și simularea
numerica a funcționării rețelelor electrice. Interfa ța grafică u șor de utilizat permite utilizatorului să
efectueze în mod e ficient studii de caz.
Software -ul personalizabil are un concept modular și acoperă toate aspectele specifice
produc ției de energie electrică și rețelelor de transport și distribu ție.
Este potrivit, de asemenea, pentru sistemele de surse regenerabile de energie și aplica țiile
moderne, cu elemente de comunica ție a datelor și convertoare statice de putere caracteristice , așa
numitele rețele inteligente de energie (Smart Grids) , deoarece modelele necesare și metodele de
simulare sunt integrate cu o precizie și performan ță foarte mare.
În afară de calculele de regim permanent, calitatea energiei electrice, metode de optimizare și
de proiectare a protec țiilor, N EPLAN (Neplan_SmarterTools ) permite modelarea centralelor
fotovoltaice și eoliene utilizând comenzi pe ntru simulări numerice în detaliu ale regimurilor dinamice
(RMS / EMT) și integrând, de asemenea, modele Matlab / Simulink.
Baza de date comună și interfa ța unică de programare a aplica țiilor simplifică integrarea
NEPLAN în aplica ții externe.
NEPLAN permit e definirea, dezvoltarea și gestionarea de elemente ale sistemelor electrice,
date, biblioteci și grafică.
Principalele elemente utilizate pentru proiectare și aplica ții ale re țelelor electrice sunt: elemente
ale re țelelor electrice : linii electrice c.c. și c.a., transformatoare cu două, trei sau patru înfă șurări, bare
electrice; Echipamente clasice de compensare și control al tensiunii: condensatoare șunt,
condensatoare serie, bobine șunt, comutatoare de ploturi; Echipamente FACTS: compensatoare
statice VA R, SVC, STATCOM, condensatoare serie controlate prin tiristor TCSC, controlere UPFC;
Echipamente de control a unită ților de generare: generatoare, sisteme de excita ție, regulatoare
automate de tensiune AVR, stabilizatoare de putere PSS; Receptoare de puter e: receptoare cu
convertoare statice, motoare de induc ție.
5.4. Optimizări în re țele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice
Amplasarea centralelor fotovoltaice (CFV) determină modificări ale comportării sistemului
electroenergetic la conectarea în re țea a acestor surse regenerabile de energie. Exploatarea
Rezumatul tezei de doctorat
38 centralelor fotovoltaice schimbă caracteristicile sistemelor electrice de distribu ție, concepute inițial
pentru circula ții de puteri active, unidirec ționale, de la nodul de alimentare spre util izatori.
Pentru analiza influen ței centralei fotovoltaice asupra pierderilor de putere și a tensiunii în
nodurile re țelelor electrice de joasă tensiune , s-a considerat re țeaua test prezentată în Fig. 5.9.
Pentru studiu, s -a considerat o re țea electrică tes t de distribu ție cu tensiunea nominală de 0,4
kV, cu sarcina totală fiind P=320 kW, respectiv Q=58 kVAr.
Schema re țelei electrice de joasă tensiune test considerate este prezentată în Fig. 5.9. Re țeaua
test este de tip radial ramificată, formată din următ oarele elemente: un transformator 20/0,4 kV; un
nod de 20 kV; 16 noduri de 0,4 kV; consumatori trifaza ți echilibra ți.
Pentru această re țea test, s -au realizat mai multe scenarii, considerând cazul când CFV este
cuplată în diferite noduri, cu generare fie d oar de putere activă, fie de putere aparentă. Rezultatele
numerice pentru aceste scenarii sunt ob ținute cu programul NEPLAN.
5.4.1 . Influen ța amplasării centralei fotovoltaice asupra circula ției de putere
În vederea studierii influen ței amplasării CFV asupra re țelei electrice de joasă tensiune, s -au
considerat diverse scenarii.
Fig. 5.9. Schema test a re țelei electrice de joasă tensiune
Un prim scenariu consideră cazul în care CFV este conectată în nodul 6-0,4 kV , cu generarea
de putere activă de 320 k W. Cu programul NEPLAN s -a stabilit sensul circula ției de puter i, asociat cu
cel al puterii active (Fig. 5.10). Se constată că sensul circula ției de puterii se va schimba pe
tronsoanele de linie dintre nodul 6 -0,4 kV și nodul 4 -0,4 kV.
Fig. 5.10. Circul ația puterilor în re țeaua electrică de JT cu CFV conectată în nodul 6
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
39 Un al doilea scenariu consideră cazul în care două CFV sunt conectate în nodurile 8 -0,4 kV și
15-0,4 kV, care generează o putere echivalentă cu 320 kW. Cu programul NEPLAN s -a stabilit sensul
circula ției de puter i, asociat cu cel al puterii active (Fig. 5.11).
Fig. 5.11 . Circula ția puterilor în re țeaua electrică de JT cu CFV conectate în nodurile 8 și 15
Este eviden țiată și în acest caz o schimbare a sensului circula ției de puteri: sensul circula ției
puterii s -a schimbat pe tronsoanele de linie dintre nodurile 8 -0,4 kV și 6-0,4 kV, precum și între
nodurile 15 -0,4 kV și 13-0,4 kV.
Ambele scenarii eviden țiază influen ța pe care o reprezintă prezen ța CFV asupra circula ției de
puteri la nivelul re țelelor electrice de distribu ție. O inversare a sensului circula ției de curen ți și de puteri
necesită o nouă abordare în ceea ce prive ște protec țiile, având în vedere că în re țelele electrice de
distribu ție clasice, sensul este unidirec țional de la surse către utilizatori.
5.4.2 . Niveluri de tensiune și pierderi de putere în re țeaua test fără centrală fotovoltaică
Studiul urmăre ște stabilirea căderilor de tensiun e și a pierderilor de putere în re țeaua test de
joasă tensiune în regim normal de fun cționare (regim sinusoidal și echilibrat), pentru care se modifică
lungimea liniilor electrice dintre nodurile re țelei electrice test: Cazul I -lungimea liniilor electrice dintre
noduri este 100 m (Re țea test – RT1); Cazul II – lungimea liniilor electrice dintre noduri este 300 m
Rețea test – RT2).
Studiul are în vedere posibilitatea reglajului nivelului tensiunii în re țeaua electrică test prin
reglajul tensiunii transformatorului pe comutatorul de ploturi. Se consideră nivelul tensiunii la bornele
de joasă tensiune ale transformatorului de 20/0,4 kV: U2 = 0,4 kV; U2 = 0,42 kV; U2 = 0,44 kV.
a). Căderi de tensiune și pierderi de putere pentru rețeaua test RT1
Pentru rețeaua test de joasă tensiune, cu lungimea liniei electrice între noduri de 100 m, varia ția
tensiunii în nodurile re țelei test, calculate cu programul NEPLAN pentru cele trei niveluri ale tensiunii
reglate cu comutatorul de ploturi , sunt prezentate în Fig. 5.12.
Fig. 5.12. Tensiunile în nodurile re țelei test RT1, fără generare distribuită
Rezumatul tezei de doctorat
40 Se con stată că prin men ținerea în nodul la care este conectată înfă șurarea de joasă tensiune a
transformatorului de 20/0,4 kV a unui nivel de tensiune apropiat de valoarea maximă admisă prin
normative, tensiunea în nodurile re țelei test se încadrează în limitele ± 10 % din valoarea nominală.
Pierderile de putere în re țeaua test RT1, pentru U2=0,4 kV, U2=0,42 kV și U2=0,44 kV, calculate
cu softul NEPLAN, sunt prezentate în Tabel 5.2.
Tabel 5.2. Pierderile de putere în re țeaua test RT1, fără generare distribuită
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVAr] ∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVAr] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVAr]
0,40 23 9 2 18 25 27
0,42 21 8 2 18 23 26
0,44 19 7 2 19 21 27
Datele din Tabel 5.2 arată că prin reglarea tensiunii din comutatorul de ploturi al
transforma torului, pierderile totale de putere activă și reactivă scad odată cu cre șterea nivelului
tensiunii reglate prin comutatorul de ploturi.
b) Căderi de tensiune și pierderi de putere pentru re țeaua test RT2
Pentru re țeaua test de joasă tensiune , cu lungimea liniei electrice între noduri de 300 m , varia ția
tensiunii în nodurile re țelei test, calculate cu programul NEPLAN pentru cele trei niveluri ale tensiunii
reglate cu comutatorul de ploturi , sunt prezentate în Fig. 5.13 .
Fig. 5.13. Tensiunile în nodurile rețelei test TR2, fără generare distribuită
Datele din Fig. 5.13 arată că numai prin men ținerea în nodul la care este conectată înfă șurarea
de joasă tensiune a transformatorului a unui nivel de tensiune apropiat de valoarea maximă admisă
prin normative, t ensiunea în nodurile re țelei test se încadrează în limitele ± 10 % din valoarea
nominală.
Pierderile de putere în re țeaua test, pentru U2=0,4 kV, U2=0,42 k V și U2=0,44 kV sunt
prezentate în Tabel 5.4.
Tabel 5.4. Pierderile de putere în re țeaua test RT2, fă ră generare distribuită
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVAr] ∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVAr] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVAr]
0,40 107 42 3 22 110 64
0,42 95 37 3 21 98 58
0,44 89 35 3 22 92 57
Datele din Tabelul 5.4 arată că prin reglarea tensiunii din com utatorul de ploturi al
transformatorului, pierderile totale de putere activă și reactivă scad odată cu cre șterea nivelului
tensiunii.
5.4.3 . Niveluri de tensiune și pierderi de putere în re țeaua test cu o centrală fotovoltaică
a) Re țeaua test RT1
Datele o bținute cu softul NEPLAN în cazul conectării unei singure centrale fotovoltaice în nodul
6- 0,4 kV sunt prezentate în Fig. 5.14.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
41 Se constată că se modifică nivelul tensiunilor în nodurile re țelei test, valoarea cea mai mare a
tensiunii se ob ține în nodul u nde a fost conectata sursa CFV.
Fig. 5.14. Tensiunile în nodurile re țelei test RT1, cu CFV conectată în nodul 6 -0,4 kV
Pierderile de putere în re țeaua test, cu CFV conectată în nodul 6 -0,4 kV sunt prezentate în
Tabel 5.6.
Tabel 5.6. Pierderile de puter e în re țeaua test, cu CFV în nodul 6 -0,4 kV
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVAr] ∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVAr] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVAr]
0,40 16 5 1 16 17 21
0,42 18 7 2 17 20 24
0,44 23 9 2 20 25 29
Din Tabel 5.6, se observă cum prin cre șterea tens iunii și conectarea unei CFV, pierderile totale
de putere activă cresc de la ∆ P=17 kW la ∆ P=25 kW.
b) Re țeaua test RT2
Datele ob ținute cu softul NEPLAN în cazul conectării unei singure centrale fotovoltaice în nodul
6- 0,4 kV sunt prezentate în Fig. 5.15.
Nivelul tensiunilor în nodurile re țelei test RT2 se modifică, valoarea maximă fiind în nodul 6 – 0,4
kV unde a fost conectată CFV.
Fig. 5.15. Tensiunile în nodurile re țelei test RT2, cu CFV conectată în nodul 6 -0,4 kV
Pierderile de putere în re țeaua te st RT2, cu CFV în nodul 6 -0,4 kV, sunt prezentate în Tabelul 5.8.
Tabel ul 5.8. Pierderile de putere în re țeaua test RT2, cu CFV în nodul 6 -0,4 kV
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVA r]
∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r]
0,40 64 21 2 17 66 38
0,42 60 20 2 18 62 38
0,44 58 21 2 19 60 40
Rezumatul tezei de doctorat
42 Din Tabel ul 5.8, se observă cum , prin cre șterea tensiunii și conectarea unei CFV, pierderile
totale de putere activă scad de la ∆ P=66 kW la ∆ P=60 kW.
5.4.4 . Niveluri de tensiune și pierderi de puter e în re țeaua test cu două centrale fotovoltaice
a) Re țea test, RT1
În cazul conectării a două surse CFV, una în nodul 8 – 0,4 kV și una în nodul 15 – 0,4 kV, se
poate observa cum se modifică nivelul tensiunilor în nodurile re țelei test, astfel încât tensiu nea cea
mai mare este în nodul 6 – 0,4 kV , unde a fost conectata sursa CFV. Varia ția tensiunii în nodurile
rețelei test, cu CFV în nodul 8 -0,4 kV și 15 – 0,4 kV, este prezentată în Fig. 5.16 .
Fig. 5.16. Tensiunile în nodurile rețelei test RT1, cu CFV în
nodurile 8 -0,4 kV și 15 – 0,4 kV
Pierderile de putere în re țeaua test RT2, cu CFV cuplate în nodurile 8 -0,4 kV și 15 – 0,4 kV sunt
prezentate în Tabelul 5.10.
Tabel ul 5.10. Pierderile de putere în re țeaua test, cu CFV în nodurile 8 -0,4 kV și 15 – 0,4 kV
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVA r] ∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVAr]
0,40 12 4 1 16 13 20
0,42 14 5 1 17 15 22
0,44 19 7 2 19 21 26
Din Tabel ul 5.10, se observă că prin cre șterea tensiunii și conectarea a două CFV pierderile
totale de putere activă cresc de la ∆ P=13 kW la ∆ P=21 kW.
b) Re țea test RT2
Nivelurile tensiunilor în nodurile re țelei test RT2, cu CFV conectate în nodurile 8 -0,4 kV și 15 –
0,4 kV, este prezentată în Fig. 5.17.
Fig. 5.17. Tensiunile în nodurile rețelei test RT2, cu CFV în nodurile
8-0,4 kV și 15 – 0,4 kV
Pierderile de putere în re țeaua test RT2, cu CFV conectate în nod urile 8-0,4 kV și 15 – 0,4 kV
sunt prezentate în Tabel ul 5.12.
Tabel ul 5.12. Pierderile de putere în re țeaua test RT2, cu CFV
conectate în nodurile 8 -0,4 kV și 15-0,4 kV
U2
[kV] ∆P Line
[kW] ∆Q Line
[kVA r] ∆P Trafo
[kW] ∆Q trafo
[kVAr] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVAar]
0,40 45 14 1 17 46 31
0,42 43 14 1 17 44 31
0,44 41 15 1 18 42 34
Din Tabelul 5.12, se observă , cum prin cre șterea tensi unii și conectarea a două CFV, pierderile
totale de putere activă scad de la ∆ P=46 kW la ∆ P=42 kW.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
43 Pentru re țeaua test de joasă tensiune, cu lungimea liniei electrice între noduri de 100 m (RT1) și
300 m (RT2) , la care se conectează o centrală foto voltaică în nodul 6 -0,4 kV, precum și în cazul
conectării a două centrale fotovoltaice în nodurile 8 – 0,4 kV și 15-0,4 kV, varia țiile tensiunii în nodurile
rețelei test, calculate cu programul NEPLAN pentru trei niveluri ale tensiunii reglate cu comutatorul de
ploturi 0,4 kV, 0,42 kV și 0,44 kV , sunt prezentate în Tabelul 5.13 și Tabelul 5.14, precum și în Fig.
5.18 și Fig. 5.19.
Tabelul 5.13 Pierderile de putere în re țeaua test RT1 pentru cazul în care nu este conectat
CFV, cu CFV conectată într -un nod și cu CFV conectate în două noduri
U2
[kV] RT1 fără CFV RT1 cu o CFV RT1 cu două CFV
∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r]
0,40 25 27 17 21 13 20
0,42 23 26 19 24 15 22
0,44 21 27 25 29 21 26
Fig. 5.18. Pi erderile de putere în re țeaua test RT1 pentru cazul în care nu este conectată CFV, cu
CFV conectată într -un nod și cu două CFV conectate în două noduri
Din Tabel 5.13 și Fig. 5. 18 se observă cum pentru tensiunea de alimentare 0,40 kV și 0,42 kV,
cu lungim ea liniei electrice între noduri de 100 m, pierderile de putere scad pentru cazurile în care se
conectează una sau două centrale fotovoltaice . În cazul în care tensiunea de alimentare este de 0,44
kV, cresc pierderile de putere pentru situa ția în care se c onectează o centrală fotoelectrică.
Tabel ul 5.14. Pierderile de putere în re țeaua test RT2 pentru cazul în care nu este conectată
CFV, cu CFV conectată într -un nod și cu CFV conectate în două noduri
U2
[kV] RT2 fără CFV RT2 cu o CFV RT2 cu două CFV
∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r] ∆P re țea
[kW] ∆Q re țea
[kVA r]
0,40 110 64 66 38 46 31
0,42 98 58 62 38 44 31
0,44 92 57 60 40 42 34
Fig. 5.19. Pierderile de putere în re țeaua t est RT2 pentru cazul în care nu este conectată CFV, cu
CFV conectată într -un nod și cu CFV conectate în două noduri
Din Tabel ul 5.14 și Fig. 5. 19 se observă cum pentru tensiunea de alimentare 0,4 kV, 0,42 kV și
0,44 kV, cu lungimea liniei electrice între noduri de 300 m, pierderile de putere scad pentru cazurile în
care nu este conectată CFV, precum și pentru cazul în care se conectează una sau două CFV.
Din Tabel ul 5.13, Tabel ul 5.14, Fig. 5.18 și Fig. 5.19 se observă că este mai eficient să se
funcționeze cu re țeaua electrică având conectate două CFV decât în cazul în care se conectează o
singură CFV.
Rezumatul tezei de doctorat
44
6. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBU ȚII PERSONALE
6.1. Concluzii finale
Prezenta teză de doctorat a avut ca obiectiv principal stabilirea de soluții pentru cre șterea
calită ții și eficien ței energetice în r ețelele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice.
Pentru rezolvarea acestei problematici, autorul a efectuat cercetări pentru: optimizarea
structurii centralelor fotovoltaice în vederea cre șterii performan țelor acestora; dezvoltarea unor
metode și instrumente pentru monitorizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice cu
considerarea regimului deformant și dezechilibrat în rețele electrice cu generare distribuită;
modelarea și simularea unor scenarii privind posibilitatea controlului nivel ului de tensiune și
reducerea pierderilor de putere în nodurile re țelelor electrice de distribu ție la care sunt conectate
centrale fotovoltaice.
Capitolul 1 – Centrala fotovoltaică – sursă distribuită de energie
Conceptul de surse de energie distribuită câ știgă tot mai mult teren , datorită beneficiilor
tehnice, economice și de mediu, țintele fiind: îmbunătă țirea profilului tensiunii, reducerea pierderilor,
creșterea calită ții energiei electrice și a fiabilită ții alimentării utilizatorilor.
Dintre sursele d e generare distribuită, centralele fotovoltaice au o penetrare semnificativă în
sistemul electroenergetic.
Centrala fotovoltaică este formată din: generatorul fotovoltaic (PV); convertorul electronic de
putere și interfa ța cu re țeaua electrică de distribu ție.
Eficien ța CFV este direct legată de performan țele elementului de conversie fotoelectrică și
anume, de celula fotovoltaică. Principalele avantaje ale celulelor fotovoltaice sunt legate de simplitatea
construc ției lor, cost relativ redus, dependen ța rel ativ redusă de temperatură, mai ales a celulelor
fotovoltaice cu film sub țire. Dezavantaje ale celulelor fotovoltaice sunt legate de: disponibilitatea
materialelor, toxicitate și dependen ța performan țelor de condi țiile meteorologice.
Energia produsă anual de către CFV depinde de o serie de factori de care trebuie ținut cont la
stabilirea metodicii de proiectare a generatorului PV: radia ția solară, metoda de evaluare a puterii
debitate de panouri în condi ții de testare standard și, în condi ții de variație de temperatură, de metoda
de control a tensiunii la care se ob ține valoarea maximă a puterii debitate de panouri.
În CFV cu simplu etaj, reglarea punctului de putere maxim ă (MPPT) se realizează atât prin
reglarea tensiunii continue și prin transferul puterii la rețea. Astfel, pe partea de c.a. a convertorului,
sistemul PV este interfa țat cu re țeaua electrică de distribu ție în punctul comun de cuplare (PCC) printr –
un filtru trece -jos și un transformator de separare.
În CFV cu dublu etaj, convertorul electronic de putere este un convertor c.c. -c.c.-c.a. În felul
acesta, tensiunea c.c. este mai întâi amplificată la un nivel suficient de mare, apoi, o interfa ță VSC
trifazată amplifică de asemenea tensiunea c.a.
Datorită utilizării unui singur etaj de conversie a energiei, CFV cu simplu etaj este mai simplu,
mai economic și este utilizat pe scară largă de către marii producători.
Analiza efectuată de autor subliniază necesitatea stabilirii de noi solu ții pentru optimizarea
structurii centralelor electrice fotovolta ice, pentru a ob ține un transfer maxim de putere între
generatorul fotovoltaic și utilizator.
Asigurarea unui nivel al calită ții energiei electrice în re țele electrice de distribu ție în care sunt
conectate și centrale electrice fotovoltaice este o sarcină complexă, datorită prezen ței distorsiunilor
armonice, a modificării profilului tensiunii și a func ționării CFV numai pe timp de zi. Calitatea energiei
electrice în punctul comun de cuplare a CFV este caracterizată prin indicatori specifici, dintre care,
variația de tensiune, prezen ța armonicilor de tensiune și curent și nesimetria în re țelele electrice sunt
indicatori care au relevan ță tot mai mare pentru integrarea centralelor electrice fotovoltaice în re țelele
electrice de distribu ție.
Pentru asigurarea funcționării în siguran ță a sistemului electroenergetic s -au elaborat
reglementări privind cerin țele tehnice minimale pentru racordarea la rețeaua publică a CFV. Cerin țele
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
45 sunt particularizate pentru re țelele electrice de medie tensiune și de joasă tensiun e și se referă la
regimul dinamic de func ționare, regimul de scurtcircuit și la controlul puterii active și reactive. Condi țiile
de racordare la re țea a CFV din România, elaborate de Autoritatea Na țională de Reglementare în
domeniu l Energiei, sunt diferen țiate pentru cele două tipuri de CFV: dispecerizabile (cu P > 5 MW) și
nedispecerizabil e (cu P
5 MW).
Codurile de re țea stabilite prin reglementări pentru condi țiile de conectare la re țeaua electrică a
CFV reprezintă un instrument pe ntru asigurarea stabilită ții sistemului în condi țiile generării distribuite.
Analiza efectuată arată necesitatea abordării globale a conceptul ui de surse de energie
distribuit e, cu dezvoltarea unui model integrat de sistem electric în care să fie inclus ă centrala
fotovoltaică , ca fundament pentru cre șterea calită ții și eficien ței energetice în sistemul
electroenergetic.
Capitolul 2 – Modelarea și simularea panoului fotovoltaic și a generatorului fotovoltaic
Procesul de conversie fotoelectrică din generatoru l fotovoltaic este descris cu diferite modele
fizice și matematice, pornind de la schemele echivalente cu două, trei sau patru elemente pentru
celula foto voltaică cu o diodă. Numărul de parametri necesari pentru descrierea modelului este dat în
funcție de complexitatea schemei echivalente. M odelul cu trei parametri permite determinarea
caracteristicilor în condi ții reale de func ționare, cu o precizie suficientă în calculele de proiectare a
generatorului PV.
Pentru descrierea procesului de conversie fotoelec trică, autorul a dezvoltat un model echivalent
al generatorului fotovoltaic în Matlab/Simulink care permite determinarea următorilor parametri:
curentul produs Ig, curentul invers de satura ție al diodei Io, rezisten ța serie Rs, rezisten ța paralel Rp,
precu m și caracteristica curent -tensiune a generatorului fotovoltaic I=f(U) și caracteristica de putere
P=f(U). Studiul de caz este realizat pentru un panou fotovoltaic de tip Risen Energy SYP245S, la care
se cunosc parametrii celulei fotovoltaice pentru func ționare în condi ții de eficien ță maximă.
Modelul dezvoltat este util în proiectarea optimală a sistemelor PV, fiind un simulator PV simplu,
rapid și precis pentru previzionarea comportării panoului PV și a generatorului PV. Pentru analiză, pe
caracteristicil e de curent și putere sunt definite trei domenii ale tensiunii generate de panoul PV: zona
1 (curent constant), zona 2 (de curbura – MPP), zona 3 (de instabilitate , descre ștere de curent).
Simulările efectuate au permis punerea în eviden ță a influen ței var iației temperaturii și a
radia ției solare asupra caracteristicii de curent și putere a panoului PV și a generatorului PV. Astfel:
– La men ținerea constantă a temperaturii mediului ambiant și modificarea radia ției solare:
– În zona 1, corespunzătoare pe carac teristica de referin ță de curent domeniului de tensiune (0 –
24) V, curentul scade odată cu scăderea radia ției solare; panoul PV func ționează ca un
generator de curent;
– In zona 2, corespunzătoare pe caracteristica de referin ță de curent domeniului de tensiu ne (24 –
32) V, scăderea valorii radia ției solare are ca efect deplasarea spre valori mai mici a punctului
de putere maximă;
– In zona 3, corespunzătoare pe caracteristica de referin ță de curent domeniului de tensiune (32 –
37,3) V, scăderea valorii radia ției solare are ca efect scăderea valorii curentului și a puterii; în
acest caz , panoul PV tinde să se comporte ca un generator de tensiune.
– La men ținerea constantă a radia ției solare și modificarea temperaturii mediului ambiant:
– Odată cu cre șterea tempera turii, zona 1 se mic șoreaza; pe caracteristica de referin ță de
curent , domeniul de tensiune scade de la (0 -24) V la (0 -16) V; ca rezultat, se reduce puterea
generată de panoul / generatorul PV;
– La cre șterea temperaturii, zona 2 se deplasează către valori mai mici de tensiune și curent și
punctul de func ționare corespunzător puterii maxime generate se deplasează drastic spre
domeniul valorilor mici ale curentului/puterii generate;
– La cre șterea temperaturii, zona 3 se măre ște; cre ște domeniul de instabilitat e.
– La varia ția radia ției solare și a temperaturii mediului ambiant:
– Simulările confirmă datele ob ținute din determinări experimental e; odată cu cre șterea
temperaturii și scăderea nivelului de radia ție apare un efect sinergic de înrăută țire a
performantelor panoului/generatorului PV.
Rezumatul tezei de doctorat
46 Modelul conceput permite studii și analize pentru alte diferite condi ții de radia ție solară,
combinat cu diferite valori ale temperaturii de expunere a panoului PV/generatorului PV. Acest
modelul a fost validat prin compararea r ezultatelor ob ținute în simulare cu setul de caracteristici de
curent și putere furnizate de producătorul panoul ui PV.
Capitolul 3 – Optimizarea proiectării centralelor fotovoltaice
Proiectarea centralelor fotovoltaice conectate la re țeaua electrică de dis tribuție este asociată, în
mod uzual, cu procesul de dimensionare al CFV, care constă, în principal, în selec ția panourilor PV și
a invertoarelor, determinarea dimensiunilor și configura ției ariilor PV și implicit, ale generatorului
fotovoltaic, precum și calculul performan țelor tehnice și economice estimate ale CFV.
Proiectarea optimală a CFV pentru o loca ție dată necesită o analiză a influen țelor variabilelor
dependente de amplasament, cum sunt radia ția solară, temperatura, caracteristicile sistemului ele ctric
la care se racordează centrala fotovoltaică. Studiile realizate trebuie să conducă la determinarea
configura ției optimale a CFV, a loca ției optimale, selec ția și tipul componentelor și integrarea acestora
în sistemul electroenergetic, astfel încât ce ntrala fotovoltaică să func ționeze la randament maxim cu
cheltuieli minime și pe toată durata ei de via ță.
Există o mare varietate de programe de software pentru dimensionarea și simularea
performan țelor centralelor fotovoltaice conectate la re țea sau aut onome, multe utilizate doar ca
instrumente comparative în procesul conven țional de dimensionare folosit de către proiectan ții CFV.
Tehnicile de optimizare aplicate în proiectarea centralelor fotovoltaice au la bază programarea
evolutivă, utilizarea algorit milor genetici, metoda roiului de particule, aplicarea sistemului imunitar
artificial etc.
Procesul actual de dimensionare al CFV are, în general, o abordare manuală, bazată pe o
procedură de tip iterativ, prin selectarea panourilor PV și a invertoarelor dintr-o bază de date, astfel
încât caracteristicile acestora să fie compatibile, să asigure configura ția corespunzătoare a structurii
generatorului fotovoltaic, precum și parametrii electrici impu și de rețeaua electric ă la care se
conectează.
Principiile d e proiectare definesc principalii factori de care se ține seama în dimensionarea CFV,
cum sunt factorii care influen țează loca ția / amplasarea CFV (condi ții climatice, umbrirea, orientarea și
înclinarea panourilor PV, urmărirea radia ției solare), parametri i și caracteristicile re țelei la care se
conectează CFV, efectele generate de CFV asupra sistemului electroenergetic. Este cunoscut, în
acest sens, impactul generării distribuite asupra tensiunii și a capacității de scurtcircuit în re țelele de
distribu ție. Aportul CFV asupra varia ției de tensiune și a capacită ții de scurtcircuit într -o rețea electrică
nu este foarte ridicat, dar o cantitate mare de generare distribuită duce la cre șterea capacită ții de
scurtcircuit și mărirea nivelului de tensiune a re țelelo r electrice, aproape de valoarea maximă de
proiectare. Un remediu realist la această problemă o reprezintă cre șterea impedan ței de scurtcircuit a
transformatorului IT / MT care alimentează re țeaua electrică de distribu ție. De asemenea, la nivelul
stației de evacuare a CFV, pot fi montate reactoare și limitatoare de scurtcircuit.
Pe baza acestor principii a fost definită metodologia de proiectare de tip iterativ. Abordarea
iterativă pentru dimensionarea centralelor fotovoltaice conectate la re țea permite pun erea în acord a
parametrilor ariilor PV și a capacită ții invertoarelor cu cerin țele de fiabilitate și posibilită țile de integrare
a CFV în re țeaua electrică de distribu ție.
Ca studiu de caz, este prezentat modul de proiectare pentru centrala fotovoltaică de la Cristuru
Secuiesc, cu puterea la ie șire de 4,33 MW, la care autorul a efectuat calculele de proiectare și
optimizare și a participat la implementarea proiectului și la validarea solu ției propuse.
Sunt utilizate în total 18.722 de panouri PV de 255 W tip Suntech STP255 -20/Wd și 110 panouri
PV de 245 W tip Suntech STP245 -20/Wd , amplasate pe structuri metalice, dispuse pe o suprafaț a de
9,39 ha. Putere instalată este Pi= 4.801,06 kW iar putere aprobată Pa = 4.330 kW.
Verificarea conectării la re țeaua ele ctrică de distribu ție s-a realizat în mediul de programare
EDSA cu software de proiectare a sistemelor electroenergetice Paladin Design Base.
Pentru scenariile gol de sarcină și vârf de sarcină, atât pentru regim normal de func ționare, cât
și pentru regim de avarie, s -au avut în vedere ca cerin țele pentru căderile de tensiune, circula țiile de
puter i și curen ții de scurtcircuit să se încadra ze în standardul de performan ță pentru a nu se depă și
valorile admisibile pentru elementele din re țea.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
47 După construire a CFV, s -au verificat indicatorii de performan ță ai centralei fotovoltaice:
Cerin ța ca factorul de putere în PCC la puterea activă maximă la care s -au efectuat măsurătorile să
se încadreze la 0,9 inductiv/0,9 capacitiv. S -a constatat că la valori ale tensi unii în PCC, situate în
banda admisibilă de tensiune, puterile reactivă produsă/absorbită de CFV pot fi reglate continuu,
corespunzător unui factor de putere în valoare absolută de maximum 0,90 capacitiv și 0,90 inductiv.
Cerin ța ca CFV în regim normal de funcționare să nu producă în PCC mai mult de ± 4 % varia ții
rapide de tensiune fa ță de tensiunea nominală la medie și înaltă tensiune și de maxim ± 5 % din
tensiunea nominală la joasă tensiune. Pe parcursul intervalului monitorizat nu au existat varia ții
rapide ale tensiunii care să se situeze în afara limitelor admisibile de ± 4% din tensiunea nominală.
Verificarea schimbul ui de putere reactivă cu re țeaua electrică când PCFV=0. Din datele înregistrate
și analizate s -a constata t că, în condi ții de noapte, c entrala fotovoltaică are un schimb neglijabil de
putere activă cu re țeaua electrică, în timp ce valorile puterii reactive schimbate cu re țeaua se
situează, în medie, la 65 kVAr. Schimbul de putere reactivă este datorat comportamentului capacitiv
al cabluri lor din re țelele interioare ale centralei, cabluri care pe parcursul nop ții sunt slab încărcate.
Verificarea calită ții energiei electrice în punctul de racordare al CFV, cu cerin țele corespunzătoare
pentru CFV cu putere instalată mai mare de 1 MW, pentru î ncadrarea în limite a următorilor
indicatori: THD, armonici, factor de nesimetrie negativă și flicker în punctul de conectare.
Măsurătorile efectuate arată că pe parcursul intervalului de monitorizare: factorul de distorsiune a
curbelor sistemului de tensi uni s -a men ținut la valori aflate sub limita din normative; armonicile de
tensiune impare și cele pare se situează sub valorile prevăzute de normative; factorul de
nesimetrie negativă a sistemului de tensiuni prezintă valori sub limita de 2% prevăzută în
normative.
Verificările și măsurătorile efectuate arată că func ționarea CFV se încadrează în limitele impuse de
normativele în vigoare.
Capitolul 4. Monitorizarea indicatorilor de calitate în re țele electrice de distribu ție cu centrale
fotovoltaice
Generar ea distribuită poate sus ține re țeaua de distribu ție prin asigurarea nivelului de tensiune,
putere reactivă, pornire de la zero, rezolvarea congestiilor apărute precum și a surselor de rezervă
menite să alimenteze o zonă limitată de consum până la realizare a interven țiilor necesare. Toate
aceste servicii furnizate la nivelul re țelei de distribu ție au influen țe și asupra re țelei de transport,
generarea distribuită fiind astfel un sprijin și pentru acest nivel al re țelei.
Func ționarea generatoarelor conectate în paralel cu re țeaua se realizează în modul „p eak
shaving” (susținere a vârfului de sarcină), în cazul în care nu acoperă în totalitate sarcina la nivel local,
sau în modul „ net metering” (contor de re țea) dacă acestea au capacitatea de a acoperi local sarcina.
Dacă generatorul care func ționează în modul „p eak shaving” îmbunătă țește fiabilitatea prin scăderea
încărcării re țelei, generatorul ce func ționează în mod „ net metering” are influen ță asupra sistemului
prin inversarea circula ției de puteri. Dacă gen erarea locală depă șește contribu ția substa ției ÎT/MT,
fluxul de putere inversat poate deveni critic pentru coordonarea protec ției și supraîncărcarea liniilor.
Impactul generării distribuite asupra re țelelor electrice de distribu ție are în vedere:
– Sarcina maximă admisibilă a generării distribuite – este limitată de trei factori tehnici: nivelul
defectului, limitele termice și limitele de tensiune.
– Căderea de tensiune – când generarea distribuită func ționează la tensiune constantă prin varia ția
puterii reac tive de ie șire, efectul este de descre ștere a căderii de tensiune de -a lungul re țelei; dacă
puterea generată este mai mare decât sarcina din re țea, aceasta va circula de la generarea
distribuită la substa ție, cauzând cre șterea tensiunii.
– Scurtcircuitul – valoarea curentului de scurtcircuit depinde de: puterea surselor care alimentează
locul de scurtcircuit; distan ța electrică dintre surse și locul de scurtcircuit; tipul scurtcircuitului și de
timpul scurs din momentul apari ției scurtcircuitului. Analiza ara tă că conectarea unei surse cu
generare distribuită are ca efect cre șterea valorii curentului de scurtcircuit în toate nodurile re țelei.
– Calitatea energiei electrice – sistemele electronice utilizate pentru conectarea la re țea permit
limitarea sau chiar ev itarea apari ției fluctua țiilor de tensiune, dar pot determina apari ția de
importante perturba ții sub forma de armonici. Centralele fotovoltaice de puteri mari sunt trifazate și
realizate astfel încât să determine tensiuni simetrice la ie șire. În re țelele d e joasă tensiune,
Rezumatul tezei de doctorat
48 conectarea unor sisteme fotovoltaice monofazate, de putere redusă, poate determina apari ția unor
valori mari ale factorului de nesimetrie.
Analiza regimului de dezechilibru și în prezen ța armonicilor necesită un calcul laborios, astfel ca
un software specific și dedicat este util. Pentru modelarea și simularea sistemului trifazat în condi ții de
nesimetrie și distorsiuni armonice s -a dezvoltat o aplicație în mediul Mathcad, în care s -a implementat
o nouă metodologie de determinare a setului de indicatori ai regimului nesimetric și deformant în
rețelele electrice de distribu ție cu generare distribuită.
Setul de indicatori care caracterizează regimul nesimetric și deformant se determină aplicând
metoda componentelor simetrice și utilizând pro prietă țile armonicilor. Pentru fiecare armonică se
separară componentele de regim echilibrat fa ță de cele de regim dezechilibrat. Astfel, se pot defini
mărimi echivalente pentru tensiunea de fază în regim distorsionat și echilibrat: tensiunea de fază
echiv alentă regimului echilibrat și tensiunea de fază echivalentă regimului echilibrat a l fundamentalei,
precum și reziduul deformant al tensiunii de fază echivalent e regimului echilibrat.
În cazul regimului distorsionat și dezechilibrat nu mai există o legătur ă între ordinul armonicii și
sensul de rotire a fazorilor corespunzători. Chiar și pentru armonica fundamentală , în regim
dezechilibrat există cele trei componente de secven ță pozitivă, negativă și zero. Trebuie luate în
considerare toate componentele corespunzătoare de secven ță pozitivă, negativă și zero, astfel că
mărimi le caracteristice sunt: tensiunea de fază echivalentă regimului dezechilibrat; tensiunea de fază
dezechilibrată a fundamentalei; reziduul deformant a tensiunii echivalente de fază dezechil ibrată;
tensiunea echivalentă totală de fază în regim distorsionat și dezechilibrat. Setul de indicatori includ si
6 factori/ indicatori de distorsiune și dezechilibru .
Modul ul software pentru monitorizarea regimului deformant și dezechilibrat în re țele el ectrice de
distribu ție cu centrale fotovoltaice este un instrument virtual realizat în limbajul de programare Java.
Programul de calcul permite analiza și controlul nesimetriei, precum și verificarea încadrării în limite a
nivelului de armonici de tensiuni și de curen ți, datele ob ținute fiind afi șate sub formă grafică și
tabelară. Acest instrument semnalizează/ avertizează sonor și optic depă șirea nivelului factorilor de
nesimetrie impuși prin normative.
Față de modulul software prezentat de autorul Ionel Lepadat [25], autorul a adapt at și
implement at programul PS-DEF-DEZ-var 1 pentru preluarea datelor de la analizorul de rețea a
energiei electrice, Janitza U MG 511, datele fiind în format .csv, iar în lucrarea [25] datele au fost
preluate de la un soft ware de simulare a unei plăci de achizitii date.
Pe lângă factorii de nesimetrie pentru tensiuni și curen ți, cu verificarea limitelor admisibile
conform reglementărilor în vigoare, modulu l estimează valoarea curentului de nul și valoarea t ensiunii
de deplasare a nulului pentru re țelele de distribu ție cu conductor neutru.
Pentru regimul deformant și dezechilibrat , modulul, cu comanda <NESINUSOIDAL>, calculează
și afișează componentele tensiunilor/curen ților de fază și indicatorii de nesimetrie și distorsiune
armon ică, precum și spectrul armonicilor.
Interfa ța grafică prezin tă formele de undă ale intensită ții curentului electric și ale tensiuni i în
PCC ; variația nivelului factorului de nesimetrie de curent conform IEC pentru intervalul de timp de
monitorizare; facto ri de nesimetrie ai curentului de fază în regim deformant și nesimetric; factori de
nesimetrie ai curentului de nul în regim deformant și dezechilibrat.
Modulul software conceput a permis efectuarea unei analize comparative efectuate de autor
pentru monito rizarea calită ții energiei electrice pe perioada de 24 ore, în data de 30.12.2015, la PCC ,
în cazul a două c entrale fotovoltaice: Codlea și Podu -Olt.
Prin prelucrarea datelor și determinarea indicatorilor de calitate, programul de calcul dezvoltat
în Java permite caracterizarea regimul deformant și dezechilibrat. S -au obținut :
tensiunea de fază echivalenta (
b
pU ) și tensiunea de fază echivalentă a fundamentalei (
1b
pU )
sunt egale cu valoarea nominală a tensiuni i de alime ntare (RMS);
tensiunea echivalentă totală de fază în regim distorsionat și dezechilibrat
ud
pU reprezintă
rezidu ul deformant.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
49 Indicatorul total de regim dezechilibrat al tensiunii de fază echivalente
U TPU și indicatorul total
de regim deformant al tensiunii de fază echivalente
UTPD indică faptul că în PCC al CFV nu există un
regim deformant și dezechilibrat .
Pentru sistemul de curen ți în PCC, atât pentru CFV Podu -Olt, cât și pentru CFV Codlea se
observ ă:
curentul de fază echivalent (
b
pI ) și curentul de fază echivalent a l fundamentalei (
1b
pI ) sunt egale cu
valoarea nominală a curentului;
curentul echivalent total de fază în regim distorsionat și dezechilibrat
ud
pI , reprezintă rezidu ul
deformant;
indicatorul total de regim dezechilibrat al curentului de fază echivalent TPUI și indicatorul total de
regim deformant al curentului de fază echivalent TPD I ne indică faptul că în PCC al CFV predomină
regim ul dezechilibrat;
factorul de nesimetrie negativ de curent,
1u
pIk , este egal cu indicatorul total de regim dezechilibrat al
curentului de fază echivalent, TPUI, indică faptul că predomină regimul dezechilibrat.
Capitolul 5. Studiul regimu lui permanent în re țele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice
În prezent rețelele de distribuție alimentează un număr crescând de utilizatori dezechilibrați și
neliniari care determină un regim de funcționare nesinusoidal și nesimetric al acest or rețele, care are
ca efect căderi suplimentare de tensiune și apariția curentului pe conductorul neutru . Acest fapt are ca
primă consecință negativă creșterea pierderilor de putere în liniile electrice de transport și distribuție,
respectiv în transforma toare.
Calculul regimului permanent în rețelele electrice de distribuție de joasă tensiune include ca
etapă de bază determinarea căderilor de tensiune în liniile electrice.
În etapa de proiectare a rețelelor electrice, căderile de tensiune și pierderile de putere se
calculează luându -se în considerare regimul simetric sinusoidal. În etapa de exploatare reală, acest
lucru poate să ducă la supraîncărcarea liniilor electrice și a conductorului neutru sau chiar la
degradarea întregii rețele de distribuție.
Mediul de programare NEPLAN este util pentru analiza, planificarea, optimizarea și simularea
funcționării rețelelor electrice cu surse distribuite, modelele necesare și metodele de simulare fiind
integrate cu o precizie și performanță suficientă. În afară de calculele de regim permanent, calitatea
energiei electrice, metode de optimizare și de proiectare a protecțiilor, NEPLAN permite modelarea
centralelor foto voltaice, utilizând comenzi pentru simulări numerice în detaliu ale regimurilor dinamice,
integrând modelele din Matlab / Simulink.
Pornind de la constatarea că amplasarea centralelor fotovoltaice în sistemul electroenergetic
poate determina modificări ale regimului de funcționare a sistemului, autorul a propus un studiu pentru
a pune în evidență impactu l introducerii CFV asupra regimului permanent al rețelelor electrice de
distribuție de joasă tensiune, benefic pentru etapa de proiectare a CFV.
Pentru analiza influenței centralei fotovoltaice asupra pierderilor de putere și a nivelului de
tensiun e în no durile rețelelor electrice de joasă tensiune , autorul a considerat o rețea test de tip radial
ramificată, cu tensiunea nominală de 0,4 kV, cu sarcina totală de P=320 kW, respectiv Q=58 kVAr, la
care sunt cuplate una și apoi două centrale fotovoltaice. Simu lările sunt realizate pentru două scenarii:
scenariul 1 ( o singura CFV cuplată la rețeaua test); scenariul 2 (două CFV cuplate la rețeaua test).
Modelarea rețelei test și simulările efectuate pentru cele două scenarii arată:
– Modificarea sensului circulați ei de puter i – Ambele scenarii evidențiază influența pe care o
reprezintă prezența CFV asupra circulației de puteri la nivelul rețelelor electrice de distribuție. O
inversare a sensului circulației de curenți și de puteri necesită o nouă abordare în ceea c e
privește protecțiile, având în vedere că în rețelele electrice de distribuție clasice, sensul este
unidirecțional de la surse către utilizatori.
– Modificarea căderilor de tensiuni e și a pierderilor de putere în rețeaua test de joasă tensiune în
regim norm al de funcționare (regim sinusoidal și echilibrat) – Nivelul tensiunii în nodurile rețelei
test se poate menține la valori sub 0,44 kV, prin reglaj cu comutatorul de ploturi al
transformatoru lui din rețea.
Rezumatul tezei de doctorat
50 Analiza asupra simulărilor făcute conduce la ur mătoarele concluzii:
– Prin introducerea CFV se obține creșterea tensiunii în nodurile reț elei și scăderea pierderilor de
putere;
– În nodurile în care s -a conectat o centrală foto voltaică , iar puterea generată este egală cu cea
consumată în aval de PCC, se pr oduce schimbarea sensului de circulație a curenților;
– Conectarea CFV în rețelele electrice de joasă tensiune produce modificarea tensiunilor în funcție de
numărul, locul și puterea acestora. Este mai eficient să se funcționeze cu două sau mai multe
surse, având împreună puterea generată egală cu cea consumată, pentru a menține un nivel al
tensiunii egal cu cel impus prin normative;
Funcționarea rețelelor electrice de distribuție cu tensiunea la bornele secundarului
transformatorului egală cu valoarea maximă , 0,44 kV are ca rezultat scăderea pierderilor de putere și
menținerea tensiunii în toate nodurile în limitele stabilite prin normative. Este mai eficient să se
funcționeze cu tensiunea la bornele secundarului transformatorului egală cu valoarea maximă și să se
conecteze una sau mai multe centrale foto voltaaice , pentru a obține pierderi de putere minime și
tensiunea în nodurile rețelei electrice de distribuție în limitele stabilite prin normative;
Se impune ca integrarea centralelor foto voltaice într-o rețe a electrică să se realizeze în nodurile
în care nivelul tensiunii este cel mai mic pentru a evita apariția de supratensiuni.
6.2. Contribu ții personale și perspective
Considerăm ca având un caracter de noutate, rezultat al efortului creativ al auto rului,
următoarele:
1. Sistematizarea cunoștințelor legate de calitatea și eficien ța energetică în re țelele electrice cu
generare distribuită utilizând centrale fotovoltaice ;
2. Dezvoltarea unui model integrat de sistem electric care include central a fotovoltaic ă și
interfața la reteaua electrică, care permite s tabilirea de soluții pentru cre șterea calită ții și eficien ței
energetice în rețele electrice cu generare distribuită ;
3. Dezvoltarea unei metodolog ii de proiectare optimală a centralei fotovoltaice conecta te la
rețea, cu o metodă iterativă care a fost implementată în proiectarea și realizarea unei centra le
fotovoltaice de medie putere;
4. Adaptarea și implementarea programului software PS -DEF-DEZ-var1 pentru monitorizarea
indicatorilor de calitate a energie i electrice în nodurile re țelelor electrice de distribu ție cu centrale
fotovoltaice , cu i mplementarea unui sistem de avertizare asupra depășirii nivelului de nesimetrie
stabilit prin normative;
5. Stabilirea unei proceduri de monitorizare a indicatorilor î n regim deformant și dezechilibrat în
rețelele electrice de distribu ție cu centrale fotovoltaice , prin considerarea indicatorilor globali de
caracterizare a regimului deformant și dezechilibrat.
6. Punerea în eviden ță a influen ței amplasării centralelor fo tovoltaice asupra circula ției de puter i
și a nivelului tensiunilor în nodurile re țelei de distribu ție prin modelare și simulare în NEPLAN pe o
rețea test de distribuție tip radial ramificată în care sunt conecat e centrale fotovoltaice;
7. Stabilirea de sol uții de minimizare a pierderilor de putere în nodurile re țelelor electrice de
distribu ție cu centrale fotovoltaice , prin amplasarea în centrul de greutate a retelei electrice de
distribuție a centralei fotovoltaice.
Direc ții viitoare de cercetare
Pentru a profundarea problemelor ridicate de calitatea și eficien ța energetică în re țelele electrice
de distribu ție cu centrale fotovoltaice este necesară continuarea studiilor teoretice și experimentale,
care să vizeze:
1. Optimizarea procedurilor de monitorizare a indicatorilor de calitate a energiei electrice pentru
regimul deformant și dezechilibrat în rețelele electrice cu centrale fotovoltaice.
2. Continuarea studiilor pentru elaborarea unui indicator sintetic, practic, pentru definirea
nesimetriei re țelelor e lectrice de distribu ție cu generare distribuită.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
51
Bibliografie Selectivă
[1] Willis H.L., Scott W.G., Distributed Power Generation , New York, Marcel Dekker, 2000.
[2] Oprisan M., Pneumaticos S., Potential for electricity generation from emerging renewab le sources
in Canada , in Proc. IEEE EIC Climate Change Technology Conf.May 2006, pp.1 -9.
[3] Vatra F., Poida A., Integrarea si functionarea centralelor eoliene si a instalatiilor fotovoltaice in
sistemul electroenergetic, Editura SIER, 2012;
[4] Scarlatach e F., Grigoras G., Neagu B., Impactul generarii distribuite asupra reglajului de tensiune
in retelele electrice dedistributie, Revista Energetica, Vol. 62, ISSN: 1453 -2360, nr. 3, 2014, pp.
105-110;
[7] *** www.iea -pvps.org/report .
[18] Niitsoo J., Taklaj a P., Palu I., Klüss J. , Power Quality Issues Concerning Photovoltaic Generation
and Electrical Vehicle Loads in Distribution Grids , Smart Grid and Renewable Energy, 2015, 6,
pp. 164 -177.
[19] Ali S., Pearsall N., Putrus G., Impact of High Penetration Leve l of Grid -Connected Photovoltaic
Systems on the UK Low Voltage Distribution Network, International Conference on Renewable
Energies and Power Quality(ICREPQ’12)Santiago de Compostela (Spain), 28th to 30th March,
2012.
[20] González P. , Romero -Cadaval E., G onzález E., Guerrero M. A., Impact of Grid Connected
Photovoltaic System in the Power Quality of a Distribution Network, Technological
Innovation for Sustainability , 2011, Vol. 349, pp . 466 -473.
[21] Golovanov N., Eficiența și calitatea energiei electrice , Editura AGIR, București, 2007 .
[23] Chicco G., Postolache P., Toader C., Analysis of three -phase systems with neutral under distorted
and unbalanced conditions in the symmetrical comp onent -based framework , IEEE Transactions
on Power Delivery, vol. 22, no. 1, January 2007, pp. 674 – 683.
[25] Lepadat I ., Contribuții privind creșterea calității și eficienței energetice în sistemul de alimentare la
consumator, Teza de doctorat,Brașov, 201 4.
[33] Liu S., Dougal R. A., Dynamic multiphysics model for solar array , IEEE Trans. Energy Conv. , vol.
17, nr. 2, Jun.2002, pp. 285 –294.
[34] Hussein K. H., Muta I., Hshino T., Osakada M., Maximum photovoltaic power tracking: an
algorithm for rapidly cha nging atmospheric conditions , Proc. Inst. Elect. Eng. , vol. 142, nr. 1,
Jan.1995, pp. 59 –64.
[35] Batarseh I., Kasparis T., Rustom K., Qiu W., Pongratananukul N., Wu W., DSP-based multiple
peak power tracking for expandable power system , în Proc. 18th Annu . IEEE Applied Power
Electronics Conf. Expo , vol. 1, Feb. 2003, pp. 525 –530.
[36] Trishan E., Patrick L., Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking
Techniques , IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 22, no. 2, June 2007, pp. 439 -449.
[37] Wenkai W., Pongratananukul N., Weihong. Q., Rustom K., Kasparis T, Batarseh I., DSP-based
Multiple Peak Power Tracking for Expandable Power System, Proc. IEEE APEC , vol. 1, 2003, pp.
525–530.
[38] Pandiarajan N., Ranganath M., Mathematical Modelin g of Photovoltaic Module with Simulink ,
International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES 2011), 3 -5 Jan. 2011, pp. 314 –
319.
[39] Abdulkadir M., Samosir A. S.,. Yatim A. H. M, Modeling and simulation based approach of
photovoltaic system in simu link model , ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, May
2012, Vol. 7, no. 5.
Rezumatul tezei de doctorat
52 [40] Patel J., Sharma G., Modeling and simulation of solar photovoltaic module using Matlab /
Simulink, IJRET : International Journal of Research in Engineering and Techn ology, 2013, pp.
225-228.
[41] Duffie J.A., Beckman W.A., Solar Engineering of Thermal Processes , 2nd ed. New York: Wiley
1991.
[42] Neville R.C., Solar Energy Conversion : The Solar Cell , 2nd ed. New York: Elsevier, 1995.
[43] Chan D.S.H, Phang J.C.H., Analytical methods for the extraction of solar -cell single and diode
model parameters from I -V characteristics , IEEE Trans.Electron Devices, vol.ED -34,no.2, feb.
1987, pp. 286 -293.
[44] Nishioka K., Sakitani N., Uraoka Y., Fuyuki T., Analysis of multicrystall ine silicon solar cells by
modified 3 -diode equivalent circuit model taking leakage current through periphery into
consideration , Solar Energy Mater Solar Cells, vol. 91, no.13, 2007, pp. 1222 -1227.
[63] Alenezi F.Q., Sykulski J.K., Rotaru M., Grid-connec ted photovoltaic module and array sizing
based on an iterative approach , International Journal of Smart Grid and Clean Energy, vol.3,
no.2, April 2014, pp. 247 -254.
[64] Sulaiman S.I., Rahman, T.K.A., Musirin I., Design of grid -connected photovoltaic syste m using
evolutionary programming , IEEE International Conference on Power and Energy, (PECon 2010),
September Nov 29 – Dec.1, 2010, Kuala Lumpur (Malaysia), pp. 947 -952.
[65] Kornelakis A., Koutroulis E., Methodology for the design optimisation and the econo mic analysis
of grid -connected photovoltaic systems , Renewable Power Generation, February 2009, pp. 476 –
492.
[66] Sulaiman S.I., Rahman, T.K.A., Musirin I., Sizing grid -connected photovoltaic system using
genetic algorithm , IEEE Symposium on Industrial Ele ctronics and Applications (ISIEA 2011),
September 25 -28, 2011, Langkawi (Malaysia), pp. 505 -509.
[67] Khare A., Rangnekar S., Optimal sizing of a grid integrated solar photovoltaic system , Renewable
Power Generation, Vol. 8, Iss. 1, 2014, pp. 67 -75.
[68] R ahman T.K.A. Sulaiman S.I., Musirin I., Design of grid -connected photovoltaic system using
evolutionary programming , IEEE International Conference on Power and Energy (PECon 2010),
Nov 29 – Dec 1, Kuala Lumpur (Malaysia), pp. 947 -952.
[69] Earthscan, Plann ing and installing photovoltaic systems, International Institute for Environment
and Development, British Library, 2008.
[70] Shing J., Study and design of grid -connected solar photovoltaic system at Patiala, Punjab , Thapar
University, Patiala, 2010.
[77] Baggini, A., Handbook of power quality, Ed. John Wiley & Sons Ltd., 2008, pp. 163 –185.
[78]. Andrei M., Chicco G., Napoli R., Porumb R., Postolache P., Toader C., Technical and economical
challenges regarding the regulation of electrical energy quality , Energetica, nr. 2, 2004.
[79] Pillay P., Manyage M., Definitions of voltage unbalance , IEEE Power Engineering Review, Vol. 5,
May 2001, pp. 50 -51.
[80] Garcia D.C., Filho A.L.F., Oliveira A.G.M., Fernandes O.A., Francisco A., Voltage unbalance
numerical eval uation and minimization , “Electric Power Systems Research, 79, pp. 1441 -1445,
2009.
[81] Olczykowski Z., Wasowski A., Methods of voltage unbalance estimation in electric power
networks , Electrical power quality and utilisatio, journal vol. XII, no. 2, 2006 , pp. 71 – 76.
[82] Lepadat I., Mihai C., Helerea E., Abagiu S ., Monitoring the unbalance in power micro -grid,
International Conference of Scientific Paper, AFASES 2011, Brasov, 26 -28 Mai 2011, ISSN 2247 –
3173, 2011.
[83] Liew A.C., Excessive neutral curren ts in three -phase fluorescent lighting circuits , IEEE Trans. Ind.
Appl., vol. 25, no. 4, pp. 776 –782, Jul./Aug. 1989.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
53 [84] Carbone R., Menniti D., Momson R.E., Delaney E., Harmonic and Interharmonic Distortion in
Current Source Type Inverter Drives, IEEE T ransactions on Power Delivery. Vol. 10, No. 3, July
1995, pp. 1576 -1583.
[85] S.F. de Paula Silva, J.C. de Oliveira, The sharing of responsibility between the supplier and the
consumer for harmonic voltage distortion: A case study , Electric Power Systems R esearch 78,
2008, pp. 1959 –1964 .
[86] Zheng T., Makram E.B., Girgis A., Evaluating power system unbalance in the presence of
harmonic distortion , IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 18, no. 2, April 2003, pp. 393 –
397.
[87] Dell’ Aquila A., Marinell i M., Giuseppe V., Yanchetta P., New Power -Quality assessment criteria
for supply systems under unbalanced and nonsinusoidal conditions , IEEE Transactions On
Power Delivery, vol. 19, no. 3, July 2004, pp. 1284 – 1290.
[88] Albu M., Heydt G. T., On the Use of RMS Values in Power Quality Assessment, IEEE
Transactions on Power Delivery, 18(4), 2003, pp. 1586 -1587.
[89]. Apetrei D., Utilizarea filtrelor diferențiale cu decalaj în timp pentru identificarea perturbațiilor ,
Revista Energetica, Vol. 58, ISSN: 1453 -2360, nr. 11 -12, 2010, pp. 509 -511.
[90] Batrinu F., Chicco G., Ciortea A. O., Porumb R., Postolache P., Spertino F., Toader C.,
Experimental evaluation of unbalance and distortion indicators in three -phase systems with
neutral , Power Tech, 2007 IEEE Lausa nne, 1 -5 July 2007, pp. 1486 -1491.
[91] Lepadat I., Helerea E., Abagiu S. , Ciobanu A., Modeling and Simulation of the Three Phase
Systems in Distorted and Unbalance Conditions , Proceedings of ICATE 2012, ISBN 978 -1-4673 –
1809 -9, Universitaria Publishing Hou se Craiova, pp.115 -118.
[92] Abagiu S ., Lepadat I., Helerea E., Mihai C., Assessement of voltage quality indicators in
unbalanced and harmonic distorted regime , Pollack Periodica, 2015 (in curs de publicare).
[93] Blagu I., Stanescu D., Impactul generări i distribuite asupra rețelelor de distribuție existente ,
Conferinta Rețele Inteligente Smart Grid, Bran, 2 -3 noiembrie 2010.
[96] Katz H. Randy, Tech Titans Building Boom , IEEE Spectrum Febr. 2009.
[97] Inês M. Lima de Azevedo, Energy efficiency and conser vation: Is solid state lighting a bright
idea?, Proc. of the ECEEE 2007 Conference.
[98] Albu M., Chirilă A.I., Deaconu I.D., On the Model of a Compact Fluorescent Lamp as Load of a
Mixed LV Network , Proc. of the Eurosim Congress, Ljubliana, Sept. 2007.
[99] Lepadat I., Mihai C., Helerea E., Monitorizarea nesimetriei în microrețele electrice , The 12th
international Conferince AFASES 2010.
[100] Peter D.C. Instalații de distribuție a energiei electrice , Editura MEDIAMIRA, Cluj -Napoca, 2000.
[101] Ignat J., P opovici G. C., Rețele electrice de joasă tensiune , Editura Matrix Rom, București, 2003.
[102] Răduleț R., Bazele teoretice ale electrotehnicei, vol. II , Editura Didactică și Petagocică,
București, 1964.
[103] Lepadat I., Helerea E, Abagiu S. , Effect of the neutral interruption on the unbalanced three –
phase consumers, Proceeding of the 14th International Conference on Optimization of Electrical
and Electronic Equipment -Optim 2014, pp. 192 -197, 2014.
[104] Abagiu S. , Lepadat I., Helerea E, Influence of disper sion earth rezistance variation on the
consumers operatio n, Conference for Sustainable Energy CSE 2014, Transilvania University of
Brasov, pp. 431-441, 2014.
Rezumatul tezei de doctorat
54
Optimizări la sistemele electrice cu centrale fotovoltaice
Rezumatul tezei de doctorat
Condu cător Științific Doctorand
Prof. Univ. Dr.Ing. Elena Helerea Ing. Dipl. Sorin Florică Abagiu
Prezenta teză de doctorat are ca obiectiv central stabilirea de solu ții pentru cre șterea calită ții și
eficien ței energetice în re țelele electrice de dist ribuție cu centrale fotovoltaice .
Este dezvoltat un model care descrie procesul de conversie fotoelectrică și care permite analiza
în Matlab/Simulink , cu modelul echivalent al generatorului fotovoltaic , a influenței factorilor de mediu
asupra performanțel or generatorului fotovoltaic, ca bază a proiectării structurii generatorului din
centrala fotovoltaică.
Este dezvoltată o metodologie de proiectare optimală a centralei fotovoltaice conectate la re țea,
cu o metodă iterativă care este implementată în proie ctarea și realizarea unei centrale fotovoltaice de
medie putere.
Monitorizarea calită ții energiei electrice în punctul comun de cuplare la re țea a centralei
fotovoltaice este realizată cu o aplica ție dezvoltată î n mediul Java cu care se determin ă setul de
indicatori ai regimului nesimetric și deformant .
Este pus în eviden ță impactul amplasării centralelor fotovoltaice asupra circula ției de putere și
nivelului tensiunilor în nodurile re țelei de distribu ție și sunt propuse solu ții de limitare a varia ției
tensiunii în noduri și de minimizare a pierderilor de putere în liniile electrice .
Optimization of power systems with photovoltaic power plants
PhD Thesis Abstract
Scientific Coordinator , PhD Student ,
Prof. Univ. Dr. Ing. Elena Helerea Ing. Dipl . Sorin Florică Abagiu
The thesis has as main aim the establishment of solutions for increasing the power quality and
eficiency in the power distribution networks with photovoltaic power plants .
A model is developed that describes the process of photoele ctric conversion and which allows
an analysis in Matlab /Simulink , with photovoltaic generator equivalent model , to put in evidence the
influence of the environmental factos on the fotovoltaic generator performance, as basis for the
structure design of the photovoltaic generator .
A methodology is developed for the optimal design of grid -connected photovoltaic power plant
with an iterative method which is implemented in the design and implementation of a medium power
photovoltaic power plant .
The power qualit y monitoring at the point of common coupling of photovoltaic powe r plant to the
grid is achieved, and with a software application in Java the set of indicators of distorted and
unbalanced regime are obtained.
Impact of photovoltaic power plant location on power flow and voltage levels in the distribution
network nodes is highlighted , and new s olutions are proposed to limite voltage variation in nodes and
to minimize power losses in electric lines.
OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE CU CENTRALE FOTOVOLTAICE
55 CURRICULUM VITAE
NUME: ABAGIU
PRENUME: SORIN FLORICĂ
ADRESA:
TELEFON:
DATA NA ȘTERII: 12 FEBRUARIE 1953
STARE CIVILĂ: Căsătorit.
STUDII: 1968 -1972 Liceul teoretic “Dr. Ioan Me șotă”
1972 -1977 Facultatea de Electrotehnică, Universitatea
Transilvania din Bra șov
2003 -2005 Université de Technologie Be lfort – masterat
EXPERIEN ȚA: 2014 – prezent, șef serv. FDEE Electrica
Distributie Transilvania Sud SA
2006 – 2014, director Electrica Serv SA –
Sucursala Transilvania Sud
2000 – 2006, șef serv. FDFEE Electrica
Transilvania Sud SA,
1994 – 2000, director Braplast SRL
1983 – 1994, cercetător știintific, pr., gr.II, IPA
Bucuresti -Suc.Brasov
1977 – 1983, inginer sec ția energetică
Întreprinderea nr. 2 Bra șov
ALTE ABILITĂ ȚI: LIMBI STRĂINE: franceză -f.bine, engleză -bine,
germană -satisfăcător.
Cuno ștințe bune în MS Office, AutoCAD, C++, Matlab –
Simulink, EDSA, Neplan, Java.
CARNET DE CONDUCERE: Catagoria B.
TRĂSĂTURI PERSONALE: Capacitate de studiu, gândire tehnică, capacitate de
analiză și sinteză, capacitate de efort intelectual,
capacitate de organizar e și coordonare, spirit de echipă,
abilitate de exprimare, viziune de ansamblu
Rezumatul tezei de doctorat
56 CURRICULUM VITAE
LAST NAME: ABAGIU
FIRST NAME: SORIN FLORICĂ
ADDRESS: 7, Victoriei Avenue
PHONE:
BIRTH DATE: 12 February 1953
CIVIL STATUS: Married.
EDUCATION: 1968-1972 Theoretical High School “Dr. Ioan Me șotă”
1972 -1977 Bachelor degree, Faculty of Electrical
Engineering, Transilvania University of Bra șov
2003 -2005 Master degree, Université de Technologie
Belfort
WORK EXPERIENCE: 2014 – present, Dept. Chief , FDEE Electrica
Distributie Transilvania Sud SA
2006 – 2014, Manager Electrica Serv SA –
Transilvania Sud Subsidiary
2000 – 2006, Dept.Chief, FDFEE Electrica
Transilvania Sud SA,
1994 – 2000, Manager, Braplast SRL
1983 – 1994, cercetator st.pr.gr.II, I PA Bucuresti –
Brașov Subsidiary
1977 – 1983, Engineer, Energy Dept., Entreprise
no. 2 Bra șov
COMPETENCES: Foreign languages: french -very good, english -good,
germană – satisfactorily .
Computer skills MS Office, AutoCAD, C++, Matlab –
Simulink, EDSA, Neplan, Java.
DRIVING LICENCE: B.
SOCIAL SKILLS: Study capacity, technical thinking, analysis and synthesis
capacity, capacity of intellectual effort, organiyation and
coordination ability, team spirit, ability of expression,
overview
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Școala Doctorală Interdisciplinară Centrul de cercetare: Sisteme electrice avansate Ing. Dipl. Sorin Florică Abagiu OPTIMIZĂRI LA SISTEMELE ELECTRICE… [623529] (ID: 623529)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.