Operacje łączeniowe wyłącznikiem próżniowym w sieciach średniego napięcia z uwzględnieniem paneli fotowoltaicznych

mgr inż. Tomasz Kuczek

Promotor: Dr hab. inż. Marek Florkowski, Centrum Badawcze ABB w Krakowie
Dyscyplina: Elektrotechnika


Praca doktorska dotyczy wysokoczęstotliwościowych zagadnień łączeniowych wskazując na zjawiska fizyczne mogące wystąpić w procedurze przyłączania / wyłączania elektrowni fotowoltaicznej do / z sieci elektrycznej i wynikające stąd uwarunkowania techniczne dla obiektów uczestniczących w tej procedurze. Są to w szczególności zjawiska w wyłącznikach próżniowych i efekty ich oddziaływania na układy izolacyjne transformatorów i urządzeń elektroenergetycznych, systemy energoelektroniczne oraz układy sterujące.

Efektem rozprawy doktorskiej jest analiza topologii i sekwencji łączeniowych elektrowni fotowoltaicznej przyłączanej do sieci elektroenergetycznej pod kątem ryzyka wystąpienia wysokoczęstotliwościowych przebiegów w postaci ponownych zapłonów łuku elektrycznego wraz z identyfikacją parametrów aparatury oraz przepięć w różnych topologiach sieci. W toku realizacji pracy, wykonano badania laboratoryjne oraz symulacje stanów przejściowych z wykorzystaniem opracowanego modelu przyłączania elektrowni fotowoltaicznej do sieci dystrybucyjnej, zaimplementowanego w programach komputerowych EMTP-ATP (Electromagnetic Transients Program – Alternative Transients Program) oraz PSCAD (Power Systems Computer Aided Design). Wyniki symulacji porównano z wynikami badań eksperymentalnych wykonanych w różnych konfiguracjach układu. Opracowano zaawansowane modele elementów urządzeń elektrycznych stosowanych w odwzorowaniu elektrowni fotowoltaicznej w formie skryptowej oraz blokowej w obydwu środowiskach. Osiągnięto wysoką zbieżność wyników symulacji oraz pomiarów laboratoryjnych.

Przeprowadzono ocenę wpływu filtrów LC falownika solarnego na przepięcia. Rozważano przypadki transformatora w stanie obciążonym i jałowym oraz w stanie zwarcia w systemie. Zastosowanie odpowiedniej konfiguracji i parametrów filtra LC umożliwia wyeliminowanie tych zjawisk. Przedstawiona propozycja odpowiednich sekwencji łączeń pozwala na zminimalizowanie ponownych zapłonów łuku podczas otwierania wyłącznika próżniowego. Zbadano przepięcia łączeniowe generowane podczas operacji łączeniowych wyłącznikiem AC zlokalizowanym po stronie niskiego napięcia elektrowni fotowoltaicznej.

Istotnym elementem jest dobór środków ochrony przepięciowej. Zbadano możliwe sposoby tłumienia przepięć łączeniowych, przeanalizowano metody pasywne (ograniczniki przepięć, RC snubbery, szeregowe dławiki RL), zaproponowano wprowadzenie metody aktywnej poprzez dobór sekwencji łączeniowych oraz umożliwienie komunikacji między urządzeniami sterującymi wyłącznikiem próżniowym i falownikiem solarnym.

Opracowane rozszerzone modele aparatów i urządzeń elektroenergetycznych, sekwencje łączeń, analiza parametrów filtrów przekształtnikowych oraz zalecania dotyczące metod ochrony przepięciowej poszerzają możliwości koordynacji izolacji i mogą być przydatne w pracy projektowej i dalszych badaniach naukowych.

Pełna wersja autoreferatu tk_autoreferat.pdf

• prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka Recenzja nr 1
  
• prof. dr hab. inż. Janusz Fleszyński, PWr recenzja_j.fleszynski.pdf
  

1. Kuczek T., Florkowski M., Piasecki W.: Vacuum circuit breaker switching in photovoltaic power plants - investigation on transient overvoltages, 19th International Symposium on High Voltage Engineering ISH, Pilsen, 2015
2. Kuczek T., Florkowski M., Piasecki W.: Analyses of vacuum circuit breaker switching transients in medium voltage networks with respect to LC filters of solar converters, International Conference on High Voltage Engineering and Application ICHVE; Poznań, 2014
3. Kuczek T., Florkowski M., Piasecki W.: Transformer switching with vacuum circuit breaker: case study of PV inverter LC filters impact on transient overvoltages, IEEE Transactions on Power Delivery, ISSN: 0885-8977
4. Chmielewski T., Kuczek T.: EMTP-ATP simulation of two-level grid connected inverter subjected to switching operations using vacuum circuit breaker, European EMTP-ATP Users Group Meeting EEUG, Cagliari, 2014
5. Kuczek T., Florkowski M., Piasecki W.: Vacuum Circuit Breaker induced transients studies for inverter fed step-up transformer, International Conference on Power Systems Transients IPST, Cavtat, 2015
6. Kuczek T., Florkowski M.: Operacje łączeniowe wyłącznikiem próżniowym w sieciach średniego napięcia – analiza przepięciowa dla układów z filtrami LC falowników solarnych, Wiadomości Elektrotechniczne, no 04/2015, ISSN 0043-5112, Warszawa
7. Kuczek T., Florkowski M.: Vacuum circuit breaker switching in medium voltage networks with photovoltaic panels at low voltage side working as a supply source, The Scientific Papers of Faculty of Electrical and Control Engineering, vol. 31, ISSN: 1425-5766, Gdańsk, 2012
8. Oramus P., Kuczek T., Szewczyk M., Piasecki W.: Modeling of repetitive ignitions in switching devices: case studies on Vacuum Circuit Breaker and GIS disconnector, Springer Verlag: Lecture Notes in Electrical Engineering, Analysis and Simulation of Electrical and Computer Systems, vol. 324, ISBN: 978-3-319-11247-3, 2014
9. Kuczek T., Florkowski M.: Vacuum circuit breaker switching in photovoltaic power plants - investigation on overvoltage generation for various network topologies and network conditions, European EMTP-ATP Users Group Meeting EEUG, Dublin, 2013
10. Oramus P., Chmielewski T., Kuczek T., Piasecki W., Szewczyk M.: Transient Recovery Voltage analysis for various current breaking mathematical models: shunt reactor and capacitor bank de-energization study, Archives of Electrical Engineering, vol. 03/2015 ISSN: 1427-4221, 2015