Stabilitetsanalyser ved integrasjon av småkraft i regional- og distribusjonsnettet.

Abstract

Forventninger om høyere kraftpris og et generelt økende effektbehov, i tillegg til økte muligheter for politisk aksept og tilskudd, gir økt interesse for å etablere nye fornybare produksjonskilder i Norge. Et gradvis økende antall interessenter melder sin ankomst, og nye produksjonsetableringer dreier seg primært om små vannkraftverk eller vindparker. Slike etableringer vil kunne medføre problemstillinger som krever relativt omfattende undersøkelser og analyser for å finne påvirkninger i tilhørende nettområder. I Fusa kommune i Hordaland er det stor satsing på små vannkraftverk. Dette gir behov for konsekvensanalyser i nettområder som berøres av integrasjonen. Over 20 nye småkraftverk er planlagt etablert. Disse befinner seg på ulike stadier i etableringsfasen. Hovedtyngden av småkraftverkene er planlagt tilkoblet på distribusjonsnettnivå, og dette nettområde er derfor tillagt mest fokus i dette arbeidet.Integrasjonen medfører at enkelte tiltak blir nødvendig i distribusjonsnettet for å kunne handtere den nye mengden kraftproduksjon. Enkelte overføringer vil kreve oppgradering for å unngå overbelastning i forhold til merkeverdier. Én av fire sekundærstasjoner mellom regionalnett og distribusjonsnett må oppgraderes til en høyere ytelse. For å unngå for høye spenninger i distribusjonsnett burde enkelte småkraftverk ilegges ansvar for reaktiv effektregulering. Med gjeldende koblingsbilde må totalt syv av de 21 planlagte enhetene kunne importere en mengde reaktiv effekt tilsvarende en kapasitiv effektfaktor på 0.95 dersom spenninger skal kunne holdes innenfor den definerte spenningsgrensa brukt i denne oppgaven.Småkraftverk vil påvirke systemets dynamiske stabilitet. Særlig den transiente responsen for systemet vil bli påvirket. Tilgjengelig dokumentasjon for småkraftverkene i systemet viser at alle er utstyrt med synkrongenerator. Det bør stilles krav til parameterverdier for denne typen generatorer i distribusjonsnettet, og da særlig angående generatorens reaktansverdier. Reaktansverdier for små generatorer vil være helt avgjørende for dens respons under transiente forstyrrelser. Analyser utført i dette arbeidet viser at transient reaktans i synkrongeneratorens direkteakse må ha en tilstrekkelig lav verdi for at generatoren skal kunne være transient stabil.I arbeidet er det benytta samme type transiente forstyrrelse for de fleste av analysene rundt det transiente aspektet. Denne forstyrrelsen er foreslått av SINTEF Energi AS som en standard for transient hendelse til bruk i slike analyser. Analysene viser at den transiente direkteakse reaktansen primært ikke bør ha verdier over 0.3 pu for at synkrongeneratorene, uavhengig av merkeytelse og belastningsgrad, skal være transient stabile mot nevnte forstyrrelse. Transient stabil verdi for denne reaktansen varierer med andre korresponderende reaktanser, men verdier over 0.3 pu vil kreve til dels urealistiske verdier for andre parametre i småkraftverkene. Hvilke reaktansverdier som kan tillates vil være svært avhengig av generatorens belastning. En belastningsgrad i området 70 % - 80 % vil gi lavere krav til reaktansverdier enn tilfeller med høyere verdier for samme forhold.Av det totale antallet på 21 småkraftverk er fire av disse allerede installert i distribusjonsnettet. For at disse skal være transient stabile mot forannevnte forstyrrelse må de redusere sin nominelle produksjon i forhold til det tilgjengelig dokumentasjon beskriver. Mengden som må reduseres for de fire som er installert avhenger av synkrongeneratorens reaktansverdier. Resultatene viser at generatorer med høye reaktansverdier må redusere sin relative produksjon mer enn generatorer med lavere reaktansverdier.For å kunne finne anbefalte verdier for reaktanser til nye småkraftverk er det utvikla en alternativ metode til bruk av dynamiske analyseprogram. Denne metoden gir reaktansverdier som skaper forutsetninger for at synkrongenerator er transient stabil mot den benytta typen forstyrrelse. Metoden er relativt mye forenkla i forhold til beskrivelser i relevant litteratur på området, og krever med dette et minimum av inputverdier. Metoden er testet og funnet tilfredsstillende til å kunne gi veiledende verdier for reaktanser til nye småkraftverk med synkrongenerator.