Nastavení ochran pro bateriové úložiště

Integrace a růst počtu bateriových úložišť (BESS) v elektrické síti je v současné energetice žhavým tématem. V roce 2015 se společnost EDP Distribuiçao (EDPD) rozhodla v rámci své distribuční sítě instalovat unikátní bateriové úložiště. Nová technologie vyžaduje odpovídající ochranu. Aktuální otázka zabezpečení systémuBateriové úložiště společnosti EDPD je provozováno paralelně se sítí. Nabízí kontrolu činného a jalového výkonu nebo v ostrovním provozu zajistí 30minutovou dodávku energie pro klienta. Umožňuje také automatickou regulaci napětí a frekvence. Kromě ostrovního provozu je bateriové úložiště schopné energii buď spotřebovávat, nebo dodávat do sítě.V souvislosti s novou technologií je aktuální otázka chránění celého systému a nastavení ochran. EDPD, Siemens a INESC ID se proto zaměřily na analýzu reakce BESS na poruchové stavy v síti. Pro zajištění bezpečného provozu v obou režimech byla nově posuzována selektivita ochran. Řešení, které splňovalo požadavky na provoz, bylo implementováno. Pro ověření všech výpočtů a simulací, uskutečněných během návrhové fáze, EDPD na místě instalace provedlo několik testů, které zahrnovaly skutečné zkratové experimenty. Jak se ukázalo, některé výsledky těchto experimentů byly odlišné od simulací a teoretických výpočtů. Na základě studií a reálných testů oddělení pro automatizaci a nastavení ochran firmy EDPD navrhlo dvě sady nastavení ochran, jednu pro spolupráci se sítí a jednu pro ostrovní provoz. Přepínání mezi nastavením je automatické.  Obr.č.1: BEES parametry Problematika, kterou bylo třeba dobře zanalyzovat, vychází ze skutečnosti, že ochrany BESS jsou na vn straně a musí být citlivé jak na poruchy ve vn, tak na nn straně klienta. Zkratový výkon BESS je daleko menší než zkratový výkon sítě, a to může vést k obtížnější detekci poruchových stavů. Simulace provedeny výrobcem  BESS (Siemens)Jednalo se o simulaci poruch na nn straně u klienta, a to:o kovové spojení fáze-zem,o kovové spojení fáze-fáze,o třífázové kovové spojení,o 10 ? fáze-zem. Obr.č.2: Schéma elektrického modelu pro simulaci Ze simulací vyplynulo, že BESS dodá zkratový proud na nn přípojnici u klienta od 500 do 900 A, kdy 900 A je při kovovém spojení fáze-zem a při nominálním proudu BESS 681 A odpovídá 1,32 násobku In.Reakce BESS na skutečné poruchové stavy v místě instalaceExperiment zahrnul následující poruchy na nn straně klienta:o 25 ? spojení fáze-zem,o 25 ? spojení fáze-fáze,o kovové spojení fáze-fáze,o kovové spojení fáze-zem. Obr.č.3: Zjednodušené schéma zapojení Postup simulace jednotlivých poruch:1. ověření, že všechny vypínače jsou vypnuté;2. spuštění BESS v režimu black start a najetí 15 kV na vn přípojnici BESS;3. zapnutí vn vypínače u klienta a zajištění provozu vn transformátoru naprázdno;4. zapnutí pomocného vypínače na nn straně u klienta pro vytvoření poruchového stavu.Z naměřených hodnot vyplynulo, že při skutečných zkouškách byly poruchové proudy vyšší než při simulacích, a to především při zkouškách při nedokonalých zkratech.  Rozdíl je přisuzován faktu, že správně namodelovat chování střídačů na počítači je velmi obtížné. Obr.č.4:Kovové spojení fáze-zem  Obr.č.5:Hodnoty kovového spojení fáze-zem Výsledkem simulací a experimentů jsou dvě sady nastavení ochran, jedna pro paralelní spolupráci se sítí a druhá pro ostrovní provoz. Přepínání mezi nastavením je automatické v závislosti na poloze vn vypínače sítě.BESS během skutečného zkratu v 15 kV sítiPo nastavení a uvedení BESS do provozu dle simulací a testů došlo ke zkratu v 15 kV síti a BESS úspěšně najelo do ostrovního provozu pro zajištění dodávky energie pro klienta. Níže uvedený obrázek zobrazuje sled událostí. Obr.č.6: Přejetí BESS do ostrovního provozu Jak je patrné, na začátku zkratu se BESS podílí na dodávce zkratového proudu, ale po odpojení vn vypínače sítě tuto změnu detekuje, a reguluje se na 15 kV a 50 Hz a pokračuje v dodávce energie v ostrovním provozu. ZávěrAktivity provedené EDPD, Siemens a INESCID byly podstatné pro prohloubení znalostí chování BESS při poruchových stavech v síti. Testy skutečných zkratových poruch systému BESS byly nezbytné. Ukázaly, že aby bylo dosaženo odpovídajícího chránění pro BESS a síť, je nutné provést skutečné testy nad rámec simulací. Tato aktivita umožnila vytvořit postupy návrhu chránění pro BESS. BESS společnosti EDPD používá dvě sady nastavení, jednu pro paralelní spolupráci se sítí a druhou pro ostrovní provoz. Přepínání mezi nastavením je automatické v závislosti na poloze vn vypínače sítě. Akumulací energie prostřednictvím řešení SIESTORAGE se zabývají webové stránky www.siemens.cz/akumulaceenergie.