Řešení problémů v provozu přenosových sítí

Zatímco dříve, v klasické energetice, tekla energie v naprosté většině případů jedním směrem – od zdroje ke spotřebiteli, přenášela se na vyšších napěťových úrovních, a cestou k odběrateli se poté převáděla na nižší napěťové úrovně a rozváděla se do výrobních podniků, měst a obcí, kde se transformovala na napětí používané v zásuvce, dnešní situace je jiná. Nastupuje trend, kdy energetické zdroje – a to hlavně menší OZE – jsou připojovány na různých místech, a za příznivých podmínek může být jejich výroba v určitém bodě vyšší než požadovaná spotřeba.
V praxi to znamená, že energie může proudit i obráceně – přesouvá se od dřívějších spotřebitelů do distribuční soustavy. To zvyšuje nároky na parametry infrastruktury sítí i jejich zatížení. Je přitom nutno počítat také s tím, že tyto nároky se budou dále zvyšovat i proto, že se v budoucnosti rozvine i elektromobilita, která rovněž ovlivní provoz na těchto sítích. Ať už požadavky na nabíjení těchto vozidel (elektromobily v případě řízených sítí mohou fungovat jako velké spotřebiče), tak i např. uvažovanými možnostmi jejich využití jako dočasného úložiště momentálně nespotřebovávané energie.

Lokalizace a izolace poruch v distribuční síti
S tím, jak se zvyšuje zatížení sítí, se mohou objevit i častější výpadky. V případě, že dojde k výpadku, je důležité co nejrychleji poruchu najít a odstranit, aby se omezila skupina zákazníků, které jsou jím postiženi. Jde o zachování, resp. rychlé obnovení dodávky elektřiny.
Některé regulační úřady (včetně českého ERÚ) již sledují parametry SAIDI, SAIFI a jiné, tj. počet a délku výpadků v dodávkách energie i počet zákazníků, na něž měly dopad, a podle toho vyhodnocují rozvodné podniky. U nás zatím nejsou sankce v případě nižší kvality (nebo naopak určité výhody či bonusu v případě dodržování pravidel a dobré kvality dodávky) tak významné, ale např. ve Skandinávii nebo v Irsku, kde je penalizace daleko vyšší, to již funguje jako motivační faktor, který vedl k investicím do zkvalitnění distribučních sítí.
Lokalizace (a eliminace) poruch slouží primárně k tomu, když na vedení VN dojde k poruše (např. je přerušeno vedení vlivem námrazy, pádu stromu apod.), aby důsledky byly minimální a poruchu bylo možné co nejrychleji izolovat. Každý z provozovatelů distribuční sítě má síť rozdělenou pomocí tzv. úsečníků na určité sektory. Každá linka (kromě koncových bodů nebo zakončení) je napájena tzv. kruhovaně, je možné napájet ji ze dvou míst. Pokud dojde k poruše na vedení, distributor se v první fázi snaží nalézt místo, kde k ní došlo a pomocí úsečníků vymezit tu část, kde je porucha, odpojit ji, aby bylo možné provést opravu. V praxi to tedy funguje tak, že až k úseku, kde je vedení na trase přerušeno, je část napájena z rozvodny A, část z druhé strany z rozvodny B. Čím dříve je porucha lokalizována a izolována, tím rychleji může být odstraněna a obnovena dodávka energie zákazníkům, kteří jsou připojeni k postižené části.

Zjistit kde porucha je, se dá různými způsoby
Tradiční, běžně používaný postup je, že vyjede četa navigovaná dispečerem, která ovládá úsečníky ručně, tzn., že se odpojí vždy část sítě a zjistí se, zda se porucha vyskytuje v daném místě nebo ne. Když v daném úseku závada není, daná část se opět připojí a odpojí se další, a porucha se tak postupně lokalizuje. Další, pohodlnější a efektivnější způsob, který nyní už přenosové podniky zavádějí, představují dálkově ovládané úsečníky, odpínače či reclosery (venkovní vypínač vn na stožáru, který umožňuje dálkové spínání vn). Toto řešení umožňuje, že dispečer je schopen dálkově (od počítače) lokalizovat poruchu sám pomocí sofistikovaného softwaru dispečerského řídicího systému,. Reclosery, kromě toho, že jsou dálkově ovládány, mohou také vypnout nebo zapnout část linky. Snímají informace o směru a velikosti proudu, který jimi prochází, a na základě informací z recloserů a dat získaných z elektrických ochran na koncových stanicích dokáže expertní systém poměrně přesně stanovit, kde došlo k poruše. Odpadá tak metoda „pokus-omyl“, kdy jsou postupně odpojovány části sítě. Systém sám spočítá na základě údajů, které jsou k dispozici, kde je nejpravděpodobnější místo poruchy, a dispečer pomocí dálkově ovládaných odpínačů příslušný úsek odpojí a poruchu izoluje. Výhodou je, že zatímco při manuálním odpínání a hledání poruch trvalo  poruchu najít a izolovat desítky minut až hodiny, v tomto případě lze dobu odpojení zkrátit zhruba až na jednotky minut, čímž se výrazně sníží na minimum doba nefunkčnosti sítě a např. do 10 minut mají všichni zákazníci, kteří nejsou na postižené části sítě, opět obnovenou dodávku energie.
U moderních, nově vybudovaných a koncipovaných sítí to může systém provést i sám - a provede automatickou rekonfiguraci sítě. Např. ve Finsku v některých místech tuto funkčnost používají, u nás tato možnost však není - z hlediska platných předpisů musí tyto operace provádět dispečer.
Toto řešení se uplatňuje u tzv. centralizovaných systémů, kde jsou provozní data z monitoringu linek, informace z rozvoden, naměřené hodnoty z recloserů, odpínačů a měření proudů sbírány a odesílány do dispečerského systému, kde jsou centrálně vyhodnocovány.
Druhou variantou je tzv. decentralizovaný systém, kde jsou měřicí a odpínací místa osazena jednotkami s vlastní inteligencí, které komunikují mezi sebou a informace o velikosti a směru proudu si vzájemně předávají a jsou schopny vyhodnotit, kde je síť přerušena a jak poruchu optimálně izolovat. Jednotka, která zjistí, že v sektoru vedle ní, nastala porucha, daný sektor odepne, a jednotka, která je na druhém konci postiženého sektoru také na základě informací, které získá, tento sousedící sektor obsahující poruchu na své straně rovněž odepne. Odpínání a izolace vadného sektoru probíhá automaticky, bez zásahu dispečera či centrálního systému, i když data se samozřejmě zaznamenávají.
Tyto systémy dokážou dosáhnout (zejména pokud jde o městské sítě, kde by např. v případě míst, jako jsou finanční centra, měly výpadky velký dopad) spolehlivosti až 99,9 %. Výpadky jsou řešeny velmi rychle. Do 15 sekund i dříve je tak možné poruchu izolovat a obnovit napájení v místech, která nejsou postižena.

Řízení napětí v nestabilnějším prostředí
Rozvodné sítě jsou dnes z různých důvodů vystaveny působení řady faktorů, které ovlivňují stabilitu napětí. Jsou k nim připojovány různé zdroje, nyní hlavně fotovoltaické či větrné elektrárny, které mohou způsobit nežádoucí přepětí.
Řešení jsou různá - buď se síť posílí fyzicky, např. se zdvojí vedení, nebo se použije některý ze způsobů napěťové regulace. Každé řešení samozřejmě vyžaduje určité investice, ale ve druhém případě je nespornou výhodou to, že je jednodušší umístit nějaké zařízení na určitou části linky, než ji přestavět.
K tomuto účelu se používá napěťová regulace (ať už distribuovaná nebo nedistribuovaná – podle toho, zda se dělá na začátku nebo na trase linky, a zda bere v potaz napětí jen v bodu svého umístění, nebo napětí v jiné části linky), nebo -v případě, že jsou k dispozici potřebné prostředky – je možné napětí řídit také nepřímo, pomocí regulace jalového výkonu.
V portfoliu řešení ABB je nabízena regulace jak na straně NN, tak VN. V prvním případě lze využít např. odbočkový regulátor na straně NN. Pokud jsou zdroje připojeny do sítě 380 V, je možnost jejich regulace přímo tam,  tzn. předtím, než se provádí transformace na VN. Řízení pomocí odbočkového regulátoru není plynulá regulace. Odbočkový regulátor může měnit napětí po určitých krocích podle svého projektu. Jedná se o součtový transformátor, který k napětí vstupu přičte nebo od něj odečte regulační napětí. V ukázkovém příkladu bylo prezentováno např. jeho využití v případě fotovoltaické elektrárny připojené do sítě nn v místě s malou a omezenou spotřebou. V případě, větší výroby (dle povětrnostních podmínek) by mohlo napětí v daném místě neúnosně narůst tak, že by přesáhlo povolenou hodnotu, nebo kritickou mez, za níž by byli odběratelé vystaveni velkému přepětí, tzn., že by pravděpodobně hrozil problém s připojenými spotřebiči.
Regulaci lze provádět i na vysokonapěťových (VN) rozvodných sítích, kde je v tomto případě možno využit např. regulátor plynulý, elektronicky řízený. Princip je v podstatě stejný, opět jde o součtový transformátor, který přičítá či odečítá napětí, ovšem v tomto případě se nereguluje odbočkově, ale plynule pomocí polovodičových výkonových prvků. V případě poklesu napětí nebo v napěťové špičce plynule vyhladí dané nevyrovnanosti. Takovýto regulátor je možné zařadit buď do trasy linky VN v jejím průběhu, může korigovat napětí v určité oblasti, nebo jsou takovéto regulátory používány u průmyslových odběratelů, kteří jsou připojeni k síti VN a mají problémy s nestabilitou napětí. Toto se jim může vyplatit proto, aby výpadky zařízení vlivem nestabilního napětí nezpůsobovali problémy u přesných výrobních postupů, technologií či procesů. Tímto způsobem si vlastně sami vyřeší problém nekvalitního či kolísajícího napětí v síti.
Další z možností, jak se vypořádat s problémy nestabilit přenosové sítě, je řešení problémů pomocí regulace jalového výkonu.
To se týká případů, kdy je v určitém místě distribuční linky k dispozici zdroj energie, může to být třeba malá vodní nebo větrná elektrárna, u kterého je možné řídit poměr činné a jalové složky výkonu - což u normálních točivých generátorů většinou jde. Princip je jednoduchý: změna velikosti jalová složky energie má způsobí změnu velikosti napětí v daném místě. Jalová složka musí být řízena z dispečinku, který pomocí toho, že měří napětí v daném úseku sítě a má k dispozici ovládání příslušného zdroje (např. vodní elektrárnu), může regulovat napětí.

Ing. Michal Andrejčák, ABB
 

Publikováno: 19. 2. 2016 | Počet zobrazení: 2824 466