Малі вітротурбіни — підключення до мережі та захист

Гід про інвертори PV та захист від острівного режиму та гід про підключення когенерації (WKK) до мережі описують дві форми розподіленої генерації, які повинні відповідати одному й тому самому стандарту підключення до мережі. Мала вітротурбіна (зазвичай до кількох десятків кВт) підпадає під той самий стандарт, але має два ризики, яких немає в установці PV: флікер через пориви вітру та перевищення частоти обертання ротора при втраті мережі.

Той самий стандарт підключення, що й у PV та когенерації

Як і інвертор PV, інвертор вітротурбіни повинен відповідати NEN-EN 50549-1 (вимоги до генераторів, що підключаються до мережі низької напруги): межі напруги та частоти, подолання короткочасних порушень мережі там, де це застосовно, і — суттєво — захист від острівного режиму: при втраті мережі турбіна повинна відключитися протягом приписаного часу, щоб мережа ненавмисно не залишалася під напругою під час обслуговування або аварії в іншому місці.

Тип генератора визначає поведінку щодо мережі

• Прямо підключений асинхронний (індукційний) генератор: простий і надійний, але споживає з мережі значний намагнічувальний струм при досягненні швидкості увімкнення вітру — порівнянно з пусковим струмом трифазного двигуна (див. [гід про пусковий струм двигуна](/guides/practical/motor-aanloopstroom-locked-rotor-current-meten)) — що може викликати короткочасне просідання напруги.
• PMSG (синхронний генератор із постійними магнітами) із повним силовим електронним перетворювачем: повністю відокремлює швидкість ротора від частоти мережі та дає перетворювачу більший контроль над поведінкою при підключенні, порівнянно з інвертором PV.

Флікер: більший ризик, ніж у PV

Вітрова потужність коливається з кожним поривом, і прямо підключений індукційний генератор перетворює ці коливання потужності майже безпосередньо на коливання напруги в точці підключення. Це робить флікер (див. гід про коливання напруги та флікер) більш помітною проблемою для малих вітротурбін, ніж для установки PV, де потужність — якщо не враховувати хмарність, що проходить — змінюється значно плавніше.

Перевищення частоти обертання при втраті мережі: чому це більше, ніж питання мережі

Для інвертора PV захист від острівного режиму — це передусім вимога безпеки мережі — самі панелі PV не піддаються ризику при відключенні. Для вітротурбіни втрата мережі — це також пряма небезпека для самої турбіни: у деяких конструкціях турбін (особливо з прямо підключеними генераторами) мережа несе частину реактивного протимоменту, що утримує ротор на швидкості. Якщо мережа зникає, а турбіна не виявляє й не компенсує це швидко, ротор може піти врозніс — з ризиком механічного пошкодження лопаті, вала або підшипників, а в крайньому випадку — відриву частин лопаті.

З цієї причини електричний захист вітротурбіни при втраті мережі або перевищенні частоти обертання приводить в дію не лише відключення від мережі, а й механічну або аеродинамічну систему гальмування — наприклад, механічне дискове гальмо, розворот ротора «з вітру» (furling) або зміну кута установки лопаті (pitch) у гальмівне положення.

Блискавкозахист

Щогла вітротурбіни та лопаті ротора часто є найвищою точкою в безпосередньому оточенні, з підвищеним ризиком прямого удару блискавки — порівнянно з міркуваннями з гіда про відстань розділення блискавкозахисту, але застосованими до рухомої, заземленої конструкції, кінці лопатей якої під час обертання охоплюють значну площу перехоплення.

Зверніть увагу: ця стаття описує електротехнічні аспекти підключення до мережі та захисту. Конструктивні, аеродинамічні та дозвільні вимоги до вітротурбіни виходять за межі NEN 1010 і регулюються в іншому місці (будівельні норми, стандарти виробника, серія IEC 61400).

Практична значущість

При оцінці установки малої вітротурбіни недостатньо перевірити лише стандарт підключення до мережі (NEN-EN 50549-1), як для установки PV — оцінка повинна також встановити, чи дійсно електричне виявлення втрати мережі пов'язане з механічною функцією гальмування, і чи залишається очікуваний флікер у межах допустимих меж для місцевих характеристик вітру.

Типові помилки

1. Оцінка підключення вітротурбіни як «те саме, що й PV» без урахування ризиків флікера та перевищення частоти обертання, специфічних для вітру.
2. Припущення, що захист від острівного режиму захищає лише мережу — у вітротурбіни пов'язана механічна функція гальмування також захищає саму турбіну від перевищення частоти обертання.
3. Пропуск оцінки флікера через те, що турбіна «маленька» — саме прямо підключений індукційний генератор може викликати непропорційно великий флікер відносно своєї потужності при слабкій мережі.

Пов'язані матеріали

• Інвертор PV — захист від острівного режиму (NEN-EN 50549)
• Підключення когенерації (WKK) до мережі
• Коливання напруги та флікер
• Блискавкозахист — відстань розділення (IEC 62305-3)