На веб сајтот на Европската мрежа на оператори на преносни системи ENTSO-E немаше известување што би ја потврдило оваа верзија, што не мора да значи дека не е точна, иако остава простор за сомневање. Немаше информации ниту од соседните земји за пренапон и исклучувања, коишто би се прелеале и кај нас.

Според изјавата на бугарскиот министер за енергетика, до пренапон (од македонска, а веројатно и од српска страна) дошло поради големо количество реактивна (паразитска) моќност, при многу ниско ниво на активна моќност во раните утрински часови за време на викендот. Интерконекцијата со Бугарија постоела и Бугарија, наводно, дури ја компензирала оваа реактивна моќност. Но, можно е доколку и покрај сé напонот останал превисок, релејната заштита да исклучила.

Реактивната моќност (мерена во волт-ампери реактивни – VAr) не врши реална, активна работа (како греење или електромоторно движење), туку паразитски патува по преносната линија, односно низ мрежата, помеѓу изворот и потрошувачите.

Појавата на пренапон инаку укажува на капацитивен карактер на реактивна моќност. Ја предизвикуваат капацитивни елементи како подземни кабли, долги воздушни преносни линии при мала оптовареност, кондензаторски банки и, особено важно во вчерашниот случај, некои инвертори во фотонапонските и ветерните централи.

Како причина можеме веднаш да ги исклучиме подземните кабли и кондензаторските банки, бидејќи тие се постојано присутни. Остануваат инвертерите од фотонапонските централи, кои во празен од (во 5 часот наутро) испорачувале само капацитивна реактивна моќност (негативни VAr), што во комбинација со малата активна моќност (поради незначителната потрошувачка) предизвикале факторот на моќноста (cos φ – косинус-фи) значително да падне под единица, што од своја страна има тенденција да го крева напонот.

Ова го знам и од лично искуство во електрониката и со инвертерите, бидејќи сум измерил мошне низок фактор на моќност (cos φ < 0,4) кога инвертер работи без товар.

За разлика од активната моќност, каде наизменичната струја е точно во фаза со напонот, кај капацитивната реактивна моќност струјата фазно предничи пред напонот. Преносната линија започнува да се однесува како резонантно LC коло, а бидејќи преовладува капацитивноста (C), тоа ја крева амплитудата на напонот.

Зошто ова претставува проблем?

Заштитните системи (релејната заштита) може да се активираат ако напонот порасне над дозволените граници, а синхроните генератори во електраните (кои делумно можат да ја компензираат реактивна моќност преку регулација на возбудата) можат да бидат доведени до своите граници и да се исклучат. Сево ова може да доведе до нестабилност на системот.

Што можеле да направат искусните оператори?

• Морале да ја следат реактивната моќност во системот и факторот на моќноста.

• Можеле да ги исклучуваат кондензаторските банки (на пример, во индустријата), доколку имало такви и биле оставени вклучени преку ноќ и кога немало потреба од нив.

• Можеле да вклучат компензатори за апсорбирање на капацитивните VAr. Бугарите токму ова го направиле, било со синхрони компензатори, со банки од пригушници (индуктивни компензатори) или пак со регулација на возбудата кај самите синхрони генератори во централите. Ако напонот е висок, се намалува возбудата и се вбризгува индуктивна VAR за да се намали. Ако напонот е низок, се зголемува возбудата и се вбризгува капацитивна VAR за да се покачи.

• Можеле да ги зголемат активните оптоварувања, ако било можно. На пример, да вклучеле улични светла во целата држава, иако веќе се разденило.

• Можеби најважно – можеле да внимаваат на работните режими на инвертерите кај фотонапонските централи со VAR регулација.

Некои инвертери од фотонапонските електрани можат да работат и во празен од, без производство на активна енергија, и да испорачуваат или апсорбираат реактивна моќност дури и кога нема сонце. Еден добар инвертер не би смеел неконтролирано да вбризгува реактивна моќност во системот.

Современите инвертери за ФЕЦ (фотоволтаични електрични централи) имаат т.н. "four-quadrant operation". Тие можат да испорачуваат или да апсорбираат реактивна моќност без разлика дали произведуваат активна моќност. Ова се користи за поддршка на мрежата т.е. регулација на напонот и корекција на факторот на моќност.

Некои инвертери остануваат вклучени и ноќе или при слаба осветленост заради следење на мрежата, телеметрија или при подготовка за старт, на пример, во 5 часот наутро. Во зависност од конфигурацијата и барањата на операторот, тие можат да испорачуваат капацитивна реактивна моќност дури и без сонце. Ова е честа практика во мрежи со висока пенетрација на обновливи извори, како што е случај во многу балкански држави, па и Македонија.

Зошто ова е проблем во 5 часот наутро? Во 5 часот наутро нема сонце, односно не се испорачува многу активна енергија. Многу фотонапонски централи сè уште не се вклучени, односно во празен од нивната електроника испорачува капацитивни VAr. Во 5 часот веќе е исклучено и уличното осветление. Понатаму, aктивната потрошувачка е ниска, што го намалува факторот на моќност и го прави системот послаб и понестабилен. Капацитивната реактивна моќност нема со што да се компензира, а ова го крева напонот. Ова води до покачен напон на далекуводите и трафостаниците, а можеби и до автоматско исклучување на некои трансформатори или електрани заради заштита од пренапон.

Некои национални оператори им наредуваат на ФЕЦ да учествуваат во напонската регулација, што значи дека и во неактивните часови инвертерите може да останат вклучени заради реактивна поддршка. Но, без добра координација тоа може да се претвори во проблем, заради испораката на капацитивна реактивна моќност (како што очигледно се случило).

Да заклучиме, сосема е можно и веројатно дека фотонапонските инвертери работеле во VAr-режим во 5 часот наутро, без производство на активна енергија, и дека тоа допринело до покачување на напонот во мрежата, особено ако во мрежата во тој момент имало мала потрошувачка и немало компензација на капацитивната реактивна моќност.

Еве листа на мерки што електроенергетските оператори (како МЕПСО во Македонија) можат да ги преземат за да избегнат слични блекаути во иднина, предизвикани од капацитивна реактивна моќност и пренапони, особено во раните утрински часови:

1. Автоматско исклучување на VAR-функцијата на ФЕЦ при ниско сончево зрачење

• Конфигурирање на инвертерите да не испорачуваат реактивна моќност кога не произведуваат активна моќност.

• Да се предвиди можност за динамичко управување од страна на систем операторот.

2. Дистанционо управување и надзор на VAR испораката

• Инвертерите и ФЕЦ да бидат дел од SCADA системот за мониторинг на реактивната моќност во реално време.

• Операторот да може далечински да ги деактивира VAR-функциите кога напонот расте.

3. Инсталација на реактори - пригушници (индуктивни компензатори) во клучни трафостаници

• Автоматски или рачно вклучување на индуктивните компензатори за апсорпција на вишокот капацитивна моќност. Ова е особено е важно кај слабо оптоварените далекуводи рано наутро или во викенди.

4. Оптимизација на VAR-контролата на ниво на регион

• Координација помеѓу државите (како Македонија, Бугарија, Србија и Грција) преку ENTSO-E или CESEC.

• Размена на VAR-податоци и напонски режими преку меѓусебни врски (интерконекции).

5. Ограничување на VAR испораката од фотонапонските централи преку тарифни или технички услови

• Вклучување на обврска во приклучни договори да се дозволи испорака на VAR само кога се произведува активна енергија.

• Плаќање на пенали за испорака без потреба на VAR во празен од.

6. Прераспределба или исклучување на кондензаторските банки ноќе

• Ако постојат фиксни кондензаторски банки (капацитивни компензатори), нивното исклучување ноќе може да помогне во намалување на вишокот VAR.

7. Алгоритми за рано предвидување на пренапонски ситуации. Ова може да биде дел од „Smart Grid“ стратегиите.

Ново време, нови проблеми.

Овој блеакаут изнесе на површина некои нови проблеми што не постоеле во традиционалните мрежи со генератори. Фотонапонските електрични централи и нивните инвертори создаваат нови проблеми, што ќе мораат да се решаваат во од.

Да резимираме, сега е најважно да се утврди што предизвикало толкава реактивна моќност и пренапон и што треба да се преземе за да не се повторува во иднина.

Прилози

Како доказ дека фотонапонските инвертери се користат за компензација на реактивната моќност и дека проблемот со кревање на напонот поради инвертерите на стенд-бај е реален и документиран, нека послужат следниве извори: истражувачкиот труд Употребата на ПВ инвертери за поддршка на напонот во ноќните часови може да ги намали трошоците на мрежата (Using PV inverters for voltage support at night can lower grid costs), препораките објавени на блогот на една од водечките компании за паметна енергетска технологија SolarEdge Technologies Inc. објавени под наслов Нагодување на Волт-Ампреска реактива ноќе – забелешки за примена (Set Volt-Ampere Reactive at Night - Application Note), како и научниот труд Анализа и контрола на ПВ инвертерите при работа во Var режим ноќе (Analysis and Control of PV Inverters Operating in VAR Mode at Night) изработен од истражувачите од Универзитетот на Централна Флорида.