'n Volledige Gids tot Oorspanningsfoute in PV-Kragstasies: Oorsake, Risikos en Sistematiese Oplossings

I. Wat is 'n Spanningsoorgroot Fault?

Spanningsoorgroot verwys na 'n verskynsel in kragstelsels of -kringe waar die spanning die normale bedryfvermoë oorskry.

Gewoonlik, onder kragfrekwensie, as die RMS (Root Mean Square) waarde van die wisselspanning met meer as 10% bo die nomentwaarde styg en langer as 1 minuut voortduur, kan dit as 'n spanningsoorgroot fault beskou word.

Byvoorbeeld, in China se algemene 380V driefase kragstelsel, as die spanning 418V oorskry en vir 'n bepaalde tyd aanhou, kan dit 'n spanningsoorgroot fault veroorsaak.

In fotovoltaïese (PV) kragstasies is netwerkgekoppelde omvormers verantwoordelik vir die real-time monitering van netwerkspanning.

Omvormers word gewoonlik toegerus met hoepresisie-spanningsensorne om werklike tyd netwerkspanningseine te versamel. Hierdie sensorne stuur die versamelde spanningseine na die omvormer se beheersisteem, wat die seine analiseer en verwerk om te bepaal of die netwerkspanning binne die gespesifiseerde bereik is.

Sodra die netwerkspanning oorskry die ingestelde veiligheidsbereik, sal die omvormer onmiddellik 'n beskermingsmekanisme aktiveer, afskuif en van die netwerk afkoppel om oorgrootspanning van toerusting te voorkom en die veiligheid van toerusting en bediener te verseker.

Verder word in sommige groot-skaalse PV kragstasies spesifieke kragkwaliteit-moniteringstoestelle geïnstalleer om 'n omvattende, real-time monitering van verskeie netwerkparameters te doen, wat tyele en effektiewe opsporing en hanteer van kragkwaliteitsprobleme soos spanningsoorgroot moontlik maak.

II. Oorsake van Spanningsoorgroot Faults

(1) Lyn Faktore: Impak van Kabelimpedansie

Kable tussen die omvormer en die netwerk-aansluitpunt speel 'n sleutelrol in kragoorvoer.

As die kabel te dun is, neem sy weerstand toe. Volgens Ohm se Wet (U = I×R), met 'n konstante stroom, lei hoër weerstand tot 'n groter spanningsval, wat op sy beurt die wisselspanning op die omvormerkant verhoog.

Te lank kable verhoog ook weerstand, wat soortgelyke spanningsverhogingsprobleme veroorsaak. Byvoorbeeld, in PV kragstasies in afgeleë areas waar die netwerk-aansluitpunt ver weg is, kan die gebruik van kable met ongeskikte spesifikasies maklik spanningsoorgroot faults veroorsaak weens te hoë kabelimpedansie.

As kable verstrikt is, neem hul induktansie toe. In wisselstrome-sirkels, belemmer induktansie stroomvloei, wat verdere spanningsverdeling verstoor en potensieel spanningsoorgroot veroorsaak.

Bedrading Foute

Tydens die aanvanklike installasie van 'n PV kragstasie, kan verkeerde wisselspanningskabelbedrading (bv. die neutrale terminal aan die leweringdraad verbind) abnormale spanning veroorsaak. Dit kan lei tot die omvormer wat 'n spanning opspoor wat nie ooreenstem met die werklike netwerkspanning nie, en dus die oorgrootspanningsbeskermingsmekanisme activeer.

Na 'n tydperk van omvormeroperasie, kan los of swak verbindinge in netwerkkantkabels kontakweerstand verhoog. Volgens Joule se Wet (Q = I²Rt, waar Q hitte is, I stroom, R weerstand, en t tyd), genereer hoër kontakweerstand meer hitte, wat plaaslike temperatuurstyg veroorsaak. Dit vermindert die elektriese prestasie van die lyn, wat 'n tijdelike spanningsverhoging in die omvormer veroorsaak en 'n spanningsoorgroot fault activeer.

(2) Netwerkstruktuur en Last Faktore: Konflik tussen Netwerkvermoë en Lastabsorpsie

In sommige areas, veral in afgeleë landelike areas of areas met onvolwasse netwerkinfrastruktuur, is die netwerk se lastabsorpsievermoë beperk. As die geïnstalleerde PV-vermoë in dieselfde kragverspreidingsarea te groot is, word 'n groot hoeveelheid PV-generateerde krag in die netwerk gevoer. As die netwerk hierdie krag nie tydig en effektief kan absorbeer nie, sal die netwerkspanning styg.

Transformer-gerelateerde Probleme

Transformers speel 'n kritieke rol in spanningkonversie en kragverspreiding in die netwerk:

As die transformer ver van die netwerk-aansluitpunt is, word sy uitgangspanning gewoonlik verhoog om vir lynspanningsval te kompenseer en om normale spanning in areas ver van die transformer te verseker. Dit kan egter lei tot te hoë spanning by die netwerk-aansluitpunt naby die transformer.

Onredelike transformer-tapinstellings of operasie foute (bv. swak kontak van die tap-wisselaar) kan die transformer se spoelverhouding beïnvloed, wat 'n abnormal verhoging van die uitgangspanning veroorsaak en 'n netwerkspanningsoorgroot fault activeer.

(3) Omvormer-gerelateerde Faktore: Aanvanklike Instellings en Operasie Foute

Omvormers verlaat die fabriek met 'n standaard spanningbeskermingsbereik. In praktiese toepassings, as hierdie vooraf ingestelde bereik nie ooreenstem met die werklike plaaslike netwerktoestande nie, kan misverstand ontstaan. Byvoorbeeld, as die netwerkspanning binne 'n normale bereik varieer, maar die omvormer se spanningbeskermingdrempel te laag ingestel is, sal die omvormer gereeld oorgrootspanningsfoute rapporteer.

Tydens langtermyn-operasie, kan omvormers hardeware foute ervaar (bv. beskadigde spanningmoniteringssirkels, defekt bestuursplaatjies). Hierdie foute veroorsaak onakkurate netwerkspanningsopsporing deur die omvormer, wat onjuiste aktivering van die oorgrootspanningsbeskermingsmekanisme en omvormerafskuif veroorsaak.

Meer-omvormer Verbindingsprobleme

In groot-skaalse PV kragstasies word dikwels verskeie omvormers gelyktydig aan die netwerk gekoppel. As verskeie eenfasige omvormers op een fase gekonsentreer word, sal die stroom op daardie fase te hoog wees, wat netwerkspanning-onevenwichtigheid veroorsaak en die spanning van daardie fase verhoog.

III. Gevaars van Spanningsoorgroot Faults vir PV Kragstasies en die Netwerk

(1) Skade aan PV Kragstasie-toerusting: Verhoogde Risiko van Omvormerfoute

Wanneer die netwerkspanning oorgroot is, dra die elektroniese komponente binne die omvormer 'n spanning wat hul nomentwaarde oorskry, wat die ouderdom van komponente versnel of selfs direkte skade veroorsaak.

Byvoorbeeld, kragswitselkomponente in omvormers (soos IGBT's, Insulated Gate Bipolar Transistors) ervaar verhoogde spanningspanning tydens inskakeling en uitskakeling onder oorgrootspanningsomstandighede, wat hulle vatbaar maak vir ineenstorting en die omvormer onwerklik maak.

Verder kan oorgrootspanning foute in die omvormer se beheersirkel veroorsaak, wat sy vermoë om presies uitgangspanning en stroom te beheer vermindert en die omvormer se prestasie en betroubaarheid verder verminder.

Verkorte PV Module Leefduur

Te hoë netwerkspanning kan deur die omvormer teruggevoer word na die PV-module-kant, wat die werkingsspanning van die modules verhoog. Langtermyn operasie van PV-modules onder hoë spanning kan die prestasie van hul interne halfgeleiervloeistoffe verander, wat probleme soos warmplekke en mikrospronge veroorsaak.

(2) Invloed op Netwerkstabiliteit: Verergtering van Kragkwaliteit

Netwerkspanningsoorgroot vermindert kragkwaliteit en veroorsaak harmoniese besoedeling. Wanneer spanning die normale bereik oorskry, genereer nielineêre lasse in die kragstelsel addisionele harmoniese strome, wat op sy beurt die netwerkspanning verder versteur, 'n selfhandhawende siklus skep. Harmoniese verhoog hittegenereering in elektriese toerusting, vermindert diensleeftyd, en kan die normale operasie van kommunikasietoestelle versteur, wat die algehele stabiliteit van die kragstelsel ondermyn.

(3) Kragproduksie Verlies en Vermindering van Ekonomiese Voordele: Omvormerafskuif en Derated Operasie

Wanneer 'n omvormer netwerkspanningsoorgroot opspoor, skakel hy af vir beskerming of werk met verlaagde krag om toerustingveiligheid te verseker. Omvormerafskuif laat die PV kragstasie volledig ophou met kragproduksie, wat direkte kragproduksieverlies veroorsaak.

Verhoogde Langtermyn Bedryf en Onderhoudskoste (O&M)

Skade aan PV kragstasie-toerusting (bv. omvormers en PV-modules) veroorsaak deur spanningsoorgroot faults vereis tydige herstel en vervanging. Dit verhoog nie net korttermyn herstelkoste nie, maar vereis ook meer frequente toerustingvervanging in die toekoms weens verkorte diensleeftyd, wat langtermyn O&M-koste verhoog.

IV. Effektiewe Oplossings vir Spanningsoorgroot Faults

(1) Vorbou Beplanning en Ontwerp Optimering: Algehele Netwerkopname en -evaluering

In die vorbou fase van 'n PV kragstasie, moet 'n algehele en gedetailleerde opname en evaluering van die plaaslike netwerk gedoen word. Sleutel parameters soos netwerkstruktuur, vermoë, lasttoestande, en spanningfluktuasie-bereik moet grondig begryp word. Professionele kraganalise sagteware moet gebruik word om die potensiële impak van die PV kragstasie op die netwerk na aansluiting te simuleer en te analiseer.

Byvoorbeeld, instrumente soos PSCAD (Power System Computer-Aided Design) of ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) kan netwerkspanningsveranderinge onder verskillende PV-installeerde vermoë, aansluitingsposisies, en aansluitingsmetodes simuleer. Dit help om die mees redelike PV kragstasie bouplan te bepaal, verseker gesonde spanning by die netwerk-aansluitpunt, en verlaag die risiko van spanningsoorgroot faults aan die bron.

Rasionele Beplanning van PV Installeerde Vermoë

Op grond van die netwerk se lastabsorpsievermoë en transformer-vermoë, moet die installeerde vermoë van die PV kragstasie rasioneel beplan word. Vermooid oorgroting van PV-toerusting in dieselfde kragverspreidingsarea om spanningverhoging te voorkom wat die netwerk nie kan absorbeer nie.

Optimering van Omvormeraansluitingsmetodes

Vir PV kragstasies met verskeie omvormers, moet die omvormeraansluitingsmetode geoptimeer word. Vermooid oorgroting van verskeie eenfasige omvormers op een fase; verdeel hulle eerlik oor die drie netwerkfasen om multi-punt netwerkaansluiting te bereik. Dit balanseer driefase-stroom en verlaag spanningonevenwichtigheid en -verhoging veroorsaak deur oorgrote eenfasige stroom.

(2) Toerusting Keuse, Installasie, en Kommissieering Spesifikasies: Gebruik van Hoëkwaliteit Kable en Rasionele Bedrading

In PV kragstasie bou, moet hoëkwaliteit kable wat nasionale standaarde voldoen, gebruik word. Kabelspesifikasies en doorsnede moet op grond van werklike oordragvermoë en afstand gekies word.

Vir langafstand netwerkaansluiting, is 'n groter kabeldoorsnede nodig om lynimpedansie en spanningsval te verlaag.

Intussen, moet bedrading rasioneel wees om te vermy dat kable te lank, verstrikt, of onnodig gebogen is. Tydens bedrading, kan kabelbakke of -pipe gebruik word om kable te beskerm en te organiseer, om veilige kabelaanloop te verseker.

Byvoorbeeld, in groot-skaalse PV kragstasies, kan ondergrondse kabelaanleg aangewend word, en kabelroetes kan rasioneel beplan word om kabellengte en -kruising te verlaag, kragoordragdoeltreffendheid te verbeter, en die waarskynlikheid van spanningsoorgroot faults te verlaag.

Akurate Omvormer Keuse en Installasie

Wanneer omvormers gekies word, moet volledige rekening gehou word met plaaslike netwerktoestande. Omvormers met 'n wyd spanningaanpasbare bereik, betroubare oorgrootspanningsbeskerming, en hoë kragkonversie-doeltreffendheid moet gekies word.

Tydens installasie, verseker korrekte wisselspanningsbedrading van die omvormer om spanningabnormaliteite te vermy deur fase- en neutrale drade te ruil.

Rasionele Transformer Konfigurasie en Onderhoud

Transformers met goeie spanningreguleringsvermoë moet gekies word om tydige aanpassing toe te staan wanneer netwerkspanning flukueer. Intussen, moet dagelikse onderhoud en monitering van transformers versterk word. Transformerparameters soos tap-changers, windings, en olievlakke moet gereeld geïnspekteer word om normale transformeroperasie te verseker.

Vir transformers ver van die netwerk-aansluitpunt, kan belaa-tap-changers gebruik word om regstreeks aanpassing van transformer-uitgangspanning deur afstandsbediening te bewerkstellig, om te verseker dat die spanning by die netwerk-aansluitpunt binne die normale bereik bly.

(3) Operasionele Monitering en Intelligente Reguleringsstrategieë: Vestiging van 'n Real-Time Monitering Stelsel

'n Algehele real-time moniteringstelsel moet vir die PV kragstasie gestig word om netwerkparameters soos spanning, stroom, krag, en frekwensie in real-time te moniter. Sensorne geïnstalleer by die netwerk-aansluitpunt, omvormer-uitset-einde, en PV-modules stuur versamelde data in real-time na die monitering sentrum. Big Data-analise en wolkrekenplatforms word gebruik om moniteringsdata te analiseer en te verwerk, wat tyele opsporing van abnormaliteite soos spanningsoorgroot moontlik maak.

Byvoorbeeld, deur 'n vroeë waarskuwingdrempel vir spanningsoorgroot in te stel, stuur die stelsel outomaties 'n waarskuwing wanneer die gemoniteerde netwerkspanning benader of oorskry die drempel, wat O&M personeel herinner om tydige maatreëls te neem om foute te voorkom.

Regelmate Onderhoud en Foutopsporing

'n Streng reguliere onderhoudplan moet vir die PV kragstasie opgestel word om gereelde inspeksies, onderhoud, en instandhouding van toerusting te doen.

Die operasietoestand van toerusting soos omvormers, PV-modules, kable, en transformers moet gereelde geïnspekteer word om potensiële foutrisiko's tydige op te spoor en te herstel. Tydens onderhoud, moet toerustingparameters getoets en opgeteken word, en historiese data moet vergelyk word om toerustingoperasietrends te analiseer en potensiële foute vooruit te voorspel.