Tam Qidalı PV Elektrik İstasyonu Aşırı Gerilim Kəsiliyinə Hədəflənmiş Rehber: Səbəblər, Risklər və Sistematik Həllər

I. Şəbəkə voltajının artığı nədir?

Şəbəkə voltajının artığı, elektrik sistemlərində və ya şəbəkələrdə voltajın normal işləmə aralığını aşmaq nəticəsində yaranan bir nöqteyə aid olur.

Ümumiyyətlə, enerji dərinlikdə, əgər AC (Alternativ Cari) voltajın KVKK (Kvadrat Köklü Ortalama Qiymət) dəyəri nominal dəyərdən 10%-dan çox yüksəlir və bu vəziyyət 1 dəqiqədən uzun davam edirsə, bu, şəbəkə voltajının artığı kimi təyin edilə bilər.

Məsələn, Çinin ümumi 380V üç fazlı şəbəkə sisteminə baxsaq, əgər voltaj 418V-dən yüksəlir və bəzi müddət qalırsa, bu şəbəkə voltajının artığı səbəbindən xəta baş verə bilər.

Fotovoltaik (FT) elektrik stansiyalarında, şəbəkəyə qoşulmuş inverterlər şəbəkə voltajının real zamanlı izlənməsi üçün məsuliyyət daşırlar.

Inverterlər adətən yüksək dəqiqlikli voltaj sensorları ilə donulmuşdur ki, onlar real zamanlı şəbəkə voltajı signalını toplaya bilərlər. Bu sensorlar toplanmış voltaj signalını inverterin idarəetmə sisteminə göndərir, burada bu signal analiz edilir və işlənir, şəbəkə voltajının müəyyən aralığa düşərgəlik yoxlanılır.

Əgər şəbəkə voltajı öncədən təyin edilmiş təhlükəsiz aralıqlardan artıq olduğu aşkar edilərsə, inverter həyat qoruma mekanizminə an barədə aktivləşir, dayandırılır və şəbəkədən ayırılır ki, voltajın artığı ehtimalı olan təcridləri və texnikalara və operatorlara zərər verilməsinə mane olunur.

Əlavə olaraq, bəzi böyük FT elektrik stansiyalarında, müxtəlif şəbəkə parametrlərinin ümumi və real zamanlı izlənməsi üçün xüsusi enerji keyfiyyəti izlənmə cihazları quraşdırılır, bu da voltajın artığı kimi enerji keyfiyyəti problemlərinin vaxtında aşkar edilməsini və həll edilməsini təmin edir.

II. Voltajın Artığı Xətasına Səbəblər

(1) Xətt Faktoru: Kabel İmpedansının Təsiri

Inverter və şəbəkə qoşulma nöqtəsi arasındakı kablolar elektrik nəqilində əhəmiyyətli rol oynayır.

Əgər kabel çox dardırsa, mühümət artar. Ohm Qanunu (U = I×R) əsasında, sabit amper cərəyanı varsa, yüksək mühümət voltajın endirməsinə səbəb olur, bu da inverter tərəfindən çıxan AC voltajın artmasına səbəb olur.

Çox uzun kablolar da mühümətin artmasına səbəb olur, bu da oxşar voltajın artması problemlərinə gətirir. Məsələn, şəbəkə qoşulma nöqtəsi uzaqda olan məhkəm yerlərdəki FT elektrik stansiyalarında, uyğun olmayan spesifikasiyalara malik kablaların istifadəsi, kabel impedansının çoxluğu səbəbiylə voltajın artığı xətasına səbəb olabilir.

Kabellər əgər doluq olarsa, induktivlik artar. AC şəbəkələrdə, induktivlik amper cərəyanının axınını çətinləşdirir, bu da voltajın paylanmasını daha da pozulyon etməyə və voltajın artmasına səbəb olabilir.

Xətalı Xətləndirilmə

FT elektrik stansiyasının ilk quraşdırılması zamanı, yanlış AC kabel xətləndirilməsi (məsələn, neutral terminali fəsil kablina qoşulduqda) anormal voltaj yarada bilər. Bu, inverterin faktiki şəbəkə voltajına uyğun olmayan voltajı aşkar etməsinə və voltajın artığı korunma mekanizminin aktivləşməsinə səbəb olabilir.

Inverter bir müddət işlədikdən sonra, şəbəkə tərəfindən kablardakı lövhələr və ya çox zəif bağlantılar kontakt mühümətinin artmasına səbəb olur. Joule Qanunu (Q = I²Rt, burada Q isidir, I amper cərəyanıdır, R mühümətdir, t vaxtdır), yüksək kontakt mühüməti daha çox isidir, bu da yerli temperaturun artmasına səbəb olur. Bu, xəttin elektrik performansını pozulyon edir, inverterdə geçici voltajın artmasına səbəb olur və voltajın artığı xətasını aktivləşdirir.

(2) Şəbəkə Strukturu və Yükləmə Faktoru: Şəbəkə Kapasitesi və Yük Yüklənmə Arasındaki Mübahisə

Bəzi ərazilərdə, xüsusən də uzaq köhnə yerlərdə və ya şəbəkə aləmiyyəsi az olan yerlərdə, şəbəkənin yük yüklənmə kapasitəsi limitlidir. Eyni elektrik paylaşma sahəsində quraşdırılmış FT kapasitesi çox böyük olduqda, böyük miktarda FT enerjisi şəbəkəyə qoşulur. Əgər şəbəkə bu enerjiyi vaxtında və effektiv şəkildə yoxlaya bilmirsə, şəbəkə voltajı artacaq.

Tranformatorla bağlı problemlər

Tranformatorlar şəbəkədə voltajın çevrilməsi və enerjinin paylanması üçün əhəmiyyətli rol oynayır:

Əgər tranformator şəbəkə qoşulma nöqtəsindən uzaqda yerləşirsə, onun çıxış voltajı adətən xətt voltajının endirməsini kompensasiya etmək və tranformatordan uzaq yerlərdə normal voltaj təmin etmək üçün artırılır. Lakin, bu, tranformatora yaxın olan şəbəkə qoşulma nöqtəsində voltajın çox olması səbəb olabilir.

Yerli olmayan tranformator təkmillik ayarları və ya işləmə xətalı (məsələn, təkmillik dəyişənin pis kontaktı) tranformatorun sarım nisbətini etkileyə bilər, bu da çıxış voltajının anormal artmasına və şəbəkə voltajının artığı xətasına səbəb olur.

(3) Inverterla bağlı Faktorlar: İlk Ayarlar və İşləmə Xətalı

Inverterlər fabrikadan çıxdıqda standart voltaj korunma aralığı ilə gəlirlər. Praktiki tətbiqdə, əgər bu öncədən təyin edilmiş aralıq faktiki yerli şəbəkə şərtlərinə uyğun deyilsə, səhv qiymətləndirilə bilər. Məsələn, əgər şəbəkə voltajı normal aralıqda dalğalanır, lakin inverterin voltaj korunma mərhəli çox aşağı qoyulubsa, inverter tez-tez voltajın artığı xətasını bildirə bilər.

Uzun müddət işlədikdən sonra, inverterlər aparатурных сбоев (например, повреждение цепи измерения напряжения, неисправность платы управления). Эти неисправности приводят к некорректному обнаружению сетевого напряжения инвертором, что в свою очередь вызывает неправильное срабатывание защиты от перенапряжения и остановку инвертора.

Проблемы подключения нескольких инверторов

В крупных ФЭС часто одновременно подключается несколько инверторов. Если несколько однофазных инверторов концентрируются на одной фазе, ток на этой фазе будет слишком высоким, что приведет к дисбалансу сетевого напряжения и повышению напряжения на этой фазе.

III. Вред от перенапряжения для ФЭС и сети

(1) Повреждение оборудования ФЭС: Увеличение риска отказов инверторов

При перенапряжении сети электронные компоненты внутри инвертора подвергаются напряжению, превышающему их номинальное значение, что ускоряет старение компонентов или даже приводит к их прямому повреждению.

Например, при перенапряжении силовые ключи в инверторах (такие как IGBT, биполярные транзисторы с изолированным затвором) испытывают увеличенное напряжение во время включения и выключения, что делает их склонными к пробою и выводит инвертор из строя.

Кроме того, перенапряжение может вызвать сбои в управляющей цепи инвертора, нарушая его способность точно контролировать выходное напряжение и ток, что еще больше снижает производительность и надежность инвертора.

Сокращение срока службы фотомодулей

Чрезмерно высокое сетевое напряжение может передаваться обратно на сторону фотомодулей через инвертор, увеличивая рабочее напряжение модулей. Длительная работа фотомодулей при высоком напряжении может изменить характеристики их внутренних полупроводниковых материалов, вызывая проблемы, такие как горячие точки и микротрещины.

(2) Влияние на стабильность сети: Ухудшение качества электроэнергии

Перенапряжение сети ухудшает качество электроэнергии и вызывает гармонические искажения. Когда напряжение превышает нормальный диапазон, нелинейные нагрузки в системе генерируют дополнительные гармонические токи, которые, в свою очередь, еще больше нарушают сетевое напряжение, создавая порочный круг. Гармоники увеличивают тепловыделение в электрическом оборудовании, сокращают срок службы и могут мешать нормальному функционированию систем связи, подрывая общую стабильность системы энергоснабжения.

(3) Потери в выработке электроэнергии и снижение экономической эффективности: Отключение инвертора и работа на пониженной мощности

Когда инвертор обнаруживает перенапряжение сети, он отключается для защиты или работает на пониженной мощности, чтобы обеспечить безопасность оборудования. Отключение инвертора приводит к полной остановке выработки электроэнергии ФЭС, что приводит к прямым потерям в выработке.

Увеличение долгосрочных эксплуатационных и технических расходов (ОиТ)

Повреждение оборудования ФЭС (например, инверторов и фотомодулей) вследствие перенапряжения требует своевременного ремонта и замены. Это не только увеличивает краткосрочные затраты на ремонт, но и требует более частой замены оборудования в будущем из-за сокращения срока службы, что повышает долгосрочные расходы на ОиТ.

IV. Эффективные решения для устранения перенапряжений

(1) Предварительное планирование и оптимизация проектирования: Комплексное обследование и оценка сети

На этапе предварительного строительства ФЭС следует провести комплексное и детальное обследование и оценку местной сети. Необходимо тщательно изучить ключевые параметры, такие как структура сети, емкость, условия нагрузки и диапазон колебаний напряжения. Следует использовать профессиональное программное обеспечение для анализа электросетей, чтобы смоделировать и проанализировать потенциальное влияние ФЭС на сеть после подключения.

Например, инструменты, такие как PSCAD (Power System Computer-Aided Design) или ETAP (Electrical Transient Analyzer Program), могут моделировать изменения сетевого напряжения при различных установленных мощностях ФЭС, местах подключения и методах подключения. Это помогает определить наиболее рациональный план строительства ФЭС, обеспечивает здоровое напряжение в точке подключения к сети и снижает риск перенапряжений на уровне источника.

Рациональное планирование установленной мощности ФЭС

На основе поглощающей способности сети и мощности трансформаторов следует рационально планировать установленную мощность ФЭС. Необходимо избегать чрезмерной концентрации оборудования ФЭС в одном зоне распределения, чтобы предотвратить повышение напряжения из-за избыточной мощности, которую сеть не может поглотить.

Оптимизация методов подключения инверторов

Для ФЭС с несколькими инверторами следует оптимизировать методы их подключения. Необходимо избегать концентрации нескольких однофазных инверторов на одной фазе, а вместо этого равномерно распределять их по трем фазам сети, чтобы достичь многоточечного подключения к сети. Это сбалансирует трехфазный ток и снизит дисбаланс и повышение напряжения, вызванные избыточным однофазным током.

(2) Выбор, установка и ввод в эксплуатацию оборудования: Использование качественных кабелей и рациональная прокладка

При строительстве ФЭС следует использовать качественные кабели, соответствующие национальным стандартам. Спецификации и сечение кабелей должны выбираться на основе фактической мощности передачи и расстояния.

Для длинных линий подключения требуется большее сечение кабелей, чтобы снизить импеданс и падение напряжения.

При этом прокладка кабелей должна быть рациональной, чтобы избежать чрезмерно длинных, запутанных или ненужно изогнутых кабелей. При прокладке можно использовать кабельные лотки или каналы для защиты и организации кабелей, обеспечивая их безопасную работу.

Например, в крупных ФЭС можно применять подземную прокладку кабелей и рационально планировать маршруты, чтобы сократить длину и пересечения кабелей, повысить эффективность передачи электроэнергии и снизить вероятность перенапряжений.

Точный выбор и установка инверторов

При выборе инверторов следует учитывать местные условия сети. Необходимо выбирать инверторы с широким диапазоном напряжений, надежной защитой от перенапряжений и высокой эффективностью преобразования мощности.

При установке необходимо обеспечить правильное подключение переменного тока к инвертору, чтобы избежать аномалий напряжения, вызванных перепутыванием фазного и нулевого проводов.

Рациональная конфигурация и обслуживание трансформаторов

Необходимо выбирать трансформаторы с хорошими характеристиками регулирования напряжения, чтобы своевременно корректировать напряжение при его колебаниях. Кроме того, следует усилить ежедневное обслуживание и мониторинг трансформаторов. Регулярно следует проверять параметры трансформаторов, такие как переключатели ответвлений, обмотки и уровень масла, чтобы обеспечить нормальную работу трансформатора.

Для трансформаторов, расположенных далеко от точки подключения к сети, можно использовать переключатели ответвлений под нагрузкой, чтобы осуществлять реальное управление выходным напряжением трансформатора через удаленный контроль, обеспечивая, чтобы напряжение в точке подключения к сети оставалось в нормальном диапазоне.

(3) Оперативный мониторинг и интеллектуальные регулировочные стратегии: Создание системы реального времени

Для ФЭС следует создать комплексную систему мониторинга в реальном времени, чтобы отслеживать параметры сети, такие как напряжение, ток, мощность и частота. Датчики, установленные в точке подключения к сети, на выходе инвертора и на фотомодулях, передают собранные данные в центр мониторинга в реальном времени. Для анализа и обработки данных мониторинга используются технологии больших данных и облачные вычисления, что позволяет своевременно обнаруживать аномалии, такие как перенапряжение.

Например, путем установки порогового значения раннего предупреждения о перенапряжении, система автоматически отправляет уведомление, когда контролируемое сетевое напряжение приближается или превышает этот порог, напоминая персоналу по обслуживанию принять своевременные меры для предотвращения сбоев.

Регулярное обслуживание и устранение неисправностей

Для ФЭС следует разработать строгий план регулярного обслуживания, чтобы проводить регулярные осмотры, обслуживание и уход за оборудованием.

Необходимо регулярно проверять состояние оборудования, такого как инверторы, фотомодули, кабели и трансформаторы, чтобы своевременно выявлять и устранять потенциальные неисправности. Во время обслуживания следует тестировать и записывать параметры оборудования, сравнивать исторические данные, анализировать тенденции работы оборудования и заранее прогнозировать возможные неисправности.