Täielik juhend päikeseenergia elektrijaama ülepinge veateaduse kohta: põhjused riskid ja süsteemilised lahendused

I. Mis on võrguvoolu ülepinge viga?

Võrguvoolu ülepinge viitab nähtusele elektrivõrkudes või tsüklites, kus pingetase ületab normaalset töötingimust.

Tavaliselt võrgusageduses tõstab AC-voolu efektiivväärtus (Root Mean Square) üle 10% niminaalsest väärtusest ja kestab rohkem kui 1 minut, siis saab selle määratleda võrguvoolu ülepinge vigaks.

Näiteks Hiina levinud 380V kolmefase võrgusüsteemis, kui pinge ületab 418V ja kestab mingi aja, võib see käivitada võrguvoolu ülepinge vigade.

Fotopääikese (PV) elektrijaamades jälgivad võrgupinget reaalajas võrguga sidunud inverterid.

Inverterid on tavaliselt varustatud täpsedega pingeanduritega, mis koguvad reaalaja võrgupingete signaale. Need andurid edastavad kogutud pingesignaale inverteri juhtimissüsteemile, mis analüüsib ja töötleb signaale, et määrata, kas võrgupinge on määratud piirides.

Kui võrgupinge on tuvastatud ületama eelnevalt seatud turvalist ulatust, aktiveerib inverter kohe kaitsemechanismi, lülitas välja ja eraldub võrgust, et vältida ülepinge kahjustavat seadmete ja tagada nii seadmete kui ka operaatorkonna ohutus.

Lisaks paigaldatakse mõnes suures PV elektrijaamas spetsiaalsed võrgulaaduse jälitamise seadmed, et hõlmata mitmesuguseid võrguparametreid täielikult ja reaalajas, lubades kiiresti tuvastada ja lahendada võrgulaaduse probleeme nagu ülepinge.

II. Ülepinge vigade põhjused

(1) Juhtmeetodilised tegurid: Kabeli impedantsi mõju

Kabelid inverteri ja võrguühenduspunkti vahel mängivad olulist rolli energiakülastamisel.

Kui kabel on liiga õhke, suureneb selle vastus. Ohmi seaduse (U = I×R) järgi suurendab konstantne vool suurema vastuse korral suuremat pingevaheldust, mis omakorda suurendab inverteri poolt toodetud AC-pinget.

Liiga pikad kabelid suurendavad samuti vastust, põhjustades sarnaseid pingevähendusi. Näiteks, kaugedes piirkondades, kus võrguühenduspunkt on kaugel, võivad ebaproportsionaalsed kabelispetsifikatsioonid lihtsasti põhjustada ülepinge vigu kabeli impedansi tõttu.

Kui kabeleid segatakse, suureneb nende induktiivsus. Alternatiivses võrgus takistab induktiivsus voolu, häiritseb pingejagamist ja võib käivitada ülepinge.

Juhtmisteadused

PV elektrijaama esialgse paigaldamise ajal võib vale AC-kabele (nt neutraali terminali ühendamine fasa juurde) põhjustada ebatavalist pinget. See võib tingida, et inverter tuvastab pinget, mis ei vasta tegelikule võrgupingele, käivitades ülepinge kaitsemechanismi.

Pärast inverteri pikemat aega töötamist võivad võrgukabelide heikud või halvad ühendused suurendada kontaktvastust. Joule'i seaduse (Q = I²Rt, kus Q on soojus, I on vool, R on vastus ja t on aeg) kohaselt tekitab suurem kontaktvastus rohkem soojust, mille tulemusena lokalne temperatuuri tõus. See halvatab joonte elektrilisi omadusi, põhjustades inverteri poolt lühiajalise pingevähenduse ja käivitades ülepinge vigu.

(2) Võrgustruktuuri ja laadimiste tegurid: Konflikt võrgu kapatsuse ja laadimise vastuvõtmise vahel

Mõnes piirkonnas, eriti kaugevaiksemates külaslikes piirkondades või piirkondades, kus võrguinfrastruktuur on arengulises staadiumis, on võrgu laadimise vastuvõtmine piiratud. Kui sama jaotuspiirkonna sees installitud fotopääikese (PV) kapatsus on liiga suur, sisestatakse võrgu suur hulk PV-genereeritud energiat. Kui võrgu ei saa seda energiat ootava ja tõhusa viisil vastu võtta, tõuseb võrgupinge.

Trafodega seotud probleemid

Transformaatorid mängivad olulist rolli võrgu pingemuundamises ja energiakülastamises:

Kui transformaator on kaugel võrguühenduspunktist, tavaliselt tõstetakse selle väljundpinget, et kompenseerida joone pingevahendust ja tagada normaalne pinge piirkondades, mis asuvad kaugel transformaatorist. Siiski võib see põhjustada ülepinge võrguühenduspunktis lähedal transformaatorile.

Ebasoovitatud transformaatori tap-väärtuste seaded või töötabuvad tehnilised probleemid (nt tap-vahetuse halvad kontaktid) võivad mõjutada transformaatori windingu suhet, põhjustades ebatavalist väljundpinge tõusu ja käivitades võrgu ülepinge vigu.

(3) Inverteriga seotud tegurid: Algsed seaded ja töötabuvad tehnilised probleemid

Inverterid lähevad tehasest välja vaikimisi pingekaitseulatusega. Praktikas, kui see eelmääratud piir ei vasta tegelikele kohalikele võrgutingimustele, võib esineda eksitunnustus. Näiteks, kui võrgupinge vaheldub normaalses piirides, kuid inverteri pingekaitse limiit on seatud liiga madalaks, siis inverter raporteerib sageli ülepinge vigu.

Pikaajalises töös võivad inverterid koguda riistvaraprobleeme (nt kahjustatud pingeproovi tsüklid, vigased juhtimisplaadid). Need tehnilised probleemid põhjustavad inverteri poolt ebatäpset võrgupinge tuvastamist, mille tulemuseks on vale käivitus ülepinge kaitsemechanismi ja inverteri väljalülitumine.

Mitme inverteri ühenduse probleemid

Suures PV elektrijaamas on tavaliselt mitmeid invertereid ühendatud võrguga samaaegselt. Kui mitu ühefaaselist inverterit konsentrigeeritakse ühele fale, siis see fase vool on liiga suur, põhjustades võrgu pingevõrreldamatuse ja suurendades selle faasi pinget.

III. Ülepinge vigade kahju PV elektrijaamatele ja võrgule

(1) PV elektrijaama seadmete kahjustamine: Suurendatud inverteri vigade risk

Kui võrgupinge on ülepinge, siis inverteri sees olevad elektronikkomponendid kannatavad pingele, mis ületab nende niminaalset väärtust, kiirendades komponendite vananemist või isegi otse kahjustades neid.

Näiteks inverterite võimsed voolu muundamise seadmed (nt IGBT-d, Isolatsiooniga Lülitusbipolaartransistorid) kogevad suuremat pingetormi sisse- ja väljalülitamisel ülepinge tingimustes, mis muudab neid altõmblikult raskemini katkestatavaks ja teeb inverteri töökyvituks.

Lisaks võib ülepinge põhjustada vigu inverteri juhtimiscircuitis, nõrgestades selle võimet täpset kontrolli väljundpinge ja voolu üle, mis edasi vähendab inverteri jõudlust ja usaldusväärsust.

Lühendatud PV mooduli eluajad

Liiga kõrge võrgupinge võib inverteri kaudu tagasisideks antud PV moodulite poole, suurendades nende tööpinget. Pikaajaline töö korral kõrgepinge tingimustes võib muuta moodulite sees olevate semivoogainete omadusi, põhjustades probleeme nagu soojustikud ja mikrorikked.

(2) Mõju võrgu stabiilsusele: Halvenenud võrgulaadus

Ülepinge võrgupinge halvendab võrgulaadust ja tekitab harmonikapollutsiooni. Kui pinge ületab normaalset ulatust, siis mittelineaarsed laadid võrgus tekitavad lisaharmoonilisi voolu, mis omakorda veelgi häirivad võrgupinget, luues kurjategijakuuriku. Harmonikad suurendavad elektriseadmete soojenemist, vähendavad nende tööaastaid ja võivad segada kommunikatsioonisüsteemide normaalset tööd, nõrgestades üldiselt võrgu stabiilsust.

(3) Elektrienergia tootmise kadu ja vähendatud majanduslikud eelised: Inverteri väljalülitumine ja vähendatud töörežiim

Kui inverter tuvastab võrgupinge ülepinge, siis ta lülitub välja kaitseks või töötab vähendatud võimsusega, et tagada seadmete ohutus. Inverteri väljalülitumine paneb PV elektrijaama täielikult peatuma, mille tulemuseks on otseene elektrienergia tootmise kadu.

Suurendatud pikaajaline hooldus ja remont (O&M) kulud

Ülepinge vigade tõttu tekkinud kahjud (nt inverterid ja PV moodulid) nõuavad kiiret parandamist ja asendamist. See suurendab lühiajalisi paranduskulusid, kuid ka tulevikus on vaja sagedamalt asendada seadmeid, kuna nende tööaeg on lühenev, mis suurendab pikaajalisi O&M kulusid.

IV. Tõhusad lahendused ülepinge vigadele

(1) Ehitamise eelne planeerimine ja disaini optimeerimine: Täielik võrgu uurimine ja hindamine

PV elektrijaama ehitamise eel tuleb teha täielik ja üksikasjalik uurimine ja hindamine kohalikust võrgust. Peab täpselt mõistma võrgustruktuuri, kapatsuse, laadimistingimused ja pingevahelduse piiri. Tuleks kasutada professionaalseid võrguanalüüsi programmeerimisvahendeid, et simulida ja analüüsida potentsiaalset mõju võrgule pärast ühendamist.

Näiteks, vahendid nagu PSCAD (Power System Computer-Aided Design) või ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) võivad simulida võrgupingevaheldusi erinevatel PV installatsioonikapasustel, ühenduspunktide asukohtadel ja ühendamismeetoditel. See aitab määrata kõige loogilisema PV elektrijaama ehitamise plaani, tagab tervisekindla pingega võrguühenduspunkti ja vähendab ülepinge vigade riski allikast.

Rationaalne PV installatsioonikapatsuse planeerimine

Peab planeerima PV elektrijaama installatsioonikapatsust, arvestades võrgu laadimise vastuvõtmissüüd ja transformaatori kapatsust. Vältida tuleb PV-seadmete ülekoondumist sama jaotuspiirkonnas, et vältida ülepinge tingimusi, mille võrgu ei saa vastu võtta.

Inverteri ühendamismeetodite optimeerimine

Mitme inverteriga varustatud PV elektrijaamades tuleb inverteri ühendamismeetodit optimeerida. Vältida tuleb mitme ühefaaselise inverteri konsentratsiooni ühel fale, selle asemel jagada neid tasakaalis kolmel võrgufasel, et saavutada mitmekordse võrguühenduse. See tasakaalustab kolmefase voolu ja vähendab ülepinge tingimusi, mille põhjustab ühefaase vool.

(2) Seadmete valik, paigaldus ja sisse lülitamine: Kvaliteetsete kabelite ja rationaalse juhtimise kasutamine

PV elektrijaama ehitamisel tuleb kasutada kvaliteetseid kabeleid, mis vastavad riigi standarditele. Kabelispetsifikatsioonide ja lõigupindala valikut tuleb teha, arvestades tegelikku transpordivoolu ja vahemaa.

Pika vahemaa võrguühenduse korral on vaja suuremat kabelilõigupinda, et vähendada joone impedantsi ja pingevaheldust.

Samuti tuleb juhtimine olema rationaalne, et vältida liiga pikkad, segatud või ebaproportsionaalsed kabelid. Juhtimise ajal võib kasutada kabelirohte või kanaleid, et kaitsta ja organiseerida kabeleid, tagades nende ohutu töö.

Näiteks, suures PV elektrijaamas võib kasutada maapinnast kabeleid, ja kabelite marsruudid saab planeerida, et vähendada kabeli pikkust ja ristuvust, parandada energia transpordieffektiivsust ja vähendada ülepinge vigade tõenäosust.

Täpne inverteri valik ja paigaldus

Inverterite valikul tuleb täielikult arvestada kohalikke võrgutingimusi. Tuleks valida inverterid, mis on laia pingeaastamusega, usaldusväärsed ülepinge kaitsega ja kõrge energiamuundamise tõhususega.

Paigaldamise ajal tuleb kindlustada inverteri õige AC-juhendamine, et vältida pingevalu, mis tuleneb neutraali ja fasa juhendamise vahetusest.

Rationaalne transformaatori konfiguratsioon ja hooldus

Tuleks valida transformaatorid, mis on hea pingereglitsemisega, et võimaldada pinget reguleerida, kui võrgupinge vaheldub. Samuti tuleb tugevdada igapäevast hooldust ja jälgimist. Tuleb regulaarselt kontrollida transformaatori parameetreid, nagu tap-changer, windingu ja õli taseme, et tagada normaalne töö.

Kaugel võrguühenduspunktist asuvatel transformaatoritel võib kasutada ladina tap-changerit, et saada real-time kontrolli transformaatori väljundpinge kaudu, tagades, et pingetase võrguühenduspunktis jääks normaalsetesse piiridesse.

(3) Tööjõudluse jälgimine ja intelligentsed reguleerimisstrateegiad: Reaalajas jälgimissüsteemi loomine

Tuleks luua täielik reaalajas jälgimissüsteem PV elektrijaamale, et jälgida võrguparametreid, nagu pinge, vool, energia ja sagedus. Andurid, mis on paigutatud võrguühenduspunktis, inverteri väljundlõigus ja PV moodulites, edastavad kogutud andmeid reaalajas jälgimiskeskusele. Suured andmete analüüsi ja pilvearvutuse platvormid kasutatakse andmete analüüsimiseks ja töötlemiseks, võimaldades kiiresti tuvastada ebatavalisi tingimusi, nagu ülepinge.

Näiteks, seades varajane hoiatuslimiit ülepingele, süsteem automaatselt saatmisel hoiatust, kui jälgitav võrgupinge läheneb või ületab limiiti, meeldetuletades O&M personalil võtta kiiresti meetmeid, et vältida vigu.

Regulaarne hooldus ja vigade lahendamine

Tuleks koostada range regulaarne hooldusplaani PV elektrijaamale, et teha regulaarseid inspekteeringuid, hooldust ja hooldust.

Tuleks regulaarselt kontrollida seadmete, nagu inverterid, PV moodulid, kabeleid ja transformaatorid, töötingimusi, et kiiresti tuvastada ja parandada potentsiaalset vigu. Hoolduse ajal tuleb testimine ja dokumenteerimine seadmete parameetrite, võrrelda ajaloolisi andmeid, analüüsida seadmete töö trende ja ennustada potentsiaalseid vigu.