Isang Kompletong Gabay sa Sobrang Kuryente ng Implantasyon ng PV: Mga Dahilan Panganib at Sistemikong Solusyon

I. Ano ang Fault ng Overvoltage sa Grid Voltage?

Ang overvoltage sa grid voltage ay tumutukoy sa isang fenomeno sa mga sistema ng kuryente o circuit kung saan ang voltage ay lumalampas sa normal na range ng operasyon.

Karaniwan, sa ilalim ng frequency ng kuryente, kung ang RMS (Root Mean Square) value ng AC voltage ay tumaas nang higit sa 10% sa itaas ng rated value at tumagal ng higit sa 1 minuto, maaari itong matukoy bilang fault ng overvoltage sa grid voltage.

Halimbawa, sa karaniwang 380V three-phase grid system ng Tsina, kung ang voltage ay lumampas sa 418V at nagpatuloy para sa isang tiyak na panahon, maaari itong makapag-trigger ng fault ng overvoltage sa grid voltage.

Sa mga photovoltaic (PV) power stations, ang mga grid-connected inverter ay responsable sa real-time monitoring ng grid voltage.

Ang mga inverter ay karaniwang may high-precision voltage sensors upang makolekta ng real-time grid voltage signals. Ang mga sensor na ito ay nagpapadala ng nakolektang voltage signals sa control system ng inverter, na nag-aanalisa at nagpoproseso ng mga signal upang matukoy kung ang grid voltage ay nasa tinukoy na range.

Kapag natuklasan na ang grid voltage ay lumampas sa preset na ligtas na range, ang inverter ay agad na mag-aactivate ng protection mechanism, magshu-shutdown, at magdi-disconnect sa grid upang maiwasan ang pagkasira ng equipment dahil sa overvoltage at tiyakin ang kaligtasan ng mga equipment at operator.

Bukod dito, sa ilang malalaking PV power stations, ang mga dedicated power quality monitoring devices ay inilalapat upang gawin ang comprehensive, real-time monitoring ng iba't ibang grid parameters, na nagbibigay-daan sa maagang pagtuklas at pag-handle ng mga isyu sa kalidad ng kuryente tulad ng overvoltage.

II. Mga Dahilan ng Fault ng Overvoltage

(1) Line Factors: Impact ng Cable Impedance

Ang mga cable sa pagitan ng inverter at grid connection point ay may mahalagang papel sa power transmission.

Kung ang cable ay masyadong manipis, ang resistance nito ay tataas. Ayon sa Ohm’s Law (U = I×R), sa constant current, ang mas mataas na resistance ay nagdudulot ng mas malaking voltage drop, na nagsisilbing pababata ng AC output voltage sa side ng inverter.

Mga sobrang mahaba na cables ay dinadagdagan ang resistance, na nagdudulot ng katulad na voltage elevation issues. Halimbawa, sa mga PV power stations sa malalayong lugar kung saan ang grid connection point ay malayo, ang paggamit ng cables na hindi angkop na specifications ay madaling maaaring magresulta sa fault ng overvoltage dahil sa excessive cable impedance.

Kung ang mga cable ay nakabaluktot, ang inductance nito ay tataas. Sa AC circuits, ang inductance ay nagpigil ng pagdaloy ng current, na nagdudulot ng mas malaking disruption sa distribution ng voltage at maaaring magtrigger ng overvoltage.

Mga Kamalian sa Wiring

Sa unang pag-install ng PV power station, ang mali na AC cable wiring (halimbawa, ang koneksyon ng neutral terminal sa live wire) ay maaaring magresulta sa abnormal na voltage. Ito ay maaaring magresulta sa pagdetect ng inverter ng isang voltage na hindi tugma sa aktwal na grid voltage, na nagtrigger ng overvoltage protection mechanism.

Pagkatapos ng isang panahon ng operasyon ng inverter, ang mga loose o mahinang koneksyon sa grid-side cables ay maaaring magdulot ng mas mataas na contact resistance. Ayon sa Joule’s Law (Q = I²Rt, kung saan ang Q ay init, I ay current, R ay resistance, at t ay oras), ang mas mataas na contact resistance ay naggugol ng mas maraming init, na nagdudulot ng lokal na pagtaas ng temperatura. Ito ay nagimpair ng electrical performance ng line, na nagdudulot ng transient voltage increase sa inverter at nagtrigger ng fault ng overvoltage.

(2) Grid Structure and Load Factors: Conflict Between Grid Capacity and Load Absorption

Sa ilang rehiyon, lalo na sa malalayong rural areas o sa mga lugar na may underdeveloped na grid infrastructure, ang load absorption capacity ng grid ay limitado. Kapag ang installed PV capacity sa parehong power distribution area ay masyadong malaki, ang malaking halaga ng PV-generated power ay infeed sa grid. Kung ang grid ay hindi maaaring abosrb ang power na ito nang maagang at epektibong paraan, ang grid voltage ay tataas.

Transformer-Related Issues

Ang mga transformer ay may mahalagang papel sa voltage conversion at power distribution sa grid:

Kung ang transformer ay malayo sa grid connection point, ang output voltage nito ay karaniwang itinataas upang kompensahin ang line voltage loss at tiyakin ang normal na voltage sa mga lugar na malayo sa transformer. Gayunpaman, ito ay maaaring magresulta sa excessive voltage sa grid connection point na malapit sa transformer.

Ang hindi angkop na settings ng tap ng transformer o operational faults (halimbawa, poor contact ng tap changer) ay maaaring makaapekto sa turns ratio ng transformer, na nagdudulot ng abnormal na pagtaas ng output voltage at nagtrigger ng fault ng overvoltage sa grid voltage.

(3) Inverter-Related Factors: Initial Settings and Operational Faults

Ang mga inverter ay may default na voltage protection range kapag lumabas sila sa factory. Sa praktikal na aplikasyon, kung ang preset na range na ito ay hindi tugma sa aktwal na lokal na grid conditions, maaaring magkaroon ng misjudgment. Halimbawa, kung ang grid voltage ay fluctuates sa normal na range ngunit ang voltage protection threshold ng inverter ay masyadong mababa, ang inverter ay maaaring madalas na magreport ng overvoltage faults.

Sa mahabang panahon ng operasyon, ang mga inverter ay maaaring makaranas ng hardware failures (halimbawa, damaged voltage sampling circuits, faulty control boards). Ang mga kamalian na ito ay nagdudulot ng hindi accurate na detection ng grid voltage ng inverter, na nagresulta sa mali na activation ng overvoltage protection mechanism at shutdown ng inverter.

Multi-Inverter Connection Issues

Sa mga malalaking PV power stations, maraming inverter ang kadalasang konektado sa grid nang sabay-sabay. Kung ang maraming single-phase inverters ay nakonsentrado sa iisang phase, ang current sa iyon phase ay maaaring maging sobrang mataas, na nagdudulot ng imbalance sa grid voltage at nag-elevate ng voltage ng iyon phase.

III. Mga Panganib ng Fault ng Overvoltage sa Mga PV Power Station at Grid

(1) Damage sa Equipment ng PV Power Station: Increased Risk ng Inverter Faults

Kapag ang grid voltage ay overvoltage, ang mga electronic components sa loob ng inverter ay nagbabantayan ng voltage na lumampas sa kanilang rated value, na nagpapabilis ng aging ng component o kaya'y direktang nagdudulot ng damage.

Halimbawa, ang mga power switching devices sa inverter (tulad ng IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors) ay nagdudulot ng mas mataas na voltage stress sa turn-on at turn-off under overvoltage conditions, na nagpapahiwatig ng breakdown at nagreresulta sa hindi operable na inverter.

Bukod dito, ang overvoltage ay maaaring magdulot ng mga kamalian sa control circuit ng inverter, na nagpapahina ng kanyang kakayahan na kontrolihin nang precise ang output voltage at current, at nagpapababa ng performance at reliability ng inverter.

Pangingitain ng Buhay ng PV Module

Ang sobrang mataas na grid voltage ay maaaring fed back sa side ng PV module sa pamamagitan ng inverter, na nagpapataas ng operating voltage ng mga modules. Ang mahabang panahon ng operasyon ng PV modules sa mataas na voltage ay maaaring baguhin ang performance ng kanilang internal semiconductor materials, na nagdudulot ng mga isyu tulad ng hot spots at microcracks.

(2) Impact sa Grid Stability: Deteriorated Power Quality

Ang overvoltage sa grid voltage ay nagdudulot ng degradation ng kalidad ng kuryente at nagdudulot ng harmonic pollution. Kapag ang voltage ay lumampas sa normal na range, ang nonlinear loads sa power system ay nag-generate ng additional harmonic currents, na nagdudulot ng mas malaking disruption sa grid voltage, na naglalagay ng vicious cycle. Ang harmonics ay nagdudulot ng mas maraming init sa electrical equipment, nagpapababa ng service life, at maaaring maginterfere sa normal na operasyon ng communication systems, na nagpapahina ng overall stability ng power system.

(3) Power Generation Loss at Reduced Economic Benefits: Inverter Shutdown at Derated Operation

Kapag ang inverter ay nadetect ang overvoltage sa grid voltage, ito ay magshu-shutdown para sa proteksyon o mag-operate sa reduced power upang tiyakin ang kaligtasan ng equipment. Ang shutdown ng inverter ay nagresulta sa pagstop ng paggenerate ng kuryente ng PV power station, na nagresulta sa direct na power generation loss.

Increased Long-Term Operation and Maintenance (O&M) Costs

Ang damage sa equipment ng PV power station (halimbawa, inverters at PV modules) na dulot ng fault ng overvoltage ay nangangailangan ng timely repair at replacement. Ito ay hindi lamang nagdudulot ng mas mataas na short-term repair costs, kundi pati na rin ang mas regular na replacement ng equipment sa hinaharap dahil sa pangingitain ng buhay, na nagdudulot ng mas mataas na long-term O&M costs.

IV. Epektibong Solusyon sa Fault ng Overvoltage

(1) Pre-Construction Planning and Design Optimization: Comprehensive Grid Survey and Assessment

Sa pre-construction phase ng PV power station, dapat na gawin ang comprehensive at detailed survey at assessment ng lokal na grid. Ang mga key parameters tulad ng grid structure, capacity, load conditions, at voltage fluctuation range ay dapat na maunawaan nang maigi. Ang professional power analysis software ay dapat gamitin upang simula at analisisin ang potential impact ng PV power station sa grid pagkatapos ng koneksyon.

Halimbawa, ang mga tools tulad ng PSCAD (Power System Computer-Aided Design) o ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) ay maaaring simula ang changes sa grid voltage sa iba't ibang PV installed capacities, connection locations, at connection methods. Ito ay tumutulong sa pagtukoy ng pinakamaangkop na construction plan ng PV power station, tiyakin ang healthy voltage sa grid connection point, at bawasan ang risk ng fault ng overvoltage sa source.

Rational Planning of PV Installed Capacity

Batay sa load absorption capacity at transformer capacity ng grid, ang installed capacity ng PV power station ay dapat ma-plan nang maayos. Iwasan ang overconcentration ng PV equipment sa parehong power distribution area upang iwasan ang voltage elevation na dulot ng sobrang dami ng PV power na hindi maaabsorb ng grid.

Optimization of Inverter Connection Methods

Para sa mga PV power stations na may maraming inverter, ang inverter connection method ay dapat ma-optimize. Iwasan ang concentration ng maraming single-phase inverters sa iisang phase; instead, distribute ito nang pantay-pantay sa tatlong grid phases upang makamit ang multi-point grid connection. Ito ay binabalanse ang three-phase current at bawasan ang voltage imbalance at elevation na dulot ng sobrang dami ng single-phase current.

(2) Equipment Selection, Installation, and Commissioning Specifications: Use of High-Quality Cables and Rational Wiring

Sa construction ng PV power station, dapat gamitin ang high-quality cables na sumasakop sa national standards. Ang cable specifications at cross-sectional area ay dapat pipiliin batay sa actual transmission power at distance.

Para sa long-distance grid connection, ang mas malaking cable cross-sectional area ay kailangan upang bawasan ang line impedance at voltage drop.

Samantala, ang wiring ay dapat rational upang iwasan ang sobrang mahaba, nakabaluktot, o hindi kinakailangang bent na cables. Sa panahon ng wiring, ang cable trays o ducts ay maaaring gamitin upang protektahan at organize ang cables, na tiyak na safe ang operasyon ng cables.

Halimbawa, sa malalaking PV power stations, ang underground cable laying ay maaaring gamitin, at ang cable routes ay dapat maplan nang maayos upang bawasan ang cable length at crossings, na nag-iimprove ng power transmission efficiency at nagbawas ng probability ng fault ng overvoltage.

Accurate Inverter Selection and Installation

Sa pagpili ng inverters, dapat na full consideration ang local grid conditions. Dapat pipiliin ang mga inverter na may wide voltage adaptation range, reliable overvoltage protection, at high power conversion efficiency.

Sa panahon ng installation, siguraduhin ang tama na AC wiring ng inverter upang iwasan ang abnormal na voltage na dulot ng pagswap ng phase at neutral wires.

Rational Transformer Configuration and Maintenance

Dapat pipiliin ang mga transformer na may good voltage regulation performance upang maaaring ma-adjust nang maagang kapag ang grid voltage ay nag-fluctuate. Samantala, dapat palakasin ang daily maintenance at monitoring ng mga transformer. Ang mga parameter ng transformer tulad ng tap changers, windings, at oil levels ay dapat iregular na inspeksyunan upang tiyakin ang normal na operasyon ng transformer.

Para sa mga transformer na malayo sa grid connection point, ang on-load tap changers ay maaaring gamitin upang makuha ang real-time adjustment ng output voltage ng transformer sa pamamagitan ng remote control, na tiyak na ang voltage sa grid connection point ay nasa normal range.

(3) Operational Monitoring and Intelligent Regulation Strategies: Establishment of a Real-Time Monitoring System

Dapat itatag ang comprehensive real-time monitoring system para sa PV power station upang monitor ang grid parameters tulad ng voltage, current, power, at frequency sa real time. Ang mga sensors na inilagay sa grid connection point, inverter output end, at PV modules ay nagpapadala ng collected data sa monitoring center sa real time. Ang big data analytics at cloud computing platforms ay ginagamit upang analisin at prosesin ang monitoring data, na nagbibigay-daan sa maagang pagtuklas ng abnormalities tulad ng overvoltage.

Halimbawa, sa pamamagitan ng pag-set ng early warning threshold para sa overvoltage, ang sistema ay awtomatikong magpadala ng alert kapag ang monitored grid voltage ay lumapit o lumampas sa threshold, na nagremind sa O&M personnel na gumawa ng maagang hakbang upang iwasan ang fault.

Regular Maintenance and Fault Troubleshooting

Dapat itatag ang strict na regular maintenance plan para sa PV power station upang gawin ang regular inspections, maintenance, at upkeep ng equipment.

Ang operating status ng equipment tulad ng inverters, PV modules, cables, at transformers ay dapat iregular na ichheck upang ma-identify at mailipat ang potential fault risks nang maagang panahon. Sa panahon ng maintenance, dapat itest at irecord ang mga parameter ng equipment, at ikumpara ang historical data upang analisin ang trend ng operasyon ng equipment at ma-predict ang potential faults sa maagang panahon.