Comhleabhar Iomlán ar Fhealláin Buailteas Bhreise Iarnádúchta: Cúrsaí, Príosúnais agus Réitigh Córasacha

I. Céard is Fógra Tuarascálaíocht Thiomhais Gréasaigh?

Tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh réfleocthaíonn éifeacht i gcúrsaí rialta toma agus i gciorcail ina bhféadfaidh an tiomhais a bheith os cionn an raon gníomhaíochta normálta.

Ginearálta, faoi fréamhshuim, má thagann luaschomhartha (Root Mean Square) an tiomhais AC suas níos mó ná 10% os cionn an luach reatha agus duraíonn sé ar feadh níos mó ná 1 nóiméad, is féidir a léiriú mar fógra tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh.

Mar shampla, sa gcóras trífhásacha 380V coitianta in China, más túisce an tiomhais a bheas os cionn 418V agus duraíonn sé ar feadh tréimhse áirithe, is féidir go mbeadh sé in ann fógra tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh a chur i gcrích.

I stáisiúin spéaclóiche (PV), tá invertéirí gaolaithe leis an ngreis a dhéanamh comharraíochta thiomhais gréasaigh i real-time.

Tá invertéirí de ghnáth lonnaithe le saincheadaithe tiomhais ard-ionsaitheach chun comharraí thiomhais greiseacha a bhailiú in real-time. Seo a chur siar na comharraí tiomhais do chóras rialú an invertéara, ina ndéanann sé anailís agus próiseáil ar na comharraí chun a chinntiú an bhfuil an tiomhas gréasaigh laistigh den raon speisificaithe.

Othair a dtiocfaidh an tiomhais gréasaigh a bheith os cionn an raon slán reatha, d'fhéadfadh an invertéara a chur i bhfeidhm meicniúm cosanta, a stopadh, agus a scuabadh ón ngreis chun a chosaint ó damáiste a dhéanamh ar tháirge agus chun a chinntiú slándacht na dtáirge agus oibrí.

Freisin, i roinnt stáisiúin spéaclóiche mhóra, tá deasaíochtaí monatóireachta cáilíochta fuinnimh suite chun monatóireacht forleathan, in real-time, a dhéanamh ar éagsúlacht paraiméadar greiseacha, chun a dhéanamh aitheantas agus a dhéanamh comharraí fuinnimh mar shampla tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh.

II. Príomhúsaí Fógairí Tuarascálaíocht Thiomhais

(1) Fórsaí Líne: Tionchar Ród Impidance

Tá róda idir an invertéara agus an pointe ceangail gréasaigh ag imirt ról príomha i gcuirteoireacht fuinnimh.

Má tá an ród ró-thinne, éiríonn an t-impeadáns air. De réir Laght Ohm (U = I×R), le siombalach constant, cuireann an t-impeadáns níos airde drochdhulrad níos airde, a chuironn an tiomhais AC ar an taobh invertéara.

Róda fada freisin a éiríonn an t-impeadáns, a chuironn an tiomhais níos airde. Mar shampla, i stáisiúin spéaclóiche i réimsí forleathana ina bhfuil an pointe ceangail gréasaigh ar feadh, úsáid ródanna nach bhfuil i gcomhréim is féidir go dóna tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh a chur i gcrích mar gheall ar impeadáns ród níos airde.

Má tá róda mídheasta, éiríonn an inducatance air. In AC circuits, impedes an inducatance siombalach, a chuironn an tiomhais níos airde agus is féidir go dóna tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh a chur i gcrích.

Earráidí Ceangail

Le linn an chéad chur i bhfeidhm stáisiún spéaclóiche, ceangal míchruinn róda AC (mar shampla, an ceangal terminal neodrach leis an siombalach) is féidir go dóna tiomhais neamhchothroime. Is féidir go dóna an invertéara a dhéanamh aitheantas ar tiomhais nach bhfuil cothroime leis an tiomhais gréasaigh, ag cur i bhfeidhm meicniúm cosanta tuarascálaíocht thiomhais.

Tar éis dóibh an invertéara a bheith ag obair ar feadh tréimhse, ceanglaí teoraineacha nó míchruinn ar róda greiseacha is féidir go dóna an t-impeadáns teorainneach a éiríonn. De réir Laght Joule (Q = I²Rt, áit a bhfuil Q teaspain, I siombalach, R impeadáns, agus t am), an t-impeadáns teorainneach níos airde teaspain níos mó, a chuironn an témpair áitiúil a éiríonn. An t-impeadáns teorainneach níos airde a éiríonn an tiomhais AC an invertéara agus ag cur i bhfeidhm tuarascálaíocht thiomhais gréasaigh.

(2) Estructura de Red y Factores de Carga: Conflicto entre la Capacidad de la Red y la Absorción de Carga

En algunas regiones, especialmente en áreas rurales remotas o con infraestructuras de red subdesarrolladas, la capacidad de absorción de carga de la red es limitada. Cuando la capacidad instalada de PV en la misma área de distribución de energía es demasiado grande, una cantidad significativa de electricidad generada por PV se alimenta a la red. Si la red no puede absorber esta potencia de manera oportuna y efectiva, el voltaje de la red aumentará.

Problemas Relacionados con los Transformadores

Los transformadores desempeñan un papel crucial en la conversión de voltaje y la distribución de potencia en la red:

Si el transformador está lejos del punto de conexión a la red, su voltaje de salida generalmente se eleva para compensar la pérdida de voltaje en la línea y garantizar un voltaje normal en las áreas alejadas del transformador. Sin embargo, esto puede causar un voltaje excesivo en el punto de conexión a la red cerca del transformador.

Configuraciones de tomas de corriente del transformador irrazonables o fallos operativos (por ejemplo, contacto pobre del cambiador de tomas) pueden afectar la relación de vueltas del transformador, lo que lleva a un aumento anormal del voltaje de salida y provoca un fallo de sobretensión en la red.

(3) Factores Relacionados con los Inversores: Configuraciones Iniciales y Fallos Operativos

Los inversores salen de fábrica con un rango de protección de voltaje predeterminado. En aplicaciones prácticas, si este rango predeterminado no coincide con las condiciones reales de la red local, puede producirse un mal juicio. Por ejemplo, si el voltaje de la red fluctúa dentro de un rango normal pero el umbral de protección de voltaje del inversor está configurado demasiado bajo, el inversor reportará frecuentemente fallos de sobretensión.

Durante la operación a largo plazo, los inversores pueden experimentar fallos de hardware (por ejemplo, circuitos de muestreo de voltaje dañados, placas de control defectuosas). Estos fallos causan una detección inexacta del voltaje de la red por parte del inversor, lo que lleva a la activación incorrecta del mecanismo de protección de sobretensión y al apagado del inversor.

Problemas de Conexión de Múltiples Inversores

En estaciones de energía fotovoltaica a gran escala, a menudo se conectan varios inversores a la red simultáneamente. Si varios inversores monofásicos se concentran en una fase, la corriente en esa fase será excesivamente alta, causando un desequilibrio de voltaje en la red y elevando el voltaje de esa fase.

III. Peligros de los Fallos de Sobretensión para las Estaciones de Energía Fotovoltaica y la Red

(1) Daño al Equipamiento de la Estación de Energía Fotovoltaica: Mayor Riesgo de Fallos en Inversores

Cuando el voltaje de la red es de sobretensión, los componentes electrónicos dentro del inversor soportan un voltaje superior a su valor nominal, acelerando el envejecimiento de los componentes o incluso causando daños directos.

Por ejemplo, los dispositivos de conmutación de potencia en los inversores (como IGBTs, Transistores Bipolares de Puerta Aislada) experimentan un estrés de voltaje mayor durante la conmutación en condiciones de sobretensión, lo que los hace propensos a fallar y dejar el inversor inoperativo.

Además, la sobretensión puede causar fallos en el circuito de control del inversor, deteriorando su capacidad para controlar precisamente el voltaje y la corriente de salida, lo que reduce aún más el rendimiento y la confiabilidad del inversor.

Reducción de la Vida Útil de los Módulos Fotovoltaicos

Un voltaje de red excesivamente alto puede retroalimentarse a los módulos fotovoltaicos a través del inversor, aumentando el voltaje de operación de los módulos. La operación a largo plazo de los módulos fotovoltaicos a un voltaje alto puede alterar el rendimiento de sus materiales semiconductores internos, lo que conduce a problemas como puntos calientes y microgrietas.

(2) Impacto en la Estabilidad de la Red: Deterioro de la Calidad de la Energía

La sobretensión de la red degrada la calidad de la energía y causa contaminación armónica. Cuando el voltaje excede el rango normal, las cargas no lineales en el sistema de energía generan corrientes armónicas adicionales, que a su vez interrumpen aún más el voltaje de la red, creando un ciclo vicioso. Las armónicas aumentan la generación de calor en los equipos eléctricos, reducen su vida útil y pueden interferir con el funcionamiento normal de los sistemas de comunicación, comprometiendo la estabilidad general del sistema de energía.

(3) Pérdida de Generación de Energía y Reducción de Beneficios Económicos: Apagado del Inversor y Operación en Potencia Reducida

Cuando el inversor detecta una sobretensión en la red, se apaga para protegerse o opera a potencia reducida para garantizar la seguridad del equipo. El apagado del inversor hace que la estación de energía fotovoltaica deje de generar electricidad por completo, resultando en una pérdida directa de generación de energía.

Aumento de los Costos de Operación y Mantenimiento (O&M) a Largo Plazo

El daño al equipamiento de la estación de energía fotovoltaica (por ejemplo, inversores y módulos fotovoltaicos) causado por fallos de sobretensión requiere reparación y reemplazo oportunos. Esto no solo aumenta los costos de reparación a corto plazo, sino que también requiere un reemplazo más frecuente del equipo en el futuro debido a la reducción de su vida útil, lo que eleva los costos de O&M a largo plazo.

IV. Soluciones Efectivas para los Fallos de Sobretensión

(1) Planificación y Optimización de Diseño Pre-construcción: Encuesta y Evaluación Completa de la Red

En la fase pre-construcción de una estación de energía fotovoltaica, se debe realizar una encuesta y evaluación completa y detallada de la red local. Es necesario comprender a fondo parámetros clave como la estructura de la red, la capacidad, las condiciones de carga y el rango de fluctuación del voltaje. Se deben utilizar software de análisis de potencia profesional para simular y analizar el impacto potencial de la estación de energía fotovoltaica en la red después de la conexión.

Por ejemplo, herramientas como PSCAD (Power System Computer-Aided Design) o ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) pueden simular cambios de voltaje en la red bajo diferentes capacidades instaladas de PV, ubicaciones de conexión y métodos de conexión. Esto ayuda a determinar el plan de construcción más razonable para la estación de energía fotovoltaica, asegurando un voltaje saludable en el punto de conexión a la red y reduciendo el riesgo de fallos de sobretensión en la fuente.

Planificación Razonable de la Capacidad Instalada de PV

Basándose en la capacidad de absorción de carga de la red y la capacidad del transformador, se debe planificar de manera razonable la capacidad instalada de la estación de energía fotovoltaica. Se debe evitar la concentración excesiva de equipos PV en la misma área de distribución de energía para prevenir el aumento de voltaje causado por una cantidad excesiva de energía PV que la red no puede absorber.

Optimización de los Métodos de Conexión de Inversores

Para estaciones de energía fotovoltaica con múltiples inversores, se debe optimizar el método de conexión de los inversores. Se debe evitar la concentración de múltiples inversores monofásicos en una sola fase; en su lugar, se deben distribuir uniformemente en las tres fases de la red para lograr una conexión a la red en múltiples puntos. Esto equilibra la corriente trifásica y reduce el desequilibrio y el aumento de voltaje causados por una corriente monofásica excesiva.

(2) Selección, Instalación y Comisionamiento de Equipos: Uso de Cables de Alta Calidad y Cableado Razonable

En la construcción de la estación de energía fotovoltaica, se deben utilizar cables de alta calidad que cumplan con los estándares nacionales. Las especificaciones y la sección transversal de los cables deben seleccionarse según la potencia de transmisión real y la distancia.

Para conexiones a la red a larga distancia, se requiere una sección transversal de cable mayor para reducir la impedancia de la línea y la caída de voltaje.

Al mismo tiempo, el cableado debe ser razonable para evitar cables excesivamente largos, enredados o innecesariamente doblados. Durante el cableado, se pueden utilizar bandejas o conductos de cable para proteger y organizar los cables, asegurando la operación segura de los mismos.

Por ejemplo, en estaciones de energía fotovoltaica a gran escala, se puede adoptar el tendido de cables subterráneo, y se pueden planificar rutas de cable razonables para reducir la longitud y los cruces de cable, mejorando la eficiencia de transmisión de potencia y disminuyendo la probabilidad de fallos de sobretensión.

Selección e Instalación Precisas de Inversores

Cuando se seleccionan inversores, se debe tener en cuenta plenamente las condiciones de la red local. Se deben elegir inversores con un amplio rango de adaptación de voltaje, protección contra sobretensión confiable y alta eficiencia de conversión de potencia.

Durante la instalación, se debe asegurar un cableado AC correcto del inversor para evitar anomalías de voltaje causadas por el intercambio de cables de fase y neutro.

Configuración y Mantenimiento Razonables de Transformadores

Se deben seleccionar transformadores con buen rendimiento de regulación de voltaje para permitir ajustes oportunos cuando fluctúa el voltaje de la red. Al mismo tiempo, se debe fortalecer el mantenimiento y monitoreo diarios de los transformadores. Se deben inspeccionar regularmente parámetros de los transformadores, como los cambiadores de tomas, bobinas y niveles de aceite, para asegurar la operación normal de los mismos.

Para transformadores lejos del punto de conexión a la red, se pueden usar cambiadores de tomas bajo carga para realizar ajustes en tiempo real del voltaje de salida del transformador a través de control remoto, asegurando que el voltaje en el punto de conexión a la red permanezca dentro del rango normal.

(3) Monitoreo Operativo y Estrategias de Regulación Inteligente: Establecimiento de un Sistema de Monitoreo en Tiempo Real

Se debe establecer un sistema de monitoreo en tiempo real integral para la estación de energía fotovoltaica para monitorear parámetros de la red como voltaje, corriente, potencia y frecuencia en tiempo real. Los sensores instalados en el punto de conexión a la red, en el extremo de salida del inversor y en los módulos fotovoltaicos transmiten los datos recopilados al centro de monitoreo en tiempo real. Se utilizan plataformas de análisis de big data y computación en la nube para analizar y procesar los datos de monitoreo, permitiendo la detección oportuna de anomalías como sobretensión.

Por ejemplo, mediante la configuración de un umbral de advertencia temprana para sobretensión, el sistema envía automáticamente una alerta cuando el voltaje de la red monitoreada se acerca o supera el umbral, recordando al personal de O&M tomar medidas oportunas para prevenir fallos.

Mantenimiento Regular y Resolución de Fallos

Se debe formular un estricto plan de mantenimiento regular para la estación de energía fotovoltaica para realizar inspecciones, mantenimiento y cuidado periódico del equipo.

Se debe verificar regularmente el estado de operación de equipos como inversores, módulos fotovoltaicos, cables y transformadores para identificar y reparar riesgos de fallos potenciales de manera oportuna. Durante el mantenimiento, se deben probar y registrar los parámetros del equipo, y comparar los datos históricos para analizar las tendencias de operación del equipo y predecir potenciales fallos con anticipación.