מדריך מלא לתיקון תקלה של מתח גבוה במחנה כוח פוטו-וולטאי: סיבות, סיכונים ופתרונות מערכתיים

I. מהו תקלה של מתח גבוה ברשת?

מתח גבוה ברשת מתייחס לתופעה במערכות חשמל או מעגלים שבה המתח עולה מעל טווח ההפעלה הנורמלי.

בדרך כלל, בתדרי הספק, אם ערך ה-RMS (Root Mean Square) של המתח החילופין עולה ביותר מ-10% מעל הערך המוערך ומשתמר למעלה מדקה אחת, ניתן לקבוע כי מדובר בתקלה של מתח גבוה ברשת.

לדוגמה, במערכת הרשת התלת-פאזה של 380V הנפוצה בסין, אם המתח עולה מעל 418V ומשתמר למשך זמן מסוים, הוא עשוי להפעיל תקלה של מתח גבוה ברשת.

בתחנות כוח פוטו-וולטאיות, הממירים המחוברים לרשת אחראים על מעקב בזמן אמת למתח הרשת.

ממירים נושאים בדרך כלל חיישני מתח בעלות דיוק גבוה לאיסוף אותות מתח רשת בזמן אמת. החיישנים מעבירים את האותות שנאספו למערכת הבקרה של הממיר, שמנתחת ומעבדת את האותות כדי לקבוע האם המתח של הרשת נמצא בטווח המוגדר.

ברגע שמגלה שהמתח של הרשת עולה מעל הטווח הבטוח המוגדר, הממיר יפעיל מידCHANIC של הגנה, יכבה ויתנתק מהרשת כדי למנוע ממתח גבוה להרוס ציוד ולבטיח את בטיחות הציוד והמבצעים.

בנוסף, בתחנות כוח פוטו-וולטאיות גדולות, מותקנים התקנים מיוחדים לעדכון איכות הספק כדי לבצע מעקב כולל ובעת אמת לפרמטרים שונים של הרשת, מאפשרים זיהוי והנדסה מתאימה של בעיות באיכות הספק כגון מתח גבוה.

II. גורמים לתיקלה של מתח גבוה

(1) גורמים קוויים: השפעת עמידת הכבל

הכבלים בין הממיר לנקודת החיבור לרשת משחקים תפקיד מרכזי בהעברת הספק.

אם הכבל דק מדי, העמידות שלו מגיעה. לפי חוק אוהם (U = I×R), עם זרם קבוע, עמידות גבוהה יותר מובילה לנפילת מתח גדולה יותר, מה שמחזיר את המתח החילופין בצד הממיר.

כבלים ארוכים מדי גם מגבירים את העמידות, מגרים בעיות דומות של מתח גבוה. למשל, בתחנות כוח פוטו-וולטאיות באזורים מרוחקים, בהם נקודת החיבור לרשת רחוקה, שימוש בכבלים שאינם מתאימים יכול בקלות להוביל לתקלות מתח גבוה עקב עמידת כבל גבוהה מדי.

אם הכבלים מסובכים, האינדוקטיביות שלהם מגיעה. במעגלי חילופין, האינדוקטיביות מפריעת לזרם, מפריעה עוד יותר להתפלגות המתח ומגיבה לתקלות מתח גבוה.

שגיאות חיבור

במהלך ההתקנה הראשונית של תחנת כוח פוטו-וולטאית, חיבור שגוי של כבלים חילופיים (למשל, חיבור נקודת הנייטרל לפאזה) יכול לגרום למתח חריג. זה עשוי לגרום לממיר לזהות מתח שאינו מתאים למתח הרשת האמיתי, מה שיגרום להפעלת מנגנון ההגנה ממתח גבוה.

לאחר זמן מה של פעילות הממיר, חיבורים רפיים או גרועים בכבלי הצד של הרשת יכולים להגביר את העמידות של הקשר. לפי חוק ג'ול (Q = I²Rt, כאשר Q הוא חום, I הוא זרם, R הוא עמידות ו-t הוא זמן), עמידות גבוהה יותר מייצרת יותר חום, מובילה לעלייה מקומית בטמפרטורה. זה פוגע בביצועים החשמליים של הקו, גורם לעליה זמנית במתח הממיר ומפעיל תקלה ממתח גבוה.

(2) גורמים מבניים וצריכתיים: סכסוך בין יכולת הספיקה של הרשת לבין הספיקה הצריכה

בכמה אזורים, במיוחד באזורים כפריים מרוחקים או אזורים עם תשתית רשת חסרת פיתוח, יכולת הספיקה של הרשת מצומצמת. כאשר הספיקה המותקנת של פוטו-וולטאי באותו אזור הפצה היא גדולה מדי, כמות גדולה של אנרגיה פוטו-וולטאית מוזרקת לרשת. אם הרשת אינה יכולה לספוג את הספיקה הזו באופן תקף ויעיל, המתח של הרשת会上升。电网过电压会对光伏电站和电网造成哪些危害？请继续翻译。 **III. 电压过电压故障对光伏电站和电网的危害** **(1) 损坏光伏电站设备：增加逆变器故障的风险** 当电网电压过高时，逆变器内部的电子元件会承受超过其额定值的电压，加速元件老化甚至直接损坏。 例如，逆变器中的功率开关器件（如IGBT，绝缘栅双极晶体管）在过电压条件下开关时会承受更大的电压应力，容易发生击穿，导致逆变器无法工作。 此外，过电压还可能导致逆变器控制电路出现故障，影响其精确控制输出电压和电流的能力，进一步降低逆变器的性能和可靠性。 **缩短光伏组件寿命** 过高的电网电压可以通过逆变器反馈到光伏组件侧，增加组件的工作电压。长期在高电压下运行会导致光伏组件内部半导体材料的性能发生变化，引发热点和微裂纹等问题。 **(2) 影响电网稳定性：恶化电能质量** 电网过电压会降低电能质量并产生谐波污染。当电压超出正常范围时，电力系统中的非线性负载会产生额外的谐波电流，从而进一步干扰电网电压，形成恶性循环。谐波会增加电气设备的发热，缩短使用寿命，并可能干扰通信系统的正常运行，削弱整个电力系统的整体稳定性。 **(3) 发电量损失和经济效益下降：逆变器停机和降额运行** 当逆变器检测到电网电压过电压时，为保护设备安全，它会停机或以降额方式运行。逆变器停机会导致光伏电站完全停止发电，造成直接的发电量损失。 **增加长期运维成本** 由电压过电压故障引起的光伏电站设备（如逆变器和光伏组件）损坏需要及时维修和更换。这不仅增加了短期维修成本，而且由于使用寿命缩短，未来还需要更频繁地更换设备，从而提高了长期运维成本。 **IV. 解决电压过电压故障的有效方法** **(1) 前期规划与设计优化：全面的电网调查与评估** 在光伏电站建设前期，应对当地电网进行综合详细的调查与评估。应充分了解电网结构、容量、负荷情况及电压波动范围等关键参数。使用专业的电力分析软件模拟和分析光伏电站接入后对电网的潜在影响。 例如，可以使用PSCAD（电力系统计算机辅助设计）或ETAP（电气瞬态分析程序）等工具，在不同光伏装机容量、接入位置和接入方式下模拟电网电压变化。这有助于确定最合理的光伏电站建设方案，确保并网点电压健康，从源头上减少电压过电压故障的风险。 **合理规划光伏装机容量** 根据电网的负荷吸收能力和变压器容量，合理规划光伏电站的装机容量。避免在同一供电区域内过度集中光伏设备，防止因电网无法吸收过多光伏电力而导致电压升高。 **优化逆变器连接方式** 对于多台逆变器的光伏电站，应优化逆变器的连接方式。避免将多台单相逆变器集中在同一相上，而是均匀分布在三相电网上实现多点并网。这样可以平衡三相电流，减少因单相电流过大引起的电压不平衡和升高。 **(2) 设备选型、安装与调试规范：使用高质量电缆和合理布线** 在光伏电站建设中，应使用符合国家标准的高质量电缆。根据实际传输功率和距离选择电缆规格和截面积。 对于远距离并网，需要较大的电缆截面积以减少线路阻抗和压降。 同时，布线要合理，避免电缆过长、缠绕或不必要的弯曲。布线时可以使用电缆桥架或管道来保护和整理电缆，确保电缆安全运行。 例如，在大型光伏电站中，可以采用地下电缆敷设方式，并合理规划电缆路径，减少电缆长度和交叉，提高输电效率，降低电压过电压故障的概率。 **准确选择和安装逆变器** 在选择逆变器时，应充分考虑当地电网条件。选择适应电压范围广、过电压保护可靠且转换效率高的逆变器。 在安装过程中，确保逆变器交流接线正确，避免因火线和零线错接导致电压异常。 **合理配置和维护变压器** 应选择具有良好调压性能的变压器，以便在电网电压波动时及时调整。同时，加强变压器的日常维护和监测，定期检查变压器的分接头、绕组和油位等参数，确保变压器正常运行。 对于远离并网点的变压器，可以使用有载调压器通过远程控制实时调整变压器输出电压，确保并网点电压在正常范围内。 **(3) 运行监控与智能调节策略：建立实时监控系统** 应建立光伏电站的全面实时监控系统，实时监控电网参数如电压、电流、功率和频率等。在并网点、逆变器输出端和光伏组件处安装的传感器实时传输采集的数据到监控中心。利用大数据分析和云计算平台对监控数据进行分析处理，及时发现电压过电压等异常情况。 例如，通过设置电压过电压预警阈值，当监控到的电网电压接近或超过阈值时，系统自动发出警报，提醒运维人员及时采取措施防止故障。 **定期维护与故障排查** 应制定严格的光伏电站定期维护计划，定期对设备进行检查、维护和保养。 定期检查逆变器、光伏组件、电缆和变压器等设备的运行状态，及时发现并修复潜在故障风险。在维护过程中，测试并记录设备参数，对比历史数据，分析设备运行趋势，提前预测潜在故障。 以下是希伯来语翻译： **III. נזקי תקלות מתח גבוה לתחנות כוח פוטו-וולטאיות ולרשת** **(1) פגיעה בציוד תחנת כוח פוטו-וולטאית: עלייה בסיכון לתיקלים בממירים** כאשר המתח של הרשת גבוה מדי, המרכיבים האלקטרוניים בתוך הממיר נושאים מתח מעל הערך המוערך שלהם, מה שמאיץ את הזקנה של המרכיבים או אפילו גורם להם להיפגע ישירות. לדוגמה, מכשירי החלפה של עצמת (כמו IGBT, טרנזיסטורי שער מבודד דו-קוטבי) בממיר נושאים מתח מתח לחץ גבוה יותר במהלך פתיחה וסגירה במתח גבוה, מה שגורם להם להיות פגיעים להיפגעות ולהפסיק את פעולת הממיר. **הקטנת משך החיים של מודולי פוטו-וולטאי** מתח גבוה מדי של הרשת יכול להישלח חזרה לצד המודולים הפוטו-וולטאיים דרך הממיר, מה שעולה במתח העבודה של המודולים. פעולה ממושכת של מודולי פוטו-וולטאי במתח גבוה יכולה לשנות את ביצועיהם של החומרים מוליכים למחצה הפנימיים שלהם, מה שגורם לבעיות כמו נקודות חמות ונקודות קטנות. **(2) השפעה על יציבות הרשת: הידרדרות איכות הספק** מתח גבוה של הרשת מוריד את איכות הספק ויוצר זיהום הרמוני. כאשר המתח עולה מעל הטווח הנורמלי, עומסים לא ליניאריים במערכת הספק יוצרים זרמים הרמוניים נוספים, מה שמשתלב עוד יותר במתח הרשת, יוצר מעגל מזיק. הרמוניות מגבירות את הייצור של חום בציוד חשמלי, מפחיתות את משך החיים שלהם ועשויות להפריע לפעילות תקינה של מערכות תקשורת, מחלישות את יציבות המערכת הכוללת של הספק. **(3) אובדן ייצור חשמל וירידה בנתונות כלכליות: עצירת ממיר ופעולת מירוץ** כאשר הממיר מזהה מתח גבוה של הרשת, הוא עוצר להגנה או עובד בקצב מופחת כדי להבטיח את בטיחות הציוד. עצירת הממיר גורמת לתחנת כוח פוטו-וולטאית להפסיק לייצר חשמל לחלוטין, מה שגורם לאובדן ישיר בייצור חשמל. **גידול בויות תחזוקה ותיקון לאורך זמן** הנזק לציוד תחנת כוח פוטו-וולטאית (כמו ממירים ומודולי פוטו-וולטאי) שנגרם מתקלות מתח גבוה דורשות תיקון וחליפה מיידיים. זה מגביר את עלויות התיקון הקצרות, אך גם מחייב החלפת ציוד תכופה יותר בעתיד בשל תקופת חיים קצרה, מה שמרחיק את עלויות התחזוקה והתיקון לאורך זמן. **IV. פתרונות יעילים לתקלות מתח גבוה** **(1) תכנון מוקדם ואופטימיזציה של עיצוב: סקר ועריכת רשת מקיפה** בשלב המוקדם של בניית תחנת כוח פוטו-וולטאית, יש לבצע סקר ועריכת רשת מקיפה ומסודרת של הרשת המקומית. יש להבין secara menyeluruh parameter kunci seperti struktur jaringan, kapasitas, kondisi beban, dan rentang fluktuasi tegangan. Gunakan perangkat lunak analisis daya profesional untuk mensimulasikan dan menganalisis dampak potensial dari pembangkit listrik tenaga surya terhadap jaringan setelah terhubung. Misalnya, alat seperti PSCAD (Power System Computer-Aided Design) atau ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) dapat mensimulasikan perubahan tegangan jaringan dengan berbagai kapasitas terpasang PV, lokasi koneksi, dan metode koneksi. Ini membantu menentukan rencana konstruksi pembangkit listrik tenaga surya yang paling masuk akal, memastikan tegangan sehat di titik koneksi jaringan, dan mengurangi risiko gangguan overvoltage pada sumbernya. **Perencanaan Kapasitas Terpasang PV yang Rasional** Berdasarkan kapasitas penyerapan beban jaringan dan kapasitas transformator, kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga surya harus direncanakan secara rasional. Hindari berkonsentrasi terlalu banyak peralatan PV di area distribusi yang sama untuk mencegah kenaikan tegangan yang disebabkan oleh daya PV berlebihan yang tidak dapat diserap oleh jaringan. **Optimalisasi Metode Koneksi Inverter** Untuk pembangkit listrik tenaga surya dengan beberapa inverter, metode koneksi inverter harus dioptimalkan. Hindari berkonsentrasi beberapa inverter fase tunggal pada satu fase; sebaliknya, distribusikan secara merata di tiga fasa jaringan untuk mencapai koneksi jaringan multipoint. Ini akan seimbangkan arus tiga fasa dan mengurangi ketidakseimbangan dan kenaikan tegangan yang disebabkan oleh arus fase tunggal yang berlebihan. **(2) Spesifikasi Pemilihan, Instalasi, dan Komisioning Perangkat: Penggunaan Kabel Berkualitas Tinggi dan Penyambungan yang Rasional** Dalam konstruksi pembangkit listrik tenaga surya, gunakan kabel berkualitas tinggi yang memenuhi standar nasional. Spesifikasi dan luas penampang kabel harus dipilih berdasarkan daya transmisi aktual dan jarak. Untuk koneksi jaringan jarak jauh, diperlukan luas penampang kabel yang lebih besar untuk mengurangi impedansi jalur dan penurunan tegangan. Sementara itu, penyambungan harus rasional untuk menghindari kabel yang terlalu panjang, kusut, atau melengkung tidak perlu. Selama penyambungan, gunakan tray kabel atau saluran untuk melindungi dan mengatur kabel, memastikan operasi kabel yang aman. Misalnya, dalam pembangkit listrik tenaga surya skala besar, dapat menggunakan pemasangan kabel bawah tanah, dan rancang rute kabel dengan rasional untuk mengurangi panjang dan persimpangan kabel, meningkatkan efisiensi transmisi daya, dan menurunkan probabilitas gangguan overvoltage. **Pemilihan dan Instalasi Inverter yang Tepat** Ketika memilih inverter, pertimbangkan sepenuhnya kondisi jaringan lokal. Pilih inverter dengan rentang adaptasi tegangan yang luas, perlindungan overvoltage yang andal, dan efisiensi konversi daya yang tinggi. Selama instalasi, pastikan penyambungan AC inverter benar untuk menghindari tegangan abnormal yang disebabkan oleh pertukaran kawat fase dan netral. **Konfigurasi dan Pemeliharaan Transformator yang Rasional** Pilih transformator dengan kinerja pengaturan tegangan yang baik untuk memungkinkan penyesuaian tepat waktu saat tegangan jaringan berfluktuasi. Sementara itu, perkuat pemeliharaan dan pemantauan harian transformator. Inspeksi reguler parameter transformator seperti switch tap, gulungan, dan level minyak untuk memastikan operasi normal transformator. Untuk transformator yang jauh dari titik koneksi jaringan, dapat digunakan on-load tap changers untuk melakukan penyesuaian real-time dari tegangan output transformator melalui kontrol jarak jauh, memastikan bahwa tegangan di titik koneksi jaringan tetap dalam rentang normal. **(3) Strategi Pemantauan Operasional dan Regulasi Cerdas: Pembentukan Sistem Pemantauan Real-Time** Sebaiknya dibentuk sistem pemantauan real-time yang komprehensif untuk pembangkit listrik tenaga surya untuk memantau parameter jaringan seperti tegangan, arus, daya, dan frekuensi secara real-time. Sensor yang dipasang di titik koneksi jaringan, ujung output inverter, dan modul PV mengirim data yang dikumpulkan ke pusat pemantauan secara real-time. Platform analitik big data dan komputasi awan digunakan untuk menganalisis dan memproses data pemantauan, memungkinkan deteksi tepat waktu dari anomali seperti overvoltage. Misalnya, dengan menetapkan ambang batas peringatan dini untuk overvoltage, sistem secara otomatis mengirim peringatan saat tegangan jaringan yang dimonitor mendekati atau melebihi ambang batas, mengingatkan personel O&M untuk mengambil tindakan tepat waktu untuk mencegah gangguan. **Pemeliharaan Rutin dan Troubleshooting Gangguan** Formulasikan rencana pemeliharaan rutin yang ketat untuk pembangkit listrik tenaga surya untuk melakukan inspeksi, pemeliharaan, dan perawatan rutin terhadap peralatan. Periksa secara rutin status operasional peralatan seperti inverter, modul PV, kabel, dan transformator untuk mengidentifikasi dan memperbaiki risiko gangguan potensial secara tepat waktu. Selama pemeliharaan, tes dan catat parameter peralatan, bandingkan data historis untuk menganalisis tren operasional peralatan dan memprediksi gangguan potensial secara proaktif.