Teljes útmutató a napelemparkok túlfeszültségi hibáinak okairól kockázatairól és rendszeres megoldásairól

I. Mi az áramháló feszültség túlfeszültségi hiba?

Az áramháló feszültség túlfeszültsége olyan jelenség, amelyben a feszültség meghaladja a normális működési tartományt.

Általában, ha a szinuszos áram feszültségének (RMS) értéke több mint 10%-kal meghaladja a nominális értéket, és ez a helyzet 1 percnél hosszabb ideig tart, akkor ezt túlfeszültségi hibának tekintjük.

Például Kínában, ahol a közös 380V háromfázisú áramháló rendszerre gondolunk, ha a feszültség meghaladja a 418V-ot, és egy bizonyos időre kiterjed, akkor ez túlfeszültségi hibát okozhat.

A napelemparkokban a hálózathoz csatlakoztatott inverterek felelősek az áramháló feszültségének valós idejű monitorozásáért.

Az inverterek általában nagy pontosságú feszültségérzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek gyűjtik a valós idejű hálózatfeszültségi jeleket. Ezek az érzékelők továbbítják a gyűjtött feszültségjeleket az inverter vezérlőrendszerére, amely elemzi és feldolgozza a jeleket, hogy megállapítsa, hogy a hálózatfeszültség a megadott tartományon belül van-e.

Amennyiben az inverter észleli, hogy a hálózatfeszültség meghaladja a beállított biztonsági tartományt, az inverter azonnal aktivál egy védelmi mechanizmust, leállítja a működést, és leválasztja a hálózattól, hogy megelőzze a túlfeszültség okozta károkat, és biztosítsa az eszközök és operátorok biztonságát.

Ezenkívül néhány nagy léptékű napelemparkban dedikált energia minőség ellenőrző eszközöket telepítenek, amelyek komplex, valós idejű figyelést végeznek a hálózat paramétereinek, lehetővé téve a feszültség túlfeszültségi problémák időben történő felismerését és kezelését.

II. A feszültség túlfeszültségi hibák okai

(1) Vonalas tényezők: A kábel impedanciájának hatása

Az inverter és a hálózati csatlakozási pont közötti kábelek kulcsszerepet játszanak a teljesítmény továbbításában.

Ha a kábel túl vékony, a ellenállása növekszik. Az Ohm-törvénnyel (U = I×R), konstans áram mellett a magasabb ellenállás nagyobb feszültségcsökkenést eredményez, ami növeli az inverter oldali AC kimeneti feszültséget.

Túl hosszú kábelek is növelik az ellenállást, ami hasonló feszültségemelkedési problémákat okoz. Például távoli területeken, ahol a hálózati csatlakozási pont messze van, a nem megfelelő specifikációjú kábelek könnyen túlfeszültségi hibákat okozhatnak a túl magas kábelimpedancia miatt.

Ha a kábelek összevissza vannak, a reaktancia növekszik. Az AC áramkörökben a reaktancia akadályozza az áramfolyást, tovább rombolva a feszültség eloszlást, és potenciálisan túlfeszültséget okozva.

Helytelen kötés

A napelemparkok kezdeti telepítése során a helytelen AC kábel kötés (pl. a főfáz termináljának a nullához való csatlakoztatása) normál talajtól eltérő feszültséget okozhat. Ez azt eredményezi, hogy az inverter detektál egy olyan feszültséget, ami nem egyezik a valós hálózatfeszültséggel, és ezáltal aktiválja a túlfeszültség védelmi mechanizmust.

Az inverter működése során, a hálózati oldali kábelek lökdőző vagy rossz kapcsolatai növelhetik a kapcsolási ellenállást. A Joule-törvénnyel (Q = I²Rt, ahol Q a hő, I az áram, R az ellenállás, és t az idő), a magasabb kapcsolási ellenállás több hőt generál, ami helyi hőmérséklet-emelkedést okoz. Ez sérülékenyíti a vonal elektromos teljesítményét, rövid ideig növeli az inverter feszültségét, és túlfeszültségi hibát okozhat.

(2) Hálózati szerkezet és terhelési tényezők: A hálózati kapacitás és a terhelési felvétel konfliktusa

Néhány régióban, különösen távoli vidéki területeken vagy alulfejlett hálózati infrastruktúrával rendelkező területeken, a hálózat terhelési felvételi kapacitása korlátozott. Ha ugyanazon a hálózati területen a telepített napelem-kapacitás túl nagy, a hálózatba beszivárgó napelem-energia mennyisége is nagy lesz. Ha a hálózat nem tud ezt a teljesítményt időben és hatékonyan felvenni, a hálózatfeszültség emelkedni fog.

Transzformátorral kapcsolatos problémák

A transzformátorok kulcsszerepet játszanak a hálózatban a feszültség átalakításában és a teljesítmény elosztásában:

Ha a transzformátor messze van a hálózati csatlakozási ponttól, a kimeneti feszültségének általában növelni kell, hogy kiegyenlítheti a vonalkészlet feszültségveszteségét, és biztosíthassa a normál feszültséget a transzformátor messze lévő részein. Azonban ez túlfeszültséget okozhat a transzformátor közelében található hálózati csatlakozási pontnál.

Az ésszerűtlen transzformátor tap-beállítások vagy működési hibák (pl. a tap-váltó rossz kapcsolata) befolyásolhatják a transzformátor fordulatszámának arányát, ami anormális feszültségemelkedést okozhat, és hálózati feszültség túlfeszültségi hibát okozhat.

(3) Inverterrel kapcsolatos tényezők: Kezdeti beállítások és működési hibák

Az inverterek gyári beállításban rendelkeznek alapértelmezett feszültségvédelmi tartománnyal. Gyakorlati alkalmazásban, ha ez a beállított tartomány nem illeszkedik a valós hálózati feltételekhez, félreértések adódhatnak. Például, ha a hálózatfeszültség normális tartományon belül ingadozik, de az inverter feszültségvédelmi küszöbének értéke túl alacsony, az inverter gyakran jelentse ki túlfeszültségi hibákat.

Hosszú távú működés során az inverterek hardverhibákat (pl. sérült feszültségmintavételező áramkörök, rossz működésű vezérlőlapok) is elszenvedhetnek. Ezek a hibák a hálózatfeszültség helytelen érzékelését eredményezik, ami a túlfeszültség védelmi mechanizmus helytelen aktiválását és az inverter leállítását okozhatja.

Több inverter összekötési problémái

Nagy léptékű napelemparkokban gyakran több inverter csatlakoztatódik egyszerre a hálózathoz. Ha több egyfázisú inverter koncentrálódik egy fázison, az adott fázison a folyamatos áram túl nagy lesz, ami hálózatfeszültség egyensúlytalanságát és a fázis feszültségének emelkedését okozhatja.

III. A feszültség túlfeszültségi hibák káros hatásai a napelemparkokra és a hálózatra

(1) Napelempark eszközeinek károsodása: Az inverter hibáinak növekedése

Amikor a hálózatfeszültség túlfeszültség, az inverter belső elektronikus alkatrészei a nominális értéknél magasabb feszültséget látják, ami gyorsítja az alkatrészek öregedését, vagy akár közvetlen károsodást is okozhat.

Például, az inverterekben található teljesítménykapcsolók (pl. IGBT, izolált áramkörű bipoláris tranzisztorok) túlfeszültség esetén növekedett feszültségterhelés alatt állnak, amikor be- és kikapcsolódnak, ami növeli a lebomlásuk valószínűségét, és az inverter működtethetetlenné válhat.

Ezenkívül a túlfeszültség hibákat okozhat az inverter vezérlő áramkörében, ami csökkenti a kimeneti feszültség és áram pontos irányításának képességét, tovább csökkentve az inverter teljesítményét és megbízhatóságát.

A napelemelem élettartamának rövidülése

A túl magas hálózatfeszültség visszahat az inverteren keresztül a napelemelem oldalára, ami növeli a modulok működési feszültségét. A napelemelem hosszú távú működése magas feszültség mellett megváltoztathatja a belső fémes anyagok teljesítményét, ami hőpontok és mikrorészlet-problémákat okozhat.

(2) A hálózati stabilitásra gyakorolt hatás: A minőség romlása

A hálózatfeszültség túlfeszültsége rombolja az energia minőségét, és harmonikus zavarokat okoz. Amikor a feszültség meghaladja a normális tartományt, a nemlineáris terhelések a hálózatban további harmonikus áramokat generálnak, ami tovább rombolja a hálózatfeszültséget, és egy negatív ciklust hoz létre. A harmonikusok növelik az elektromos berendezések hőtermelését, csökkentik az élettartamukat, és akadályozhatják a kommunikációs rendszerek normális működését, súlyosbítva a hálózat általános stabilitását.

(3) Erőmű-termelési veszteség és csökkent gazdasági előnyök: Inverter leállítás és csökkentett működési mód

Amikor az inverter detektálja a hálózatfeszültség túlfeszültségét, leállítja a működést a védelem érdekében, vagy csökkentett teljesítménnyel működik, hogy biztosítsa az eszközök biztonságát. Az inverter leállítása teljesen leállítja a napelempark energiatermelését, ami közvetlen termelési veszteséget okoz.

A hosszú távú üzemeltetés és karbantartás (O&M) költségeinek növekedése

A napelempark eszközeinek (pl. inverterek, napelemelemek) túlfeszültség okozta károsodása időben javítást és cserét igényel. Ez nem csak rövid távon növeli a javítási költségeket, de a rövidebb élettartam miatt a jövőben is gyakrabban kell cserélni az eszközöket, ami növeli a hosszú távú O&M költségeket.

IV. A feszültség túlfeszültségi hibák hatékony megoldásai

(1) Építés előtti tervezés és optimalizálás: Teljes hálózati felmérés és értékelés

A napelempark építése előtt teljes és részletes felmérést és értékelést kell végezni a helyi hálózatról. A hálózat szerkezetét, kapacitását, terhelési feltételeit, valamint a feszültség-ingadozás tartományát kell alaposan megérteni. Professzionális energia-analitikai szoftvert kell használni a PV-erőmű hálózatra gyakorolt potenciális hatásának szimulálására és elemzésére a csatlakoztatás után.

Például, eszközök, mint a PSCAD (Power System Computer-Aided Design) vagy ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) segítségével szimulálhatók a hálózatfeszültség változásai különböző napelem-telepített kapacitások, csatlakozási helyek és csatlakozási módszerek mellett. Ez segít meghatározni a legmegfelelőbb napelempark-építési tervet, garantálja a hálózati csatlakozási pont egészséges feszültségét, és csökkenti a feszültség túlfeszültségi hibák forrásbeli kockázatát.

A napelem-telepített kapacitás ésszerű tervezése

A hálózat terhelési felvételi kapacitásának és a transzformátor kapacitásának alapján a napelempark telepített kapacitását ésszerűen kell tervezni. Kerüljünk a napelem-eszközök túlszoros koncentrálását ugyanazon a hálózati területen, hogy elkerüljük a túl nagy napelem-energia okozta feszültségemelkedést, amit a hálózat nem tud felvenni.

Inverterek összekötési módjának optimalizálása

Több inverteres napelemparkok esetén az inverterek összekötési módját kell optimalizálni. Kerüljük a több egyfázisú inverter koncentrálását egy fázison, hanem oszd meg őket egyenletesen a hármas hálózat fázisein, hogy több ponton csatlakozzon a hálózathoz. Ez kiegyenlíti a háromfázisú áramot, és csökkenti a túl nagy egyfázisú áram okozta feszültség egyensúlytalanságát és emelkedését.

(2) Berendezések kiválasztása, telepítése és beállítása: Minőségi kábelek használata és ésszerű kötés

A napelempark-építés során minőségi kábeleket kell használni, amelyek megfelelnek a nemzeti szabványoknak. A kábel specifikációit és kerületét a valós továbbított teljesítmény és a távolság alapján kell kiválasztani.

A hosszú távolságú hálózati csatlakozáshoz nagyobb kerületű kábelekre van szükség, hogy csökkentsék a vonal-ellenállást és a feszültség-csökkenést.

Ugyanakkor a kötést ésszerűen kell végrehajtani, hogy kerüljük a túl hosszú, összevissza vagy feleslegesen hajlított kábeleket. A kötés során kábel-rakodókat vagy csöveket használhatunk a kábelek védelmére és rendezésére, biztosítva a kábelek biztonságos működését.

Például, a nagy léptékű napelemparkokban alagútban lehet elhelyezni a kábeleket, és ésszerűen tervezhető a kábel útvonal, hogy csökkentsék a kábel hosszát és a kereszteződéseket, javítsák az energia továbbítási hatékonyságot, és csökkentsék a feszültség túlfeszültségi hibák valószínűségét.

Az inverter pontos kiválasztása és telepítése

Az inverterek kiválasztásakor teljes mértékben figyelembe kell venni a helyi hálózati feltételeket. Válasszuk ki azokat az invertereket, amelyek széles feszültség-adaptációs tartományt, megbízható túlfeszültség védelmet és magas hatásfokot biztosítanak.

A telepítés során ellenőrizzük, hogy az inverter AC kötései helyesen vannak-e csatlakoztatva, hogy elkerüljük a főfáz és a nullafáz cseréjéből eredő feszültség anomáliáit.

Ésszerű transzformátor konfiguráció és karbantartás

Jó feszültség-regulációs teljesítményű transzformátorokat kell kiválasztani, hogy időben finomítható legyen, amikor a hálózatfeszültség ingadozik. Ugyanakkor erősítsük a transzformátorok naprakész karbantartását és figyelését. Rendszeresen ellenőrizd a transzformátor paramétereit, mint például a tap-váltókat, a tekercseket és az olajszintet, hogy biztosítsd a transzformátor normális működését.

A messze a hálózati csatlakozási ponthoz található transzformátorok esetén használhatók teher alatt álló tap-váltók, amelyek lehetővé teszik a transzformátor kimeneti feszültségének valós idejű finomítását távoli vezérléssel, biztosítva, hogy a hálózati csatlakozási pont feszültsége a normális tartományon belül maradjon.

(3) Működési figyelés és intelligens szabályozási stratégiák: Valós idejű figyelőrendszer kialakítása

Kialakítsunk egy teljes körű, valós idejű figyelőrendszert a napelemparkhoz, amely a hálózat paramétereit, mint például a feszültséget, az áramot, a teljesítményt és a frekvenciát valós időben nyomon követi. A hálózati csatlakozási pont, az inverter kimeneti végének, valamint a napelemelemekhez telepített érzékelők továbbítják a gyűjtött adatokat a figyelőközpontnak valós időben. Adatfeltárás és felhőalapú számítási platformok segítségével elemzést és feldolgozást végeznek a figyelési adatokon, lehetővé téve a feszültség túlfeszültségi anomáliák időben történő felismerését.

Például, a feszültség túlfeszültségi korai figyelmeztetési küszöb beállításával, a rendszer automatikusan riasztást küld, amikor a figyelt hálózatfeszültség megközelíti vagy meghaladja a küszöbértéket, emlékeztetve az ÜZM-szolgálatot, hogy időben intézkedjenek a hibák megelőzésére.

Rendszeres karbantartás és hibaelhárítás

Szigorú rendszeres karbantartási tervet kell kialakítani a napelemparkhoz, hogy rendszeresen ellenőrizze, fenntartsa és karbantartsa a berendezéseket.

Rendszeresen ellenőrizze az inverterek, napelemelemek, kábelek és transzformátorok működési állapotát, hogy időben felismerje és javítsa a potenciális hibákat. A karbantartás során ellenőrizze és jegyezze fel a berendezések paramétereit, és hasonlítsa össze a történeti adatokkal, hogy elemzés alapján előre jelezze a potenciális hibákat.