Pilnīga vadība par PV elektrostacijas pārsprieguma kļūdām: Cēloņi risks un sistēmiskas risinājumu metodes

I. Kas ir tīkla sprieguma pārspriegums?

Tīkla sprieguma pārspriegums attiecas uz parādību elektrības sistēmās vai shēmās, kur spriegums pārsniedz normālo darbības diapazonu.

Parasti, pie strāvas frekvences, ja efektīvā vērtība (Root Mean Square - RMS) maiņsprieguma paaugstinās par vairāk nekā 10% no nominālās vērtības un turpina noturēties vairāk nekā 1 minūti, to var novērtēt kā tīkla sprieguma pārspriegumu.

Piemēram, Ķīnas bieži sastopamajā 380V trīssfērā tīklā, ja spriegums pārsniedz 418V un ilgsto noteiktu laiku, tas var izraisīt tīkla sprieguma pārspriegumu.

Saules enerģijas (PV) stacijās tīkla pieslēgumā atbildīgi invertori reāllaikā uzrauga tīkla spriegumu.

Invertori parasti ir aprīkoti ar augstas precizitātes sprieguma sensoriem, lai iegūtu reāllaika tīkla sprieguma signālus. Šie sensori pārraida iegūtos sprieguma signālus invertora kontroles sistēmai, kas analizē un apstrādā šos signālus, lai noskaidrotu, vai tīkla spriegums atrodas norādītajā diapazonā.

Kad tīkla spriegums tiek uztverts pārsniegtu iepriekš noteikto drošības diapazonu, invertors tūlīt aktīve aizsardzības mehānismu, izslēdzas un atslegās no tīkla, lai novērstu pārsprieguma radīto kaitējumu ierīcēm un nodrošinātu gan ierīču, gan operātāju drošību.

Turklāt dažās lielākās PV stacijās tiek instalētas specifiskas enerģijas kvalitātes uzraudzības ierīces, lai veiktu visaptverošu, reāllaika uzraudzību dažādiem tīkla parametriem, ļaujot laicīgi novērot un risināt enerģijas kvalitātes problēmas, piemēram, sprieguma pārspriegumu.

II. Sprieguma pārspriegumu cēloņi

(1) Līnijas faktori: Kabeļu impedancijas ietekme

Kabeļi starp invertoru un tīkla pieslēguma punktu spēlē galveno lomu enerģijas pārvadāšanā.

Ja kabelis ir pārāk mazs, tā pretestība palielinās. Pēc Ohma likuma (U = I×R), ar nemainīgu strāvu, lielāka pretestība rada lielāku sprieguma kritumu, kas savukārt paaugstinās maiņspriegumu invertora pusei.

Pārāk gari kabeļi arī palielinās pretestību, radoši līdzīgas sprieguma paaugstināšanās problēmas. Piemēram, attālos reģionos, kur tīkla pieslēguma punkts atrodas tālu, nepareizi izvēlēti kabeļi viegli var izraisīt sprieguma pārspriegumu dēļ pārāk lielas kabeļu impedancijas.

Ja kabeļi ir saliktās, to induktivitāte palielinās. Maiņstrāvas shēmās induktivitāte pretojas strāvas plūsmai, vēl vairāk traucējot sprieguma sadalījumu un varbūtinoši izraisot sprieguma pārspriegumu.

Līniju nepareiza uzstādīšana

PV stacijas sākotnējā instalācijas laikā, nepareiza AC kabeļa uzstādīšana (piemēram, nulles kontakta savienojums ar fāzes vadi) var izraisīt nevēlamu spriegumu. Tas var izraisīt situāciju, kad invertors uztver spriegumu, kas neatbilst faktiskajam tīkla spriegumam, izraisot pārsprieguma aizsardzības mehānismu.

Pēc tam, kad invertors ir strādājis noteiktu laiku, tīkla puses kabeļu nepietiekami labi savienojumi var palielināt kontaktu pretestību. Pēc Joule likuma (Q = I²Rt, kur Q ir siltums, I ir strāva, R ir pretestība, un t ir laiks), lielāka kontaktu pretestība rada vairāk siltuma, radoši vietējo temperatūras paaugstināšanos. Tas pasliktina līnijas elektrotehniskās īpašības, izraisot īslaicīgu sprieguma paaugstināšanos invertorā un aktivizējot sprieguma pārsprieguma aizsardzības mehānismu.

(2) Tīkla struktūras un slodzes faktori: Konflikts starp tīkla jaudas un slodzes absorpciju

Dažos reģionos, īpaši attālos lauku apgabalos vai apgabalos ar nepilnīgu tīkla infrastruktūru, tīkla slodzes absorpcijas spēja ir ierobežota. Ja vienā energodistribūcijas apgabalā ievērojama PV jauda, liela daudzums saules enerģijas tiek padevots tīklam. Ja tīkls nevar efektīvi un laicīgi absorbēt šo enerģiju, tīkla spriegums paaugstinās.

Transformatoru saistītas problēmas

Transformatori spēlē galveno lomu tīkla sprieguma pārveidošanā un enerģijas sadalīšanā:

Ja transformators atrodas tālu no tīkla pieslēguma punkta, tā izvades spriegums parasti tiek paaugstināts, lai kompensētu līnijas sprieguma zudumu un nodrošinātu normālu spriegumu tālu no transformatora. Tomēr tas var izraisīt pārspiegumu tīkla pieslēguma punktā tuvumā transformatoram.

Nepareizi iestatīti transformatora tapu iestatījumi vai darbības kļūdas (piemēram, nepareiza tapu mainītāja kontakts) var ietekmēt transformatora spēja attiecības, izraisot nevēlamu izvades sprieguma paaugstināšanos un izraisot tīkla sprieguma pārspriegumu.

(3) Invertora saistīti faktori: Sākotnējie iestatījumi un darbības kļūdas

Invertori tiek ražoti ar noklusējuma sprieguma aizsardzības diapazonu. Praktiskajā lietošanā, ja šis iepriekš iestatītais diapazons nesakrīt ar faktiskajiem vietējiem tīkla apstākļiem, var rasties nepareizs novērtējums. Piemēram, ja tīkla spriegums fluktuē normālā diapazonā, bet invertora sprieguma aizsardzības slieksnis ir iestatīts pārāk zems, invertors bieži ziņos par sprieguma pārspriegumu.

Ilgtermiņā invertori var saskarties ar aparātu kļūdām (piemēram, bojāti sprieguma mērīšanas ceļi, defektīga kontrolpanelis). Šīs kļūdas izraisa neprecīzu tīkla sprieguma uztveršanu invertorā, izraisot nepareizu pārsprieguma aizsardzības mehānismu aktivizēšanu un invertora izslēgšanu.

Vairāku invertoru savienojuma problēmas

Lielos PV stacijos parasti tiek savienoti vairāki invertori ar tīklu vienlaikus. Ja vairāki viensfēra invertori ir koncentrēti uz vienu fāzi, šī fāze būs pārāk liels strāvas plūsma, izraisot tīkla sprieguma disbalansu un paaugstinot šīs fāzes spriegumu.

III. Sprieguma pārspriegumu kaitējums PV stacijām un tīklam

(1) Kaitējums PV stacijas ierīcēm: Palielināta invertoru kļūdu risks

Kad tīkla spriegums pārsniedz normālo, invertora iekšējie elektroniskie komponenti saskaras ar spriegumu, kas pārsniedz to nominālo vērtību, paātrinot komponentu novecošanu vai pat tiekot tiem tiesām.