Panduan Lengkap untuk Gangguan Overvoltage di Tumbuhan Kuasa PV: Penyebab Risiko dan Penyelesaian Sistemik

I. Apakah Kesalahan Overvoltase Voltan Grid?

Overvoltase voltan grid merujuk kepada fenomena dalam sistem atau litar kuasa di mana voltan melebihi julat operasi normal.

Secara umumnya, di bawah frekuensi kuasa, jika nilai RMS (Root Mean Square) voltan AC meningkat lebih daripada 10% dari nilai yang ditetapkan dan berterusan selama lebih daripada 1 minit, ia boleh ditentukan sebagai kesalahan overvoltase voltan grid.

Sebagai contoh, dalam sistem grid tiga fasa 380V yang biasa di China, jika voltan melebihi 418V dan berterusan untuk tempoh tertentu, ia mungkin memicu kesalahan overvoltase voltan grid.

Dalam stesen tenaga fotovoltaik (PV), inverter grid-connected bertanggungjawab untuk pemantauan sebenar voltan grid.

Inverter biasanya dilengkapi dengan sensor voltan tinggi presisi untuk mengumpul isyarat voltan grid sebenar. Sensor-sensor ini menghantar isyarat voltan yang dikumpul ke sistem kawalan inverter, yang menganalisis dan memproses isyarat-isyarat tersebut untuk menentukan sama ada voltan grid berada dalam julat yang ditetapkan.

Sekiranya voltan grid didedahkan melebihi julat selamat yang ditetapkan, inverter akan segera mengaktifkan mekanisme perlindungan, mematikan, dan memutuskan sambungan dengan grid untuk mencegah overvoltase merosakkan peralatan dan memastikan keselamatan peralatan dan pengendali.

Selain itu, di beberapa stesen tenaga PV berskala besar, peranti pemantauan kualiti kuasa khusus dipasang untuk melakukan pemantauan menyeluruh dan sebenar pelbagai parameter grid, membolehkan pengesanan dan penanganan masalah kualiti kuasa seperti overvoltase voltan secara tepat pada masanya.

II. Penyebab Kesalahan Overvoltase Voltan

(1) Faktor Litar: Impak Rintangan Kabel

Kabel antara inverter dan titik sambungan grid memainkan peranan penting dalam penghantaran kuasa.

Jika kabel terlalu nipis, rintangannya meningkat. Berdasarkan Hukum Ohm (U = I×R), dengan arus yang tetap, rintangan yang lebih tinggi menyebabkan jatuh voltan yang lebih besar, yang seterusnya meningkatkan voltan output AC di sisi inverter.

Kabel yang terlalu panjang juga meningkatkan rintangan, menyebabkan masalah peningkatan voltan yang serupa. Sebagai contoh, di stesen tenaga PV di kawasan pedalaman di mana titik sambungan grid berjauhan, menggunakan kabel spesifikasi tidak sesuai mudah menyebabkan kesalahan overvoltase voltan disebabkan rintangan kabel yang berlebihan.

Jika kabel kusut, induksinya meningkat. Dalam litar AC, induksi menghalang aliran arus, lebih merosakkan pembahagian voltan dan mungkin memicu overvoltase voltan.

Ralat Pemasangan

Semasa pemasangan awal stesen tenaga PV, pemasangan kabel AC yang salah (contohnya, menghubungkan terminal neutral ke way hidup) boleh menyebabkan voltan tidak normal. Ini mungkin menyebabkan inverter mendeteksi voltan yang tidak sepadan dengan voltan grid sebenar, seterusnya memicu mekanisme perlindungan overvoltase.

Selepas inverter telah beroperasi untuk tempoh masa, sambungan kabel sisi grid yang longgar atau buruk dapat meningkatkan rintangan kontak. Berdasarkan Hukum Joule (Q = I²Rt, di mana Q adalah haba, I adalah arus, R adalah rintangan, dan t adalah masa), rintangan kontak yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak haba, menyebabkan kenaikan suhu tempatan. Ini mengganggu prestasi elektrik litar, menyebabkan peningkatan voltan sementara pada inverter dan memicu kesalahan overvoltase voltan.

(2) Faktor Struktur Grid dan Beban: Konflik Antara Kapasiti Grid dan Penyerapan Beban

Di beberapa kawasan, terutamanya kawasan pedalaman atau kawasan dengan infrastruktur grid yang kurang berkembang, kapasiti penyerapan beban grid terhad. Apabila kapasiti PV yang dipasang dalam kawasan pengagihan kuasa yang sama terlalu besar, jumlah besar tenaga PV dihantar ke grid. Jika grid tidak dapat menyerap tenaga ini dengan tepat dan efektif, voltan grid akan meningkat.

Masalah Berkaitan Transformer

Transformer memainkan peranan penting dalam konversi voltan dan pengagihan kuasa dalam grid:

Jika transformer jauh dari titik sambungan grid, voltan outputnya biasanya dinaikkan untuk mengimbangi kerugian voltan litar dan memastikan voltan normal di kawasan jauh dari transformer. Walau bagaimanapun, ini mungkin menyebabkan voltan berlebihan di titik sambungan grid dekat dengan transformer.

Pengaturan tap transformer yang tidak munasabah atau ralat operasi (contohnya, kontak tap changer yang buruk) boleh mempengaruhi nisbah putaran transformer, menyebabkan peningkatan abnormal voltan output dan memicu kesalahan overvoltase voltan grid.

(3) Faktor Berkaitan Inverter: Pengaturan Awal dan Ralat Operasi

Inverter keluar dari kilang dengan julat perlindungan voltan default. Dalam aplikasi praktikal, jika julat yang ditetapkan ini tidak sepadan dengan keadaan grid tempatan sebenar, mungkin terjadi kesilapan penilaian. Sebagai contoh, jika voltan grid berfluktuasi dalam julat normal tetapi ambang perlindungan voltan inverter ditetapkan terlalu rendah, inverter akan melaporkan kesalahan overvoltase dengan kerap.

Semasa operasi jangka panjang, inverter mungkin mengalami ralat keras (contohnya, litar sampel voltan yang rosak, papan kawalan yang rosak). Ralat-ralat ini menyebabkan deteksi voltan grid oleh inverter menjadi tidak tepat, menyebabkan pengaktifan salah mekanisme perlindungan overvoltase dan pemutusan inverter.

Masalah Sambungan Multi-Inverter

Dalam stesen tenaga PV berskala besar, beberapa inverter sering disambungkan ke grid secara serentak. Jika beberapa inverter fasa tunggal berkumpul pada satu fasa, arus pada fasa tersebut akan terlalu tinggi, menyebabkan ketidakseimbangan voltan grid dan meningkatkan voltan fasa tersebut.

III. Bahaya Kesalahan Overvoltase Voltan kepada Stesen Tenaga PV dan Grid

(1) Kerusakan Peralatan Stesen Tenaga PV: Risiko Peningkatan Ralat Inverter

Apabila voltan grid overvoltase, komponen elektronik di dalam inverter membawa voltan melebihi nilai yang ditetapkan, mempercepatkan penuaan komponen atau bahkan menyebabkan kerosakan langsung.

Sebagai contoh, peranti pemindah kuasa dalam inverter (seperti IGBT, Transistor Bipolar Gerbang Terasing) mengalami tekanan voltan yang meningkat semasa hidup dan mati di bawah keadaan overvoltase, membuatnya rentan kepada kerosakan dan merendahkan inverter tidak berfungsi.

Selain itu, overvoltase mungkin menyebabkan ralat dalam litar kawalan inverter, mengganggu kemampuannya untuk mengawal voltan dan arus output dengan tepat, dan lebih lanjut mengurangkan prestasi dan kebolehpercayaan inverter.

Pendek Umur Modul PV

Voltan grid yang terlalu tinggi boleh dibalikkan ke sisi modul PV melalui inverter, meningkatkan voltan operasi modul. Operasi jangka panjang modul PV di bawah voltan tinggi boleh mengubah prestasi bahan semikonduktor dalaman mereka, menyebabkan masalah seperti hot spots dan retakan mikro.

(2) Impak ke atas Kestabilan Grid: Penurunan Kualiti Kuasa

Overvoltase voltan grid menurunkan kualiti kuasa dan menyebabkan pencemaran harmonik. Apabila voltan melebihi julat normal, beban tak linear dalam sistem kuasa menghasilkan arus harmonik tambahan, yang seterusnya lebih merosakkan voltan grid, mencipta siklus jahat. Harmonik meningkatkan penghasilan haba dalam peralatan elektrik, mengurangkan jangka hayat, dan mungkin mengganggu operasi sistem komunikasi, mengurangkan kestabilan keseluruhan sistem kuasa.

(3) Kerugian Penghasilan Kuasa dan Manfaat Ekonomi yang Berkurangan: Pemutusan Inverter dan Operasi Dengan Daya Berkurangan

Apabila inverter mendeteksi overvoltase voltan grid, ia akan memutuskan untuk melindungi atau beroperasi dengan daya berkurangan untuk memastikan keselamatan peralatan. Pemutusan inverter menyebabkan stesen tenaga PV berhenti menghasilkan kuasa sepenuhnya, mengakibatkan kerugian penghasilan kuasa secara langsung.

Peningkatan Kos Operasi dan Pemeliharaan (O&M) Jangka Panjang

Kerusakan peralatan stesen tenaga PV (contohnya, inverter dan modul PV) akibat kesalahan overvoltase voltan memerlukan perbaikan dan penggantian yang tepat pada masanya. Ini tidak hanya meningkatkan kos perbaikan jangka pendek tetapi juga memerlukan penggantian peralatan yang lebih sering di masa hadapan disebabkan jangka hayat yang lebih pendek, meningkatkan kos O&M jangka panjang.

IV. Penyelesaian Efektif untuk Kesalahan Overvoltase Voltan

(1) Perancangan Pra-Pembinaan dan Pengoptimuman Reka Bentuk: Tinjauan dan Penilaian Grid Komprehensif

Dalam fasa pra-pembinaan stesen tenaga PV, tinjauan dan penilaian komprehensif dan terperinci terhadap grid tempatan harus dilakukan. Parameter utama seperti struktur grid, kapasiti, keadaan beban, dan julat fluktuasi voltan harus dipahami sepenuhnya. Perisian analisis kuasa profesional harus digunakan untuk mensimulasikan dan menganalisis potensi impak stesen tenaga PV terhadap grid selepas sambungan.

Sebagai contoh, alat seperti PSCAD (Power System Computer-Aided Design) atau ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) boleh mensimulasikan perubahan voltan grid di bawah kapasiti PV yang berbeza, lokasi sambungan, dan kaedah sambungan. Ini membantu menentukan rancangan pembinaan stesen tenaga PV yang paling munasabah, memastikan voltan grid sehat di titik sambungan, dan mengurangkan risiko kesalahan overvoltase voltan pada sumbernya.

Perancangan Rasional Kapasiti PV yang Dipasang

Berdasarkan kapasiti penyerapan beban grid dan kapasiti transformer, kapasiti PV yang dipasang harus dirancang secara rasional. Elakkan peralatan PV yang terlalu berkonsentrasi dalam kawasan pengagihan kuasa yang sama untuk mencegah peningkatan voltan disebabkan oleh tenaga PV yang berlebihan yang tidak dapat diserap oleh grid.

Pengoptimuman Kaedah Sambungan Inverter

Untuk stesen tenaga PV dengan beberapa inverter, kaedah sambungan inverter harus dioptimumkan. Elakkan berkonsentrasi beberapa inverter fasa tunggal pada satu fasa; sebaliknya, sebarkan secara merata di tiga fasa grid untuk mencapai sambungan grid multi-titik. Ini mengimbangi arus tiga fasa dan mengurangkan ketidakseimbangan dan peningkatan voltan disebabkan oleh arus fasa tunggal yang berlebihan.

(2) Pilihan, Pemasangan, dan Spesifikasi Komisioning Peralatan: Penggunaan Kabel Berkualiti Tinggi dan Pemasangan Rasional

Dalam pembinaan stesen tenaga PV, kabel berkualiti tinggi yang memenuhi standard nasional harus digunakan. Spesifikasi dan luas keratan rentas kabel harus dipilih berdasarkan kuasa transmisi sebenar dan jarak.

Untuk sambungan grid jarak jauh, luas keratan rentas kabel yang lebih besar diperlukan untuk mengurangkan rintangan litar dan jatuh voltan.

Sementara itu, pemasangan harus rasional untuk mengelakkan kabel yang terlalu panjang, kusut, atau tidak perlu dibengkokkan. Semasa pemasangan, talian kabel atau saluran dapat digunakan untuk melindungi dan mengatur kabel, memastikan operasi kabel yang selamat.

Sebagai contoh, dalam stesen tenaga PV berskala besar, pemasangan kabel bawah tanah boleh digunakan, dan laluan kabel dapat dirancang secara rasional untuk mengurangkan panjang dan persimpangan kabel, meningkatkan kecekapan penghantaran kuasa dan mengurangkan kebarangkalian kesalahan overvoltase voltan.

Pilihan dan Pemasangan Inverter yang Tepat

Semasa memilih inverter, pertimbangan penuh harus diberikan kepada keadaan grid tempatan. Inverter dengan julat adaptasi voltan yang lebar, perlindungan overvoltase yang dapat dipercayai, dan kecekapan pengkonversian kuasa yang tinggi harus dipilih.

Semasa pemasangan, pastikan pemasangan AC inverter yang betul untuk mengelakkan voltan tidak normal disebabkan oleh menukar way fase dan neutral.

Konfigurasi dan Pemeliharaan Transformer yang Rasional

Transformer dengan prestasi pengaturan voltan yang baik harus dipilih untuk membolehkan penyesuaian tepat apabila voltan grid berfluktuasi. Sementara itu, pemeliharaan dan pemantauan harian transformer harus diperkuat. Parameter transformer seperti tap changers, winding, dan tahap minyak harus diperiksa secara berkala untuk memastikan operasi transformer yang normal.

Untuk transformer yang jauh dari titik sambungan grid, on-load tap changers boleh digunakan untuk mewujudkan penyesuaian sebenar voltan output transformer melalui kawalan jarak jauh, memastikan voltan di titik sambungan grid tetap dalam julat normal.

(3) Pemantauan Operasi dan Strategi Regulasi Cerdas: Pembentukan Sistem Pemantauan Sebenar Waktu

Sistem pemantauan sebenar waktu yang komprehensif harus dibentuk untuk stesen tenaga PV untuk memantau parameter grid seperti voltan, arus, kuasa, dan frekuensi secara sebenar waktu. Sensor yang dipasang di titik sambungan grid, hujung output inverter, dan modul PV menghantar data yang dikumpul ke pusat pemantauan secara sebenar waktu. Platform analisis big data dan komputasi awan digunakan untuk menganalisis dan memproses data pemantauan, membolehkan pengesanan tepat pada masanya anomali seperti overvoltase voltan.

Sebagai contoh, dengan menetapkan ambang peringatan awal untuk overvoltase voltan, sistem secara automatik menghantar peringatan apabila voltan grid yang dipantau mendekati atau melebihi ambang, mengingatkan kakitangan O&M untuk mengambil tindakan tepat pada masanya untuk mencegah kesalahan.

Pemeliharaan Berkala dan Penyelesaian Ralat

Rancangan pemeliharaan berkala yang ketat harus diformulasikan untuk stesen tenaga PV untuk menjalankan pemeriksaan, pemeliharaan, dan penyelenggaraan peralatan secara berkala.

Status operasi peralatan seperti inverter, modul PV, kabel, dan transformer harus diperiksa secara berkala untuk mengenal pasti dan memperbaiki risiko ralat potensial secara tepat pada masanya. Semasa pemeliharaan, parameter peralatan harus diuji dan direkod, dan data sejarah harus dibandingkan untuk menganalisis trend operasi peralatan dan meramalkan ralat potensial secara awal.