En komplett guide til overspenningsfeil i solkraftverk: Årsaker risikoer og systematiske løsninger

I. Hva er en overbelastningsfeil i nettspenning?

Overbelastning i nettspenning refererer til et fenomen i kraftsystemer eller kretser der spenningen overstiger den normale driftsrange.

Generelt sett, under nettspenningsfrekvens, hvis RMS (Root Mean Square) verdien av vekselstrømmspenningen øker med mer enn 10% over den anerkjente verdien og varer i mer enn 1 minutt, kan det fastsettes som en overbelastningsfeil i nettspenning.

For eksempel, i Kinas vanlige 380V trefase nettverkssystem, hvis spenningen overstiger 418V og vedvarer i en vis periode, kan det utløse en overbelastningsfeil i nettspenning.

I solenergianlegg (PV) er nettforbindende omvandlere ansvarlige for sanntidsovervåking av nettspenning.

Omvandlere er vanligvis utstyrt med høypræsise spenningsensorer for å samle sanntidsnettspenningsdata. Disse sensorer transmitterer de samlede spenningsdataene til omvandlernes kontrollsystem, som analyserer og behandler dataene for å bestemme om nettspenningen ligger innenfor den angitte range.

Når nettspenningen oppdages å overstige den forhåndsinnstilte sikkerhetsrange, vil omvandleren umiddelbart aktivere en beskyttelsesmekanisme, slukke og frakoble fra nettet for å unngå at overbelastning skader utstyr og sikre sikkerheten for både utstyr og operatører.

I tillegg, i noen store PV-energianlegg, er dedikerte kvalitetskontrollenheter installert for å gjennomføre fullstendig, sanntidsbasert overvåking av ulike nettparametre, noe som muliggjør tidlig oppdagelse og håndtering av strømkvalitetsproblemer som overbelastning i spenning.

II. Årsaker til overbelastningsfeil i spenning

(1) Linje-faktorer: Påvirkning av kabelimpedans

Kabler mellom omvandleren og nettforbindelsespunktet spiller en nøkkelrolle i strømoverføring.

Hvis kabelen er for tynn, øker dens motstand. Ifølge Ohms lov (U = I×R), med en konstant strøm, fører høyere motstand til større spenningsfall, som igjen øker den vekselstrømmsutgangsspenningen på omvandlersiden.

For lange kabler øker også motstanden, som fører til lignende spenningsøkninger. For eksempel, i fjerne solenergianlegg der nettforbindelsespunktet er langt unna, kan bruk av kabler med uforhåndsbestemte spesifikasjoner lett føre til overbelastningsfeil i spenning på grunn av for stor kabelimpedans.

Hvis kabler er snodde, øker deres induktivitet. I vekselstrømksirkler, hemmer induktivitet strømflyt, som ytterligere forstyrrer spenningfordeling og potensielt utløser overbelastning i spenning.

Feil kobling

Under den inledende installasjonen av et solenergianlegg, kan feil kobling av AC-kabler (for eksempel, kobling av nøytralterminalen til faselederen) føre til abnormal spenning. Dette kan føre til at omvandleren oppdager en spenning som ikke samsvarer med den faktiske nettspenningen, hvilket igjen utløser overbelastningsbeskyttelsesmekanismen.

Etter at omvandleren har vært i drift i en periode, kan løse eller dårlige koblinger i nettkabler øke kontaktmotstanden. Ifølge Joules lov (Q = I²Rt, der Q er varme, I er strøm, R er motstand, og t er tid), genererer høyere kontaktmotstand mer varme, som fører til lokal temperaturøkning. Dette svekker elektrisk ytelse i linjen, som fører til en midlertidig spenningsøkning i omvandleren og utløser en overbelastningsfeil i spenning.

(2) Nettstruktur- og belastningsfaktorer: Konflikt mellom nettkapasitet og lastabsorpsjon

I noen regioner, spesielt fjerne landdistrikter eller områder med underutviklet nettinfrastruktur, er nettets lastabsorpsjonskapasitet begrenset. Når installert PV-kapasitet i samme strømdistribusjonsområde er for stor, sendes en stor mengde solenergi inn i nettet. Hvis nettet ikke kan absorbere denne effektivt og raskt, vil nettspenningen stige.

Transformer-relaterte problemer

Transformatorer spiller en viktig rolle i spenningskonvertering og strømdistribusjon i nettet:

Hvis transformatoren er langt unna nettforbindelsespunktet, er dens utgangsspenning vanligvis økt for å kompensere for linjespenningsfall og sikre normal spenning i områder langt unna transformatoren. Dette kan imidlertid føre til for høy spenning ved nettforbindelsespunktet nær transformatoren.

Urimelige innstillinger av transformatorventiler eller driftsfeil (for eksempel, dårlig kontakt av ventilsveitsenhet) kan påvirke transformatorens vindingsforhold, som fører til abnorme økninger i utgangsspenningen og utløser en overbelastningsfeil i nettspenning.

(3) Omvandlerrelaterte faktorer: Innebygde innstillinger og driftsfeil

Omvandlere leveres fra fabrikken med en forhåndsinnstilt spenningsbeskyttelsesrange. I praksis, hvis denne forhåndsinnstilte range ikke samsvarer med de faktiske lokale nettforhold, kan det føre til misforståelser. For eksempel, hvis nettspenningen fluktuerer innenfor en normal range, men omvandlerens spenningsbeskyttelsetterskel er satt for lavt, vil omvandleren ofte rapportere overbelastningsfeil.

Under langvarig drift, kan omvandlere oppleve hardvarefeil (for eksempel, skadet spenningsavtastningskrets, defekt kontrolleringsbord). Disse feilene fører til upresist spenningsdeteksjon av omvandleren, som igjen fører til feilaktig aktivering av overbelastningsbeskyttelsesmekanismen og omvandlerslukking.

Problemer med flere omvandlere koblet sammen

I store solenergianlegg, kobles ofte flere omvandlere til nettet samtidig. Hvis flere enfasen omvandlere er koncentrert på en fase, vil strømmen på den fasen være for høy, som fører til nettspenninguavstemming og øker spenningen på den fasen.

III. Farene ved overbelastningsfeil i spenning for solenergianlegg og nettet

(1) Skade på utstyr i solenergianlegg: Økt risiko for omvandlerfeil

Når nettspenningen er for høy, bærer elektroniske komponenter inne i omvandleren spenning som overstiger den anerkjente verdien, noe som forstyrrer komponentenes aldring eller til og med forårsaker direkte skade.

For eksempel, strømoverskruingsenheter i omvandlere (som IGBT, Isolert Gate Bipolar Transistor) opplever økt spenningsstress under slå på og av under overbelastning, noe som gjør dem utsatt for kollaps og gjør omvandleren ufunksjonell.

I tillegg kan overbelastning forårsake feil i omvandlerens kontrollkrets, noe som svekker dens evne til å presist kontrollere utgangsspenning og strøm, og videre reduserer omvandlerens ytelse og pålitelighet.

Forkortet levetid for solmoduler

For høy nettspenning kan bli reflektert til solmodulens side gjennom omvandleren, som øker modulens driftsspenning. Langvarig drift av solmoduler under høy spenning kan endre yteevnen til deres interne halvledermaterialer, som fører til problemer som varmespotter og mikrosprøk.

(2) Påvirkning på nettstabilitet: Forringet strømkvalitet

Overbelastning i nettspenning forverrer strømkvaliteten og forårsaker harmonisk forurensning. Når spenningen overstiger den normale range, genererer ikke-lineære laster i strømsystemet ekstra harmoniske strømmer, som igjen forstyrrer nettspenningen ytterligere, noe som skaper en ond cirkel. Harmonier øker varmegenerasjon i elektriske enheter, reduserer levetiden og kan forstyrre normal drift av kommunikasjonssystemer, noe som svekker den totale stabiliteten i strømsystemet.

(3) Strømproduksjonstap og reduserte økonomiske fordeler: Omvandlerslukking og nedskaling av drift

Når en omvandler oppdager overbelastning i nettspenning, slukkes den for beskyttelse eller drifter med redusert effekt for å sikre utstyrs sikkerhet. Omvandlerslukking fører til at solenergianlegget stopper strømproduksjon helt, noe som resulterer i direkte strømproduksjonstap.

Økte kostnader for langvarig drift og vedlikehold (O&M)

Skade på utstyr i solenergianlegget (for eksempel, omvandlere og solmoduler) som er forårsaket av overbelastningsfeil i spenning, krever rettferdig reparasjon og erstattelse. Dette øker ikke bare kortfristede reparasjonskostnader, men krever også mer hyppig utstyrserstatning i fremtiden på grunn av forkortet levetid, noe som øker langfristede O&M-kostnader.

IV. Effektive løsninger på overbelastningsfeil i spenning

(1) Forhåndsplanlegging og designoptimalisering: Komprehensiv nettundersøkelse og -vurdering

I forhåndsfasen av et solenergianlegg, bør en komplett og detaljert undersøkelse og vurdering av det lokale nettet gjennomføres. Viktige parametere som nettstruktur, kapasitet, lastforhold og spenningsfluktueringsrange bør forstås grundig. Profesjonell strømanalyseprogramvare bør brukes til å simulere og analysere det potensielle innvirkningen av solenergianlegget på nettet etter tilkoblingen.

For eksempel, verktøy som PSCAD (Power System Computer-Aided Design) eller ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) kan simulere nettspenningsendringer under ulike installerte PV-kapasiteter, tilkoblingssteder og tilkoblingsmetoder. Dette hjelper med å bestemme den mest rimelige byggeplanen for solenergianlegget, sikrer sunn spenning ved nettforbindelsespunktet, og reduserer risikoen for overbelastningsfeil i spenning ved kilde.

Rimelig planlegging av installert PV-kapasitet

Basert på nettets lastabsorpsjonskapasitet og transformatorkapasitet, bør installert kapasitet av solenergianlegget planlegges rimelig. Unngå overkonsentrering av solenergiutstyr i samme strømdistribusjonsområde for å hindre spenningsøkning som skyldes for mye solenergi som nettet ikke kan absorbere.

Optimalisering av omvandlerkoblingmetoder

For solenergianlegg med flere omvandlere, bør omvandlerkoblingmetoden optimaliseres. Unngå å konsentrere flere enfasen omvandlere på én fase, istedenfor distribuer dem jevnt over de tre nettfasene for å oppnå flerpunktet netttilkobling. Dette balanserer trefasen strøm og reduserer spenningsuavstemming og -økning som skyldes for mye enfasen strøm.

(2) Utstyrvalg, installasjon og plasseringsspesifikasjoner: Bruk av høykvalitetskabler og rimelig kobling

I solenergianleggsbygging, bør høykvalitetskabler som oppfyller nasjonale standarder brukes. Kabelspesifikasjoner og krysningsareal bør velges basert på faktisk overføringsstrøm og avstand.

For langdistanse netttilkobling, kreves et større krysningsareal for å redusere linjeimpedans og spenningsfall.

Samtidig bør kobling være rimelig for å unngå for lange, snodde eller unødvendig buede kabler. Under kobling, kan kabelkanaler eller rør brukes for å beskytte og organisere kabler, for å sikre trygg kabledrift.

For eksempel, i store solenergianlegg, kan underjordisk kableggning benyttes, og kableruter kan planlegges rimelig for å redusere kabelavstander og kryssinger, forbedre strømoverføringseffektiviteten og senke sannsynligheten for overbelastningsfeil i spenning.

Nøyaktig valg og installasjon av omvandlere

Ved valg av omvandlere, bør lokalt nettforhold tas i betraktning. Omvandlere med bred spenningsanpassningsrange, pålitelig overbelastningsbeskyttelse og høy effektomvandlingsgrad bør velges.

Under installasjon, sikre korrekt AC-kobling av omvandleren for å unngå spenningsanomalier som skyldes bytting av fase og nøytral ledere.

Rimelig transformatoroppsett og vedlikehold

Transformatorer med god spenningsreguleringsyting bør velges for å tillate tilpasning når nettspenningen fluktuerer. Samtidig bør daglig vedlikehold og overvåking av transformatorer styrkes. Transformatorparametere som ventiler, vindinger og oljenivå bør inspiseres regelmessig for å sikre normal transformatorfunksjon.

For transformatorer langt unna nettforbindelsespunktet, kan belasted ventiler brukes for å realisere sanntidstilpasning av transformatorutgangsspenning gjennom fjernstyring, for å sikre at spenningen ved nettforbindelsespunktet forblir innenfor den normale range.

(3) Driftsmontering og intelligente reguleringssystemer: Opprettelse av et sanntidsovervåkingssystem

Et komplettsanntidsovervåkingssystem bør opprettes for solenergianlegget for å overvåke nettparametre som spenning, strøm, effekt og frekvens i sanntid. Sensorer installert ved nettforbindelsespunktet, omvandlers utgangsende og solmoduler transmitterer samlede data til overvåkingsenteret i sanntid. Stordataanalyse og skyberegningplattformer brukes til å analysere og behandle overvåkingsdata, noe som muliggjør tidlig oppdagelse av anomalier som overbelastning i spenning.

For eksempel, ved å sette en tidlig varsling terskel for overbelastning i spenning, sender systemet automatisk en advarsel når den overvåkede nettspenningen nærmer seg eller overstiger terskelen, som minner O&M-personell om å ta rimelige tiltak for å forebygge feil.

Regelmessig vedlikehold og feilretting

En streng plan for regelmessig vedlikehold bør utarbeides for solenergianlegget for å utføre regelmessig inspeksjon, vedlikehold og oppussing av utstyr.

Driftsstatus for utstyr som omvandlere, solmoduler, kabler og transformatorer bør sjekkes regelmessig for å identifisere og reparere potensielle feilrisikoer i tide. Under vedlikehold, bør utstyrparametere testes og registreres, og historiske data sammenlignes for å analysere utstyrstrykketrender og forutse potensielle feil på forhånd.