Potpuna uputstva za preopterećenje na Fotovoltaičnoj elektrani: Uzroci rizici i sistemska rešenja

I. Šta je greška preopterećenja napona mreže?

Preopterećenje napona mreže odnosi se na pojav u električnim sistemima ili kružnicama gde napon prelazi normalni opsežni rad.

Opšte, pod frekvencijom struje, ako se efektivna (RMS) vrednost AC napona poveća za više od 10% iznad nominalne vrednosti i traje duže od 1 minuta, može se odrediti kao greška preopterećenja napona mreže.

Na primer, u često korišćenom kineskom trofaznom sistemu mreže od 380V, ako napon premaši 418V i traje određeno vreme, može se aktivirati greška preopterećenja napona mreže.

U fotovoltaičkim (PV) elektrane, invertori koji su spojeni na mrežu su odgovorni za stvarno vreme praćenje napona mreže.

Invertori obično imaju senzore visoke preciznosti za prikupljanje stvarnih signala napona mreže. Ovi senzori šalju prikupljene signale napona kontrolnom sistemu invertora, koji analizira i obrađuje ove signale kako bi utvrdio da li je napon mreže unutar određenog opsega.

Kada se detektuje da napon mreže premaši predpostavljenu sigurnosnu granicu, inverter će odmah aktivirati mehanizam zaštite, isključiti se i odvojiti od mreže kako bi se sprečila oštećenja opreme usled preopterećenja napona i osigurala sigurnost opreme i operatera.

Dodatno, u nekim velikim PV elektranama, instalirani su specifični uređaji za praćenje kvaliteta struje kako bi se vršilo kompleksno i stvarno vreme praćenje različitih parametara mreže, omogućavajući pravo vreme detekcije i rešavanje problema sa kvalitetom struje, kao što je preopterećenje napona.

II. Uzroci grešaka preopterećenja napona

(1) Faktori linija: Uticaj impedancije kabla

Kablove između invertora i tačke spajanja na mrežu igraju ključnu ulogu u prenosu struje.

Ako je kabel pretank, njegova otpornost raste. Prema Ohmovom zakonu (U = I×R), sa konstantnim tokom, veća otpornost dovodi do veće padavine napona, što u svojoj posledici povećava AC izlazni napon na strani invertora.

Preduge kablove takođe povećavaju otpornost, dovodeći do sličnih problema povećanja napona. Na primer, u daljinskim PV elektranama gde je tačka spajanja na mrežu daleko, korišćenje neprikladnih specifikacija kabla lako može dovesti do grešaka preopterećenja napona zbog prevelike impedancije kabla.

Ako su kablove zaveljani, njihova induktivnost raste. U AC kružnicama, induktivnost sprječava protok struje, dalje perturbirajući distribuciju napona i potencijalno aktivirajući preopterećenje napona.

Greške u žičanju

Tokom prvobitne instalacije PV elektrane, neispravno žičanje AC kablova (na primjer, spajanje neutralnog terminala na fazon) može uzrokovati anormalan napon. To može dovesti do toga da inverter detektuje napon koji se ne poklapa sa stvarnim naponom mreže, time aktivirajući mehanizam zaštitne preopterećenosti napona.

Nakon što inverter radi duže vreme, luka ili loši kontakti u kablama na strani mreže mogu povećati kontaktnu otpornost. Prema Joulovom zakonu (Q = I²Rt, gde je Q toplina, I tok, R otpornost, a t vreme), veća kontaktna otpornost generiše više toplote, dovodeći do lokalnog porasta temperature. To šteti električnim performansama linije, dovodeći do privremene elevacije napona na invertoru i aktiviranju greške preopterećenja napona.

(2) Faktori strukture mreže i opterećenja: Konflikt između kapaciteta mreže i apsorpcije opterećenja

U nekim regionima, posebno u udaljenim ruralnim područjima ili područjima sa nedovoljno razvijenom infrastrukturom mreže, apsorpcijska sposobnost opterećenja mreže je ograničena. Kada je instalirana PV kapacitet u istoj distribucijskoj zoni prevelika, velika količina PV-generisane struje unosi se u mrežu. Ako mreža ne može efikasno i pravo vreme apsorbirati ovu struju, napon mreže će se povećati.

Pitanja vezana za transformator

Transformatori igraju ključnu ulogu u pretvorbi napona i distribuciji struje u mreži:

Ako je transformator daleko od tačke spajanja na mrežu, njegov izlazni napon obično se povećava kako bi se kompenzirao pad naponskih linija i osigurala normalna naponska vrednost u područjima daleko od transformatora. Međutim, to može dovesti do prekomernog napona u tački spajanja na mrežu blizu transformatora.

Nepravilne postavke stepena transformatora ili operativne greške (na primjer, loš kontakt menjača stepena) mogu uticati na omjer brojeva zavojnica transformatora, dovodeći do anormalnog povećanja izlaznog napona i aktiviranju greške preopterećenja napona mreže.

(3) Faktori vezani za inverter: Početne postavke i operativne greške

Invertori napuštaju proizvodni objekat sa podrazumevanim opsegom zaštitne naponske zaštite. U praktičnoj primeni, ako ovaj predpostavljeni opseg ne odgovara stvarnim lokalnim uslovima mreže, mogu nastupiti pogrešne procene. Na primer, ako se napon mreže kreće unutar normalnog opsega, ali je prag zaštitne naponske zaštite invertora postavljen prenisiko, inverter će često prijavljivati greške preopterećenja napona.

Tijekom dugotrajnog rada, invertori mogu doživjeti hardverske greške (na primjer, oštećene kružnice uzorkovanja napona, oštećene kontrolne ploče). Ove greške dovode do neispravnog detektovanja napona mreže invertorom, što dovodi do neispravnog aktiviranja mehanizma zaštitne preopterećenosti napona i isključivanja invertora.

Problemi sa povezivanjem više invertora

U velikim PV elektranama, često se više invertora istovremeno spaja na mrežu. Ako se više jednofaznih invertora koncentriše na jednu fazu, tok na toj fazi bit će prekomerno visok, dovodeći do neravnoteže napona mreže i povećanja napona te faze.

III. Opasnosti grešaka preopterećenja napona za PV elektrane i mrežu

(1) Oštećenje opreme PV elektrane: Povećano riziko grešaka invertora

Kada je napon mreže prekomerno visok, elektronski komponenti unutar invertora nose napon koji prelazi njihovu nominalnu vrednost, ubrzavajući staranje komponenata ili čak uzrokujući direktno oštećenje.

Na primjer, uređaji za prekid struje u invertorima (poput IGBT-a, Bipolarni tranzistori sa izolovanim ulazom) iskušavaju povećanu naponsku stres tokom upaljenja i isključivanja pod uvjetima preopterećenja napona, što ih čini sklonim raspadu i neispunjenju funkcije invertora.

Dodatno, preopterećenje napona može uzrokovati greške u kontrolnoj kružnici invertora, smanjujući njegovu sposobnost preciznog kontrole izlaznog napona i toka, dalje smanjujući performanse i pouzdanost invertora.

Skracivanje vijeka trajanja PV modula

Prekomerno visok napon mreže može se vratiti na stranu PV modula kroz inverter, povećavajući radni napon modula. Dugotrajno rad PV modula pod visokim naponom može promijeniti performanse njihovih unutrašnjih poluprovodnih materijala, dovodeći do problema poput vrućih tačaka i mikropraskanja.

(2) Uticaj na stabilnost mreže: Smanjena kvaliteta struje

Preopterećenje napona mreže smanjuje kvalitetu struje i uzrokuje harmonijsku zagađenost. Kada napon premaši normalni opseg, nelinearne opterećenja u električnom sistemu generišu dodatne harmonijske struje, koje u svojoj posledici dalje perturbiraju napon mreže, stvarajući zao krug. Harmonije povećavaju generisanje toplote u električnoj opremi, smanjuju vijek trajanja i mogu da interferiraju normalnom radu komunikacionih sistema, podkopavajući ukupnu stabilnost električnog sistema.

(3) Gubitak proizvodnje struje i smanjeni ekonomski efekti: Isključivanje invertora i rad smanjenom snalom

Kada inverter detektuje preopterećenje napona mreže, isključuje se za zaštitu ili radi smanjenom snagom kako bi se osigurala sigurnost opreme. Isključivanje invertora dovodi do potpunog zaustavljanja proizvodnje struje u PV elektrani, rezultujući direktnim gubitkom proizvodnje struje.

Povećanje dugoročnih troškova održavanja i servisa (O&M)

Oštećenje opreme PV elektrane (na primjer, invertora i PV modula) uzrokovanje greškama preopterećenja napona zahteva pravo vreme popravku i zamenu. To ne samo povećava kratkoročne troškove popravke, već zahteva češću zamenu opreme u budućnosti zbog skraćenog vijeka trajanja, povećavajući dugoročne troškove O&M.

IV. Efikasna rešenja za greške preopterećenja napona

(1) Planiranje pre konstrukcije i optimizacija dizajna: Kompleksna anketa i procena mreže

U fazi pre konstrukcije PV elektrane, treba provesti kompleksnu i detaljnu anketu i procenu lokalne mreže. Ključni parametri kao što su struktura mreže, kapacitet, uslovi opterećenja i opseg fluktuacije napona treba temeljito razumjeti. Treba koristiti profesionalne softvere za analizu struje kako bi se simulirao i analizirao potencijalni uticaj PV elektrane na mrežu nakon spajanja.

Na primjer, alati poput PSCAD (Power System Computer-Aided Design) ili ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) mogu simulirati promjene napona mreže pod različitim instaliranim kapacitetima PV, lokacijama spajanja i metodama spajanja. To pomaže u određivanju najrazumnijeg plana konstrukcije PV elektrane, osigurava zdrav napon u tački spajanja na mrežu i smanjuje rizik od grešaka preopterećenja napona na izvoru.

Racionalno planiranje instaliranog kapaciteta PV

Na osnovu apsorpcijske sposobnosti opterećenja mreže i kapaciteta transformatora, instalirani kapacitet PV elektrane treba racionalno planirati. Izbegavajte prekoncentraciju PV opreme u istoj distribucijskoj zoni kako biste spriječili povećanje napona uslijed prekomerne PV struje koju mreža ne može apsorbirati.

Optimizacija metoda spajanja invertora

Za PV elektrane sa više invertora, treba optimizirati metodu spajanja invertora. Izbegavajte koncentraciju više jednofaznih invertora na jednu fazu, umjesto toga rasporedite ih ravnomjerno po tri faze mreže kako biste postigli višestruko spajanje na mrežu. To ravnomjeri trofazni tok i smanjuje neravnotežu i povećanje napona uslijed prekomernog jednofaznog toka.

(2) Odabir, instalacija i komisioniranje opreme: Upotreba visokokvalitetnih kablova i racionalno žičanje

Pri konstrukciji PV elektrane, treba koristiti visokokvalitetne kable koji zadovoljavaju nacionalne standarde. Specifikacije i presječni površini kabla trebaju biti odabrani na osnovu stvarne prenesene snage i udaljenosti.

Za daleko spajanje na mrežu, potrebno je veći presječni površin kabla kako bi se smanjila impedancija linije i pad napona.

Također, žičanje treba biti racionalno kako bi se izbegli preduzi kablovi, zaveljani ili nepotrebnim savijani. Tijekom žičanja, mogu se koristiti kanali ili cevi za zaštitu i organizaciju kabla, osiguravajući siguran rad kabla.

Na primjer, u velikim PV elektranama, može se primijeniti podzemno položenje kabla, a putanje kabla mogu biti racionalno planirane kako bi se smanjila duljina kabla i preklapanja, poboljšavajući učinkovitost prenosa struje i smanjujući vjerojatnost grešaka preopterećenja napona.

Tačan odabir i instalacija invertora

Pri odabiru invertora, treba potpuno uzeti u obzir lokalne uslove mreže. Treba odabrati invertore sa širokim opsegom adaptacije napona, pouzdano zaštitom od preopterećenja napona i visokom učinkovitosti pretvorbe snage.

Tijekom instalacije, osigurajte ispravno AC žičanje invertora kako biste izbjegli anormalnosti napona uslijed zamjene fazonih i neutralnih vodova.

Racionalna konfiguracija i održavanje transformatora

Treba odabrati transformatore sa dobrom performansom regulacije napona kako bi se omogućila pravo vrijeme prilagodba kada se napon mreže mijenja. Također, treba jačati redovito održavanje i nadgledanje transformatora. Redovito treba pregledavati parametre transformatora, kao što su menjači stepena, zavojnice i nivo ulja, kako bi se osigurala normalna operacija transformatora.

Za transformatore daleko od tačke spajanja na mrežu, mogu se koristiti menjači stepena pod opterećenjem kako bi se u realnom vremenu prilagođavao izlazni napon transformatora preko daljninskog upravljanja, osiguravajući da napon u tački spajanja na mrežu ostaje unutar normalnog opsega.

(3) Operativno nadgledanje i inteligentne strategije regulacije: Stvaranje sistema stvarnog vremena nadgledanja

Treba stvoriti kompleksan sistem stvarnog vremena nadgledanja za PV elektranu kako bi se u stvarnom vremenu pratili parametri mreže, kao što su napon, tok, snaga i frekvencija. Senzori instalirani u tački spajanja na mrežu, na izlazu invertora i na PV modulima šalju prikupljene podatke u centar nadgledanja u stvarnom vremenu. Analiza velikih podataka i platforme za cloud računanje koriste se za analizu i obradu podataka nadgledanja, omogućavajući pravo vreme detekciju anormalnosti, poput preopterećenja napona.

Na primjer, postavljanjem pragova ranog upozorenja za preopterećenje napona, sistem automatski šalje upozorenje kada nadgledani napon mreže približi ili premaši taj prag, podsjećajući osoblje za održavanje i servis da pravo vreme poduzmu mjere kako bi se spriječile greške.

Redovito održavanje i otklanjanje grešaka

Treba formulirati strogi plan redovitog održavanja za PV elektranu kako bi se redovito provodili pregledi, održavanje i održavanje opreme.

Redovito treba provjeravati radni status opreme, kao što su invertori, PV moduli, kablovi i transformatori, kako bi se pravo vreme identificirali i popravili potencijalni rizici od grešaka. Tijekom održavanja, treba testirati i zapisivati parametre opreme, a povijesni podaci trebaju se uspoređivati kako bi se analizirale trendovi rada opreme i predvidjene potencijalne greške unaprijed.