Isang Kompletong Gabay sa Sobrang Kuryente ng Implantang PV: Mga Dahilan Panganib at Sistemikong Solusyon

I. Ano ang Grid Voltage Overvoltage Fault?

Ang grid voltage overvoltage ay tumutukoy sa isang pangyayari sa mga sistema ng kuryente o sirkwito kung saan ang tensyon ay lumalampas sa normal na range ng operasyon.

Sa pangkalahatan, sa ilalim ng frequency ng lakas, kung ang RMS (Root Mean Square) value ng AC voltage ay tumaas ng higit sa 10% sa itaas ng rated value at tumagal ng higit sa 1 minuto, maaaring ito ay matukoy bilang isang grid voltage overvoltage fault.

Halimbawa, sa karaniwang 380V three-phase grid system sa Tsina, kung ang tensyon ay lumampas sa 418V at tumagal ng tiyak na panahon, maaari itong mag-trigger ng grid voltage overvoltage fault.

Sa mga photovoltaic (PV) power stations, ang mga grid-connected inverters ang responsable para sa real-time monitoring ng grid voltage.

Ang mga inverter ay karaniwang equipped ng high-precision voltage sensors upang makolekta ng real-time grid voltage signals. Ang mga sensor na ito ay nagsasala ng nakolektang voltage signals sa control system ng inverter, na nag-aanalisa at nagpoproseso ng mga signal na ito upang matukoy kung ang grid voltage ay nasa specified range.

Kapag natuklasan na ang grid voltage ay lumampas sa preset safe range, ang inverter ay agad na mag-aactivate ng protection mechanism, mag-shutdown, at mag-disconnect mula sa grid upang maiwasan ang pagkasira ng equipment dahil sa overvoltage at matiyak ang kaligtasan ng mga equipment at operators.

Bukod dito, sa ilang malalaking PV power stations, mayroong dedicated power quality monitoring devices na naka-install upang gawin ang comprehensive, real-time monitoring ng iba't ibang grid parameters, na nagbibigay-daan sa maagang pagdetekta at pagproseso ng mga isyu sa kalidad ng kuryente tulad ng voltage overvoltage.

II. Mga Dahilan ng Voltage Overvoltage Faults

(1) Line Factors: Impact of Cable Impedance

Ang mga kable sa pagitan ng inverter at grid connection point ay gumagampan ng mahalagang papel sa transmisyon ng kuryente.

Kung ang kable ay masyadong manipis, ang resistance nito ay tumataas. Ayon sa Ohm’s Law (U = I×R), sa constant current, mas mataas na resistance ay nagdudulot ng mas mataas na voltage drop, na nagsisimula ng mas mataas na AC output voltage sa inverter side.

Ang mga sobrang mahabang kable ay dinadagdagan ang resistance, na nagdudulot ng katulad na voltage elevation issues. Halimbawa, sa mga PV power stations sa mga layunin na lugar kung saan ang grid connection point ay malayo, ang paggamit ng kable na hindi angkop na specification ay madaling mag-lead sa voltage overvoltage faults dahil sa excessive cable impedance.

Kung ang mga kable ay nakakalat, ang inductance nito ay tumataas. Sa AC circuits, ang inductance ay naglaban sa pag-flow ng kuryente, na nagdadala pa ng disruption sa voltage distribution at maaaring mag-trigger ng voltage overvoltage.

Wiring Errors

Sa initial installation ng PV power station, ang mali sa pagkakakonekta ng AC kable (halimbawa, ang koneksyon ng neutral terminal sa live wire) ay maaaring magdulot ng abnormal voltage. Ito ay maaaring mag-lead sa inverter na mag-detekta ng voltage na hindi tugma sa aktwal na grid voltage, na nag-trigger ng overvoltage protection mechanism.

Pagkatapos ng ilang panahon ng operasyon ng inverter, ang mga loose o mahinang koneksyon sa grid-side cables ay maaaring magdulot ng mas mataas na contact resistance. Ayon sa Joule’s Law (Q = I²Rt, kung saan ang Q ay heat, I ay current, R ay resistance, at t ay oras), mas mataas na contact resistance ay nagdudulot ng mas maraming init, na nagdudulot ng lokal na pagtaas ng temperatura. Ito ay nagdudulot ng pagkakalabis ng electrical performance ng linya, na nagdudulot ng transient voltage increase sa inverter at nag-trigger ng voltage overvoltage fault.

(2) Grid Structure and Load Factors: Conflict Between Grid Capacity and Load Absorption

Sa ilang rehiyon, lalo na sa mga layunin na rural areas o lugar na may underdeveloped grid infrastructure, ang capacity ng grid na mag-absorb ng load ay limitado. Kapag ang installed PV capacity sa parehong power distribution area ay masyadong malaki, ang malaking halaga ng PV-generated power ay ipinapasok sa grid. Kung ang grid ay hindi maaaring maabsorb ang power na ito nang maayos at epektibo, ang grid voltage ay tataas.

Transformer-Related Issues

Ang mga transformer ay gumagampan ng mahalagang papel sa voltage conversion at power distribution sa grid:

Kung ang transformer ay malayo sa grid connection point, ang output voltage nito ay karaniwang itinataas upang kompensahin ang line voltage loss at matiyak ang normal na voltage sa mga lugar na malayo sa transformer. Gayunpaman, ito ay maaaring mag-lead sa excessive voltage sa grid connection point na malapit sa transformer.

Ang hindi makatarungan na setting ng tap ng transformer o operational faults (halimbawa, poor contact ng tap changer) ay maaaring makaapekto sa turns ratio ng transformer, na nagdudulot ng abnormal na pagtaas ng output voltage at nag-trigger ng grid voltage overvoltage fault.

(3) Inverter-Related Factors: Initial Settings and Operational Faults

Ang mga inverter ay may default voltage protection range kapag lumabas sila sa factory. Sa praktikal na aplikasyon, kung ang preset range na ito ay hindi tugma sa aktwal na lokal na grid conditions, maaaring magkaroon ng misjudgment. Halimbawa, kung ang grid voltage ay lumilipad sa normal na range ngunit ang voltage protection threshold ng inverter ay set na masyadong mababa, ang inverter ay maaaring madalas na umulat ng overvoltage faults.

Sa long-term operation, ang mga inverter ay maaaring makaranas ng hardware failures (halimbawa, damaged voltage sampling circuits, faulty control boards). Ang mga failure na ito ay nagdudulot ng inaccurate grid voltage detection ng inverter, na nag-lead sa incorrect activation ng overvoltage protection mechanism at shutdown ng inverter.

Multi-Inverter Connection Issues

Sa mga malalaking PV power stations, maraming inverter ang karaniwang connected sa grid nang sabay-sabay. Kung ang maraming single-phase inverter ay nakoncentrate sa isang phase, ang current sa phase na iyon ay maaaring maging sobrang mataas, na nagdudulot ng imbalance ng grid voltage at nag-elevate ng voltage ng phase na iyon.

III. Mga Panganib ng Voltage Overvoltage Faults sa PV Power Stations at Grid

(1) Damage to PV Power Station Equipment: Increased Risk of Inverter Faults

Kapag ang grid voltage ay overvoltage, ang mga electronic components sa loob ng inverter ay nagdudulot ng voltage na lumalampas sa kanilang rated value, na nag-accelerate ng aging ng component o kaya'y nagdudulot ng direktang damage.

Halimbawa, ang mga power switching devices sa inverter (tulad ng IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors) ay nagdudulot ng increased voltage stress sa turn-on at turn-off sa ilalim ng overvoltage conditions, na nagdudulot ng breakdown at nag-render ng inverter na hindi operante.

Bukod dito, ang overvoltage ay maaaring magdulot ng mga fault sa control circuit ng inverter, na nag-iimpair ng kanyang kakayahan na kontrolin nang eksaktong output voltage at current, at nagdudulot ng mas mababang performance at reliability ng inverter.

Shortened PV Module Lifespan

Ang sobrang mataas na grid voltage ay maaaring ibalik sa PV module side sa pamamagitan ng inverter, na nagdudulot ng pagtaas ng operating voltage ng mga module. Ang long-term operation ng PV modules sa taas na voltage ay maaaring mag-alter ng performance ng kanilang internal semiconductor materials, na nagdudulot ng mga isyu tulad ng hot spots at microcracks.

(2) Impact on Grid Stability: Deteriorated Power Quality

Ang grid voltage overvoltage ay nagdudulot ng pagbagsak ng kalidad ng kuryente at nagdudulot ng harmonic pollution. Kapag ang voltage ay lumampas sa normal na range, ang nonlinear loads sa power system ay nag-generate ng additional harmonic currents, na nagdudulot ng mas malubhang disruption sa grid voltage, na nag-creating ng vicious cycle. Ang harmonics ay nagdudulot ng mas maraming init sa electrical equipment, binabawasan ang service life, at maaaring mag-interfere sa normal na operasyon ng communication systems, na nag-undermine ng overall stability ng power system.

(3) Power Generation Loss and Reduced Economic Benefits: Inverter Shutdown and Derated Operation

Kapag ang inverter ay nadetect ang grid voltage overvoltage, ito ay mag-shutdown para sa protection o mag-operate sa reduced power upang matiyak ang safety ng equipment. Ang inverter shutdown ay nagdudulot ng pag-stop ng pag-generate ng kuryente ng buong PV power station, na nagreresulta sa direct power generation loss.

Increased Long-Term Operation and Maintenance (O&M) Costs

Ang damage sa PV power station equipment (halimbawa, inverters at PV modules) na dulot ng voltage overvoltage faults ay nangangailangan ng timely repair at replacement. Ito ay hindi lamang nagdudulot ng mas mataas na short-term repair costs, kundi nagdudulot rin ng mas regular na replacement ng equipment sa hinaharap dahil sa shortened service life, na nagdudulot ng mas mataas na long-term O&M costs.

IV. Mga Epektibong Solusyon sa Voltage Overvoltage Faults

(1) Pre-Construction Planning and Design Optimization: Comprehensive Grid Survey and Assessment

Sa pre-construction phase ng PV power station, dapat na gawin ang comprehensive at detailed survey at assessment ng lokal na grid. Ang mga key parameters tulad ng grid structure, capacity, load conditions, at voltage fluctuation range ay dapat na mabuti na maintindihan. Dapat gamitin ang professional power analysis software upang simulan at analisin ang potential impact ng PV power station sa grid pagkatapos ng koneksyon.

Halimbawa, ang mga tools tulad ng PSCAD (Power System Computer-Aided Design) o ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) ay maaaring simulan ang grid voltage changes sa iba't ibang PV installed capacities, connection locations, at connection methods. Ito ay tumutulong sa pagdetermine ng pinakamainam na PV power station construction plan, matitiyak ang healthy voltage sa grid connection point, at bawasan ang risk ng voltage overvoltage faults sa pinagmulan.

Rational Planning of PV Installed Capacity

Batay sa load absorption capacity at transformer capacity ng grid, ang installed capacity ng PV power station ay dapat na ma-plan nang maayos. Iwasan ang overconcentration ng PV equipment sa parehong power distribution area upang maiwasan ang pagtaas ng voltage dahil sa sobrang dami ng PV power na hindi maabsorb ng grid.

Optimization of Inverter Connection Methods

Para sa mga PV power station na may maraming inverter, ang inverter connection method ay dapat na i-optimize. Iwasan ang pagkakakumpol ng maraming single-phase inverter sa isang phase; instead, dapat ito ay evenly distributed sa tatlong grid phases upang makamit ang multi-point grid connection. Ito ay balanse ang three-phase current at bawasan ang voltage imbalance at elevation dahil sa sobrang dami ng single-phase current.

(2) Equipment Selection, Installation, and Commissioning Specifications: Use of High-Quality Cables and Rational Wiring

Sa construction ng PV power station, dapat gamitin ang high-quality cables na sumasang-ayon sa national standards. Ang specifications at cross-sectional area ng kable ay dapat piliin batay sa actual transmission power at distance.

Para sa long-distance grid connection, kinakailangan ng mas malaking cross-sectional area ng kable upang bawasan ang line impedance at voltage drop.

Samantala, ang wiring ay dapat rational upang iwasan ang sobrang haba, tangled, o unnecessarily bent cables. Sa panahon ng wiring, maaaring gamitin ang cable trays o ducts upang protektahan at organizein ang mga kable, na matitiyak ang safe cable operation.

Halimbawa, sa mga malalaking PV power stations, maaaring gamitin ang underground cable laying, at ang cable routes ay dapat ma-plan nang maayos upang bawasan ang cable length at crossings, na nag-improve ng power transmission efficiency at bawasan ang probability ng voltage overvoltage faults.

Accurate Inverter Selection and Installation

Sa pagpili ng mga inverter, dapat bigyan ng sapat na consideration ang lokal na grid conditions. Dapat piliin ang mga inverter na may wide voltage adaptation range, reliable overvoltage protection, at high power conversion efficiency.

Sa panahon ng installation, matiyak ang tama na AC wiring ng inverter upang iwasan ang voltage abnormalities na dulot ng swapping ng phase at neutral wires.

Rational Transformer Configuration and Maintenance

Dapat piliin ang mga transformer na may good voltage regulation performance upang makapag-adjust nang maayos kapag ang grid voltage ay nag-fluctuate. Samantala, dapat palakasin ang daily maintenance at monitoring ng mga transformer. Ang mga parameter ng transformer tulad ng tap changers, windings, at oil levels ay dapat iregular na i-inspect upang matiyak ang normal na operasyon ng transformer.

Para sa mga transformer na malayo sa grid connection point, maaaring gamitin ang on-load tap changers upang makamit ang real-time adjustment ng output voltage ng transformer sa pamamagitan ng remote control, na matitiyak na ang voltage sa grid connection point ay nasa normal range.

(3) Operational Monitoring and Intelligent Regulation Strategies: Establishment of a Real-Time Monitoring System

Dapat itatag ang comprehensive real-time monitoring system para sa PV power station upang monitorin ang grid parameters tulad ng voltage, current, power, at frequency sa real time. Ang mga sensors na naka-install sa grid connection point, inverter output end, at PV modules ay nag-sala ng collected data sa monitoring center sa real time. Ang big data analytics at cloud computing platforms ay ginagamit upang analisin at proseso ang monitoring data, na nagbibigay-daan sa maagang pagdetekta ng abnormalities tulad ng voltage overvoltage.

Halimbawa, sa pamamagitan ng pag-set ng early warning threshold para sa voltage overvoltage, ang sistema ay awtomatikong mag-send ng alert kapag ang monitored grid voltage ay lumapit o lumampas sa threshold, na nag-remind sa O&M personnel na gawin ang necessary measures upang maiwasan ang faults.

Regular Maintenance and Fault Troubleshooting

Dapat itatag ang strict na regular maintenance plan para sa PV power station upang gawin ang regular na inspeksyon, maintenance, at upkeep ng equipment.

Ang operating status ng mga equipment tulad ng inverters, PV modules, cables, at transformers ay dapat iregular na i-check upang matukoy at i-repair ang potential fault risks nang maagang panahon. Sa panahon ng maintenance, dapat itest at irecord ang mga equipment parameters, at icompare ang historical data upang analisin ang trends ng operasyon ng equipment at ma-predict ang potential faults nang maagang panahon.