Recerca sobre problemes de qualitat energètica i tecnologies de control als terminalls dels transformadors de distribució en estacions de càrrega fotovoltaica

1. Introducció

Com a dissenyador de primera línia de sistemes de distribució de punts de càrrega fotovoltaica, m'implico profundament en la recerca de tecnologies de control de la qualitat de l'energia. En el context de la transició energètica, els punts de càrrega fotovoltaica augmenten la seva importància, però la integració a gran escala de les PV porta reptes en la qualitat de l'energia. El final del transformador de distribució, un node clau, necessita urgentment solucions. Malgrat la recerca existent, encara hi ha vacis en la tecnologia de control que tingui en compte les característiques de les PV i les condicions complexes. Aquest article es centra en el control de la qualitat de l'energia a aquest final, abordant l'anàlisi del problema, el disseny tècnic i la verificació de casos per suportar la estabilitat del sistema.

2. Anàlisi dels problemes de qualitat de l'energia al final del transformador de distribució
2.1 Característiques operatives dels punts de càrrega fotovoltaica

Els punts de càrrega fotovoltaica consisteixen en sistemes de generació d'energia fotovoltaica i instal·lacions de càrrega. Els sistemes PV converteixen l'energia solar mitjançant panells i inversors per connectar-se a la xarxa. La producció de les PV és intermitent i fluctuante degut a la intensitat lluminosa i la temperatura - baixa en condicions de poca llum, més alta en migdia ensolarit; la temperatura també afecta l'eficiència dels panells.

Les instal·lacions de càrrega tenen càrregues dinàmicament variables. El comportament de càrrega dels usuaris és aleatori, amb temps i potència variables - per exemple, pics després del treball en dies laborables o programacions flexibles, complicant la predicció de la càrrega. Aquests són consideracions clau en el disseny.

2.2 Principals problemes de qualitat de l'energia

Després de la connexió a la xarxa, el final del transformador de distribució enfronta problemes com la fluctuació/vibració de la tensió, harmonics i desequilibri trifàsic. La fluctuació de la tensió prové de la intermitència de les PV i canvis de càrrega, podent causar vibració. Els harmonics dels inversors distorsionen la tensió, incrementant les pèrdues i l'envejeciment dels equips. L'accés a la càrrega desequilibrada causa un desequilibri trifàsic, nociu per a la vida útil del transformador. Aquests problemes comuns en inspeccions requereixen solucions específiques.

2.3 Causes dels problemes de qualitat de l'energia

Els problemes resulten de factors acoblats: intermitència/volatilitat de les PV, aleatorietat de la càrrega, no linealitat del transformador (saturació del nucli, fuga de bobines) i problemes d'operació de la xarxa (càrregues trifàsiques desequilibrades). El disseny ha de tractar aquests aspectes de manera integral per a un esquema de control adequat.

3. Tecnologia de control de la qualitat de l'energia al final del transformador de distribució
3.1 Tecnologia de control basada en dispositius de compensació

Els dispositius de compensació comuns tenen caraterístiques distintes: capacitores reactius (simples però lents), SVC (dinàmics però propensos a harmonics) i STATCOM (ràpids, precisos, amb supressió d'harmonics). Durant el disseny, optimitzo la capacitat i la posició (per exemple, a prop del costat de baixa tensió del transformador) per millorar l'eficiència.

3.2 Optimització de la qualitat de l'energia mitjançant estratègies de control

Estratègies avançades milloren el control: control difús (gestiona problemes no lineals/incerts), xarxes neuronals (aprenentatge automàtic per precisió) i control predictiu basat en models (optimitza mitjançant prediccions). Per a la fluctuació de la tensió, vaig dissenyar un algoritme de regulació basat en control difús, demostrat per simulació per suprimir fluctuacions.

3.3 Esquema de control integral

L'esquema integra mòduls d'adquisició de dades, de presa de decisions i de compensació. Forma un bucle tancat: les dades identifiquen els problemes, assignen estratègies/dispositius i ajusten paràmetres. Guio el disseny de l'esquema per adaptar-lo a escenaris de punts de càrrega.

4. Anàlisi de casos d'aplicació pràctica
4.1 Introducció del cas

Un punt de càrrega fotovoltaica en un gran parc industrial, amb càrregues complexes, enfronta problemes severes de qualitat de l'energia al final del transformador degut a les fluctuacions de la càrrega del parc i la intermitència de les PV, afectant l'equipament i la estabilitat de la xarxa. M'implico profundament en la implementació de l'esquema.

4.2 Esquema d'aplicació

S'utilitza una selecció de dispositius de compensació personalitzada i una estratègia de control cooperatiu difús + predictiu basat en models. El control difús genera la compensació inicial; el control predictiu basat en models l'optimitza. Em asseguro que el disseny s'ajusta a les condicions in situ.

4.3 Avaluació de l'efecte

La monitorització posterior a l'aplicació mostra una millora en la qualitat de l'energia: la fluctuació de la tensió es redueix a ±3%, el THD cau per davall del 4% i el desequilibri trifàsic queda dins del 5%. Econòmicament, els costos anuals de manteniment es redueixen en ~¥200.000, amb un increment de renda de ~¥300.000. Socialment, la estabilitat de la xarxa suporta les empreses del parc industrial, verificant l'eficàcia.

5. Conclusió

L'esquema de control integral dissenyat, integrant compensació i estratègies, millora efectivament la qualitat de l'energia. No obstant això, el control en condicions complexes pot ser optimitzat. Futurs esforços proporcionaran tecnologia madura per a la gestió de la qualitat de l'energia en punts de càrrega fotovoltaica, assegurant la estabilitat de la xarxa.