Výzkum problémů kvality elektrické energie a ovládacích technologií na vývodech distribučních transformátorů v PV nabíjecích stanicích

1. Úvod

Jako přední návrhář distribučních systémů fotovoltaických nabíjecích stanic se hluboce zabývám výzkumem technologií kontroly kvality elektrické energie. V období energetické transformace roste význam fotovoltaických nabíjecích stanic, ale rozsáhlá integrace fotovoltaiky přináší výzvy pro kvalitu elektrické energie. Konec distribučního transformátoru, klíčový uzel, naléhavě potřebuje řešení. I přes existující výzkum zde zůstávají mezery v ovládacích technologiích, které berou v úvahu charakteristiky fotovoltaiky a komplexní podmínky. Tento článek se zaměřuje na kontrolu kvality elektrické energie na tomto konci, pokrývá analýzu problémů, návrh technologií a ověření případu, aby podpořil stabilitu systému.

2. Analýza problémů s kvalitou elektrické energie na konci distribučního transformátoru
2.1 Provozní charakteristiky fotovoltaických nabíjecích stanic

Fotovoltaické nabíjecí stanice se skládají z fotovoltaických výrobních systémů a nabíjecích zařízení. Fotovoltaické systémy převádí sluneční energii prostřednictvím panelů a inverterů pro připojení k síti. Výkon fotovoltaiky je přerušovaný a kolísavý kvůli intenzitě světla a teplotě – slabý za nízkého osvětlení, vyšší v slunných polednech; teplota také ovlivňuje efektivitu panelů.

Nabíjecí zařízení mají dynamicky se měnící zatížení. Chování uživatelů při nabíjení je náhodné, s různými časy a výkonem – například vlny po ukončení práce v pracovní dny nebo flexibilní plánování, což komplikuje predikci zatížení. Tyto jsou klíčové faktory při návrhu.

2.2 Hlavní problémy s kvalitou elektrické energie

Po připojení k síti se konec distribučního transformátoru setkává s problémy jako jsou fluktuace napětí/blbání, harmonické složky a nesrovnalost třífázového systému. Fluktuace napětí vznikají z přerušovanosti fotovoltaiky a změn zatížení, což může způsobit blbání. Harmonické složky z inverterů zkreslují napětí, zvyšují ztráty a starostí zařízení. Nesrovnalé přístupy k nabíjení způsobují nesrovnalost třífázového systému, což škodí životnosti transformátoru. Tyto běžné inspekční problémy vyžadují cílená řešení.

2.3 Příčiny problémů s kvalitou elektrické energie

Problémy vznikají z kombinace faktorů: přerušovanosti a volatility fotovoltaiky, náhodnosti zatížení, nelinearity transformátoru (nasycení jádra, úniky v cívkách) a problémů provozu sítě (nerovnoměrné třífázové zatížení). Návrh musí tyto faktory komplexně řešit pro vhodnou ovládací schémata.

3. Technologie kontroly kvality elektrické energie na konci distribučního transformátoru
3.1 Ovládací technologie založené na kompenzačních zařízeních

Běžná kompenzační zařízení mají odlišné vlastnosti: reaktivní kondenzátory (jednoduché, ale pomalé), SVC (dynamické, ale náchylné k harmonickým složkám) a STATCOM (rychlé, přesné s potlačováním harmonických složek). Během návrhu optimalizuji kapacitu a umístění (např. poblíž nízkého napětí transformátoru) pro lepší efektivitu.

3.2 Optimalizace kvality elektrické energie prostřednictvím ovládacích strategií

Pokročilé strategie zlepšují kontrolu: fuzzy kontrola (řeší nelineární a neurčité problémy), neuronové sítě (samoučení pro přesnost) a modelová prediktivní kontrola (optimalizuje pomocí predikce). Pro fluktuace napětí jsem navrhl algoritmus regulace založený na fuzzy logice, který byl simulací prokázán jako účinný v potlačování fluktuací.

3.3 Komplexní ovládací schéma

Schéma integruje moduly pro sběr dat, rozhodování a kompenzaci. Tvoří uzavřený obvod: data identifikují problémy, shodují strategie a zařízení a upravují parametry. Vede jsem návrh schématu, aby odpovídal scénářům nabíjecích stanic.

4. Analýza praktických případů použití
4.1 Úvod do případu

Velká průmyslová zóna s fotovoltaickou nabíjecí stanicí, s komplexními zatíženími, se setkává s vážnými problémy s kvalitou elektrické energie na konci transformátoru kvůli fluktuacím zatížení parku a přerušovanosti fotovoltaiky, což ovlivňuje zařízení a stabilitu sítě. Hluboce se zapojuji do realizace schématu.

4.2 Aplikační schéma

Používají se přizpůsobená kompenzační zařízení a kooperativní strategie fuzzy + modelové prediktivní kontroly. Fuzzy kontrola generuje počáteční kompenzaci; modelová prediktivní kontrola ji optimalizuje. Zajišťuji, aby návrh odpovídal místním podmínkám.

4.3 Hodnocení efektivity

Monitorování po aplikaci ukazuje zlepšení kvality elektrické energie: fluktuace napětí se snížily na ±3%, THD kleslo pod 4% a nesrovnalost třífázového systému na méně než 5%. Ekonomicky se roční náklady na údržbu snížily o přibližně 200 000 Kč, s přírůstkem příjmů o přibližně 300 000 Kč. Sociálně podporuje stabilizaci sítě pro podniky v průmyslové zóně, což potvrzuje efektivitu.

5. Závěr

Navržené komplexní ovládací schéma, integrující kompenzaci a strategie, efektivně zlepšuje kvalitu elektrické energie. Nicméně, kontrola v komplexních podmínkách lze dále optimalizovat. Budoucí úsilí poskytne zralé technologie pro správu kvality elektrické energie fotovoltaických nabíjecích stanic, což zajistí stabilitu sítě.