Forschung zu Qualitätsproblemen der elektrischen Energie und Steuerungstechnologien an Verteilungstransformator-Anschlüssen in PV-Ladestationen

1. Einführung

Als Frontend-Designer von Verteilungssystemen für Photovoltaik-Ladestationen bin ich tief in die Forschung zur Leistungqualitätstechnologie eingebunden. Im Rahmen des Energiewandels gewinnen Photovoltaik-Ladestationen an Bedeutung, doch die großflächige Integration von PV bringt Herausforderungen hinsichtlich der Leistungsgüte mit sich. Das Ende des Verteilungstransformators, ein Schlüsselknotenpunkt, benötigt dringend Lösungen. Trotz bestehender Forschungen bestehen noch Lücken in der Kontrolltechnologie, die PV-Eigenschaften und komplexe Bedingungen berücksichtigen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Leistungsgütekontrolle an diesem Punkt, umfasst die Problemanalyse, Technikgestaltung und Fallverifikation, um die Systemstabilität zu unterstützen.

2. Analyse der Leistungsgüteprobleme am Verteilungstransformator-Ende
2.1 Betriebscharakteristika von Photovoltaik-Ladestationen

Photovoltaik-Ladestationen bestehen aus PV-Stromerzeugungssystemen und Ladefacilitäten. PV-Systeme wandeln Sonnenenergie über Module und Inverter für den Netzanschluss um. Die PV-Ausgabe ist unterbrochen und fluktuierend aufgrund der Lichtintensität und Temperatur – schwach bei geringem Licht, höher bei sonnigen Mittagszeiten; die Temperatur beeinflusst auch die Wirkungsgrad der Module.

Ladefacilitäten haben dynamisch wechselnde Lasten. Das Aufladeverhalten der Nutzer ist zufällig, mit variierenden Zeiten und Leistung – beispielsweise Nacharbeitsspitzen an Werktagen oder flexibler Planung, was die Lastvorhersage kompliziert. Diese sind wichtige Designüberlegungen.

2.2 Hauptleistungsgüteprobleme

Nach dem Netzanschluss steht das Verteilungstransformator-Ende vor Problemen wie Spannungsschwankungen/Flackern, Harmonischen und Drei-Phasen-Unausgewogenheit. Spannungsschwankungen resultieren aus der Intermittenz der PV und Laständerungen, was potenziell zu Flackern führt. Harmonische durch Inverter verzerren die Spannung, erhöhen Verluste und beschleunigen das Altern von Geräten. Ungleichmäßiger Zugang zum Laden verursacht Drei-Phasen-Unausgewogenheit, die die Lebensdauer des Transformators schädigt. Diese häufigen Prüfprobleme erfordern gezielte Lösungen.

2.3 Ursachen der Leistungsgüteprobleme

Probleme resultieren aus gekoppelten Faktoren: PV-Intermittenz/Volatilität, Lastzufälligkeit, Transformatornichtlinearität (Kernsättigung, Wickeldurchschlupf) und Netzwerkbetriebsproblemen (ungleichmäßige Drei-Phasen-Lasten). Das Design muss diese Faktoren umfassend berücksichtigen, um einen angemessenen Steuerplan zu erstellen.

3. Leistungsgütekontrolltechnologie für das Verteilungstransformator-Ende
3.1 Kontrolltechnologie basierend auf Kompensationseinrichtungen

Gängige Kompensationseinrichtungen haben unterschiedliche Eigenschaften: reaktive Kondensatoren (einfach, aber langsam), SVC (dynamisch, aber harmonisch-anfällig) und STATCOM (schnell, präzise, mit Harmonischerdrückung). Bei der Gestaltung optimiere ich Kapazität und Position (z.B. nahe dem Niederspannungsende des Transformatoren) für eine bessere Effizienz.

3.2 Leistungsgüteoptimierung durch Steuerstrategien

Erweiterte Strategien verbessern die Steuerung: Fuzzy-Steuerung (behandelt nichtlineare/unsichere Probleme), neuronale Netze (Selbstlernen für Präzision) und Modellprädiktive Steuerung (optimiert durch Vorhersage). Für Spannungsschwankungen habe ich einen regelbasierten Algorithmus auf Fuzzy-Basis entwickelt, der durch Simulationen als wirksam zur Unterdrückung von Schwankungen nachgewiesen wurde.

3.3 Komplette Steuerkonzept

Das Konzept integriert Datenakquise, Entscheidungsfindung und Kompensationseinheiten. Es bildet eine geschlossene Schleife: Daten identifizieren Probleme, passen Strategien/Geräte an und justieren Parameter. Ich leite die Konzeptgestaltung, um sie an Szenarien von Ladestationen anzupassen.

4. Analyse praktischer Anwendungsfälle
4.1 Fallbeschreibung

Eine große Industriepark-Photovoltaik-Ladestation mit komplexen Lasten hat schwere Leistungsgüteprobleme am Transformator-Ende aufgrund von Lastfluktuationen im Park und PV-Intermittenz, was Ausrüstung und Netzstabilität beeinträchtigt. Ich bin tief in die Implementierung des Plans involviert.

4.2 Anwendungskonzept

Maßgeschneiderte Auswahl von Kompensationseinrichtungen und eine kooperative Fuzzy-Modellprädiktive Steuerstrategie werden verwendet. Fuzzy-Steuerung generiert die initiale Kompensation; modellprädiktive Steuerung optimiert sie. Ich stelle sicher, dass das Design den lokalen Bedingungen entspricht.

4.3 Wirkungsbeurteilung

Post-Anwendungsmonitoring zeigt verbesserte Leistungsgüte: Spannungsschwankungen verringern sich auf ±3%, THD fällt unter 4% und Drei-Phasen-Unausgewogenheit auf weniger als 5%. Wirtschaftlich reduzieren sich jährliche Wartungskosten um etwa 200.000 ¥, mit einem Einkommenszuwachs von etwa 300.000 ¥. Gesellschaftlich unterstützt die Netzstabilität Unternehmen im Industriepark, was die Wirksamkeit bestätigt.

5. Fazit

Das entworfene umfassende Steuerkonzept, das Kompensation und Strategien integriert, verbessert effektiv die Leistungsgüte. Dennoch kann die Steuerung unter komplexen Bedingungen weiter optimiert werden. Zukünftige Bemühungen werden reifere Technologien für die Leistungsgütemanagement von Photovoltaik-Ladestationen bereitstellen, um die Netzstabilität zu gewährleisten.