پژوهش درباره مسائل کیفیت برق و تکنولوژیهای کنترل در پایانههای ترانسفورماتور توزیع در ایستگاههای شارژ خورشیدی
1. مقدمه
به عنوان یک طراح پیشگام در سیستمهای توزیع ایستگاههای شارژ فتوولتائیک، من عمیقاً در تحقیقات فناوری کنترل کیفیت برق مشغول هستم. در دوران تغییر انرژی، اهمیت ایستگاههای شارژ فتوولتائیک رو به رشد است، اما یکپارچهسازی مقیاس بزرگ فتوولتائیک چالشهای کیفیت برق را به دنبال دارد. سمت پایانه ترانسفورماتور توزیع، یک گره کلیدی، به راهحلهای فوری نیاز دارد. با وجود تحقیقات موجود، شکافهایی در فناوری کنترل با در نظر گرفتن ویژگیهای فتوولتائیک و شرایط پیچیده هنوز وجود دارد. این مقاله بر کنترل کیفیت برق در این پایانه تمرکز دارد و شامل تحلیل مسئله، طراحی فناوری و تأیید موردی برای حمایت از ثبات سیستم است.
2. تحلیل مشکلات کیفیت برق در پایانه ترانسفورماتور توزیع
2.1 ویژگیهای عملیاتی ایستگاههای شارژ فتوولتائیک
ایستگاههای شارژ فتوولتائیک از سیستمهای تولید برق فتوولتائیک و تأسیسات شارژ تشکیل شدهاند. سیستمهای فتوولتائیک انرژی خورشیدی را از طریق پانلها و وارتباطدهندهها به شبکه متصل میکنند. خروجی فتوولتائیک به دلیل شدت نور و دما متناوب و متلاطم است - در شرایط ضعیف نور کم است و در نیمهروز آفتابی بالاتر است؛ دما نیز بر کارایی پانلها تأثیر میگذارد.
تأسیسات شارژ دارای بارهای تغییرپذیر دینامیکی هستند. رفتار شارژ کاربران تصادفی است، با زمانها و قدرتهای مختلف - مثلاً افزایش شدید پس از کار در روزهای هفته یا برنامهریزی انعطافپذیر، که پیشبینی بار را پیچیده میکند. اینها موارد مهم در طراحی هستند.
2.2 مشکلات اصلی کیفیت برق
پس از اتصال به شبکه، پایانه ترانسفورماتور توزیع با مشکلاتی مانند نوسان ولتاژ/میگویی، هارمونیکها و عدم تعادل سهفاز مواجه میشود. نوسان ولتاژ از تداوم و تغییر بار ناشی میشود و ممکن است میگویی را ایجاد کند. هارمونیکهای از وارتباطدهندهها ولتاژ را اعوجاج میدهند و تلفات را افزایش میدهند و تجهیزات را پیر میکنند. دسترسی نامتوازن به شارژ سبب عدم تعادل سهفاز میشود و عمر ترانسفورماتور را کوتاه میکند. این مشکلات رایج در بازرسیها نیازمند راهحلهای هدفمند هستند.
2.3 دلایل مشکلات کیفیت برق
مشکلات ناشی از عوامل ترکیبی هستند: تداوم و تغییر فتوولتائیک، تصادفی بودن بار، غیرخطی بودن ترانسفورماتور (شبشبی شدن هسته، نشت سیمپیچ) و مشکلات عملیات شبکه (بارهای سهفاز نامتعادل). طراحی باید این موارد را به صورت جامع برای طرح کنترل مناسب بررسی کند.
3. فناوری کنترل کیفیت برق در پایانه ترانسفورماتور توزیع
3.1 فناوری کنترل بر اساس دستگاههای جبرانکننده
دستگاههای جبرانکننده رایج ویژگیهای متمایزی دارند: خازنهای واکنشی (ساده اما آهسته)، SVC (پویا اما هارمونیکدار) و STATCOM (سریع، دقیق، با سرکوب هارمونیک). در طراحی، من ظرفیت و موقعیت (مثلاً نزدیک سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور) را بهینهسازی میکنم تا کارایی بهتری داشته باشد.
3.2 بهینهسازی کیفیت برق از طریق استراتژیهای کنترل
استراتژیهای پیشرفته کنترل را بهبود میبخشند: کنترل فازی (مدیریت مسائل غیرخطی و نامشخص)، شبکه عصبی (یادگیری خودکار برای دقت) و کنترل مدل پیشبین (بهینهسازی از طریق پیشبینی). برای نوسان ولتاژ، یک الگوریتم تنظیم بر اساس فازی طراحی کردم که از طریق شبیهسازی اثبات شده است که نوسانها را سرکوب میکند.
3.3 طرح کنترل جامع
این طرح مدولهای جمعآوری داده، تصمیمگیری و جبران را یکپارچه میکند. یک حلقه بسته را تشکیل میدهد: دادهها مشکلات را شناسایی میکنند، استراتژیها و دستگاهها را تطبیق میدهند و پارامترها را تنظیم میکنند. من طراحی طرح را برای سناریوهای ایستگاههای شارژ راهنمایی میکنم.
4. تحلیل موارد کاربردی عملی
4.1 معرفی مورد
یک ایستگاه شارژ فتوولتائیک در یک پارک صنعتی بزرگ با بارهای پیچیده، به دلیل تغییرات بار پارک و تداوم فتوولتائیک، با مشکلات کیفیت برق شدید در پایانه ترانسفورماتور مواجه است که تجهیزات و ثبات شبکه را تحت تأثیر قرار میدهد. من عمیقاً در اجرای طرح شرکت دارم.
4.2 طرح کاربردی
انتخاب دستگاههای جبرانکننده متناسب و استراتژی کنترل همکاری فازی + مدل پیشبین استفاده میشود. کنترل فازی جبران اولیه را ایجاد میکند؛ کنترل مدل پیشبین آن را بهینه میکند. من اطمینان میدهم که طراحی با شرایط محلی تطبیق داده شود.
4.3 ارزیابی اثر
نظارت پس از کاربرد نشان میدهد که کیفیت برق بهبود یافته است: نوسان ولتاژ به ±3% کاهش یافته، THD زیر 4% و عدم تعادل سهفاز به حدود 5% رسیده است. از لحاظ اقتصادی، هزینههای نگهداری سالانه تقریباً ۲۰۰۰۰۰ یورو کاهش یافته و درآمد حدود ۳۰۰۰۰۰ یورو افزایش یافته است. از لحاظ اجتماعی، ثبات شبکه شرکتهای پارک صنعتی را حمایت میکند و موثر بودن آن تأیید میشود.
5. نتیجهگیری
طرح کنترل جامع طراحی شده که جبران و استراتژیها را یکپارچه میکند، به طور مؤثر کیفیت برق را بهبود میبخشد. اما، کنترل در شرایط پیچیده میتواند بهینه شود. تلاشهای آینده فناوریهای بلوغ یافته برای مدیریت کیفیت برق ایستگاههای شارژ فتوولتائیک ارائه خواهد کرد تا ثبات شبکه تضمین شود.
