Recherche sur les problèmes de qualité de l'électricité et les technologies de contrôle aux bornes des transformateurs de distribution dans les stations de recharge photovoltaïques

1. Introduction

En tant que concepteur de premier plan des systèmes de distribution de stations de recharge photovoltaïques, je m'investis profondément dans la recherche sur les technologies de contrôle de la qualité de l'énergie. Dans le contexte de la transition énergétique, les stations de recharge photovoltaïques prennent de l'importance, mais l'intégration à grande échelle de la photovoltaïque pose des défis en termes de qualité de l'énergie. La fin du transformateur de distribution, un nœud clé, a besoin d'urgence de solutions. Malgré les recherches existantes, il reste des lacunes dans la technologie de contrôle qui prend en compte les caractéristiques de la PV et les conditions complexes. Cet article se concentre sur le contrôle de la qualité de l'énergie à cette extrémité, couvrant l'analyse des problèmes, la conception technique et la vérification par cas pour soutenir la stabilité du système.

2. Analyse des problèmes de qualité de l'énergie au niveau du transformateur de distribution
2.1 Caractéristiques opérationnelles des stations de recharge photovoltaïques

Les stations de recharge photovoltaïques sont composées de systèmes de production d'énergie photovoltaïque et d'installations de recharge. Les systèmes PV convertissent l'énergie solaire via des panneaux et des onduleurs pour une connexion au réseau. La production PV est intermittente et fluctuante en raison de l'intensité lumineuse et de la température - faible dans des conditions de faible luminosité, plus élevée aux heures de midi ensoleillées ; la température a également un impact sur l'efficacité des panneaux.

Les installations de recharge ont des charges qui changent dynamiquement. Le comportement de charge des utilisateurs est aléatoire, avec des horaires et des puissances variables - par exemple, des pics après le travail en semaine ou un planning flexible, ce qui complique la prédiction de la charge. Ces éléments sont des considérations clés en matière de conception.

2.2 Principaux problèmes de qualité de l'énergie

Après la connexion au réseau, l'extrémité du transformateur de distribution fait face à des problèmes tels que les fluctuations/tremblements de tension, les harmoniques et le déséquilibre triphasé. Les fluctuations de tension proviennent de l'intermittence de la PV et des variations de charge, pouvant causer des tremblements. Les harmoniques provenant des onduleurs déforment la tension, augmentant les pertes et l'usure du matériel. L'accès inégal à la charge de recharge cause un déséquilibre triphasé, nuisant à la durée de vie du transformateur. Ces problèmes courants d'inspection nécessitent des solutions ciblées.

2.3 Causes des problèmes de qualité de l'énergie

Les problèmes résultent de facteurs couplés : l'intermittence/volatilité de la PV, l'aléa de la charge, la non-linéarité du transformateur (saturation du noyau, fuite des bobinages) et les problèmes d'exploitation du réseau (charges triphasées inégales). La conception doit aborder ces aspects de manière globale pour un schéma de contrôle approprié.

3. Technologie de contrôle de la qualité de l'énergie pour l'extrémité du transformateur de distribution
3.1 Technologie de contrôle basée sur des dispositifs de compensation

Les dispositifs de compensation courants ont des caractéristiques distinctes : condensateurs réactifs (simples mais lents), SVC (dynamiques mais propices aux harmoniques) et STATCOM (rapides, précis, avec suppression des harmoniques). Au cours de la conception, j'optimise la capacité et la position (par exemple, près du côté basse tension du transformateur) pour une meilleure efficacité.

3.2 Optimisation de la qualité de l'énergie via des stratégies de contrôle

Des stratégies avancées améliorent le contrôle : contrôle flou (gère les problèmes non linéaires/incertains), réseau neuronal (auto-apprentissage pour la précision) et contrôle prédictif basé sur un modèle (optimise via la prédiction). Pour les fluctuations de tension, j'ai conçu un algorithme de régulation basé sur le contrôle flou, prouvé par simulation pour supprimer les fluctuations.

3.3 Schéma de contrôle global

Le schéma intègre les modules d'acquisition de données, de prise de décision et de compensation. Il forme une boucle fermée : les données identifient les problèmes, associent des stratégies/dispositifs et ajustent les paramètres. Je guide la conception du schéma pour s'adapter aux scénarios de stations de recharge.

4. Analyse des cas d'application pratiques
4.1 Présentation du cas

Une station de recharge photovoltaïque dans un grand parc industriel, avec des charges complexes, fait face à des problèmes graves de qualité de l'énergie au niveau du transformateur en raison des fluctuations de charge du parc et de l'intermittence de la PV, affectant l'équipement et la stabilité du réseau. J'y participe activement à la mise en œuvre du schéma.

4.2 Schéma d'application

Un choix de dispositifs de compensation adaptés et une stratégie de contrôle coopératif flou + prédictif basé sur un modèle sont utilisés. Le contrôle flou génère une compensation initiale ; le contrôle prédictif basé sur un modèle l'optimise. Je m'assure que la conception s'adapte aux conditions sur site.

4.3 Évaluation des effets

La surveillance post-application montre une amélioration de la qualité de l'énergie : les fluctuations de tension se réduisent à ±3%, le THD passe en dessous de 4% et le déséquilibre triphasé à moins de 5%. Économiquement, les coûts de maintenance annuels diminuent d'environ 200 000 yens, avec une croissance des revenus d'environ 300 000 yens. Socialement, la stabilité du réseau soutient les entreprises du parc industriel, confirmant l'efficacité.

5. Conclusion

Le schéma de contrôle global conçu, intégrant compensation et stratégies, améliore efficacement la qualité de l'énergie. Cependant, le contrôle dans des conditions complexes peut être optimisé. Les efforts futurs fourniront des technologies matures pour la gestion de la qualité de l'énergie des stations de recharge photovoltaïques, assurant la stabilité du réseau.