Investigación sobre problemas de calidade da enerxía e tecnoloxías de control nos terminais dos transformadores de distribución en estacións de carga fotovoltaicas

1. Introdución

Como deseñador de primeira liña de sistemas de distribución de estacións de carga fotovoltaicas, estou profundamente implicado na investigación de tecnoloxías de control da calidade do enerxía. No contexto da transición enerxética, as estacións de carga fotovoltaicas adquiren cada vez máis importancia, pero a integración a gran escala da enerxía fotovoltaica trae consigo desafíos en termos de calidade do enerxía. O extremo do transformador de distribución, un nodo clave, necesita urgentemente solucións. A pesar das investigacións existentes, hai ainda brechas no que respecta ás tecnoloxías de control tendo en conta as características dos PV e as condicións complexas. Este artigo centrase no control da calidade do enerxía neste extremo, abordando a análise do problema, o deseño tecnolóxico e a verificación mediante casos para apoiar a estabilidade do sistema.

2. Análise dos problemas de calidade do enerxía no extremo do transformador de distribución
2.1 Características operativas das estacións de carga fotovoltaicas

As estacións de carga fotovoltaicas constan de sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica e instalacións de carga. Os sistemas PV converten a enerxía solar mediante painéis e inversores para a conexión á rede. A potencia de saída dos PV é intermitente e fluctuante debido á intensidade luminosa e á temperatura, sendo débil en condicións de pouca luz e máis alta ao mediodía ensolarado; a temperatura tamén afecta á eficiencia dos painéis.

As instalacións de carga teñen cargas que cambian dinamicamente. O comportamento de carga dos usuarios é aleatorio, con horarios e potencias variables, por exemplo, picos pós-traballo durante os días laborables ou programación flexible, complicando a previsión da carga. Estes son aspectos clave a considerar no deseño.

2.2 Principais problemas de calidade do enerxía

Despois da conexión á rede, o extremo do transformador de distribución enfrenta problemas como a fluctuación/vibración do voltaxe, harmónicos e desequilibrio trifásico. A fluctuación do voltaxe deriva da intermitencia dos PV e cambios de carga, podendo causar vibración. Os harmónicos provenientes dos inversores distorsionan o voltaxe, aumentando as perdas e o envellecemento do equipo. O acceso desequilibrado á carga causa desequilibrio trifásico, prejudicando a vida útil do transformador. Estes son problemas comúns de inspección que requiren soluciones específicas.

2.3 Causas dos problemas de calidade do enerxía

Os problemas resultan de factores acoplados: intermitencia/volatilidade dos PV, aleatoriedade da carga, non linearidade do transformador (saturación do núcleo, fuga nos enrolamentos) e problemas de operación da rede (cargas trifásicas desiguais). O deseño debe abordar comprehensivamente estes aspectos para un esquema de control apropiado.

3. Tecnoloxía de control da calidade do enerxía para o extremo do transformador de distribución
3.1 Tecnoloxía de control baseada en dispositivos de compensación

Os dispositivos de compensación comúns teñen características distintas: capacitores reactivos (simples pero lentos), SVC (dinámico pero propenso a harmónicos) e STATCOM (rápido, preciso, con supresión de harmónicos). Durante o deseño, optimizo a capacidade e a posición (por exemplo, próximo ao lado de baixa tensión do transformador) para maior eficiencia.

3.2 Optimización da calidade do enerxía mediante estratexias de control

Estratexias avanzadas melloran o control: control difuso (manexo de problemas non lineares/incertos), redes neuronais (autoaprendizaxe para precisión) e control predictivo basado en modelos (optimización mediante predicción). Para a fluctuación do voltaxe, deseñe un algoritmo de regulación basado en lóxica difusa, demostrado por simulación para suprimir fluctuacións.

3.3 Esquema de control comprehensivo

O esquema integra módulos de adquisición de datos, toma de decisións e compensación. Forma un bucle pechado: os datos identifican os problemas, emparellan estratexias/dispositivos e axustan parámetros. Dirixo o deseño do esquema para adaptarse aos escenarios da estación de carga.

4. Análise de casos de aplicación práctica
4.1 Introdución do caso

Unha estación de carga fotovoltaica nun gran parque industrial, con cargas complexas, enfrenta graves problemas de calidade do enerxía no extremo do transformador debido ás fluctuacións de carga do parque e á intermitencia dos PV, afectando ao equipo e á estabilidade da rede. Participo profundamente na implementación do esquema.

4.2 Esquema de aplicación

Utilízanse dispositivos de compensación seleccionados de forma personalizada e unha estratexia cooperativa de control difuso + predictivo. O control difuso xera a compensación inicial; o control predictivo a optimiza. Aseguro que o deseño se adapte ás condicións no terreo.

4.3 Avaliación do efecto

A monitorización posterior á aplicación mostra unha melora na calidade do enerxía: a fluctuación do voltaxe diminúe a ±3%, o THD cae abaixo do 4% e o desequilibrio trifásico queda dentro do 5%. Económicamente, os custos de manutención anuais reducense en ~¥200.000, coa crecemento de ingresos de ~¥300.000. Socialmente, a estabilidade da rede apoia as empresas do parque industrial, verificando a efectividade.

5. Conclusión

O esquema de control comprehensivo deseñado, integrando compensación e estratexias, mellora eficazmente a calidade do enerxía. Pero, o control en condicións complexas pode ser optimizado. Os esforzos futuros proporcionarán tecnoloxía madura para a xestión da calidade do enerxía nas estacións de carga fotovoltaica, asegurando a estabilidade da rede.