Istraživanje problema kvalitete struje i kontrolnih tehnologija na terminalima distribucijskih transformatora u PV napajalištima

1. Uvod

Kao vodeći dizajner distribucijskih sustava fotovoltaičkih napajalica, duboko se bavim istraživanjem tehnologija kontrole kvalitete struje. Tijekom prelaza na obnovljive izvore energije, fotovoltaičke napajalice postaju sve važnije, no velika integracija fotovoltaika donosi izazove u pogledu kvalitete struje. Distribucijski transformator, ključni čvor, osebno zahtijeva rješenja. Iako postoje istraživanja, još uvijek postoje praznine u tehnologiji kontrole koja uzima u obzir karakteristike fotovoltaika i složene uvjete. Ovaj rad fokusira se na kontrolu kvalitete struje na tom kraju, pokrivajući analizu problema, dizajn tehnologije i potvrdu slučaja kako bi se podržala stabilnost sustava.

2. Analiza problema s kvalitetom struje na kraju distribucijskog transformatora
2.1 Operativne karakteristike fotovoltaičkih napajalica

Fotovoltaičke napajalice sastoje se od fotovoltaičkih sustava proizvodnje elektriciteta i opreme za punjenje. Fotovoltaički sustavi pretvaraju sunčevu energiju putem panela i invertera za povezivanje na mrežu. Izlaz fotovoltaika je intermitentan i fluktuantan zbog intenziteta svjetlosti i temperature – slaba u uslovima niske svjetlosti, veća u sunčite podneve; temperatura također utječe na učinkovitost panela.

Oprema za punjenje ima dinamički promjenjive opterećenja. Ponasanje korisnika pri punjenju je nasumično, s različitim vremenima i snagama – na primjer, vrhovi nakon radnog dana tijekom radnih dana ili fleksibilno planiranje, što komplicira predviđanje opterećenja. To su ključni elementi u dizajnu.

2.2 Glavni problemi s kvalitetom struje

Nakon povezivanja na mrežu, kraju distribucijskog transformatora suočavaju se sa problemima poput fluktuacije napona / treperenja, harmonika i neizravnatosti tri faze. Fluktuacija napona potječe od intermitencije fotovoltaika i promjena opterećenja, što može dovesti do treperenja. Harmonici iz invertora iskrivljuju napon, povećavaju gubitke i starost opreme. Neizravnata pristupna punjenja uzrokuju neizravnatost tri faze, štetoči životu transformatora. Ovi uobičajeni inspekcijski problemi zahtijevaju ciljane rješenja.

2.3 Uzroci problema s kvalitetom struje

Problemi nastaju zbog kombiniranih faktora: intermitencije/volatilnosti fotovoltaika, nasumičnosti opterećenja, nelinearnosti transformatora (nasycenje jezgra, curenje zavojnice) i problema u operaciji mreže (neizravnate opterećenja tri faze). Dizajn mora komprehensivno obraditi ove elemente za odgovarajući kontrolni shema.

3. Tehnologija kontrole kvalitete struje za kraju distribucijskog transformatora
3.1 Kontrolna tehnologija temeljena na uređajima za kompenzaciju

Uobičajeni uređaji za kompenzaciju imaju različite osobine: reaktivni kondenzatori (jednostavni ali spor), SVC (dinamički ali sklon harmonikama) i STATCOM (brzi, precizni, s potiskivanjem harmonika). Tijekom dizajna optimiziram kapacitet i položaj (na primjer, blizu niskonaponske strane transformatora) za bolju učinkovitost.

3.2 Optimizacija kvalitete struje putem strategija kontrole

Napredne strategije poboljšavaju kontrolu: fuzzy kontrola (obrada nelinearnih/nepouzdanih problema), neuronska mreža (samoučenje za preciznost) i model prediktivne kontrole (optimizacija putem predviđanja). Za fluktuaciju napona, dizajnirao sam algoritam regulacije temeljen na fuzzy logici, koji je simulacijom dokazao da potiska fluktuacije.

3.3 Kompleksni kontrolni shema

Shema integriše module prikupljanja podataka, donošenja odluka i kompenzacije. Formira zatvorenu petlju: podaci identificiraju probleme, podudara strategije i uređaje, te prilagođavaju parametre. Vodim dizajn sheme kako bi se prilagodila scenarijima napajalica.

4. Analiza praktičnih primjena
4.1 Uvod u slučaj

Velika industrijska zona s fotovoltaičkom napajalicom, s kompleksnim opterećenjima, suočava se s ozbiljnim problemima s kvalitetom struje na kraju transformatora zbog fluktuacija opterećenja zone i intermitencije fotovoltaika, što utječe na opremu i stabilnost mreže. Duboko sudjelujem u implementaciji sheme.

4.2 Primjenjena shema

Korištena su prilagođena odabir uređaja za kompenzaciju i suradnička strategija fuzzy + model prediktivne kontrole. Fuzzy kontrola generira početnu kompenzaciju; model prediktivne kontrole optimizira je. Osiguravam da dizajn odgovara lokalnim uvjetima.

4.3 Procjena učinka

Nadzor nakon primjene pokazuje poboljšanu kvalitetu struje: fluktuacija napona smanji se na ±3%, THD pada ispod 4%, a neizravnatost tri faze na manje od 5%. Ekonomski, godišnji troškovi održavanja smanjuju se oko 200.000 Y, s prihodom od oko 300.000 Y. Društveno, stabilnost mreže podržava poduzeća u industrijskoj zoni, potvrđujući učinkovitost.

5. Zaključak

Dizajnirani kompleksni kontrolni shema, koji integriše kompenzaciju i strategije, efektivno poboljšava kvalitetu struje. Međutim, kontrola u složenim uvjetima može se dalje optimizirati. Buduće napore će pružiti zrele tehnologije za upravljanje kvalitetom struje u fotovoltaičkim napajalicama, osiguravajući stabilnost mreže.