Ricerca sui problemi di qualità dell'energia e sulle tecnologie di controllo ai terminali del trasformatore di distribuzione nelle stazioni di ricarica fotovoltaiche

1. Introduzione

Come progettista di primo piano per i sistemi di distribuzione delle stazioni di ricarica fotovoltaiche, mi impegno profondamente nella ricerca sulla tecnologia di controllo della qualità dell'energia. Nella transizione energetica, le stazioni di ricarica fotovoltaiche acquisiscono sempre maggiore importanza, ma l'integrazione su larga scala di impianti fotovoltaici comporta sfide in termini di qualità dell'energia. La fine del trasformatore di distribuzione, un nodo chiave, richiede soluzioni urgenti. Nonostante le ricerche esistenti, rimangono lacune nel controllo tecnologico che considerano le caratteristiche dei PV e le condizioni complesse. Questo articolo si concentra sul controllo della qualità dell'energia in questo punto, coprendo l'analisi dei problemi, la progettazione tecnologica e la verifica dei casi per supportare la stabilità del sistema.

2. Analisi dei problemi di qualità dell'energia alla fine del trasformatore di distribuzione
2.1 Caratteristiche operative delle stazioni di ricarica fotovoltaiche

Le stazioni di ricarica fotovoltaiche sono costituite da sistemi di generazione di energia fotovoltaica e strutture di ricarica. I sistemi fotovoltaici convertono l'energia solare attraverso pannelli e inverter per la connessione alla rete. L'output fotovoltaico è intermittente e fluttuante a causa dell'intensità luminosa e della temperatura - debole in condizioni di scarsa luce, più alto a mezzogiorno con il sole; la temperatura influenza anche l'efficienza dei pannelli.

Le strutture di ricarica hanno carichi che cambiano dinamicamente. Il comportamento di ricarica degli utenti è casuale, con tempi e potenze variabili - ad esempio, picchi dopo il lavoro nei giorni feriali o programmi flessibili, complicando la previsione del carico. Questi sono elementi chiave da considerare nella progettazione.

2.2 Principali problemi di qualità dell'energia

Dopo la connessione alla rete, la fine del trasformatore di distribuzione affronta problemi come fluttuazioni di tensione/flicker, armoniche e squilibrio trifase. Le fluttuazioni di tensione derivano dall'intermittenza dei PV e dai cambiamenti del carico, potenzialmente causando flicker. Le armoniche dagli inverter distorcono la tensione, aumentando le perdite e l'invecchiamento dei dispositivi. L'accesso non bilanciato alla ricarica causa uno squilibrio trifase, danneggiando la vita del trasformatore. Questi problemi comuni nelle ispezioni richiedono soluzioni mirate.

2.3 Cause dei problemi di qualità dell'energia

I problemi derivano da fattori accoppiati: intermittenza/volatilità dei PV, casualità del carico, non linearità del trasformatore (saturazione del nucleo, dispersione dell'avvolgimento) e problemi di operatività della rete (carichi trifase non uniformi). La progettazione deve affrontare questi aspetti in modo completo per un adeguato schema di controllo.

3. Tecnologia di controllo della qualità dell'energia per la fine del trasformatore di distribuzione
3.1 Tecnologia di controllo basata su dispositivi di compensazione

I dispositivi di compensazione comuni hanno caratteristiche distinte: condensatori reattivi (semplici ma lenti), SVC (dinamici ma soggetti a armoniche) e STATCOM (veloci, precisi, con soppressione di armoniche). Durante la progettazione, ottimizzo la capacità e la posizione (ad esempio, vicino al lato a bassa tensione del trasformatore) per una maggiore efficienza.

3.2 Ottimizzazione della qualità dell'energia tramite strategie di controllo

Strategie avanzate migliorano il controllo: controllo fuzzy (gestisce problemi non lineari e incerti), reti neurali (autoapprendimento per precisione) e controllo predittivo basato su modelli (ottimizza attraverso la previsione). Per le fluttuazioni di tensione, ho progettato un algoritmo di regolazione basato su controllo fuzzy, dimostrato dalla simulazione per sopprimere le fluttuazioni.

3.3 Schema di controllo complessivo

Lo schema integra moduli di acquisizione dati, decisione e compensazione. Si forma un ciclo chiuso: i dati identificano i problemi, abbinano strategie/dispositivi e regolano i parametri. Guido la progettazione dello schema per adattarlo agli scenari delle stazioni di ricarica.

4. Analisi dei casi di applicazione pratica
4.1 Presentazione del caso

Una grande stazione di ricarica fotovoltaica in un parco industriale, con carichi complessi, affronta gravi problemi di qualità dell'energia alla fine del trasformatore a causa delle fluttuazioni del carico del parco e dell'intermittenza dei PV, influendo sull'equipaggiamento e sulla stabilità della rete. Partecipo profondamente all'implementazione dello schema.

4.2 Schema di applicazione

Viene utilizzata una selezione personalizzata di dispositivi di compensazione e una strategia cooperativa di controllo fuzzy + predittivo basato su modelli. Il controllo fuzzy genera la compensazione iniziale; il controllo predittivo basato su modelli lo ottimizza. Mi assicuro che la progettazione si adatti alle condizioni sul sito.

4.3 Valutazione dell'effetto

Il monitoraggio post-applicazione mostra un miglioramento della qualità dell'energia: la fluttuazione della tensione si riduce a ±3%, THD scende al di sotto del 4% e lo squilibrio trifase a entro il 5%. Economicamente, i costi di manutenzione annuali si riducono di circa €200.000, con un aumento di reddito di circa €300.000. Socialmente, la stabilità della rete sostiene le imprese del parco industriale, verificando l'efficacia.

5. Conclusione

Lo schema di controllo complessivo progettato, che integra compensazione e strategie, migliora efficacemente la qualità dell'energia. Tuttavia, il controllo in condizioni complesse può essere ulteriormente ottimizzato. Gli sforzi futuri forniranno tecnologie mature per la gestione della qualità dell'energia nelle stazioni di ricarica fotovoltaiche, garantendo la stabilità della rete.