Onderzoek naar kwaliteitsproblemen van elektriciteit en controle technologieën op distributietransformatoren in PV-laderstations

1. Inleiding

Als frontlinie-ontwerper van distributiesystemen voor fotovoltaïsche oplaadstations, ben ik diep betrokken bij het onderzoek naar technologieën voor kwaliteitscontrole van elektriciteit. Tijdens de energietransitie nemen fotovoltaïsche oplaadstations in belang toe, maar de grootschalige integratie van zonne-energie brengt uitdagingen met betrekking tot de kwaliteit van elektriciteit. Het einde van de distributietransformator, een cruciaal knooppunt, heeft dringend oplossingen nodig. Ondanks bestaand onderzoek blijven er hiaten bestaan in controletechnologieën die rekening houden met de kenmerken van PV en complexe omstandigheden. Dit artikel richt zich op de kwaliteitscontrole van elektriciteit aan dit einde, met inbegrip van probleemanalyse, technisch ontwerp en casusverificatie om de systeemstabiliteit te ondersteunen.

2. Analyse van kwaliteitsproblemen van elektriciteit aan het einde van de distributietransformator
2.1 Operationele kenmerken van fotovoltaïsche oplaadstations

Fotovoltaïsche oplaadstations bestaan uit fotovoltaïsche energieopwekkingsystemen en oplaadfaciliteiten. PV-systemen zetten zonne-energie via panelen en omvormers om voor aansluiting op het netwerk. De uitvoer van PV is onderbroken en fluctueert vanwege lichtintensiteit en temperatuur - zwak bij weinig licht, hoger op zonnige middagen; temperatuur beïnvloedt ook de efficiëntie van de panelen.

Oplaadfaciliteiten hebben dynamisch veranderende belastingen. Het oplaadgegedrag van gebruikers is willekeurig, met variërende tijden en vermogen - bijvoorbeeld pieken na werktijd op weekdagen of flexibele planning, wat de voorspelling van de belasting compliceert. Deze zijn belangrijke ontwerpoverwegingen.

2.2 Belangrijkste kwaliteitsproblemen van elektriciteit

Na aansluiting op het netwerk staat het einde van de distributietransformator voor problemen zoals spanningsschommelingen/flikkering, harmonischen en driefase-onevenwichtigheid. Spanningsschommelingen ontstaan door de onderbrekingen van PV en veranderingen in belasting, wat mogelijk flikkering veroorzaakt. Harmonischen van omvormers vervormen de spanning, waardoor verliezen toenemen en apparatuur ouder wordt. Ongebalanceerde toegang tot opladen veroorzaakt driefase-onevenwichtigheid, wat de levensduur van de transformator schaadt. Deze veel voorkomende inspectieproblemen vragen om gerichte oplossingen.

2.3 Oorzaken van kwaliteitsproblemen van elektriciteit

Problemen ontstaan door gekoppelde factoren: PV-onderbrekingen/volatiliteit, willekeurige belasting, niet-lineariteit van de transformator (kernverzadiging, spoelingslek), en netwerkoperatieproblemen (ongelijke driefasebelasting). Bij het ontwerp moeten deze factoren integraal worden aangepakt voor een passend regelsysteem.

3. Kwaliteitscontroletechnologie voor elektriciteit aan het einde van de distributietransformator
3.1 Controletechnologie gebaseerd op compensatieapparaten

Gewone compensatieapparaten hebben verschillende kenmerken: reactieve condensatoren (eenvoudig maar traag), SVC (dynamisch maar gevoelig voor harmonischen), en STATCOM (snel, nauwkeurig, met onderdrukking van harmonischen). Tijdens het ontwerp optimaliseer ik de capaciteit en positie (bijvoorbeeld nabij de laagspanningskant van de transformator) voor betere efficiëntie.

3.2 Optimalisatie van kwaliteit van elektriciteit via controlestrategieën

Geavanceerde strategieën verbeteren de controle: fuzzy-controle (beheert niet-lineaire/onzekere problemen), neurale netwerken (zelflerend voor precisie), en modelpredictieve controle (optimaliseert via voorspelling). Voor spanningsschommelingen heb ik een regulatie-algoritme gebaseerd op fuzzy-controle ontworpen, dat door simulaties is bewezen om schommelingen te onderdrukken.

3.3 Integrale controleoplossing

De oplossing integreert gegevensverzameling, besluitvorming en compensatiemodules. Het vormt een gesloten lus: gegevens identificeren problemen, matchen strategieën/apparaten, en passen parameters aan. Ik begeleid het ontwerp van de oplossing om aan de scenario's van oplaadstations te voldoen.

4. Analyse van praktijktoepassingen
4.1 Casusintroductie

Een groot fotovoltaïsch oplaadstation in een industriepark, met complexe belastingen, ondervindt ernstige kwaliteitsproblemen van elektriciteit aan het einde van de transformator als gevolg van fluctuaties in de belasting van het park en de onderbrekingen van PV, wat de apparatuur en de netstabiliteit beïnvloedt. Ik ben diep betrokken bij de implementatie van de oplossing.

4.2 Toepassingsschema

Aangepaste selectie van compensatieapparaten en een coöperatieve fuzzy + modelpredictieve controlestrategie worden gebruikt. Fuzzy-controle genereert initiële compensatie; modelpredictieve controle optimaliseert het. Ik zorg ervoor dat het ontwerp past bij de ter plaatse aangetroffen omstandigheden.

4.3 Effectevaluatie

Nabij de toepassing tonen monitoringresultaten een verbeterde kwaliteit van elektriciteit: de spanningsschommeling wordt beperkt tot ±3%, THD daalt onder de 4%, en de driefase-onevenwichtigheid tot binnen 5%. Economisch gezien nemen de jaarlijkse onderhoudskosten met ongeveer €200.000 af, met een inkomstenstijging van ongeveer €300.000. Sociaal gezien ondersteunt de stabiliteit van het netwerk de bedrijven in het industriepark, wat de effectiviteit bevestigt.

5. Conclusie

Het ontworpen integrale controleoplossing, die compensatie en strategieën integreert, verbetert de kwaliteit van elektriciteit effectief. Echter, de controle onder complexe omstandigheden kan worden geoptimaliseerd. Toekomstige inspanningen zullen volwassen technologie bieden voor het beheer van de kwaliteit van elektriciteit in fotovoltaïsche oplaadstations, waarbij de stabiliteit van het netwerk wordt gewaarborgd.