Badania nad problemami jakości energii i technologiami kontroli w stacjach ładowania PV na zakończeniach transformatorów dystrybucyjnych

1. Wstęp

Jako pierwszoliniowy projektant systemów dystrybucji stacji ładowania fotowoltaicznych, głęboko angażuję się w badania nad technologiami kontroli jakości energii. W okresie transformacji energetycznej stacje ładowania fotowoltaiczne zyskują na znaczeniu, jednak duża skala integracji PV niesie za sobą wyzwania dotyczące jakości energii. Koniec transformatora dystrybucyjnego, kluczowy węzeł, pilnie potrzebuje rozwiązań. Pomimo istniejących badań, pozostają luki w technologiach kontroli uwzględniających charakterystykę PV i złożone warunki. Niniejszy artykuł koncentruje się na kontroli jakości energii na tym końcu, obejmując analizę problemu, projektowanie technologii oraz weryfikację przypadków, aby wspierać stabilność systemu.

2. Analiza problemów jakości energii na końcu transformatora dystrybucyjnego
2.1 Charakterystyka operacyjna stacji ładowania fotowoltaicznych

Stacje ładowania fotowoltaiczne składają się z systemów generowania energii PV i obiektów ładowania. Systemy PV przekształcają energię słoneczną za pomocą paneli i inwerterów do połączenia z siecią. Wydajność PV jest niestabilna i falująca ze względu na natężenie światła i temperaturę – słaba w warunkach słabego oświetlenia, wyższa w słoneczne południe; temperatura wpływa również na efektywność paneli.

Obiekty ładowania mają dynamicznie zmieniające się obciążenia. Zachowanie użytkowników podczas ładowania jest losowe, z różnymi czasami i mocą – np. wzrosty po pracy w dni robocze lub elastyczne planowanie, co komplikuje prognozowanie obciążeń. Są to kluczowe kwestie do rozważenia przy projektowaniu.

2.2 Główne problemy jakości energii

Po połączeniu z siecią, koniec transformatora dystrybucyjnego styka się z problemami takimi jak fluktuacje napięcia/blask, harmoniki i niezrównoważoność trójfazowa. Fluktuacje napięcia wynikają z niestabilności PV i zmian obciążeń, co może powodować blask. Harmoniki z inwerterów zniekształcają napięcie, zwiększając straty i starzenie sprzętu. Niezrównoważony dostęp do ładowania powoduje niezrównoważoność trójfazową, szkodząc żywotności transformatora. Te powszechne problemy inspekcji wymagają skierowanych rozwiązań.

2.3 Przyczyny problemów jakości energii

Problemy wynikają z połączonych czynników: niestabilności PV/wolatylności, losowości obciążeń, nieliniowości transformatora (nasycenie rdzenia, przecieki cewek) oraz problemów z operacją sieci (nierównomiernych obciążeń trójfazowych). Projekt musi kompleksowo rozwiązywać te kwestie, aby zapewnić odpowiednią strategię kontroli.

3. Technologia kontroli jakości energii dla końca transformatora dystrybucyjnego
3.1 Technologia kontroli oparta na urządzeniach kompensacyjnych

Powszechne urządzenia kompensacyjne mają różne cechy: kondensatory reaktywne (proste, ale wolne), SVC (dynamiczne, ale skłonne do generowania harmonik) i STATCOM (szybkie, dokładne, z tłumieniem harmonik). Podczas projektowania optymalizuję pojemność i położenie (np. blisko niskonapięciowej strony transformatora) dla lepszej efektywności.

3.2 Optymalizacja jakości energii poprzez strategie kontroli

Zaawansowane strategie ulepszają kontrolę: kontrola rozmyta (obsługuje problemy nieliniowe/niejednoznaczne), sieci neuronowe (samouczące się dla precyzji) i predykcyjna kontrola modelowa (optymalizuje poprzez prognozowanie). Dla fluktuacji napięcia zaprojektowałem algorytm regulacji oparty na logice rozmytej, który symulacje potwierdziły jako skuteczny w tłumieniu fluktuacji.

3.3 Kompleksowy schemat kontroli

Schemat integruje moduły zbierania danych, podejmowania decyzji i kompensacji. Tworzy zamkniętą pętlę: dane identyfikują problemy, dopasowują strategie/urządzenia i dostosowują parametry. Kieruję projektem schematu, aby pasował do scenariuszy stacji ładowania.

4. Analiza przypadków praktycznego zastosowania
4.1 Wprowadzenie do przypadku

Duża stacja ładowania fotowoltaiczna w przemyśle, z złożonymi obciążeniami, staje przed poważnymi problemami jakości energii na końcu transformatora ze względu na fluktuacje obciążeń parku i niestabilność PV, wpływającymi na sprzęt i stabilność sieci. Głęboko uczestniczę w implementacji schematu.

4.2 Zastosowany schemat

Wykorzystywane są dostosowane urządzenia kompensacyjne i kooperatywna strategia kontroli rozmytej + predykcyjnej. Kontrola rozmyta generuje początkową kompensację, a kontrola predykcyjna ją optymalizuje. Zapewniam, że projekt pasuje do lokalnych warunków.

4.3 Ocena efektów

Monitorowanie po zastosowaniu pokazuje poprawę jakości energii: fluktuacje napięcia spadają do ±3%, THD spada poniżej 4%, a niezrównoważoność trójfazowa do 5%. Ekonomicznie, roczne koszty utrzymania spadają o około 200 000 zł, a przychody wzrastają o około 300 000 zł. Społecznie, stabilność sieci wspiera przedsiębiorstwa w parku przemysłowym, co potwierdza skuteczność.

5. Podsumowanie

Zaprojektowany kompleksowy schemat kontroli, integrujący kompensację i strategie, skutecznie poprawia jakość energii. Jednakże, kontrola w złożonych warunkach może być dalej optymalizowana. Przyszłe wysiłki dostarczą dojrzałe technologie do zarządzania jakością energii w stacjach ładowania fotowoltaicznych, zapewniając stabilność sieci.