Pesquisa sobre Problemas de Qualidade de Energia e Tecnologias de Controle em Terminais de Transformadores de Distribuição em Estações de Carregamento Fotovoltaico

1. Introdução

Como designer de primeira linha de sistemas de distribuição de estações de carregamento fotovoltaico, estou profundamente envolvido na pesquisa de tecnologia de controle da qualidade da energia. No meio da transição energética, as estações de carregamento fotovoltaico ganham importância, mas a integração em larga escala de PV traz desafios de qualidade da energia. A extremidade do transformador de distribuição, um nó chave, precisa urgentemente de soluções. Apesar das pesquisas existentes, ainda há lacunas no controle tecnológico considerando as características do PV e condições complexas. Este artigo se concentra no controle da qualidade da energia nessa extremidade, abrangendo análise de problemas, design tecnológico e verificação de casos para apoiar a estabilidade do sistema.

2. Análise dos Problemas de Qualidade da Energia na Extremidade do Transformador de Distribuição
2.1 Características Operacionais das Estações de Carregamento Fotovoltaico

As estações de carregamento fotovoltaico consistem em sistemas de geração de energia fotovoltaica e instalações de carregamento. Os sistemas PV convertem energia solar através de painéis e inversores para conexão à rede. A saída do PV é intermitente e flutuante devido à intensidade luminosa e temperatura - fraca em condições de pouca luz, mais alta nos meios-dias ensolarados; a temperatura também afeta a eficiência dos painéis.

As instalações de carregamento têm cargas que mudam dinamicamente. O comportamento de carregamento dos usuários é aleatório, com horários e potência variáveis - por exemplo, surtos pós-trabalho durante a semana ou agendamento flexível, complicando a previsão de carga. Esses são considerações-chave de design.

2.2 Principais Problemas de Qualidade da Energia

Após a conexão à rede, a extremidade do transformador de distribuição enfrenta problemas como flutuação de tensão/flicker, harmônicos e desequilíbrio trifásico. A flutuação de tensão resulta da intermitência do PV e mudanças de carga, potencialmente causando flicker. Harmônicos dos inversores distorcem a tensão, aumentando perdas e envelhecimento do equipamento. O acesso ao carregamento desequilibrado causa desequilíbrio trifásico, prejudicando a vida útil do transformador. Esses problemas comuns de inspeção exigem soluções direcionadas.

2.3 Causas dos Problemas de Qualidade da Energia

Os problemas resultam de fatores acoplados: intermitência/volatilidade do PV, aleatoriedade da carga, não-linearidade do transformador (saturação do núcleo, vazamento de enrolamentos) e problemas de operação da rede (cargas trifásicas desiguais). O design deve abordar esses aspectos de forma abrangente para um esquema de controle apropriado.

3. Tecnologia de Controle de Qualidade da Energia para a Extremidade do Transformador de Distribuição
3.1 Tecnologia de Controle Baseada em Dispositivos de Compensação

Dispositivos de compensação comuns têm características distintas: capacitores reativos (simples, mas lentos), SVC (dinâmico, mas propenso a harmônicos) e STATCOM (rápido, preciso, com supressão de harmônicos). Durante o design, otimizo a capacidade e a posição (por exemplo, perto do lado de baixa tensão do transformador) para maior eficiência.

3.2 Otimização da Qualidade da Energia por meio de Estratégias de Controle

Estratégias avançadas melhoram o controle: controle fuzzy (gerencia problemas não-lineares/incertos), rede neural (auto-aprendizagem para precisão) e controle preditivo baseado em modelo (otimiza via previsão). Para a flutuação de tensão, projetei um algoritmo de regulação baseado em fuzzy, comprovado por simulação para suprimir flutuações.

3.3 Esquema de Controle Completo

O esquema integra módulos de coleta de dados, tomada de decisão e compensação. Forma um loop fechado: os dados identificam problemas, combinam estratégias/dispositivos e ajustam parâmetros. Guio o design do esquema para se adequar aos cenários de estações de carregamento.

4. Análise de Casos de Aplicação Prática
4.1 Introdução ao Caso

Uma estação de carregamento fotovoltaico em um grande parque industrial, com cargas complexas, enfrenta graves problemas de qualidade da energia na extremidade do transformador devido às flutuações de carga do parque e à intermitência do PV, afetando o equipamento e a estabilidade da rede. Participo profundamente na implementação do esquema.

4.2 Esquema de Aplicação

Seleção personalizada de dispositivos de compensação e uma estratégia cooperativa de controle fuzzy + preditivo baseado em modelo são usadas. O controle fuzzy gera a compensação inicial; o controle preditivo baseado em modelo a otimiza. Garanto que o design se adeque às condições locais.

4.3 Avaliação de Efeitos

A monitorização pós-aplicação mostra melhoria na qualidade da energia: a flutuação de tensão diminui para ±3%, THD cai abaixo de 4% e o desequilíbrio trifásico para dentro de 5%. Economicamente, os custos anuais de manutenção reduzem em cerca de ¥200.000, com crescimento de renda de cerca de ¥300.000. Socialmente, a estabilidade da rede apoia as empresas do parque industrial, verificando a eficácia.

5. Conclusão

O esquema de controle completo projetado, integrando compensação e estratégias, melhora efetivamente a qualidade da energia. No entanto, o controle em condições complexas pode ser otimizado. Esforços futuros fornecerão tecnologia madura para a gestão da qualidade da energia em estações de carregamento fotovoltaico, garantindo a estabilidade da rede.