Raziskave kakovosti električne energije in kontrolnih tehnologij na terminalih distribucijskih transformatorjev v fotovoltaičnih napajalnih postajah

1. Uvod

Kot predni vrstni oblikovalec distribucijskih sistemov fotovoltaičnih nabiralnih postaj, se globoko ukvarjam z raziskovanjem tehnologij kontrole kakovosti energije. V času prehoda na energijo, fotovoltaične nabiralne postaje postajajo vse pomembnejše, vendar velikoploskovna integracija fotovoltaike prinaša izzive za kakovost energije. Distribucijska transformatorja, ključni vozel, nujno potrebujejo rešitve. Čeprav obstaja že nekaj raziskav, ostajajo še vrzeli v kontrolnih tehnologijah, ki upoštevajo lastnosti fotovoltaike in kompleksne pogoje. Ta članek se osredotoča na to krajišče kontrole kakovosti energije, pokriva analizo problemov, načrtovanje tehnologij in preverjanje primerov, da podpre stabilnost sistema.

2. Analiza problemov kakovosti energije na krajišču distribucijskega transformatorja
2.1 Operativne značilnosti fotovoltaičnih nabiralnih postaj

Fotovoltaične nabiralne postaje so sestavljene iz sistemov proizvodnje fotovoltaične energije in nabiralnih naprav. Fotovoltaični sistemi pretvorijo solarno energijo preko panelov in inverterjev za povezavo z omrežjem. Izlaz fotovoltaike je intermitenten in nestabilen zaradi intenzitete svetlobe in temperature – slabo v pogosto temnih pogoji, višji ob sončnih popoldnevih; temperatura tudi vpliva na učinkovitost panelov.

Nabiralne naprave imajo dinamično spreminjajoče se obremenitve. Uporabniško obnašanje pri nabiranju je naključno, z različnimi časi in močmi – na primer, povratni val po delovnem dnevu ali gibko planiranje, kar zapleteno napovedovanje obremenitev. To so ključni vidiki oblikovanja.

2.2 Glavni problemi kakovosti energije

Po povezavi z omrežjem se distribucijsko transformatorju sooča z problemi, kot so nihanja napetosti/mrp, harmoniki in neravnovesje tri-faznega sistema. Nihanja napetosti izvirajo iz intermitentnosti fotovoltaike in sprememb obremenitev, kar lahko povzroči mrp. Harmoniki iz inverterjev zamenjajo napetost, povečajo izgube in starost opreme. Neravnomerna dostopnost nabiranja povzroča neravnovesje tri-faznega sistema, kar škoduje življenjskemu času transformatorja. Ti pogosti pregledni problemi zahtevajo ciljne rešitve.

2.3 Vzroki problemov kakovosti energije

Problemi so posledica združenih dejavnikov: intermitentnosti/nestabilnosti fotovoltaike, naključnosti obremenitev, nelinearnosti transformatorja (zasičenje jedra, utrčenje ovitev) in problemi z operacijo omrežja (neravnomerne tri-fazne obremenitve). Oblikovanje mora celostno obravnavati te dejavnike za ustrezno shemo kontrole.

3. Tehnologija kontrole kakovosti energije na krajišču distribucijskega transformatorja
3.1 Kontrolna tehnologija na podlagi kompenzacijnih naprav

Znanstvene kompenzacijne naprave imajo različne značilnosti: reaktivni kondenzatorji (preprosti, a počasni), SVC (dinamični, a podvrženi harmonikam) in STATCOM (hitri, natančni, z zagotavljanjem zmanjševanja harmonik). Med oblikovanjem optimiziram kapaciteto in položaj (na primer, blizu nizkonapetostne strani transformatorja) za boljšo učinkovitost.

3.2 Optimizacija kakovosti energije preko strategij kontrole

Napredne strategije izboljšajo kontrolno: nejasna kontrola (obdelava nelinearnih/nedoločenih problemov), neuronska mreža (samoučenje za natančnost) in modelna prediktivna kontrola (optimizacija preko predvidenja). Za nihanja napetosti sem oblikoval algoritem regulacije na podlagi nejasne kontrole, ki je bil preko simulacije dokazan za zmanjševanje nihanja.

3.3 Celostna shema kontrole

Shema združuje module za zajemanje podatkov, odločanje in kompenzacijo. Formira zaprto zanko: podatki identificirajo probleme, ujemajo strategije/naprave in prilagajajo parametre. Vodim oblikovanje sheme, da se prilegi scenarijom nabiralnih postaj.

4. Analiza praktičnih primerov uporabe
4.1 Predstavitev primera

Velika industrijska parka fotovoltaična nabiralna postaja, s kompleksnimi obremenitvami, se sooča z resnimi problemi kakovosti energije na krajišču transformatorja zaradi nihanja obremenitev parka in intermitentnosti fotovoltaike, kar vpliva na opremo in stabilnost omrežja. Globoko sodelujem v izvajanju sheme.

4.2 Shema uporabe

Uporablja se prilagojena izbira kompenzacijnih naprav in kooperativna strategija nejasne + modelne prediktivne kontrole. Nejasna kontrola generira začetno kompenzacijo; modelna prediktivna kontrola jo optimizira. Zagotavljam, da se oblikovanje prilega lokalnim pogojiom.

4.3 Ocena učinka

Nadzor po uporabi kaže izboljšano kakovost energije: nihanja napetosti se omejijo na ±3%, THD pada pod 4% in neravnovesje tri-faznega sistema na manj kot 5%. Gospodarsko, letna stroški vzdrževanja zmanjšajo za približno 200.000 €, z dobičkom rasti okoli 300.000 €. Socialno, stabilnost omrežja podpira podjetja v industrijski parki, kar potrjuje učinkovitost.

5. Zaključek

Oblikovana celostna shema kontrole, ki združuje kompenzacijo in strategije, učinkovito izboljša kakovost energije. Vendar se lahko kontrola v kompleksnih pogojih še optimizira. Prihodnje napore bodo prinesli zrela tehnologija za upravljanje kakovosti energije v fotovoltaičnih nabiralnih postajah, z zagotavljanjem stabilnosti omrežja.