Istraživanje problema kvaliteta struje i kontrolnih tehnologija na terminalima distribucijskih transformatora u stanicama za punjenje sa fotovoltaičnim (PV) sistemima

1. Uvod

Kao vodeći dizajner distribucijskih sistema fotovoltaičnih napajalih stanica, duboko se bavim istraživanjem tehnologije kontrole kvaliteta struje. U procesu prelaza na energiju, fotovoltaične napajalne stanice postaju sve važnije, ali velika integracija fotovoltaičnih (PV) sistema donosi izazove u pogledu kvaliteta struje. Distribucijski transformator, ključni čvor, oseća urgentnu potrebu za rešenjima. Iako postoje istraživanja, ostaju praznine u tehnologiji kontrole koja uzima u obzir karakteristike PV sistema i složene uslove. Ovaj rad fokusira se na kontrolu kvaliteta struje na tom kraju, pokrivajući analizu problema, dizajn tehnologije i proveru slučajeva kako bi se podržala stabilnost sistema.

2. Analiza problema sa kvalitetom struje na kraju distribucijskog transformatora
2.1 Operativne karakteristike fotovoltaičnih napajalih stanica

Fotovoltaične napajalne stanice sastoje se od sistem za generisanje PV struje i napajalih objekata. PV sistemi pretvaraju sunčevu energiju putem panela i invertera za povezivanje na mrežu. Izlaz PV sistema je intermitentan i fluktuira zbog intenziteta svetlosti i temperature - slabiji u uslovima slabe svetlosti, veći u sunčane podneve; temperatura takođe utiče na efikasnost panela.

Napajalne objekte imaju dinamično menjajuće opterećenje. Ponašanje korisnika pri punjenju je nasumično, sa različitim vremenima i snagama - na primer, posle radnog dana dolazi do porasta ili fleksibilnog raspoređivanja, što komplikuje predviđanje opterećenja. Ovo su ključne posmatranje pri dizajniranju.

2.2 Glavni problemi sa kvalitetom struje

Nakon povezivanja na mrežu, kraju distribucijskog transformatora suočavaju se sa problemima poput fluktuacije napona/treperenja, harmonika i nebalansiranosti tri faze. Fluktuacija napona potiče se na intermitenciju PV sistema i promene opterećenja, što može dovesti do treperenja. Harmonici iz invertera distorziju napona, povećavaju gubitke i starenje opreme. Nebalansirano pristupanje punjenju dovodi do nebalansiranosti tri faze, štetno za život transformatora. Ovi uobičajeni inspekcioni problemi zahtevaju ciljana rešenja.

2.3 Uzroci problema sa kvalitetom struje

Problemi nastaju zbog kombinovanih faktora: intermitencija/fluktuacija PV sistema, nasumičnosti opterećenja, nelinearnosti transformatora (saturacija jezgra, curenje zavojnice) i problema sa radom mreže (ne ravnomerno opterećenje tri faze). Dizajn mora komprehensivno da ih riješi kako bi se dobila odgovarajuća shema kontrole.

3. Tehnologija kontrole kvaliteta struje za kraj distribucijskog transformatora
3.1 Tehnologija kontrole bazirana na kompenzacionim uređajima

Uobičajeni kompenzacioni uređaji imaju različite osobine: reaktivni kondenzatori (jednostavni ali sporiji), SVC (dinamički ali skloni harmonikama) i STATCOM (brzi, precizni, sa supresijom harmonika). Tijekom dizajna optimizujem kapacitet i poziciju (npr. blizu niskonaponske strane transformatora) kako bi se poboljšala efikasnost.

3.2 Optimizacija kvaliteta struje putem strategija kontrole

Napredne strategije unapređuju kontrolu: fuzzy kontrola (rješava nelinearne/nepoznate probleme), neuronska mreža (samouče se za preciznost) i prediktivna kontrola modela (optimizuje preko predviđanja). Za fluktuaciju napona, dizajniram algoritam regulacije temeljen na fuzzy logici, dokazan simulacijama da potiskuje fluktuacije.

3.3 Kompleksna shema kontrole

Shema integriše module za prikupljanje podataka, donošenje odluka i kompenzaciju. Formira zatvorenu petlju: podaci identificiraju probleme, podudaraju strategije/uređaje i prilagođavaju parametre. Vodim dizajn sheme kako bi se prilagodila scenarijima napajalih stanica.

4. Analiza praktičnih primena slučajeva
4.1 Uvod u slučaj

Velika industrijska zona fotovoltaične napajalne stanice, sa složenim opterećenjima, suočava se sa ozbiljnim problemima kvaliteta struje na kraju transformatora zbog fluktuacija opterećenja zone i intermitencije PV sistema, što utiče na opremu i stabilnost mreže. Duboko učestvujem u implementaciji sheme.

4.2 Shema primene

Prilagođena selekcija kompenzacionih uređaja i kooperativna fuzzy + prediktivna kontrola modela su korištena. Fuzzy kontrola generiše početnu kompenzaciju; prediktivna kontrola modela optimizira je. Osiguravam da dizajn odgovara lokalnim uslovima.

4.3 Procena efekta

Monitorisanje nakon primene pokazuje poboljšan kvalitet struje: fluktuacija napona se smanji na ±3%, THD pada ispod 4%, a nebalans tri faze na manje od 5%. Ekonomski, godišnji troškovi održavanja se smanjuju oko ¥200.000, s povećanjem prihoda od oko ¥300.000. Društveno, stabilnost mreže podržava industrijske preduzeća u industrijskoj zoni, verifikujući efektivnost.

5. Zaključak

Dizajnirana kompleksna shema kontrole, koja integriše kompenzaciju i strategije, efikasno poboljšava kvalitet struje. Ipak, kontrola u složenim uslovima može biti dalje optimizovana. Budući naporovi će pružiti zrelu tehnologiju za upravljanje kvalitetom struje u fotovoltaičnim napajalim stanicama, osiguravajući stabilnost mreže.