Дослідження питань якості електроенергії та технологій контролю на вузлах розподільчих трансформаторів у станціях зарядки з фотоелектричними панелями

1. Вступ

Як передовий проектувальник систем розподілу фотovoltaic зарядних станцій, я глибоко занурений у дослідження технологій контролю якості електроенергії. У процесі переходу на відновлювані джерела енергії, фотovoltaic зарядні станції набувають все більшого значення, але масова інтеграція фотоелектричних панелей створює проблеми з якістю електроенергії. Ключовий вузол – кінець трансформатора розподілу – терміново потребує рішень. Незважаючи на наявні дослідження, залишаються прогалини у технологіях контролю, що враховують особливості фотоелектричних систем і складні умови. Ця стаття фокусується на контролю якості електроенергії на цьому вузлі, охоплюючи аналіз проблем, дизайн технологій та перевірку на прикладах для підтримки стабільності системи.

2. Аналіз проблем якості електроенергії на кінцевій точці трансформатора розподілу
2.1 Експлуатаційні характеристики фотovoltaic зарядних станцій

Фотovoltaic зарядні станції складаються з систем генерації електроенергії на основі сонячних панелей та обладнання для зарядки. Системи PV перетворюють сонячну енергію за допомогою панелей та інверторів для підключення до мережі. Вихідна потужність PV є преривистою та коливною через інтенсивність світла та температуру – слабка при низькій освітленості, вища в сонячний полудень; температура також впливає на ефективність панелей.

Завантаження обладнання для зарядки змінюється динамічно. Поведінка користувачів при зарядці є випадковою, з різними часами та потужностями – наприклад, післяробітні піки на робочих днях або гнучке планування, що ускладнює прогноз завантаження. Це ключові фактори, які треба враховувати при проектуванні.

2.2 Основні проблеми якості електроенергії

Після підключення до мережі, кінцева точка трансформатора розподілу стикається з проблемами, такими як коливання напруги/мерехтіння, гармоніки та несиметрія трьохфазного струму. Коливання напруги виникають через преривистість PV та зміни завантаження, що можуть спричинити мерехтіння. Гармоніки від інверторів спотворюють напругу, збільшуючи втрати та старіння обладнання. Нерівномірне підключення до зарядки призводить до несиметрії трьохфазного струму, шкодячи життєвому циклу трансформатора. Ці типові проблеми, які виявляються під час перевірок, потребують цілеспрямованих рішень.

2.3 Причини проблем з якістю електроенергії

Проблеми виникають через поєднання факторів: преривистість та волатильність PV, випадковість завантаження, нелінійність трансформатора (насыщення сердечника, витоки обмоток) та проблеми операційної роботи мережі (нерівномірне завантаження трьох фаз). Дизайн повинен комплексно враховувати ці фактори для розробки відповідної схеми контролю.

3. Технологія контролю якості електроенергії для кінцевої точки трансформатора розподілу
3.1 Технологія контролю на основі компенсаційних пристроїв

Типові компенсаційні пристрої мають відмінні характеристики: реактивні конденсатори (прості, але повільні), SVC (динамічні, але піддаються гармонікам) та STATCOM (швидкі, точні, з підтримкою підавлення гармонік). При проектуванні я оптимізую їхню ємність та розташування (наприклад, біля нижньовольтажного боку трансформатора) для кращої ефективності.

3.2 Оптимізація якості електроенергії за допомогою стратегій контролю

Сучасні стратегії покращують контроль: нечіткий контроль (обробляє нелінійні та невизначені питання), нейронні мережі (самоналаштування для точності) та модельний прогнозний контроль (оптимізує через прогнозування). Для коливань напруги я розробив алгоритм регулювання на основі нечіткої логіки, доведений моделюванням, що підтверджує його ефективність у підавленні коливань.

3.3 Комплексна схема контролю

Схема об'єднує модулі збору даних, прийняття рішень та компенсації. Вона формує замкнений цикл: дані виявляють проблеми, вибирають стратегії та пристрої, та налаштовують параметри. Я керую розробкою схеми, щоб вона відповідала сценаріям зарядних станцій.

4. Аналіз практичних випадків застосування
4.1 Вступ до випадку

Велика промислова паркова фотovoltaic зарядна станція, зі складними завантаженнями, стикається з серйозними проблемами якості електроенергії на кінцевій точці трансформатора через коливання завантаження парку та преривистість PV, що впливає на обладнання та стабільність мережі. Я глибоко участвую у реалізації схеми.

4.2 Застосувана схема

Використовуються спеціально підібрані компенсаційні пристрої та співпрацююча стратегія нечіткого + модельного прогнозного контролю. Нечіткий контроль генерує початкову компенсацію; модельний прогнозний контроль її оптимізує. Я забезпечую, що дизайн відповідає місцевим умовам.

4.3 Оцінка ефективності

Моніторинг після застосування показує покращення якості електроенергії: коливання напруги скорочуються до ±3%, THD знижується нижче 4%, а несиметрія трьох фаз – до меж 5%. Економічно, річні витрати на обслуговування зменшуються на ~¥200,000, з приростом доходів на ~¥300,000. Соціально, стабільність мережі підтримує підприємства промислового парку, підтверджуючи ефективність.

5. Висновок

Розроблена комплексна схема контролю, що об'єднує компенсацію та стратегії, ефективно покращує якість електроенергії. Однак, контроль у складних умовах може бути оптимізовано. Майбутні зусилля нададуть зрілу технологію для управління якістю електроенергії на фотovoltaic зарядних станціях, забезпечуючи стабільність мережі.