Nghiên cứu về các vấn đề chất lượng điện và công nghệ điều khiển tại đầu cuối biến áp phân phối trong trạm sạc PV

1. Giới thiệu

Là một nhà thiết kế tuyến đầu của hệ thống phân phối trạm sạc năng lượng mặt trời, tôi tham gia sâu sắc vào nghiên cứu công nghệ kiểm soát chất lượng điện. Trong quá trình chuyển đổi năng lượng, tầm quan trọng của trạm sạc năng lượng mặt trời ngày càng tăng, nhưng việc tích hợp quy mô lớn các hệ thống năng lượng mặt trời cũng mang lại những thách thức về chất lượng điện. Điểm cuối biến áp phân phối, một nút then chốt, cần giải pháp cấp bách. Dù đã có nhiều nghiên cứu, vẫn còn những khoảng trống trong công nghệ điều khiển khi xem xét đặc điểm và điều kiện phức tạp của hệ thống năng lượng mặt trời. Bài viết này tập trung vào việc kiểm soát chất lượng điện tại điểm cuối này, bao gồm phân tích vấn đề, thiết kế công nghệ và xác minh trường hợp để hỗ trợ sự ổn định của hệ thống.

2. Phân tích Vấn đề Chất lượng Điện tại Điểm Cuối Biến Áp Phân Phối
2.1 Đặc trưng Hoạt động của Trạm Sạc Năng lượng Mặt Trời

Trạm sạc năng lượng mặt trời bao gồm hệ thống phát điện năng lượng mặt trời và cơ sở sạc. Hệ thống năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thông qua các tấm pin và bộ nghịch lưu để kết nối với lưới điện. Đầu ra của hệ thống năng lượng mặt trời là gián đoạn và dao động do cường độ ánh sáng và nhiệt độ - yếu trong điều kiện ánh sáng thấp, cao hơn vào buổi trưa nắng; nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin.

Cơ sở sạc có tải thay đổi liên tục. Hành vi sạc của người dùng là ngẫu nhiên, với thời gian và công suất khác nhau - ví dụ, tăng đột biến sau giờ làm việc vào các ngày trong tuần hoặc lịch trình linh hoạt, làm phức tạp việc dự đoán tải. Đây là những yếu tố cần xem xét chính trong thiết kế.

2.2 Các Vấn đề Chính về Chất lượng Điện

Sau khi kết nối với lưới điện, điểm cuối biến áp phân phối phải đối mặt với các vấn đề như dao động/flicker điện áp, harmonics, và mất cân bằng ba pha. Dao động điện áp bắt nguồn từ tính gián đoạn của hệ thống năng lượng mặt trời và thay đổi tải, có thể gây ra flicker. Harmonics từ bộ nghịch lưu làm méo điện áp, tăng tổn thất và lão hóa thiết bị. Việc truy cập sạc không cân bằng gây ra mất cân bằng ba pha, gây hại cho tuổi thọ của biến áp. Những vấn đề kiểm tra phổ biến này đòi hỏi giải pháp cụ thể.

2.3 Nguyên nhân Của Vấn đề Chất lượng Điện

Các vấn đề xuất phát từ các yếu tố liên kết: tính gián đoạn/vô thường của hệ thống năng lượng mặt trời, tính ngẫu nhiên của tải, tính phi tuyến của biến áp (bão hòa lõi, rò rỉ cuộn dây), và các vấn đề vận hành lưới điện (tải ba pha không đều). Thiết kế phải giải quyết toàn diện các yếu tố này để có được sơ đồ điều khiển phù hợp.

3. Công nghệ Kiểm soát Chất lượng Điện cho Điểm Cuối Biến Áp Phân Phối
3.1 Công nghệ Điều khiển Dựa trên Thiết bị Bồi Thường

Các thiết bị bồi thường phổ biến có đặc điểm riêng: tụ điện phản ứng (đơn giản nhưng chậm), SVC (động nhưng dễ sinh harmonics), và STATCOM (nhanh, chính xác, với khả năng ức chế harmonics). Trong quá trình thiết kế, tôi tối ưu hóa dung lượng và vị trí (ví dụ, gần phía điện áp thấp của biến áp) để cải thiện hiệu quả.

3.2 Tối ưu Hóa Chất lượng Điện thông qua Chiến lược Điều khiển

Các chiến lược tiên tiến nâng cao khả năng điều khiển: điều khiển mờ (xử lý vấn đề phi tuyến/tính không chắc chắn), mạng nơ-ron (tự học để đạt độ chính xác), và điều khiển dự đoán mô hình (tối ưu hóa thông qua dự đoán). Đối với dao động điện áp, tôi đã thiết kế thuật toán điều chỉnh dựa trên điều khiển mờ, được chứng minh qua mô phỏng để ức chế dao động.

3.3 Sơ đồ Điều khiển Toàn diện

Sơ đồ tích hợp các mô-đun thu thập dữ liệu, ra quyết định, và bồi thường. Nó tạo thành một vòng kín: dữ liệu xác định vấn đề, khớp với chiến lược/thiết bị, và điều chỉnh các tham số. Tôi hướng dẫn thiết kế sơ đồ để phù hợp với các kịch bản trạm sạc.

4. Phân tích Trường hợp Áp dụng Thực tế
4.1 Giới thiệu Trường hợp

Một trạm sạc năng lượng mặt trời lớn trong khu công nghiệp, với tải phức tạp, gặp phải các vấn đề nghiêm trọng về chất lượng điện tại điểm cuối biến áp do sự dao động của tải khu công nghiệp và tính gián đoạn của hệ thống năng lượng mặt trời, ảnh hưởng đến thiết bị và sự ổn định của lưới điện. Tôi tham gia sâu sắc vào việc thực hiện sơ đồ.

4.2 Sơ đồ Áp dụng

Việc lựa chọn thiết bị bồi thường phù hợp và chiến lược điều khiển hợp tác giữa điều khiển mờ + điều khiển dự đoán mô hình được sử dụng. Điều khiển mờ tạo ra bồi thường ban đầu; điều khiển dự đoán mô hình tối ưu hóa nó. Tôi đảm bảo thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế.

4.3 Đánh giá Hiệu quả

Quá trình theo dõi sau khi áp dụng cho thấy chất lượng điện được cải thiện: dao động điện áp giảm xuống ±3%, THD dưới 4%, và mất cân bằng ba pha trong phạm vi 5%. Về kinh tế, chi phí bảo dưỡng hàng năm giảm khoảng ￥200,000, với tăng trưởng thu nhập khoảng ￥300,000. Về mặt xã hội, sự ổn định của lưới điện hỗ trợ các doanh nghiệp trong khu công nghiệp, xác nhận hiệu quả.

5. Kết luận

Sơ đồ điều khiển toàn diện được thiết kế, tích hợp bồi thường và chiến lược, hiệu quả cải thiện chất lượng điện. Tuy nhiên, việc kiểm soát trong điều kiện phức tạp có thể được tối ưu hóa. Nỗ lực trong tương lai sẽ cung cấp công nghệ chín muồi cho quản lý chất lượng điện trạm sạc năng lượng mặt trời, đảm bảo sự ổn định của lưới điện.