Řešení pro odstranění harmonických složek v novějších elektrárnách: Komplexní správa vysokofrekvenčních harmonických složek v fotovoltaických elektrárnách
Ⅰ. Popis problému
Vysokofrekvenční vkládání harmonických složek z invertorů fotovoltaických stanic
Během provozu velkých centralizovaných fotovoltaických elektráren generují paralelně pracující invertory širokopásmové harmonické složky v rozmezí 150-2500 Hz (hlavně 23. až 49. harmonické), což vedlo k následujícím problémům na straně sítě:
- Celkové harmonické zkreslení proudu (THDi) dosahující 12,3 %, což značně přesahuje limity standardu IEEE 519-2014.
- Způsobení přetížení kondenzátorových baterií, přehřívání a nesprávného chování ochranných zařízení.
- Zvýšené elektromagnetické rušení (EMI) ovlivňující blízké citlivé zařízení.
II. Klíčové řešení
Použití topologie pasivního LC filtru, konstrukce efektivních obvodů pro absorpci harmonických složek pomocí vlastních reaktorů + kondenzátorových baterií.
- Výběr klíčového vybavení
|
Typ vybavení |
Model/specifikace |
Klíčová funkce |
|
Suchohraný železný sériový reaktor |
Typ CKSC (vlastní návrh) |
Poskytuje přesné induktivní odpor, potlačuje vysokofrekvenční harmonické složky. |
|
Filtrní kondenzátorová baterie |
Typ BSMJ (vhodně vybraný) |
Rezonuje s reaktory pro absorpci specifických pásů harmonických složek. |
- Návrh technických parametrů
Induktance reaktoru: 0,5 mH ±5% (@50 Hz základní frekvence)
Kvalitní faktor (Q): >50 (zajišťuje nízkoproudou filtraci vysokých frekvencí)
Třída izolace: Třída H (dlouhodobá odolnost proti teplotě 180°C)
Konfigurace reaktančního poměru: 5,5 % (optimalizováno pro 23. až 49. vysokofrekvenční pásmo)
Topologická struktura: Spojení Delta (Δ) (zlepšuje schopnost odvodu vysokých harmonických složek) - Klíčové body návrhu filtračního systému
Výpočet rezonanční frekvence:
f_res = 1/(2π√(L·C)) = 2110 Hz
Přesně pokrývá cílové frekvenční pásmo (150-2500 Hz), dosahuje lokální absorpce vysokofrekvenčních harmonických složek.
III. Ověření účinnosti snížení EMC
|
Ukazatel |
Před snížením |
Po snížení |
Limity standardu |
|
THDi |
12,3 % |
3,8 % |
≤5 % (IEEE 519) |
|
Jednotlivé harmonické zkreslení |
Až 8,2 % |
≤1,5 % |
V souladu s GB/T 14549 |
|
Zvýšení teploty kondenzátoru |
75 K |
45 K |
V souladu s IEC 60831 |
IV. Výhody inženýrské implementace
- Vysoká účinnost filtrace:
Návrh s reaktančním poměrem 5,5 % speciálně potlačuje harmonické složky nad 23. řádem, poskytující 40 % lepší odpověď na vysoké frekvence oproti tradičním schématům s 7 %. - Bezpečnost a spolehlivost:
Izolační systém třídy H zajišťuje stabilní provoz zařízení ve venkovních podmínkách v rozmezí od -40°C do +65°C. - Optimalizace nákladů:
Nízkoproudý návrh (Q > 50) způsobuje dodatečné spotřebu energie systému < 0,3 % výkonu výstupu.
V. Doporučení pro instalaci
- Místo instalace: Nízkonapěťový sběrný sběrník 35 kV.
- Konfigurace: Každá 2 Mvar kondenzátorová baterie sériově spojena s 10 reaktory typu CKSC (automatické přepínání skupin).
- Požadavek na monitorování: Instalace online analyzátoru harmonických složek pro sledování změn THDi v reálném čase.
Hodnota řešení: Efektivně řeší vysokofrekvenční harmonické znečištění v nových energetických elektrárnách, prodlužuje životnost kondenzátorů o více než 37 % a zabrání omezení výstupu FVE kvůli sankcím za porušení limitů harmonických složek.
