راه‌حل کاهش هارمونیک برای ایستگاه‌های تولید انرژی نوین: مدیریت جامع هارمونیک‌های با فرکانس بالا در نیروگاه‌های خورشیدی
Ⅰ. سناریوی مشکل
تزریق هارمونیک‌های با فرکانس بالا از گروه‌های وارون‌ساز در پارک‌های خورشیدی
در طول عملیات پارک‌های توان خورشیدی متمرکز بزرگ، چندین وارون‌ساز که به صورت موازی کار می‌کنند، هارمونیک‌های گسترده در محدوده ۱۵۰-۲۵۰۰Hz (به طور اصلی هارمونیک‌های ۲۳ام تا ۴۹ام) تولید می‌کنند که منجر به مسائل زیر در سمت شبکه می‌شود:
- تشوه کل هارمونیک جریان (THDi) به ۱۲.۳٪ می‌رسد که به طور قابل توجهی از حداقل استاندارد IEEE 519-2014 فراتر می‌رود.
- منجر به بارگذاری زیاد بانک‌های خازن، داغ شدن و عملکرد نادرست دستگاه‌های محافظ شده است.
- افزایش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) که تجهیزات حساس نزدیک را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
II. راه‌حل اصلی
استفاده از توپولوژی فیلتر غیرفعال LC، ساخت مدارهای جذب هارمونیک کارآمد با استفاده از واکنش‌گرهای سفارشی + بانک‌های خازن.
- انتخاب تجهیزات کلیدی
|
نوع تجهیزات |
مدل/مشخصات |
عملکرد اصلی |
|
واکنش‌گر سری آهنی خشک |
نوع CKSC (طراحی سفارشی) |
فراهم کردن واکنش‌گر القایی دقیق، کاهش هارمونیک‌های با فرکانس بالا. |
|
بانک خازن فیلتر |
نوع BSMJ (انتخاب متناسب) |
رزونانس با واکنش‌گرهای برای جذب باندهای هارمونیک خاص. |
- طراحی پارامترهای فنی
القای واکنش‌گر: ۰.۵mH ±۵% (@۵۰Hz فرکانس اصلی)
ضریب کیفیت (Q): >۵۰ (اطمینان از فیلترینگ با فرکانس بالا با ضرر کم)
کلاس عایق: کلاس H (تحمل دمای بلندمدت ۱۸۰° C)
پیکربندی نسبت واکنش‌گر: ۵.۵٪ (بهینه‌سازی برای باند فرکانس بالای ۲۳ام تا ۴۹ام)
ساختار توپولوژی: اتصال دلتا (Δ) (افزایش توانایی انحراف هارمونیک‌های مرتبه بالا) - نکات کلیدی طراحی سیستم فیلتر
محاسبه فرکانس رزونانس:
f_res = ۱/(۲π√(L·C)) = ۲۱۱۰Hz
پوشش دقیق باند فرکانس هدف (۱۵۰-۲۵۰۰Hz)، دستیابی به جذب محلی هارمونیک‌های با فرکانس بالا.
III. اعتبارسنجی اثربخشی کاهش EMC
|
شاخص |
قبل از کاهش |
بعد از کاهش |
حد مجاز استاندارد |
|
THDi |
۱۲.۳٪ |
۳.۸٪ |
≤۵٪ (IEEE 519) |
|
تشوه هارمونیک انفرادی |
تا ۸.۲٪ |
≤۱.۵٪ |
مطابق با GB/T 14549 |
|
افزایش دما در خازن |
۷۵K |
۴۵K |
مطابق با IEC 60831 |
IV. مزایای اجرای مهندسی
- فیلترینگ با کارایی بالا:
طراحی با نسبت واکنش‌گر ۵.۵٪ به طور خاص هارمونیک‌های بالاتر از مرتبه ۲۳ام را کاهش می‌دهد و ۴۰٪ بهبود در پاسخ فرکانس بالا نسبت به طرح‌های سنتی ۷٪ ارائه می‌دهد. - امنیت و قابلیت اطمینان:
سیستم عایق دمایی کلاس H اطمینان عملکرد پایدار تجهیزات را در محیط‌های خارجی در محدوده -۴۰° C تا +۶۵° C ارائه می‌دهد. - بهینه‌سازی هزینه:
طراحی با ضرر کم (Q > ۵۰) منجر به مصرف اضافی سیستم کمتر از ۰.۳٪ توان خروجی می‌شود.
V. پیشنهادات نصب
- مکان نصب: باربر کناره پایین ولتاژ در زیرстанیون ۳۵kV.
- پیکربندی: هر بانک خازن ۲Mvar با ۱۰ واکنش‌گر CKSC به صورت سری (swithing خودکار بر اساس گروه).
- نیاز به نظارت: نصب تحلیل‌گر هارمونیک آنلاین برای ردیابی تغییرات THDi در زمان واقعی.
ارزش راه‌حل: به طور موثر حل می‌کند آلودگی هارمونیک با فرکانس بالا در ایستگاه‌های توان نو، عمر خازن را بیش از ۳۷٪ افزایش می‌دهد و از محدودیت خروجی PV به دلیل تخلفات هارمونیک جلوگیری می‌کند.
