a fotovoltaikus (PV) energiának nagy lehetősége van arra, hogy minimális hatással legyen a környezetre, mivel tiszta és szennyezéstől mentes. Számos sorosan és párhuzamosan összekapcsolt napelem állítja fel a fotovoltaikus vagy napelemes tömböket. A fotovoltaikus energia felhasználásának egyik módja az elosztott energiarendszer, mint csúcsáramforrás.
másrészt szigorú előírásokat alkalmaztak a közüzemi vezetékekhez csatlakoztatott berendezésekre. Néhány ilyen szabályozás a harmonikus torzítással és a teljesítménytényezővel kapcsolatos. A teljesítményelektronika fejlesztésével azonban sok berendezés általában növeli a harmonikus torzítás szintjét. A diódahíd egyenirányító bemeneténél a vonaláram jelentősen eltér a szinuszos hullámformától, és ez a torz áram a hálózati feszültség torzulásához is vezethet. Sőt, sok modern berendezés digitális vezérlőket használ, amelyek a feszültség és az áram hullámformáinak változásaira érzékeny mikroprocesszorokon alapulnak. Ezért a fotovoltaikus rendszer kihasználtságának növelése érdekében az energiaátalakítás úgy is megtervezhető, hogy egy egységes energiaminőségi kondicionáló funkcióit is biztosítsa.
két DC/AC teljesen vezérelt átalakító használata teszi a rendszert az energia kondicionálóként alkalmazott átalakítók legsokoldalúbb szerkezetévé. Ebben az esetben a vezérlőtől függően a konverterek különböző kompenzációs funkciókkal rendelkezhetnek. Például aktív sorozat-és sönt-szűrőket tudnak megvalósítani, amelyek egyidejűleg kompenzálják a terhelési áramot és a szállított feszültség harmonikusait. Ily módon a berendezést Unified Power Quality Conditioner (UPQC) néven hívják. Az aktív sönt szűrő megfelelő eszköz az áram alapú kompenzációhoz. Ez a konfiguráció magában foglalja az áramharmonikusokat és a meddő teljesítmény kompenzációkat. Az aktív sönt szűrő kiegyensúlyozhatja a kiegyensúlyozatlan áramokat is.
az aktív sorozatú szűrőt általában feszültségalapú kompenzációra használják. Ebben az esetben a feszültségharmonikusok és a feszültségcsökkenés és a süllyedés kompenzálódik. Az alapfrekvencia kompenzálására más alkalmazások is megtalálhatók az irodalomban, mint például a meddő teljesítmény kompenzáció, az aktív teljesítmény fluxusszabályozása és a feszültségszabályozás. Ebben az esetben az úgynevezett Unified Power Flow Controller (UPFC).
hagyományosan a hálózatra kapcsolt fotovoltaikus energiaátalakító rendszerek DC-DC átalakítóból és inverterből állnak. A DC-DC átalakítót úgy vezérlik, hogy nyomon kövesse a fotovoltaikus tömb maximális teljesítménypontját, az invertert pedig úgy vezérlik, hogy áramot állítson elő oly módon, hogy a rendszer áramának alacsony teljes harmonikus torzulása (THD) legyen, és fázisban van a hálózati feszültséggel. A hagyományos rendszer hatékonysága alacsony, mivel a DC-DC átalakító és az inverter sorba van kötve. E cikk célja egy fotovoltaikus generáló rendszer tervezése háromfázisú rendszerben történő csatlakoztatáshoz, csak DC/AC inverter használatával.
a javasolt rendszer növeli az átalakítás hatékonyságát, és bármikor hasznos funkciót is biztosít, tápegységként, valamint harmonikus és meddő teljesítmény kompenzátorként működik, amikor a nap rendelkezésre áll. Alacsony besugárzás esetén a rendszer csak harmonikus és meddő teljesítmény kompenzátorként működik. Más DC / DC átalakítót használnak a feszültség harmonikus kompenzálására. A költségbecslés azt mutatja, hogy további alkatrészek használata kevesebb, mint 12% – kal növeli a költségeket, hogy egy másik funkcióval javítsa az energia minőségét. Ezenkívül ez a konverter nem változtatja meg a PV energiaátalakítás hatékonyságát, mivel az átalakítók párhuzamosan vannak csatlakoztatva.
a vezérlést szinkron Referenciakeret (SRF) módszerrel valósítottuk meg. A rendszert és a vezérlőt megtervezték és szimulálták. Különböző impulzusszélesség-modulációs (PWM) technikákat hasonlítottak össze, hogy optimális hatékonyságú konfigurációt javasoljanak. A rendszer körülbelül 2,8 kW fotovoltaikus generációt biztosít.
a fotovoltaikus (PV) rendszerek használata a napból származó biztonságos és tiszta energiaforrásként gyorsan növekszik. A fotovillamos rendszerek alkalmazása a villamosenergia-rendszerekben két fő területre osztható: hálózaton kívüli vagy önálló alkalmazások, valamint hálózaton vagy hálózathoz csatlakoztatott alkalmazások. Az önálló fotovillamos rendszerek olyan távoli terhelések áramellátására használhatók, amelyek nem férnek hozzá az elektromos hálózatokhoz, míg a hálózathoz csatlakoztatott alkalmazások a helyi terhelések energiaellátására és a közüzemi hálózatokkal történő áramcserére szolgálnak.
az első nagy, hálózatra csatlakoztatott, 1 MW kapacitású fotovoltaikus erőművet az USA-ban, Kaliforniában, Lugóban telepítették. A második növény 6.5 MW kapacitást telepítettek Carissa Plains, Kalifornia, USA. Jelenleg számos nagy, hálózatra csatlakoztatott, különböző teljesítménytartományú napelemes rendszer működik a különböző országokban.
a PV rendszerek javíthatják az energiarendszerek működését a feszültségprofil javításával és az elosztó adagolók energiaveszteségének, a karbantartási költségeknek és a transzformátor csapváltók csúcsidőben történő betöltésének csökkentésével. Más megújuló technológiákkal összehasonlítva azonban a fotovillamos rendszerek még mindig komoly nehézségekkel néznek szembe, és olyan káros hatásokat okozhatnak a rendszerre, mint például az adagolók túlterhelése, a harmonikus szennyezés, a magas beruházási költségek, az alacsony hatékonyság és az alacsony megbízhatóság, amelyek akadályozzák azok széles körű használatát. Ezenkívül a napsugárzás változásai teljesítményingadozást és feszültség villogást okozhatnak, ami nemkívánatos hatásokat eredményez a villamosenergia-rendszer magasan behatolt fotovillamos rendszerein. Néhány vezérlési módszer, például a Maximális teljesítménypont-követés (MPPT) használható a PV rendszerek hatékonyságának javítására.
ilyen vezérlőknél mind a PV tömb előállított feszültségét, mind az áramát szabályozni kell. Ez megnehezítheti a PV rendszer felépítését a meghibásodás fokozott lehetőségével, miközben váratlan időjárási körülmények között követi a maximális teljesítményt. A rendszervédelmi rendszer tekintetében a fotovillamos Rendszeralapú elosztott generációknak (DGs) kell táplálniuk a helyi terheléseket, miután a rendszert hibás körülmények között leválasztották a közüzemi hálózatról.
ezekben a helyzetekben a nem szándékos szigetelésnél megnőhet a biztonsági problémák vagy a rendszerelemek más részeinek károsodásának kockázata, ami csökkentheti a rendszer megbízhatóságát.
ezek a problémák azt jelentik, hogy pontosan elemezni kell a nagy hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek telepítésének az elektromos hálózat teljesítményére gyakorolt hatásait.
ez az értékelés azért fontos, mert megvalósítható megoldásokat kínál olyan lehetséges működési problémákra, amelyeket a hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek okozhatnak az elosztórendszerek más alkatrészeinek.
a szakirodalomban számos mű foglalkozik a fotovillamos rendszerek állandósult állapotú modellezésével és elemzésével. A hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszerek dinamikus működésére és vezérlésére a valós idejű megvalósítás előtt még nem tettek kísérletet.
fotovillamos rendszerek modellezése
a nagy behatolású, hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek, amelyek a megawatt tartományban a DG típusaként ismertek, gyorsan fejlődnek. Ezek lefedik a fotovillamos piac nagy részét a világ különböző országaiban.
a hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszer fő alkotóelemei közé tartozik a napfény EGYENÁRAMMÁ történő közvetlen átalakítására szolgáló fotovillamos tömbök Soros/párhuzamos keveréke, valamint egy teljesítmény-kondicionáló egység, amely az egyenáramot váltakozó áramúvá alakítja; ez az egység a PVs maximális hatékonysággal működik. Az 1. ábra a hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek általános diagramját mutatja.
sok esetben az energiatároló eszközöket, például az akkumulátorokat és a szuperkondenzátorokat is a hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek harmadik összetevőjének tekintik.
ezek az eszközök fokozzák a fotovillamos rendszerek teljesítményét, például az éjszakai energiatermelést, a fotovillamos rendszerek meddő teljesítményének szabályozását, a csúcsterhelés eltolását és a hálózatok feszültségstabilizálását.
a hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszerek és a közüzemi hálózat közötti megfelelő interfész biztosításához bizonyos feltételeknek teljesülniük kell, mint például a fázissorrend, a frekvencia és a feszültségszint egyeztetése. Ezeknek a Feltételeknek a biztosítása erősen függ a PV inverterek alkalmazott teljesítményelektronikai technológiájától.
1. ábra: A hálózatra csatlakoztatott fotovillamos rendszer egyszerűsített diagramja…
2. ábra: a PV modul ekvivalens áramköre …
a PV egység elektromos jellemzői általában a cella áram-feszültsége vagy teljesítmény-feszültség viszonyai alapján fejezhetők ki.
ezeknek a jellemzőknek a változása közvetlenül függ a sejt által kapott besugárzástól és a sejt hőmérsékletétől.
ezért a fotovillamos rendszerek különböző időjárási körülmények közötti dinamikus teljesítményének elemzéséhez megfelelő modellre van szükség a besugárzás és a hőmérséklet hatásának a fotovillamos tömbök előállított áramára és feszültségére történő átalakításához.
a 2.ábra egy kristályos szilícium fotovillamos modul egyenértékű elektromos áramkörét mutatja. Ebben a modellben I a kimeneti terminál áram, IL a fény által generált áram, Id a dióda áram, Ish a sönt szivárgási áram, Rs a belső ellenállás, Rsh pedig a sönt ellenállás.
a gyakorlatban az Rs értéke erősen függ a használt félvezető minőségétől. Ezért az Rs érték bármilyen kis változása drámai módon megváltoztathatja a PV kimenetet.
a hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszerek lehetséges hatása az Elosztórendszerekre
a megújuló energiaforrások, különösen a fotovillamos rendszerek, jelentősebb energiaforrásokká váltak, jelentős kereskedelmi érdeklődést keltve. Mindazonáltal a nagy fotovillamos rendszerek közüzemi hálózatokhoz való csatlakoztatása számos működési problémát okozhat az elosztóhálózatok számára.
ezeknek a problémáknak a súlyossága közvetlenül függ a PV penetráció százalékától és a telepítés földrajzától. Ezért a nagy hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszerek elosztóhálózatokra gyakorolt lehetséges hatásának ismerete megvalósítható megoldásokat kínálhat a valós idejű és gyakorlati megvalósítás előtt.
e szakasz célja a fotovillamos rendszerek által az elosztórendszerekre gyakorolt lehetséges hatások bemutatása. Bekapcsolási Áram. A PV rendszerek és a hálózati feszültségek közötti Kis elkerülhetetlen különbség olyan bekapcsolási áramot vezethet be, amely a PV rendszer és a közüzemi hálózat között áramlik a csatlakozási időben, és exponenciális sebességgel nullára bomlik. Az előállított bekapcsolási áram kellemetlen zavarokat, hőterhelést és egyéb problémákat okozhat.
hálózatra kapcsolt fotovoltaikus rendszer
a javasolt fotovoltaikus (PV) energiaátalakító rendszer nagy hatékonysággal, alacsony költséggel és magas funkcionalitással rendelkezik. A 3.ábra a javasolt rendszer blokkdiagramját mutatja. A 3.ábrán látható 1 átalakító (PV átalakító) felelős a PV energia hálózatba történő átalakításáért, valamint az áramharmonikusok és a meddő teljesítmény kompenzálásáért. A 3. ábrán látható 2 átalakító (dinamikus feszültség — helyreállító-DVR átalakító) felelős a feszültségharmonikusok vagy a feszültség megereszkedésének kompenzálásáért.
3. ábra: PV generáció UPQC funkcióval…
4. ábra: Hagyományos terhelés minimális feszültséggel a vonal végén …
két vezérelt átalakító használata teszi a rendszert a legsokoldalúbb szerkezettel, mint energia kondicionáló. Ebben az esetben a vezérlőtől függően a konverterek különböző kompenzációs funkciókkal rendelkezhetnek.
például aktív sorozat-és sönt-szűrőket tudnak megvalósítani, amelyek egyidejűleg kompenzálják a terhelési áramot és a szállított feszültség harmonikusait.
biztonság
a biztonság a fotovillamos rendszerek egyik legfontosabb problémája a nem szándékos szigetelésből a hálózat felőli hiba bekövetkezésekor. Itt a PV rendszerek továbbra is táplálják a terhelést, még akkor is, ha a hálózatot leválasztják a közüzemi hálózatról, ami a munkavállalók áramütéséhez vezethet.
túlfeszültség
a PV rendszereket általában úgy tervezték, hogy az egység teljesítménytényezője közelében működjenek a napenergia teljes kihasználása érdekében. Ebben az esetben a PV rendszer csak aktív energiát injektál a közüzemi hálózatba, ami megváltoztathatja a rendszer reaktív áramát.
ezért a közeli buszok feszültsége növelhető a meddő teljesítmény hiánya miatt. Az előállított túlfeszültség negatív hatással lehet mind a közüzemi, mind az ügyféloldal működésére. A kimeneti teljesítmény ingadozása, a PV rendszerek kimeneti teljesítményének ingadozása az egyik fő tényező, amely súlyos működési problémákat okozhat a közüzemi hálózat számára. A teljesítményingadozás a felhők mozgása által okozott napsugárzás változása miatt következik be, és percekig vagy órákig folytatódhat, a szélsebességtől, az elhaladó felhők típusától és méretétől, a fotovillamos rendszer által lefedett területtől és a fotovillamos rendszer topológiájától függően. A teljesítményingadozás áramingadozásokat okozhat a vezetékekben, túl-és alulterheléseket, elfogadhatatlan feszültségingadozásokat és feszültség villogást okozhat.
kimeneti teljesítmény ingadozás
a PV rendszerek kimeneti teljesítményének ingadozása az egyik fő tényező, amely súlyos működési problémákat okozhat a közüzemi hálózatban. A teljesítményingadozás a felhők mozgása által okozott napsugárzás változása miatt következik be, és percekig vagy órákig folytatódhat, a szélsebességtől, az elhaladó felhők típusától és méretétől, a fotovillamos rendszer által lefedett területtől és a fotovillamos rendszer topológiájától függően. A teljesítményingadozás áramingadozásokat okozhat a vezetékekben, túl-és alulterheléseket, elfogadhatatlan feszültségingadozásokat és feszültség villogást okozhat.
harmonikus
a harmonikus torzítás komoly energiaminőségi probléma, amely a PV rendszerekben az egyenáramot váltakozó áramúvá átalakító teljesítmény-inverterek használata miatt fordulhat elő. Az előállított harmonikusok párhuzamos és soros rezonanciákat, túlmelegedést okozhatnak a kondenzátor bankokban és a transzformátorokban, valamint a védelmi eszközök hamis működését, amelyek csökkenthetik az energiaellátó rendszerek megbízhatóságát.
Frekvenciaingadozás
a frekvencia az energia minőségének egyik legfontosabb tényezője. Az előállított és az elfogyasztott energia közötti egyensúlyhiány frekvenciaingadozáshoz vezethet. A fotovillamos rendszerek kis mérete miatt a frekvenciaingadozás elhanyagolható a többi megújuló energia alapú erőforráshoz képest. Ez a probléma azonban súlyosabbá válhat a PV rendszerek penetrációs szintjének növelésével. A frekvenciaingadozás megváltoztathatja az elektromos motorok tekercselési sebességét és károsíthatja a generátorokat.
a hálózati átviteli kapacitás korlátai
az elektromos hálózat hagyományos kialakítása figyelembe veszi a transzformátorról a terhelésre irányított terhelésáramot. Szinuszos áramú passzív terheléseket feltételeztek a transzformátorok és az elosztóvezetékek minősítéséhez. A 4. ábra a transzformátortól való távolsággal csökkenő feszültséget mutatja.
ezért a kialakítás általában úgy van kialakítva, hogy a transzformátor feszültségét a névleges feszültség felett tartsa annak érdekében, hogy a feszültségesés a minimálisan meghatározott érték alatt legyen. Az elmúlt években az elosztóhálózatok használata jelentősen megváltozott, mivel sok eszköz ellenőrizetlen híd egyenirányítót használ a hálózati bemeneti oldalon. Számos vidéki területen nagy decentralizált energiatermelést (pl. fotovoltaikus, szélenergia, mikroturbina és kombinált energiatermelés) telepítettek. Egyes területeken a telepített termelési teljesítmény jelentősen meghaladja a fogyasztást, és gyakran eléri a névleges hálózati teljesítményt. A decentralizált erőművek által termelt nagy mennyiségű energia miatt a terhelés áramlása megváltoztathatja irányát. Különösen a magas napenergia-nyereség időszakokban, amikor a naperőművek a legmagasabb teljesítményszintjüket táplálják a hálózatba, miközben az energiafogyasztás meglehetősen alacsony lehet, fordított energiaáramlás fordulhat elő. Ezért a napenergiával előállított energiát az ág transzformátorán keresztül a középfeszültségű hálózatba táplálják. Ha a teljesítmény az ág névleges teljesítményének tartományában van, akkor a feszültség a termelő üzem csatlakozási pontján jelentősen megnőhet. Ha a feszültség meghaladja a névleges feszültség feletti 10% – os tűrést, más eszközök és berendezések megsérülhetnek.
5. ábra: maximális vagy minimális feszültség a vonal végén…
6. ábra: adatgyűjtő és vezérlő szerkezet …
az 5. ábra a lehetséges feszültségváltozást mutatja a transzformátortól való távolsággal a különböző terhelési és generációs körülmények között. Ezért a kialakítás általában úgy van kialakítva, hogy a transzformátor feszültségét a névleges feszültség felett tartsa annak érdekében, hogy a feszültség a minimális meghatározott érték alá csökkenjen.
decentralizált generálás esetén a feszültség az 5. ábrán látható módon növekedhet a csatlakozási ponton. Ha a transzformátor feszültsége a névleges érték fölé van állítva, akkor nagyon valószínű, hogy meghaladja a megadott maximális feszültséget. Németországban a jövőben az alacsony feszültségű hálózatokban elosztott erőművek által okozott maximális feszültségnövekedés 2 vagy 3%. Fordított áram esetén a megengedett legnagyobb feszültséget a hálózati ág névleges teljesítménye alatt is el lehet érni.
ezért a hálózatot fejleszteni kell, hogy új szolgáltatásokat és új funkciókat kínáljon az új követelmények kezeléséhez. A magas telepítési vagy üzemeltetési költségek elkerülése elősegíti a decentralizált energiatermelés további növekedését. A múltban a hálózat kiterjesztésére volt szükség az átviteli kapacitás növelése érdekében, ami további kábelezést és magasabb beruházási költségeket eredményezett, még akkor is, ha a többletkapacitást évente csak néhány üzemórára használják, általában a napenergia nyereségének napjain, amikor valójában további hálózati kapacitásra van szükség. Rövid távon a napenergia-termelő rendszerek további összekapcsolása gyakran nem engedélyezhető, amíg a hálózat kiterjesztését nem hajtották végre.
a Feszültségminőség és a hálózati kapacitás növelése
míg a hálózati kapacitást és a hálózat minőségét eddig elsősorban a hálózat bővítése biztosította, a projekt célja a hálózatokban elosztott berendezések hatékony felhasználása. Ezt az elosztott mérési technológia, a teljesítményelektronika intelligens vezérlése, az új információs és kommunikációs technológia és a rácsvezérlés lehetőségei teszik lehetővé. A koncepció kidolgozása és tesztelése az elosztott PV rendszerek példáján történik. A használat azonban nem korlátozódik erre az alkalmazásra. Minden szabályozható betápláló berendezéssel és terheléssel rendelkező hálózatban a hálózati hatékonyság növelhető az elosztott hálózati szolgáltatásokkal.
a hálózat működési állapotát folyamatosan mérni kell a nagy terhelésű és decentralizált energiatermelésű csatlakozási pontokon. A napelemes inverterek adatgyűjtési képességekkel vannak felszerelve, mivel össze kell hangolniuk feszültségüket és frekvenciájukat a hálózati feszültséggel. A terhelési csatlakozási pontokhoz mérési technológiát kell telepíteni. Amint az a 6. ábrán látható, a főszámítógép számos adatgyűjtő eszközzel és napelemes inverterrel van hálózatba kötve. Az adatgyűjtő eszközök és a napelemes inverterek figyelik a feszültséget, az áramot és az áramáramlást a hálózaton lévő helyükön. Az adatgyűjtő eszközök nagy terheléseken (pl. ipari üzemek) és hálózati csomópontokon helyezkednek el. A fő számítógép megkapja a rács állapotadatait, majd kiszámítja az egyes napelemes inverterek szükséges meddő teljesítményének értékeit, amelyeket az adathálózaton keresztül továbbítanak az invertereknek.
a vezérlőszerkezet három különböző vezérlőből áll. Az első rész a hálózati feszültség korlátozása az inverterek reaktív teljesítményelnyelésével. A szükségtelen veszteségek elkerülése érdekében csak annyi inverternek kell csak annyi meddő teljesítményt elnyelnie, amennyire a hálózati feszültség korlátozásához szükség van. Így a fő számítógép csak a hálózat legmagasabb feszültségszintjével rendelkező invertereket aktiválja. Ezenkívül a gyors terhelés és a generálváltozások miatti feszültségingadozások, pl. a mozgó felhők kompenzálhatók és kiegyenlíthetők a meddő teljesítmény befecskendezésével és elnyelésével a napinvertereken keresztül. Az inverterek az egyéb terhelések által megkövetelt meddő teljesítmény helyi kompenzálására is használhatók a hálózat energiaveszteségeinek minimalizálása érdekében.
7. ábra: feszültségesés egy vonalon aktív (bal), valamint aktív és meddő teljesítmény (jobb) táplálásakor …
Feszültségkorlátozás
a 8-10 kW feletti Napelemes invertereket általában három fázis köti össze a hálózattal. Mind a négy negyedben működhetnek, így képesek befecskendezni vagy elnyelni a meddő teljesítményt, miközben az aktív energiát a hálózatba táplálják. A 7. ábra kvalitatív módon mutatja a távvezeték feszültségesését. Míg az U2 vezeték végén a feszültség normál terhelési körülmények között alacsonyabb, mint az elején (transzformátor oldal) lévő U1 feszültség, ez megváltozik, amikor a vezeték végén aktív áramot táplálnak be (a 7.ábra bal oldala).
a feszültség jelentősen magasabb lehet A vezeték végén, mint a transzformátornál. A meddő teljesítmény (vagy áram) további elnyelésével a túlfeszültség csökkenthető (a 7.ábra jobb oldala). Ez vonatkozik a viszonylag magas R / X arányú kisfeszültségű elosztó hálózatokra is, különösen a transzformátor impedanciájának figyelembe vételével.
a meddő teljesítményáram további áramot eredményez, amelyet az inverterből kell meghajtani. A meddő teljesítményre vonatkozó vizsgálatok azt mutatták, hogy a tipikus kisfeszültségű hálózatokban a COS y = 0,9 minimális teljesítménytényező elegendő ahhoz, hogy a feszültség a megengedett határokon belül maradjon. A COS y = 0,9 teljesítménytényező az aktív teljesítmény 43% – ának megfelelő meddő teljesítményt biztosít. Ez az inverter 10% – kal nagyobb áramát okozza. Ha a meddő teljesítmény csak megnövekedett feszültségszinteken szívódik fel, akkor a napelemes inverter magasabb besorolása alacsonyabb lehet, vagy akár nem is szükséges. Ha a hálózati feszültség korlátozására meddő teljesítményt használnak, a nagyobb hálózati áram miatt további energiaveszteségek keletkeznek az inverterben és a hálózati vezetékekben. De az előnye az, hogy nagyobb aktív energiát lehet továbbítani, és a napenergiával előállított többlet villamos energiát be lehet táplálni a hálózatba. Ezért a meddő teljesítményt nem az inverterek statikus jellemzőivel kell biztosítani, hanem a meddő teljesítmény abszorpcióját a hálózati feszültségre leginkább hatást gyakorló inverterek külön-külön történő aktiválásával kell minimalizálni. Az egyes frekvenciaváltók kommunikációja egy központi számítógéppel biztosítja a meddő teljesítmény abszorpció optimalizálását.
8. ábra: Feszültségnövekedés a PV erőművek miatt …
a feszültségingadozások simítása
a PV rendszerek ingadozó teljesítménye az áthaladó felhők vagy az erősen ingadozó terhelések miatt feszültségingadozásokat okoz az alacsony feszültségű hálózatban. A negatív feszültségcsúcsoknál a meddő energiafogyasztás (kapacitív) és az elosztott napenergia-inverterek pozitív feszültségcsúcsoknál a meddő teljesítmény abszorpciója (induktív) simíthatja a hálózat feszültségingadozásait. A villogások kockázatát csökkentheti egy ilyen kiegészítő vezérlés, amelyet helyileg hajtanak végre az inverterekben. A simításhoz nincs szükség az inverterek kommunikációjára egy központi számítógéppel.
meddő teljesítmény kompenzáció
a meddő teljesítmény kompenzáció ezen időpontig további berendezéseket és kapcsolódó telepítési és üzembe helyezési költségeket igényel, amelyeket nagyobb hatékonysággal kell megtéríteni. Eddig a kompenzációt elsősorban nagy ipari üzemekben használják. Ezért a kompenzáció céljából decentralizált meddő teljesítmény előállítása jelentősen csökkenti a meddő teljesítmény rövid átviteli távolságából eredő teljesítményveszteségeket. A meddő teljesítmény előállításához rövid távú energiatárolásra van szükség. Ezt kondenzátorokkal vagy induktorokkal lehet elvégezni. A feszültségkapcsoló alapú napelemes inverterek általában kondenzátorokkal rendelkeznek, így a már telepített kapacitás felhasználható meddő teljesítményre. Az elosztott inverterek által eredendően meglévő meddő teljesítménytartalékok felhasználhatók a ráhelyezett középfeszültségű hálózat meddő teljesítményének biztosítására vagy a kisfeszültségű hálózat meddő energiafogyasztásának csökkentésére a veszteségek minimalizálása érdekében.
terepi teszt
a terepi tesztelés valódi kisfeszültségű hálózatban történik, nagy PV erőművek behatolásával.
a vizsgálati rács áttekintése
a 8.ábra a vizsgálati rács szerkezetét mutatja. A hálózatot két transzformátor táplálja (Névleges teljesítmény 630 kVA), és hálóval működtetik. A telepített PV rendszer kapacitása 400 kWp, és már meghaladja az átlagos hálózati terhelést. Napsütéses napokon az aktív energiát rendszeresen visszatáplálják a középfeszültségű hálózatba. Számos viszonylag nagy fotovillamos erőmű található a hálózatban a nagy tetőterülettel rendelkező mezőgazdasági épületek nagy száma miatt.
9. ábra: a 10 perces átlagok száma a teszthálózat aktív áramellátásától függően …
a kábelek és transzformátorok feszültségeloszlását és terhelését egy kereskedelmi áramellátó rendszer elemző szoftverrel számítottuk ki. A 8. ábra azt is mutatja, hogy a feszültségeloszlás a hálózati területen a fotovoltaikus erőművek következtében alakul ki. A vdew ajánlásai szerint a feszültségeket terhelés nélkül, az inverterek névleges teljesítményükön történő táplálásával számítják ki. Nyilvánvaló, hogy ebben a rácsban a feszültségnövekedés < 2% csak a transzformátorok közelében figyelhető meg. A növekedés a transzformátorok között meghaladja a 2% – ot, a kritikus hálózati kiterjesztéseknél pedig meghaladja a 3 vagy 4% – ot. A feszültségnövekedés ellenére a hálózati transzformátorok és kábelek 40% – kal terheltek.
10. ábra: PV betáplálás és feszültség …
Előmérések
mindkét transzformátor adatai 10 perces átlagban állnak rendelkezésre egy év alatt. A 9. ábra a mért 10 perces átlagok számát mutatja a hálózat meddő teljesítményáramától függően. Napsütéses napokon a hálózatban lévő fotovillamos erőművek által termelt energia meghaladja a terhelést. Így aktív áram folyik a teszthálózatból a ráhelyezett középfeszültségű hálózatba.
a fotovillamos erőművek inverterein két mérési pont állt rendelkezésre a vizsgálati hálózat állapotának előzetes értékelésére. Az egyik egy fotovoltaikus erőműben található, amely egy kritikus hosszú vonal végén van, a másik pedig a transzformátorok között helyezkedik el.
a 10. ábra felső diagramja a PV-betáplálás fejlődését mutatja A p. u. az inverter névleges teljesítménye alapján, amely napsütéses nyári nap volt. A Névleges teljesítmény nem érhető el a PV modulok erős fűtése miatt. A 10. ábra alsó diagramja a megfelelő feszültségeket is mutatja mindkét mérési ponton (zöld: mérési pont a kritikus rácshosszabbításnál, piros: mérési pont a két transzformátor között). A feszültség és a teljesítmény nulla értéke a mérés rövid távú átviteli hibáinak eredménye. A feszültségprofil nagyon jól követi a PV betáplálást. A bal transzformátor ezen a napon karbantartás miatt nem működött. Ez az oka annak, hogy a magas feszültség növekszik. Ezek az értékek jól megfelelnek a rácsszámítás eredményeinek. A 11. ábrán a fotovoltaikus betáplálás és a megfelelő feszültségek közeli képe látható, egy rendezetlen nap (zöld: mérési pont a kritikus hálózati kiterjesztéseknél, piros: mérési pont a két transzformátor között).
11. ábra: a PV betáplálás és feszültség részlete …
ezen a napon a bal transzformátor karbantartás miatt is üzemen kívül volt. A feszültségcsúcsok vagy-cseppek gradiensei általában kisebbek, mint a teljesítménycsúcsok vagy-cseppek gradiensei. Ennek oka a PV rendszerek eloszlása a teszthálózatban. Így az áthaladó felhők által okozott teljesítménycsökkenés lépcsőzetes. Ezek a lépcsőzetes teljesítménycseppek lépcsőzetes feszültségeséseket okoznak.
az eddig mért legnagyobb teljesítménygradiens 0,07 p.u./s a névleges teljesítményhez viszonyítva. A mért legnagyobb feszültséggradiens eddig 0,002 p. u. / s a névleges feszültséghez viszonyítva. Az ebben a tanulmányban leírt koncepció jobb feszültségminőséget és nagyobb átviteli kapacitást biztosít az alacsony feszültségű hálózatokban, nagy penetrációval a PV erőművekben. A fent leírt technológia jelenleg fejlesztés alatt áll, és kisfeszültségű hálózaton lévő napelemes inverterekkel tesztelik. Általánosságban elmondható, hogy a technológia bármely olyan elektromos frekvenciaváltóra alkalmazható, amely tartósan vagy ideiglenesen csatlakozik a hálózathoz. A beépített adatkommunikációs és adatgyűjtési lehetőségeknek köszönhetően a rendszer automatikusan konfigurálható, miután egy új invertert csatlakoztattak a hálózathoz.
