energia fotovoltaică (PV) are un mare potențial de a furniza energie cu un impact minim asupra mediului, deoarece este curată și fără poluare. Un număr mare de celule solare conectate în serie și paralele configurează matricele fotovoltaice sau solare. O modalitate de utilizare a energiei fotovoltaice este într-un sistem de energie distribuită ca sursă de energie maximă.
pe de altă parte, au fost aplicate reglementări stricte echipamentelor conectate la liniile de utilități. Unele dintre aceste reglementări sunt legate de distorsiunea armonicelor și factorul de putere. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea electronicii de putere, multe echipamente tind să crească nivelurile de distorsiune armonică. Curentul de linie la intrarea în redresorul punții diodei se abate semnificativ de la o formă de undă sinusoidală și acest curent distorsionat poate duce, de asemenea, la distorsiuni ale tensiunii de linie. Mai mult, multe echipamente moderne folosesc controlere digitale, bazate pe microprocesoare sensibile la variațiile formelor de undă de tensiune și curent. Prin urmare, pentru a crește utilizarea sistemului fotovoltaic, conversia puterii poate fi proiectată pentru a oferi, de asemenea, funcții ale unui balsam unificat de calitate a puterii.
utilizarea a două convertoare DC/AC complet controlate face ca sistemul să aibă cea mai versatilă structură de convertoare aplicate ca balsam de energie. În acest caz, în funcție de controler, convertoarele pot avea diferite funcții de compensare. De exemplu, pot realiza serii active și filtre de șunt combinate pentru a compensa simultan curentul de încărcare și armonicile tensiunii furnizate. În acest fel, echipamentul se numește Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Un filtru activ de șunt este un dispozitiv adecvat pentru compensarea bazată pe curent. Această configurație include armonici curente și compensații de putere reactivă. Filtrul activ de șunt poate echilibra, de asemenea, curenții de dezechilibru.
filtrul de serie activ este utilizat în mod normal pentru compensarea pe bază de tensiune. În acest caz, armonicele de tensiune și căderile de tensiune și scăderile sunt compensate. Alte aplicații pot fi găsite în literatură în scopul compensării frecvenței fundamentale, cum ar fi compensarea puterii reactive, controlul fluxului puterii active și reglarea tensiunii. În acest caz, se numește Unified Power Flow Controller (UPFC).
în mod convențional, sistemele de conversie a energiei fotovoltaice conectate la rețea sunt compuse dintr-un convertor DC-DC și un invertor. Convertorul DC-DC este controlat pentru a urmări punctul maxim de putere al matricei fotovoltaice, iar invertorul este controlat pentru a produce curent în așa fel încât curentul sistemului să aibă o distorsiune armonică totală scăzută (THD) și este în fază cu tensiunea de utilitate. Eficiența sistemului convențional este scăzută, deoarece convertorul DC-DC și invertorul sunt conectate în serie. Scopul acestui articol este de a proiecta un sistem de generare fotovoltaică pentru conectarea într-un sistem trifazat folosind doar un invertor DC/AC.
sistemul propus crește eficiența conversiei și oferă, de asemenea, o funcție utilă în orice moment, funcționând ca sursă de alimentare, precum și compensator de putere armonic și reactiv atunci când soarele este disponibil. La iradiere scăzută, sistemul funcționează numai ca compensator de putere armonic și reactiv. Alte convertor DC / DC este utilizat pentru a asigura compensarea armonică tensiune. Estimarea costurilor arată că utilizarea componentelor suplimentare crește costul în mai puțin de 12% pentru a avea o altă funcție de îmbunătățire a calității energiei. De asemenea, acest convertor nu modifică eficiența conversiei energiei fotovoltaice, deoarece convertoarele sunt conectate în paralel.
controlul a fost implementat cu metoda cadrului de referință sincron (SRF). Sistemul și controlerul au fost proiectate și simulate. Diferite tehnici de modulare a lățimii pulsului (PWM) au fost comparate pentru a sugera o configurație cu eficiență optimă. Sistemul oferă aproximativ 2,8 kW de generare fotovoltaică.
utilizarea sistemelor fotovoltaice (PV) ca sursă sigură și curată de energie de la soare a crescut rapid. Aplicarea sistemelor fotovoltaice în sistemele de alimentare poate fi împărțită în două domenii principale: aplicații off-grid sau autonome și aplicații conectate la rețea sau la rețea. Sistemele fotovoltaice independente pot fi utilizate pentru a furniza energie pentru sarcini la distanță care nu au acces la rețelele electrice, în timp ce aplicațiile conectate la rețea sunt utilizate pentru a furniza energie pentru sarcini locale și pentru schimbul de energie cu rețele de utilități.
prima mare centrală fotovoltaică conectată la rețea cu o capacitate de 1 MW a fost instalată în Lugo, California, SUA. A doua plantă cu 6.Capacitatea de 5 MW a fost instalată în Carissa Plains, California, SUA. În prezent, multe sisteme fotovoltaice mari conectate la rețea cu diferite game de energie funcționează în diferite țări.
sistemele fotovoltaice pot îmbunătăți funcționarea sistemelor de alimentare prin îmbunătățirea profilului de tensiune și prin reducerea pierderilor de energie ale alimentatoarelor de distribuție, a costurilor de întreținere și a încărcării schimbătoarelor de robinete de transformator în timpul orelor de vârf. Cu toate acestea, în comparație cu alte tehnologii regenerabile, sistemele fotovoltaice se confruntă în continuare cu dificultăți majore și pot prezenta unele efecte adverse asupra sistemului, cum ar fi supraîncărcarea alimentatoarelor, poluarea armonică, costul ridicat al investițiilor, eficiența scăzută și fiabilitatea scăzută, care împiedică utilizarea lor pe scară largă. Mai mult, variațiile iradierii solare pot provoca fluctuații de putere și pâlpâire de tensiune, rezultând efecte nedorite asupra sistemelor fotovoltaice cu penetrare ridicată din sistemul de alimentare. Unele metode de control, cum ar fi urmărirea punctului de putere maximă (MPPT) pot fi utilizate pentru a îmbunătăți eficiența sistemelor fotovoltaice.
în astfel de controlere, atât tensiunea produsă, cât și curentul tabloului fotovoltaic trebuie controlate. Acest lucru poate complica structura sistemului fotovoltaic cu posibilitatea crescută de eșec în timp ce urmăriți puterea maximă în condiții meteorologice neașteptate. În ceea ce privește schema de protecție a sistemului, generațiile distribuite bazate pe sisteme fotovoltaice (SGD) ar trebui să alimenteze încărcăturile locale după ce sistemul a fost deconectat de la rețeaua de utilități în condiții defectuoase.
în aceste situații, orice insulare neintenționată poate crește riscul de probleme de siguranță sau de deteriorare a altor părți ale componentelor sistemului, ceea ce poate reduce fiabilitatea sistemului.
aceste probleme înseamnă că este necesară o analiză precisă a efectelor instalării sistemelor fotovoltaice mari conectate la rețea asupra performanței rețelei electrice.
această evaluare este importantă deoarece poate oferi soluții fezabile pentru potențialele probleme operaționale pe care sistemele fotovoltaice conectate la rețea le pot provoca altor componente din sistemele de distribuție.
în literatură, multe lucrări se concentrează pe modelarea și analiza sistemelor fotovoltaice la starea de echilibru. Cu toate acestea, nu s-a făcut încă nicio încercare de a studia efectele sistemelor fotovoltaice conectate la rețea asupra funcționării și controlului dinamic al sistemului înainte de implementarea în timp real.
modelarea sistemelor fotovoltaice
sistemele fotovoltaice conectate la rețea, care sunt cunoscute ca un tip de DG în gama megawatt, sunt dezvoltate rapid. Acestea acoperă majoritatea pieței fotovoltaice din diferite țări din întreaga lume.
componentele principale ale unui sistem fotovoltaic conectat la rețea includ un amestec serie/paralel de tablouri fotovoltaice pentru a converti direct lumina soarelui în curent continuu și o unitate de condiționare a energiei care convertește puterea DC în curent alternativ; această unitate menține, de asemenea, PVs funcționând la eficiență maximă. Figura 1 prezintă diagrama generală a sistemelor fotovoltaice conectate la rețea.
în special, în multe cazuri, dispozitivele de stocare a energiei, cum ar fi bateriile și super-condensatoarele, sunt, de asemenea, considerate a treia componentă a sistemelor fotovoltaice conectate la rețea.
aceste dispozitive îmbunătățesc performanța sistemelor fotovoltaice, cum ar fi generarea de energie pe timp de noapte, controlul puterii reactive asupra sistemelor fotovoltaice, schimbarea sarcinii maxime și stabilizarea tensiunii rețelelor.
pentru a asigura o interfață adecvată între sistemele fotovoltaice conectate la rețea și rețeaua de utilități, trebuie îndeplinite anumite condiții, cum ar fi secvența de faze, frecvența și potrivirea nivelului de tensiune. Furnizarea acestor condiții depinde puternic de tehnologia electronică de putere Aplicată a invertoarelor fotovoltaice.
Figura 1: Diagrama simplificată a sistemului fotovoltaic conectat la rețea…
Figura 2: circuitul echivalent al modulului fotovoltaic…
caracteristicile electrice ale unei unități fotovoltaice pot fi, în general, exprimate în termenii relațiilor curent-tensiune sau putere-tensiune ale celulei.
variațiile acestor caracteristici depind în mod direct de iradierea primită de celulă și de temperatura celulei.
prin urmare, pentru a analiza performanța dinamică a sistemelor fotovoltaice în condiții meteorologice diferite, este necesar un model adecvat pentru a converti efectul iradianței și temperaturii asupra curentului și tensiunii produse ale matricelor fotovoltaice.
Figura 2 prezintă circuitul electric echivalent al unui modul fotovoltaic din siliciu cristalin. În acest model, I este curentul terminal de ieșire, IL este curentul generat de lumină, Id este curentul diodei, Ish este curentul de scurgere a șuntului, Rs este rezistența internă și Rsh este rezistența șuntului.
în practică, valoarea Rs depinde puternic de calitatea semiconductorului utilizat. Prin urmare, orice variație mică a valorii Rs poate schimba dramatic ieșirea PV.
efectul posibil al sistemelor fotovoltaice conectate la rețea asupra sistemelor de distribuție
sursele regenerabile de energie, în special sistemele fotovoltaice, au devenit surse de energie mai semnificative, atrăgând un interes comercial considerabil. Cu toate acestea, conectarea sistemelor fotovoltaice mari la rețelele de utilități poate cauza mai multe probleme operaționale pentru rețelele de distribuție.
gravitatea acestor probleme depinde în mod direct de procentul de penetrare fotovoltaică și de geografia instalației. Prin urmare, cunoașterea impactului posibil al sistemelor fotovoltaice mari conectate la rețea asupra rețelelor de distribuție poate oferi soluții fezabile înainte de implementări în timp real și practice.
scopul acestei secțiuni este de a introduce posibilele efecte pe care sistemele fotovoltaice le pot impune asupra sistemelor de distribuție. Curent De Intrare. Mica diferență inevitabilă dintre sistemele fotovoltaice și tensiunile rețelei poate introduce un curent de intrare care curge între sistemul fotovoltaic și rețeaua de utilități la momentul conectării și se descompune la zero la o rată exponențială. Curentul de intrare produs poate provoca călătorii neplăcute, stres termic și alte probleme.
sistem fotovoltaic conectat la rețea
sistemul de conversie a energiei fotovoltaice (PV) propus are o eficiență ridicată, un cost redus și o funcționalitate ridicată. Figura 3 prezintă schema bloc a sistemului propus. Convertorul 1 (convertorul PV) din Figura 3 este responsabil pentru conversia energiei fotovoltaice în rețea, precum și pentru compensarea armonicilor actuale și a puterii reactive. Convertorul 2 (Dynamic Voltage Restorer — DVR converter) din Figura 3 este responsabil pentru compensarea armonicilor de tensiune sau a căderilor de tensiune.
Figura 3: generarea PV cu funcție UPQC…
Figura 4: Sarcină convențională cu tensiune minimă la capătul liniei…
utilizarea a două convertoare controlate face ca sistemul să aibă cea mai versatilă structură aplicată ca balsam energetic. În acest caz, în funcție de controler, convertoarele pot avea diferite funcții de compensare.
de exemplu, pot realiza filtre active de serie și șunt combinate pentru a compensa simultan curentul de încărcare și armonicile tensiunii furnizate.
siguranța
siguranța este una dintre preocupările majore ale sistemelor fotovoltaice din cauza insulării neintenționate în momentul apariției defecțiunilor la partea rețelei. Aici, sistemele fotovoltaice continuă să alimenteze sarcina chiar și după ce rețeaua este deconectată de la rețeaua de utilități, ceea ce poate duce la șocuri electrice ale lucrătorilor.
supra-tensiune
sistemele fotovoltaice sunt de obicei proiectate să funcționeze în apropierea factorului de putere unity pentru a utiliza pe deplin energia solară. În acest caz, sistemul fotovoltaic injectează doar energie activă în rețeaua de utilități, ceea ce poate modifica fluxul de putere reactivă al sistemului.
prin urmare, tensiunile autobuzelor din apropiere pot fi crescute din cauza lipsei de putere reactivă. Supratensiunea produsă poate avea efecte negative asupra funcționării atât a utilității, cât și a părții clientului. Fluctuația puterii de ieșire, fluctuația puterii de ieșire a sistemelor fotovoltaice este unul dintre principalii factori care pot cauza probleme operaționale grave pentru rețeaua de utilități. Fluctuația de putere apare din cauza variațiilor de iradiere solară cauzate de mișcarea norilor și poate continua minute sau ore, în funcție de viteza vântului, tipul și dimensiunea norilor care trec, zona acoperită de sistemul fotovoltaic și topologia sistemului fotovoltaic. Fluctuația de putere poate provoca oscilații de putere în linii, supra – și sub sarcini, fluctuații de tensiune inacceptabile și pâlpâiri de tensiune.
fluctuația puterii de ieșire
fluctuația puterii de ieșire a sistemelor fotovoltaice este unul dintre principalii factori care pot cauza probleme operaționale grave pentru rețeaua de utilități. Fluctuația de putere apare din cauza variațiilor de iradiere solară cauzate de mișcarea norilor și poate continua minute sau ore, în funcție de viteza vântului, tipul și dimensiunea norilor care trec, zona acoperită de sistemul fotovoltaic și topologia sistemului fotovoltaic. Fluctuația de putere poate provoca oscilații de putere în linii, supra – și sub sarcini, fluctuații de tensiune inacceptabile și pâlpâiri de tensiune.
armonice
distorsiunea armonică este o problemă serioasă de calitate a energiei care poate apărea datorită utilizării invertoarelor de putere care convertesc curentul continuu în curent alternativ în sistemele fotovoltaice. Armonicile produse pot provoca rezonanțe paralele și de serie, supraîncălzirea în băncile de condensatoare și transformatoare și funcționarea falsă a dispozitivelor de protecție care pot reduce fiabilitatea sistemelor de alimentare.
fluctuația frecvenței
frecvența este unul dintre factorii mai importanți în calitatea puterii. Orice dezechilibru între puterea produsă și cea consumată poate duce la fluctuații de frecvență. Dimensiunea redusă a sistemelor fotovoltaice face ca fluctuația frecvenței să fie neglijabilă în comparație cu alte resurse bazate pe energie regenerabilă. Cu toate acestea, această problemă poate deveni mai severă prin creșterea nivelului de penetrare a sistemelor fotovoltaice. Fluctuația de frecvență poate modifica viteza de înfășurare în motoarele electrice și poate deteriora generatoarele.
limitele capacității de transmisie a rețelei
proiectarea convențională a unei rețele electrice ia în considerare un flux de sarcină direcționat de la transformator la sarcină. S-au presupus SARCINI pasive cu curenți sinusoidali pentru evaluarea transformatoarelor și a liniilor de distribuție. Figura 4 arată scăderea tensiunii cu distanța față de transformator.
prin urmare, proiectarea este de obicei făcută pentru a menține tensiunea la transformator peste tensiunea nominală pentru a obține o cădere de tensiune care este sub valoarea minimă specificată. În ultimii ani, Utilizarea rețelelor de distribuție s-a schimbat foarte mult, deoarece multe dispozitive utilizează redresoare de punte necontrolate la intrarea rețelei. În multe zone rurale a fost instalată o mare producție descentralizată de energie (de exemplu, fotovoltaică, eoliană, micro-turbine și producție combinată). În unele zone, puterea de generare instalată este semnificativ mai mare decât consumul și atinge adesea puterea nominală a rețelei. Datorită nivelurilor ridicate de putere generată de stațiile de generare descentralizate, fluxul de sarcină își poate schimba direcția. În special în perioadele de câștig solar ridicat, când centralele solare își alimentează cele mai înalte niveluri de putere în rețea, în timp ce consumul de energie poate fi destul de scăzut, poate apărea un flux de putere invers. Prin urmare, energia solară generată este alimentată în rețeaua de medie tensiune peste transformatorul acelei ramuri. Dacă puterea este în intervalul puterii nominale a ramurii, tensiunea la punctul de conectare al instalației de generare poate crește semnificativ. Dacă tensiunea depășește toleranța de obicei cu 10% peste tensiunea nominală, alte dispozitive și echipamente ar putea fi deteriorate.
Figura 5: Tensiune maximă sau minimă la capătul liniei…
Figura 6: structura de achiziție și control a datelor …
Figura 5 prezintă variația posibilă a tensiunii cu distanța față de transformator pentru diferite condiții de încărcare și generare. Prin urmare, proiectarea este de obicei făcută pentru a menține tensiunea la transformator peste tensiunea nominală pentru a reduce căderile de tensiune sub valoarea minimă specificată.
în cazul generării descentralizate, tensiunea poate crește la punctul de conectare, așa cum se arată în Figura 5. Cu tensiunea la transformator fiind setată peste valoarea nominală, este foarte probabil să depășească tensiunea maximă specificată. În Germania, se recomandă o creștere maximă a tensiunii de 2 sau 3% în viitor cauzată de centralele electrice distribuite în rețelele de joasă tensiune. În cazul debitului de putere inversă, tensiunea maximă admisă va fi atinsă chiar și sub puterea nominală a ramurii rețelei.
prin urmare, grila trebuie îmbunătățită pentru a oferi noi servicii și noi funcționalități pentru a face față noilor cerințe. Evitarea costurilor ridicate de instalare sau de operare promovează creșterea în continuare a producției descentralizate de energie electrică. În trecut, extinderea rețelei a fost necesară pentru a crește capacitatea de transmisie, rezultând cabluri suplimentare și costuri de investiții mai mari, chiar dacă capacitatea suplimentară este utilizată doar pentru câteva ore de funcționare pe an, de obicei în zilele de câștig solar, când este de fapt necesară o capacitate suplimentară a rețelei. Pe termen scurt, conectarea suplimentară a sistemelor de generare solară nu poate fi adesea permisă până când nu a fost efectuată extinderea rețelei.
creșterea calității tensiunii și a capacității rețelei
în timp ce capacitatea rețelei și calitatea rețelei au fost furnizate în principal prin extinderea rețelei până în prezent, acest proiect își propune să utilizeze în mod eficient instalațiile distribuite în rețele. Acest lucru se realizează prin utilizarea tehnologiei de măsurare distribuită, controlul inteligent al electronicii de putere, noua tehnologie a informației și Comunicațiilor și posibilitățile controlului rețelei. Conceptul este dezvoltat și testat pe exemplul sistemelor fotovoltaice distribuite. Cu toate acestea, utilizarea nu se limitează la această aplicație. În toate rețelele cu instalații și încărcări de alimentare controlabile, eficiența rețelei poate fi crescută prin servicii de rețea distribuite.
starea operațională a rețelei trebuie măsurată în mod continuu la punctele de conectare ale sarcinilor mari și ale generării descentralizate. Invertoarele solare sunt echipate cu capacități de achiziție a datelor, deoarece trebuie să-și sincronizeze tensiunea și frecvența cu tensiunea rețelei. Pentru punctele de conectare la sarcină trebuie instalată tehnologia de măsurare. După cum se arată în Figura 6, un computer principal este conectat la o serie de dispozitive de achiziție de date și invertoare solare. Dispozitivele de achiziție a datelor și invertoarele solare monitorizează tensiunea, curentul și fluxul de energie în locațiile lor din rețea. Dispozitivele de achiziție a datelor sunt amplasate la sarcini mari (de exemplu, instalații industriale) și noduri de rețea. Computerul principal primește datele de stare a rețelei și apoi calculează valorile pentru puterea reactivă necesară pentru invertoarele solare individuale care vor fi trimise prin rețeaua de date către invertoare.
structura de control constă din trei controale diferite. Prima parte este limitarea tensiunii rețelei prin absorbția puterii reactive a invertoarelor. Pentru a evita pierderile inutile, doar câte invertoare sunt necesare trebuie să absoarbă doar atâta putere reactivă necesară pentru a limita tensiunea rețelei. Astfel, computerul principal activează doar invertoarele cu cele mai înalte niveluri de tensiune din rețea. În plus, fluctuațiile de tensiune datorate încărcării rapide și modificărilor de generare, de exemplu, norii în mișcare pot fi compensați și neteziți prin injectarea și absorbția puterii reactive prin invertoarele solare. Invertoarele pot fi, de asemenea, utilizate pentru compensarea locală a puterii reactive cerute de alte sarcini pentru a minimiza pierderile de energie în rețea.
Figura 7: cădere de tensiune la o linie la alimentarea cu energie activă (stânga), precum și putere activă și reactivă (dreapta)…
limitare de tensiune
invertoarele solare de peste 8 până la 10 kW sunt de obicei conectate prin trei faze la rețea. Acestea pot funcționa în toate cele patru cadrane, fiind astfel capabile să injecteze sau să absoarbă puterea reactivă în timp ce puterea activă este alimentată în rețea. Figura 7 prezintă în mod calitativ căderea de tensiune la o linie de transmisie. În timp ce tensiunea de la capătul liniei U2 este mai mică decât tensiunea U1 de la început (partea transformatorului) în cazul unor condiții normale de încărcare, aceasta se modifică atunci când puterea activă este alimentată la capătul liniei (partea stângă a figurii 7).
tensiunea poate fi semnificativ mai mare la capătul liniei decât la transformator. Prin absorbția suplimentară a puterii reactive (sau a curentului), supratensiunea poate fi redusă (partea dreaptă a figurii 7). Acesta este și cazul rețelelor de distribuție de joasă tensiune cu un raport R/X relativ ridicat, în special atunci când se ia în considerare impedanța transformatorului.
fluxul de putere reactivă are ca rezultat un curent suplimentar care trebuie acționat de la invertor. Studiile privind puterea reactivă au arătat că un factor de putere minim de cos y = 0,9 în rețelele tipice de joasă tensiune este suficient pentru a menține tensiunea în limitele admise. Un factor de putere cos y = 0,9 asigură o putere reactivă de 43% din puterea activă. Acest lucru determină un curent cu 10% mai mare al invertorului. Dacă puterea reactivă este absorbită numai la niveluri de tensiune crescute, ratingul mai mare al invertorului solar poate fi mai mic sau poate chiar să nu fie necesar. Dacă se utilizează putere reactivă pentru limitarea tensiunii rețelei, se generează pierderi suplimentare de putere în invertor și în liniile rețelei datorită curentului mai mare al rețelei. Dar beneficiul este că o putere activă mai mare poate fi transmisă și surplusul de energie electrică generată de soare poate fi alimentat în rețea. Prin urmare, este oportun să se furnizeze puterea reactivă nu printr-o caracteristică statică a invertoarelor, ci să se reducă la minimum absorbția puterii reactive prin activarea individuală a invertoarelor care au efectul cel mai semnificativ asupra tensiunii rețelei. Comunicarea fiecărui invertor cu un computer central asigură optimizarea absorbției puterii reactive.
figura 8: Creșterea tensiunii din cauza centralelor fotovoltaice…
netezirea fluctuațiilor de tensiune
intrarea fluctuantă a puterii la sistemele fotovoltaice din cauza norilor trecători sau a sarcinilor foarte fluctuante determină fluctuații de tensiune în rețeaua de joasă tensiune. Consumul de energie reactivă (capacitiv) la vârfuri de tensiune negative și absorbția puterii reactive (inductivă) la vârfuri de tensiune pozitive de către invertoarele solare distribuite pot netezi fluctuațiile de tensiune din rețea. Riscul de pâlpâire poate fi redus printr-un astfel de control suplimentar care este implementat local în invertoare. Netezirea nu necesită nicio comunicare a invertoarelor cu un computer central.
compensarea puterii Reactive
compensarea puterii Reactive până la această dată necesită echipamente suplimentare și costuri asociate de instalare și punere în funcțiune care ar trebui recuperate prin creșteri mai mari ale eficienței. Până în prezent, compensația este utilizată în principal în instalațiile industriale mari. Prin urmare, generarea de putere reactivă descentralizată pentru compensare reduce în mod semnificativ pierderile de putere datorate distanțelor scurte de transmisie ale puterii reactive. Pentru generarea de energie reactivă este necesară stocarea pe termen scurt a energiei. Acest lucru se poate face cu condensatoare sau inductoare. Invertoarele solare bazate pe legături de tensiune au de obicei condensatori, astfel încât capacitatea deja instalată poate fi utilizată pentru puterea reactivă. Rezervele de putere reactivă existente care sunt în mod inerent prezente de invertoarele distribuite pot fi utilizate pentru a furniza energie reactivă rețelei de tensiune medie suprapusă sau pentru a reduce consumul de energie reactivă al rețelei de joasă tensiune pentru a minimiza pierderile.
test de teren
testarea pe teren se face într-o rețea reală de joasă tensiune, cu o penetrare ridicată a centralelor fotovoltaice.
Prezentare generală a grilei de testare
figura 8 prezintă structura grilei de testare. Grila este alimentată de două transformatoare (putere nominală 630 kVA) și acționate cu ochiuri. Capacitatea sistemului fotovoltaic instalat este de 400 kWp și este deja mai mare decât sarcina medie a rețelei. În zilele însorite, puterea activă este alimentată în mod regulat în rețeaua de medie tensiune. Există numeroase centrale fotovoltaice relativ mari în rețea datorită numărului mare de clădiri agricole cu suprafețe mari de acoperiș.
Figura 9: Numărul de medii de 10 minute în funcție de debitul de putere activ al rețelei de testare…
distribuția tensiunii și încărcările cablurilor și transformatoarelor au fost calculate printr-un software de analiză a sistemului de alimentare comercial. Figura 8 prezintă, de asemenea, distribuția tensiunii în zona rețelei ca urmare a centralelor fotovoltaice. Conform recomandărilor VDEW, tensiunile sunt calculate fără sarcini și cu invertoarele care alimentează puterea lor nominală. Este evident că în această rețea se observă o creștere a tensiunii < 2% numai în apropierea transformatoarelor. Creșterea este peste 2% între transformatoare și peste 3 sau 4% la extensiile critice de rețea. În ciuda creșterii tensiunii, transformatoarele și cablurile din rețea sunt încărcate la 40%.
Figura 10: Feed-in PV și tensiune …
Premăsurări
datele de la ambele transformatoare au fost disponibile în medii de 10 minute pe o perioadă de un an. Figura 9 prezintă numărul mediilor măsurate de 10 minute în funcție de debitul de putere reactivă al rețelei. În zilele însorite, puterea generată de centralele fotovoltaice din rețea depășește sarcina. Astfel, există un flux de putere activ de la rețeaua de testare la rețeaua de tensiune medie suprapusă.
două puncte de măsurare la invertoarele centralelor fotovoltaice au fost disponibile pentru a evalua în prealabil starea rețelei de testare. Una se află la o centrală fotovoltaică care se află la capătul unei linii lungi Critice, iar cealaltă este situată între transformatoare.
graficul superior din Figura 10 arată dezvoltarea alimentării fotovoltaice în p.u. pe baza puterii nominale a invertorului, care a fost o zi însorită de vară. Puterea nominală nu este atinsă din cauza încălzirii puternice a modulelor fotovoltaice. Graficul inferior din Figura 10 arată, de asemenea, tensiunile corespunzătoare la ambele puncte de măsurare (verde: punctul de măsurare la extensia critică a grilei, roșu: punctul de măsurare între cele două transformatoare). Valorile zero ale tensiunii și puterii sunt rezultatul erorilor de transmisie pe termen scurt în măsurare. Profilul de tensiune urmează foarte bine alimentarea fotovoltaică. Transformatorul din stânga a fost scos din funcțiune din cauza întreținerii în această zi. Acesta este motivul pentru care există creșteri de înaltă tensiune. Aceste valori corespund bine cu rezultatele calculului grilei. Figura 11 prezintă o apropiere a alimentării fotovoltaice și a tensiunilor corespunzătoare, o zi neliniștită (verde: punct de măsurare la extensiile critice de rețea, roșu: punct de măsurare între cele două transformatoare).
Figura 11: detaliu al alimentării și tensiunii fotovoltaice …
în această zi, transformatorul din stânga a fost, de asemenea, scos din funcțiune din cauza întreținerii. Gradienții vârfurilor sau picăturilor de tensiune sunt de obicei mai mici decât gradienții vârfurilor sau picăturilor de putere. Acest lucru se datorează distribuției sistemelor fotovoltaice în grila de testare. Astfel, picăturile de putere cauzate de trecerea norilor sunt eșalonate. Aceste căderi de putere eșalonate provoacă căderi de tensiune eșalonate.
cel mai mare gradient de putere măsurat până acum este de 0,07 p.u./s în raport cu puterea nominală. Cel mai mare gradient de tensiune măsurat este până acum 0,002 p.u./s în raport cu tensiunea nominală. Conceptul descris în această lucrare oferă o calitate îmbunătățită a tensiunii și capacități de transmisie mai mari în rețelele de joasă tensiune cu o penetrare ridicată a centralelor fotovoltaice. Tehnologia descrisă mai sus este în prezent în curs de dezvoltare și este testată cu invertoare solare pe rețeaua de joasă tensiune. În general, tehnologia poate fi aplicată oricărui invertor electronic de putere care este conectat permanent sau temporar la rețea. Datorită comunicațiilor de date încorporate și a facilităților de achiziție a datelor, sistemul poate fi configurat automat după conectarea unui nou invertor la rețea.
