Verkkoon kytketyn aurinkosähköntuotannon vaikutus sähkön laatuun ja ratkaisuihin

3. Verkkoon kytketyn aurinkosähköntuotannon vaikutus verkon sähkönlaatuun

Aurinkosähkön tuotanto uutena energiantuotantomuotona, valaistus, lämpötila ja muut ulkoiset olosuhteet, kuten satunnaisuus, volatiliteetti ja ajoittaiset muutokset, ovat tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat aurinkosähkön tuotantoon verkkoon. Näistä DC-AC-invertteri on yksi verkkoon kytketyn aurinkosähkön tuotantojärjestelmän päälaitteista, ja aurinkosähköinvertterin laatu määrää, pystyykö aurinkosähkön tuotannon laatu täyttämään verkkoon kytkennän vaatimukset jossain määrin. Kun aurinkosähkön tuotanto kytketään verkkoon, esiintyy ongelmia, kuten harmonisia yliaaltoja, jännitevaihteluita ja välkyntää, DC-injektiota ja saarekeilmiötä, jotka heikentävät verkon sähkön laatua ja aiheuttavat haitallisia vaikutuksia verkkoon. Vakavissa tapauksissa se häiritsee virransyöttöjärjestelmän ja itse aurinkosähkön tuotantolaitteiden turvallista ja vakaata toimintaa.

 

3.1 Harmoninen vaikutus

Aurinkosähköntuotannossa aurinkoenergia muunnetaan tasavirraksi aurinkopaneelien avulla ja sitten verkkoon kytketyn invertterin kautta muunnetaan tasavirta vaihtovirraksi verkkoon kytkennän saavuttamiseksi. Aurinkosähköntuotantojärjestelmässä invertteri on tärkein harmonisten yliaaltojen tuottaja. Verkkoon kytkettyjen invertterien tehoelektroniikkakomponenttien suuri määrä on parantanut järjestelmän tiedonsiirtoa ja älykästä prosessointia, mutta se lisää myös epälineaaristen kuormien määrää, mikä aiheuttaa aaltomuodon vääristymiä ja tuo järjestelmään suuren määrän harmonisia yliaaltoja. Invertterin kytkentänopeuden viive vaikuttaa myös sähköjärjestelmän kokonaisdynaamiseen suorituskykyyn, mikä johtaa pieneen harmonisten yliaaltojen vaihteluväliin. Jos sää (säteily, lämpötila) muuttuu suuresti, myös harmonisten yliaaltojen vaihteluväli kasvaa. Vaikka yhden verkkoon kytketyn invertterin lähtövirran harmoniset yliaallot ovat pieniä, useiden verkkoon kytkettyjen invertterien lähtövirran harmoniset yliaallot asettuvat päällekkäin rinnakkainkytkennän jälkeen, mikä johtaa standardin mukaisten lähtövirran harmonisten yliaaltojen ylittymiseen. Lisäksi invertterien rinnankytkentä on helppo tuottaa rinnakkaisresonanssia, mikä johtaa kytkentäresonanssi-ilmiöön ja siten ominaisharmonisen virran laajenemiseen sekä verkkoon kytketyn virran liiallisen harmonisen sisällön ongelmaan.

Aurinkosähkön käytön jälkeisen sähkönlaatuongelman ratkaisemiseksi esitetään tehokkaita menetelmiä harmonisten yliaaltojen vaimentamiseksi:

1) Harmonisen generoinnin lähteestä alkaen harmoninen lähde muotoillaan uudelleen harmonisen injektion vähentämiseksi.

2) Laitteen aktiiviset tai passiiviset suodattimet tietyn määrän harmonisten virtojen absorboimiseksi.

3) Asenna lisää harmonisten yliaaltojen kompensointilaitteita.

 

3.2 Jännitevaihtelut ja välkkyminen

Perinteisessä jakeluverkossa pätötehon ja loistehon muutokset ajan myötä aiheuttavat järjestelmän jännitteen vaihteluita. Aurinkosähkön tuotannossa aurinkosähkön tuotantojärjestelmän pätötehon muutos on tärkein tekijä, joka aiheuttaa jännitevaihteluita ja välkyntää tukiasemassa. Aurinkosähkön tuotantojärjestelmän ydinkomponenttien, aurinkopaneelien, korkea tehopiste liittyy läheisesti säteilyn voimakkuuteen, säähän, vuodenaikaan, lämpötilaan ja muihin tekijöihin, ja näiden luonnollisten tekijöiden satunnaiset muutokset aiheuttavat lähtötehon suuria muutoksia, mikä johtaa kuormitustehon tiheisiin muutoksiin tietyllä alueella. Tämä puolestaan ​​johtaa jännitevaihteluihin ja välkyntään verkkoon kytketyn käyttäjän kuormituspäässä.

Tällä hetkellä aurinkosähkön jännitteen vaihtelu- ja välkyntäongelmien ratkaisut ovat seuraavat:

1) Optimoi aurinkosähköverkkoon kytkettyjen invertterien ohjausstrategiaa jännitteen vakauden parantamiseksi.

2) Lisää sähköaseman väylän oikosulkukapasiteettia.

3) Kun aurinkosähkövoimalaitoksen kapasiteetti määritetään, sen tehokerrointa kasvatetaan kokonaispätötehon lisäämiseksi, mikä vähentää loistehon muutosta ja täyttää jännitevaihteluiden raja-arvot.

 

3.3 Tasavirtainjektio-ongelma

Toinen keskeinen ratkaistava ongelma verkkoon kytketyssä aurinkosähköntuotantojärjestelmässä on tasavirtasyöttö. Tasavirtasyöttö vaikuttaa verkon sähkönlaatuun ja aiheuttaa myös haitallisia vaikutuksia muihin verkossa oleviin laitteisiin. IEEESTD929-2000 ja IEEESTD547-2000 määräävät selvästi, että verkkoon kytketyn sähköntuotantolaitteen verkkoon syöttämä tasavirtakomponentti ei saa ylittää 0,5 % laitteen nimellisvirrasta. Tasavirtasyötön tärkeimmät syyt ovat:

1) Itse tehoelektroniikkalaitteen hajonta sekä käyttöpiirin epäjohdonmukaisuus ja epäsymmetria; 2) Suurtehosäätimen mittauslaitteiden nollapisteytys ja epälineaarisuus; 3) Kunkin kytkentälaitteen linjaimpedanssin epäsymmetria, loisparametrien ja loissähkömagneettisten kenttien vaikutus jne.

Tällä hetkellä tärkeimmät menetelmät tasavirtainjektion estämiseksi ovat: 1) ilmaisun kompensointimenetelmä; 2) invertterin verkkoon kytketyn rakenteen optimointi ja suunnittelu; 3) kondensaattorien suoraerotus; 4) virtuaalikapasitanssimenetelmä; 5) laitteen erotusmuuntaja.

 

3.4 Saarivaikutuksen vaikutus

Saarellisuusilmiöllä tarkoitetaan ilmiötä, jossa sähköverkon virransyöttö keskeytyy ihmisen tai luonnon aiheuttamien tekijöiden vuoksi, mutta verkkoon kytketty aurinkosähköntuotantojärjestelmä ei havaitse sähköverkon katkostilaa ajoissa, joten aurinkosähköntuotantojärjestelmä ja siihen liitetty kuorma toimivat edelleen itsenäisesti. Verkkoon kytketyn aurinkosähköntuotannon käyttöasteen jatkuvasti kasvaessa saarekeilmiön todennäköisyys kasvaa vähitellen. Saarellisuusilmiön muodostumisella on kielteisiä vaikutuksia koko jakeluverkon sähkönlaatuun, pääasiassa seuraaviin tekijöihin:

1) Saarekevaikutuksen esiintymispaikassa jännite ja taajuus vaihtelevat suuresti, mikä heikentää sähkön laatua. Saarekkeessa olevaa jännitettä ja taajuutta ei säädellä sähköverkolla, mikä voi vahingoittaa järjestelmän sähkölaitteita ja aiheuttaa uudelleenkytkentävikoja. Lisäksi se voi aiheuttaa henkilökohtaisia ​​turvallisuusriskejä sähköverkon huoltohenkilöstölle.

2) Virransyötön palautuessa jännitevaiheiden välisen epäsynkronisuuden vuoksi syntyy käynnistysvirta, joka voi aiheuttaa verkon aaltomuodon välittömän laskun.

3) Aurinkosähköntuotantojärjestelmän saarekevaikutuksen jälkeen, jos alkuperäinen virransyöttötila on yksivaiheinen virransyöttötila, on mahdollista aiheuttaa kolmivaiheisen kuormituksen epäsymmetria jakeluverkossa ja siten heikentää muiden käyttäjien sähkönkulutuksen yleistä laatua.

4) Kun jakeluverkko siirtyy saareketilaan ja luottaa vain aurinkosähköntuotantojärjestelmään sähkön toimittamisessa, jos virransyöttöjärjestelmän kapasiteetti on liian pieni tai energian varastointilaitetta ei ole asennettu, se voi aiheuttaa jännitteen epävakautta ja välkyntää käyttäjän kuormassa.

Saarevaikutuksen osalta on olemassa pääasiassa seuraavat ratkaisut:

1) Optimoida verkkoon kytketyn aurinkosähköntuotantojärjestelmän saarekkeiden tunnistusmenetelmää, analysoida aurinkosähköntuotannon vaikutusta vikavirran kokoon, suuntaan ja jakautumiseen jakeluverkossa sekä parantaa kuormituksen leikkausnopeuden ja saarekkeiden jaon valintatekniikkaa vikatilanteissa.

2) Paranna saarekkeiden tunnistustekniikan luotettavuutta, konfiguroi nopea ja tehokas saarekkeiden vastainen suojaustoiminto, arvioi saarekkeiden tila tarkasti epänormaaleissa olosuhteissa ja keskeytä verkkoyhteys nopeasti ja tehokkaasti.