L'impatto della generazione di energia fotovoltaica connessa alla rete sulla qualità dell'energia e sulle soluzioni

3. L'influenza della generazione di energia fotovoltaica connessa alla rete sulla qualità dell'energia della rete

La generazione di energia fotovoltaica, in quanto nuova fonte di energia, è influenzata principalmente da fattori esterni quali casualità, volatilità e variazioni intermittenti. Tra questi, l'inverter CC-CA è uno dei principali dispositivi di un sistema di generazione di energia fotovoltaica connesso alla rete, e la qualità dell'inverter fotovoltaico determina se la qualità dell'energia prodotta dal sistema di generazione di energia fotovoltaica soddisfa in una certa misura i requisiti di un sistema connesso alla rete. Quando un sistema di generazione di energia fotovoltaica è connesso alla rete, si verificano problemi come armoniche, fluttuazioni di tensione e sfarfallio, iniezione di corrente continua ed effetto isola, che riducono la qualità dell'energia della rete e causano effetti negativi sulla rete stessa. Nei casi più gravi, ciò compromette il funzionamento sicuro e stabile del sistema di alimentazione e delle apparecchiature di generazione di energia fotovoltaica stesse.

 

3.1 Influenza armonica

La generazione di energia fotovoltaica consiste nel convertire l'energia solare in corrente continua attraverso i moduli fotovoltaici e, tramite l'inverter connesso alla rete, converterla in corrente alternata per ottenere la connessione alla rete. Nel sistema di generazione di energia fotovoltaica, l'inverter è l'apparecchiatura principale per la produzione di armoniche. L'elevato numero di applicazioni di componenti elettronici di potenza negli inverter connessi alla rete ha migliorato l'elaborazione intelligente e informativa del sistema, ma ha anche aumentato un gran numero di carichi non lineari, causando distorsioni della forma d'onda e introducendo un elevato numero di armoniche nel sistema. Il ritardo nella velocità di commutazione dell'inverter influirà anche sulle prestazioni dinamiche complessive del sistema di alimentazione, con conseguente riduzione dell'intervallo di armoniche. Se le condizioni meteorologiche (irradiazione, temperatura) variano notevolmente, anche l'intervallo di fluttuazione delle armoniche aumenterà. Sebbene le armoniche della corrente di uscita di un singolo inverter connesso alla rete siano ridotte, le armoniche della corrente di uscita di più inverter connessi alla rete si sovrapporranno dopo il collegamento in parallelo, con conseguente superamento dello standard delle armoniche della corrente di uscita. Inoltre, il collegamento in parallelo degli inverter può facilmente produrre una risonanza parallela, che porta al fenomeno della risonanza di accoppiamento, con conseguente espansione della corrente armonica specifica e il problema dell'eccessivo contenuto armonico della corrente collegata alla rete.

Per risolvere il problema della qualità dell'energia dopo l'accesso al fotovoltaico, vengono proposti metodi efficaci per la soppressione delle armoniche:

1) Partendo dalla sorgente di generazione delle armoniche, la sorgente armonica viene riformata per ridurre l'iniezione di armoniche.

2) Dispositivi di filtri attivi o passivi per assorbire un numero specifico di correnti armoniche.

3) Installare dispositivi aggiuntivi di compensazione armonica.

 

3.2 Fluttuazioni e sfarfallii di tensione

Nella rete di distribuzione tradizionale, la variazione nel tempo della potenza attiva e reattiva causa fluttuazioni della tensione di sistema. Per la generazione di energia fotovoltaica, la variazione della potenza attiva del sistema di generazione di energia fotovoltaica è il fattore principale che causa fluttuazioni di tensione e sfarfallio del punto di accesso. Il punto di alta potenza dei pannelli fotovoltaici, componenti principali del sistema di generazione di energia fotovoltaica, è strettamente correlato all'intensità della radiazione, alle condizioni meteorologiche, alla stagione, alla temperatura e ad altri fattori, e le variazioni casuali di questi fattori naturali causano notevoli variazioni della potenza in uscita, con conseguenti frequenti variazioni della potenza di carico entro un certo intervallo, con conseguenti fluttuazioni di tensione e sfarfallio sul lato carico dell'utente connesso alla rete.

Attualmente, le soluzioni ai problemi di fluttuazione della tensione fotovoltaica e di sfarfallio sono le seguenti:

1) Ottimizzare la strategia di controllo degli inverter fotovoltaici collegati alla rete per migliorare la stabilità della tensione.

2) Aumentare la capacità di cortocircuito del bus della sottostazione.

3) Una volta determinata la capacità della centrale fotovoltaica, il suo fattore di potenza viene aumentato per aumentare la potenza attiva totale, riducendo così la quantità di variazione di potenza reattiva e soddisfacendo i requisiti limite delle fluttuazioni di tensione.

 

3.3 Problema di iniezione di corrente continua

Un altro problema chiave da risolvere nei sistemi di generazione di energia fotovoltaica connessi alla rete è l'iniezione di corrente continua. L'iniezione di corrente continua influisce sulla qualità dell'energia in rete e ha effetti negativi anche sulle altre apparecchiature collegate. Le normative IEEEStd929-2000 e IEEEStd547-2000 stabiliscono chiaramente che la componente di corrente continua immessa in rete dal dispositivo di generazione di energia connesso alla rete non può superare lo 0,5% della corrente nominale del dispositivo. Le principali ragioni per cui si verifica l'iniezione di corrente continua sono:

La dispersione del dispositivo elettronico di potenza stesso e l'incoerenza e l'asimmetria del circuito di azionamento; 2) Deriva dello zero e non linearità dei dispositivi di misura nel controller ad alta potenza; 3) Asimmetria dell'impedenza di linea di ciascun dispositivo di commutazione, influenza dei parametri parassiti e dei campi elettromagnetici parassiti, ecc.

Attualmente, i metodi principali per sopprimere l'iniezione di CC includono: 1) metodo di compensazione del rilevamento; 2) ottimizzazione e progettazione della struttura dell'inverter collegata alla rete; 3) separazione diretta del condensatore; 4) metodo della capacità virtuale; 5) trasformatore di isolamento del dispositivo.

 

3.4 L'effetto dell'effetto isola

L'effetto isola si riferisce al fenomeno per cui l'alimentazione di rete viene interrotta a causa di fattori umani o naturali, ma ciascun sistema di generazione di energia fotovoltaica connesso alla rete non riesce a rilevare in tempo lo stato di blackout, cosicché il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il carico collegato continuano a funzionare in modo indipendente. Con la continua espansione del tasso di penetrazione dell'accesso alla generazione di energia fotovoltaica connessa alla rete, la probabilità di un effetto isola è in graduale aumento. La formazione dell'effetto isola ha effetti negativi sulla qualità dell'energia dell'intera rete di distribuzione, tra cui principalmente:

1) Nel punto in cui si verifica l'effetto isola, la tensione e la frequenza fluttuano notevolmente, riducendo la qualità dell'energia; inoltre, la tensione e la frequenza nell'isola non sono controllate dalla rete elettrica, il che può causare danni alle apparecchiature elettriche del sistema e guasti di richiusura, oltre a rappresentare un rischio per la sicurezza personale del personale addetto alla manutenzione della rete elettrica.

2) Durante il processo di ripristino dell'alimentazione, verrà generata una corrente di spunto a causa dell'asincronismo tra le fasi di tensione, che potrebbe causare un calo istantaneo della forma d'onda della rete.

3) Dopo l'effetto isola del sistema di generazione di energia fotovoltaica, se la modalità di alimentazione originale è monofase, è possibile che si verifichi il problema dell'asimmetria del carico trifase nella rete di distribuzione e quindi si riduca la qualità complessiva del consumo di elettricità degli altri utenti.

4) Quando la rete di distribuzione passa alla modalità isola e si affida esclusivamente al sistema di generazione di energia fotovoltaica per fornire elettricità, se la capacità del sistema di alimentazione è troppo piccola o non è installato alcun dispositivo di accumulo di energia, potrebbero verificarsi instabilità di tensione e problemi di sfarfallio nel carico dell'utente.

Per quanto riguarda l'impatto dell'effetto isola, le soluzioni disponibili sono principalmente le seguenti:

1) Ottimizzare il metodo di rilevamento delle isole del sistema di generazione di energia fotovoltaica connesso alla rete, analizzare l'influenza della generazione di energia fotovoltaica sulle dimensioni, la direzione e la distribuzione della corrente di guasto nella rete di distribuzione e migliorare la tecnologia di selezione della velocità di taglio del carico e della divisione delle isole in condizioni di guasto.

2) Migliorare l'affidabilità della tecnologia di rilevamento delle isole, configurare una funzione di protezione anti-isola rapida ed efficace, valutare con precisione lo stato dell'isola in circostanze anomale e interrompere rapidamente ed efficacemente la connessione alla rete.