Samenvatting: Fotovoltaïsche energieopwekking, als nieuwe en vervuilingsvrije methode voor energieopwekking, heeft de vraag naar traditionele elektrische energie aanzienlijk verminderd. Echter, voor het netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem, vanwege de inherente willekeur, volatiliteit en intermitterende kenmerken, en het feit dat het netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem een groot aantal niet-lineaire elektronische componenten bevat, vergeleken met traditionele methoden voor energieopwekking, heeft fotovoltaïsche energieopwekking de stroomkwaliteit van het net een grote impact. Dit artikel analyseert de harmonischen, spanningsfluctuaties en -flikkeringen, DC-injectie, het eilandeffect en andere problemen die worden veroorzaakt door netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekking op het elektriciteitsnet, en bestudeert en bespreekt haalbare maatregelen om de stroomkwaliteit te verbeteren.
Invoering
Met de versnelling van het internationaliseringsproces, de snelle ontwikkeling van de wereldeconomie en de toename van het energieverbruik, en de geleidelijke uitputting van traditionele energiebronnen, worden milieuproblemen steeds ernstiger. Zonne-energie als een schone, vervuilingsvrije hernieuwbare energiebron heeft de laatste jaren veel aandacht gekregen. De geïnstalleerde capaciteit van fotovoltaïsche energieopwekking blijft de afgelopen jaren groeien en ook de elektriciteitsvoorziening op het net is jaar na jaar toegenomen. Vanwege de kenmerken van de geïnstalleerde capaciteit is deze echter over het algemeen klein, de locatie relatief verspreid en de grote schommelingen in het uitgangsvermogen, wat een grote impact heeft op de stroomkwaliteit van het net. Daarom is het van groot belang om de invloed van fotovoltaïsche energieopwekking op de stroomkwaliteit te bestuderen om de stroomproductie en de veilige en stabiele werking van het elektriciteitsnet te bevorderen.
1. Basisprincipe van fotovoltaïsche energieopwekking
Fotovoltaïsche energieopwekking maakt gebruik van het fotovoltaïsche effect op het oppervlak van de halfgeleider om een gelijkstroom door het licht aan beide uiteinden van het halfgeleidermateriaal te sturen. Wanneer de zon op het PN-knooppunt van de halfgeleider schijnt, wordt een nieuw elektron-gatpaar gevormd. Nadat het foton het elektron uit de covalente binding heeft gehaald, stroomt het elektron naar het N-gebied en het gat naar het P-gebied, wat resulteert in een potentiaalverschil tussen de twee uiteinden van de halfgeleider. Zodra het circuit aan beide uiteinden van de PN-overgang is aangesloten, ontstaat er een stroom die via het externe circuit van de P-zone naar de N-zone loopt, waarna het elektrische vermogen naar de belasting wordt gestuurd.
2. Structuur en classificatie van op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekking
Een op het net aangesloten fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem bestaat voornamelijk uit een zonnepaneel (module), een High Power Tracking (MPPT)-controller, een DC-AC-omvormer en diverse onderdelen, met een geïsoleerde bipolaire transistor (IG-BT) als schakelelement van de fotovoltaïsche omvormer. De DC-uitgang van de zonnecel wordt door de DC-DC-omvormer verhoogd om de spanning te verhogen, waarna de DC wordt omgezet in wisselstroom met dezelfde amplitude, frequentie en fase als de zonnecel.DIN-rail spanningsmetervan het elektriciteitsnet via de DC-AC-omvormer, om zo de integratie in het elektriciteitsnet te realiseren of de wisselstroombelasting te voeden. De structuur van het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem is weergegeven in figuur 1.
Figuur 1 Structuur van een op het net aangesloten fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem
Afhankelijk van de netgekoppelde werkingsmodus kan het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem worden onderverdeeld in drie vormen: tegenstroomgekoppeld, zonder tegenstroomgekoppeld en schakelend. Een netgekoppeld fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem is rechtstreeks aangesloten op het elektriciteitsnet, vereist geen energieopslagbatterijen, bespaart vloeroppervlak, verlaagt de configuratiekosten aanzienlijk en het tekort aan stroom wordt aangevuld door het elektriciteitsnet. Daarom is een netgekoppeld fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem de belangrijkste ontwikkelingsrichting voor zonne-energieopwekking en is het in dit stadium ook een potentiële nieuwe methode voor energieopwekking.
3. De invloed van netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekking op de stroomkwaliteit van het net
Fotovoltaïsche energieopwekking als nieuwe energiebron, verlichting, temperatuur en andere externe omstandigheden zoals willekeur, volatiliteit en intermitterende veranderingen zijn de belangrijkste factoren die de impact van fotovoltaïsche energieopwekking op het net beïnvloeden. De DC-AC-omvormer is een van de belangrijkste apparaten in een netgekoppeld fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem, en de kwaliteit van de omvormer bepaalt of de vermogenskwaliteit van de fotovoltaïsche energieopwekking tot op zekere hoogte voldoet aan de eisen van een netgekoppeld systeem. Wanneer fotovoltaïsche energieopwekking op het net is aangesloten, zullen problemen zoals harmonischen, spanningsschommelingen en -flikkeringen, DC-injectie en het eilandeffect optreden, die de vermogenskwaliteit van het net zullen verminderen en nadelige effecten op het net zullen hebben. In ernstige gevallen zal dit de veilige en stabiele werking van het stroomvoorzieningssysteem en de fotovoltaïsche energieopwekkingsapparatuur zelf verstoren.
3.1 Harmonische invloed
Fotovoltaïsche energieopwekking bestaat uit het omzetten van zonne-energie in gelijkstroom via fotovoltaïsche modules en vervolgens via de netgekoppelde omvormer om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom om netgekoppeld te worden. In het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem is de omvormer de belangrijkste apparatuur die harmonischen produceert. Het grote aantal toepassingen van vermogenselektronica in netgekoppelde omvormers heeft de informatie en intelligente verwerking van het systeem verbeterd, maar het verhoogt ook het aantal niet-lineaire belastingen, wat leidt tot golfvormvervorming en een groot aantal harmonischen in het systeem. De vertraging van de schakelsnelheid van de omvormer heeft ook invloed op de output van de algehele dynamische prestaties binnen het energiesysteem, wat resulteert in een klein bereik van harmonischen. Als het weer (instraling, temperatuur) sterk verandert, zal het fluctuatiebereik van harmonischen ook groter worden. Hoewel de harmonischen van de uitgangsstroom van een enkele netgekoppelde omvormer klein zijn, zullen de harmonischen van de uitgangsstroom van meerdere netgekoppelde omvormers overlappen wanneer ze parallel worden geschakeld. Dit resulteert in het fenomeen van uitgangsharmonischen die de norm overschrijden. Bovendien veroorzaakt de parallelschakeling van omvormers gemakkelijk parallelresonantie, wat leidt tot het fenomeen van koppelingsresonantie, wat resulteert in de uitbreiding van de specifieke harmonische stroom en het probleem van een te hoog harmonisch gehalte van de netgekoppelde stroom.
Om het probleem van de stroomkwaliteit na de toegang tot fotovoltaïsche systemen aan te pakken, worden de volgende effectieve methoden voor het onderdrukken van harmonischen voorgesteld:
1) Uitgaande van de bron waar harmonischen worden gegenereerd, wordt de bron van de harmonischen hervormd om de injectie van harmonischen te verminderen.
2) Actieve of passieve filters om een specifiek aantal harmonische stromen te absorberen.
3) Installeer extra harmonische compensatieapparaten.
3.2 Spanningsschommelingen en flikkeringen
In het traditionele distributienetwerk veroorzaakt de verandering van actief en reactief vermogen in de loop van de tijd schommelingen in de systeemspanning. Bij fotovoltaïsche energieopwekking is de verandering van actief vermogen van het fotovoltaïsche systeem de belangrijkste factor die spanningsschommelingen en flikkering van het toegangspunt veroorzaakt. Het hoge vermogen van fotovoltaïsche panelen, de kerncomponenten van het fotovoltaïsche systeem, is nauw verbonden met de stralingsintensiteit, het weer, het seizoen, de temperatuur en andere factoren. De willekeurige veranderingen van deze natuurlijke factoren zorgen ervoor dat het uitgangsvermogen sterk varieert, wat resulteert in frequente veranderingen in het belastingsvermogen binnen een bepaald bereik, wat resulteert in spanningsschommelingen en flikkering aan de belastingszijde van de netgekoppelde gebruiker.
Momenteel zijn de oplossingen voor de problemen met spanningsschommelingen en flikkering in fotovoltaïsche systemen als volgt:
1) Optimaliseer de regelstrategie van op het net aangesloten fotovoltaïsche omvormers om de spanningsstabiliteit te verbeteren.
2) Verhoog de kortsluitcapaciteit van de onderstationbus.
3) Zodra de capaciteit van de fotovoltaïsche energiecentrale is bepaald, wordt de vermogensfactor ervan verhoogd om het totale actieve vermogen te vergroten. Hierdoor wordt de verandering in reactief vermogen verminderd en wordt voldaan aan de limietvereisten voor spanningsschommelingen.
3.3 Dc-injectieprobleem
Een ander belangrijk probleem dat moet worden opgelost in netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen is DC-injectie. DC-injectie beïnvloedt de netkwaliteit en heeft ook nadelige gevolgen voor andere apparatuur in het net. IEEEStd929-2000 en IEEEStd547-2000 bepalen duidelijk dat de DC-stroomcomponent die door het netgekoppelde energieopwekkingsapparaat in het net wordt geïnjecteerd, niet meer mag bedragen dan 0,5% van de nominale stroom van het apparaat. De belangrijkste redenen voor DC-injectie zijn:
De spreiding van het vermogenselektronische apparaat zelf en de inconsistentie en asymmetrie van het aandrijfcircuit; 2) Nulpuntsverloop en niet-lineariteit van meetinstrumenten in hoogvermogenregelaars; 3) Asymmetrie van de lijnimpedantie van elk schakelapparaat, invloed van parasitaire parameters en parasitaire elektromagnetische velden, enz.
De belangrijkste methoden om DC-injectie te onderdrukken zijn momenteel: 1) detectiecompensatiemethode; 2) optimaliseren en ontwerpen van de op het net aangesloten structuur van de omvormer; 3) rechte scheiding van de condensator; 4) virtuele capaciteitsmethode; 5) apparaat-isolatietransformator.
3.4 Het effect van het eilandeffect
Het eilandeffect verwijst naar het fenomeen waarbij de stroomvoorziening van het net wordt onderbroken door menselijke of natuurlijke factoren, maar elk op het net aangesloten fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem de stroomuitval niet tijdig detecteert, waardoor het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem en de aangesloten apparatuur nog steeds onafhankelijk van elkaar functioneren. Met de voortdurende toename van de toegangspenetratiegraad van op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekking neemt de kans op het eilandeffect geleidelijk toe. Het ontstaan van het eilandeffect heeft nadelige gevolgen voor de stroomkwaliteit van het gehele distributienetwerk, met name:
1) Op de locatie waar het eilandeffect optreedt, schommelen de spanning en frequentie sterk, waardoor de stroomkwaliteit afneemt. Bovendien worden de spanning en frequentie op het eiland niet door het elektriciteitsnet geregeld, wat schade aan de elektrische apparatuur van het systeem en storingen bij het opnieuw inschakelen kan veroorzaken. Bovendien kan het leiden tot gevaren voor de persoonlijke veiligheid van het onderhoudspersoneel van het elektriciteitsnet.
2) Tijdens het herstel van de stroomvoorziening wordt er door de asynchroniteit tussen de spanningsfasen een inschakelstroom gegenereerd, waardoor de netwerkgolfvorm plotseling kan dalen.
3) Na het eilandeffect van het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem kan, als de oorspronkelijke stroomvoorzieningsmodus een eenfase-stroomvoorzieningsmodus is, het probleem van driefasenbelastingasymmetrie in het distributienetwerk ontstaan en vervolgens de algehele kwaliteit van het elektriciteitsverbruik van andere gebruikers verminderen.
4) Wanneer het distributienetwerk overschakelt naar de eilandmodus en alleen nog maar afhankelijk is van het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem om elektriciteit te leveren, kan dit spanningsinstabiliteit en flikkeringsproblemen in de gebruikersbelasting veroorzaken als de capaciteit van het energievoorzieningssysteem te klein is of er geen energieopslagapparaat is geïnstalleerd.
Voor de impact van het eilandeffect zijn er voornamelijk de volgende oplossingen:
1) Optimaliseer de methode voor eilanddetectie van op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen, analyseer de invloed van fotovoltaïsche energieopwekking op de omvang, richting en verdeling van foutstroom in het distributienetwerk en verbeter de selectietechnologie voor de snelheid van lastafsnijding en eilandverdeling onder foutcondities.
2) Verbeter de betrouwbaarheid van technologie voor eilanddetectie, configureer een snelle en effectieve anti-eilandbeschermingsfunctie, beoordeel nauwkeurig de eilandstatus onder abnormale omstandigheden en onderbreek snel en effectief de netwerkverbinding.
4. Oplossing
4.1 Online monitoring van de stroomkwaliteit
Het APView500-apparaat voor online netkwaliteitsbewaking maakt gebruik van een krachtig multi-coreplatform en een ingebouwd besturingssysteem. Het meet de netkwaliteitsindicatoren volgens de meetmethoden die zijn gespecificeerd in IEC61000-4-30 "Test- en meettechnologie - Meetmethoden voor netkwaliteit". Het integreert harmonische analyse, golfvormbemonstering, spanningsdips/-stijgingen/-onderbrekingen, flickerbewaking, spanningsonbalansbewaking, gebeurtenisregistratie, meetregeling en andere functies. Het apparaat voldoet aan de IEC61000-4-30A-norm voor de standaardisatie van meetmethoden voor netkwaliteitsindexparameters, de meetnauwkeurigheid van indexparameters, kloksynchronisatie, gebeurtenismarkeringsfunctie en andere aspecten, en voldoet aan de eisen voor netkwaliteitsbewaking van voedingssystemen van 110 kV en lager.
4.2 Anti-eilandbeveiligingsapparaat
Wanneer het anti-eilandbeveiligingsapparaat abnormale gegevens detecteert, zoals omgekeerde stroomtoevoer, frequentiemutatie, enz., dat wil zeggen wanneer het eilandfenomeen optreedt, kan het apparaat samenwerken met de stroomonderbreker om het knooppunt snel af te sluiten, zodat de centrale en de kant van het elektriciteitsnet snel worden gescheiden en de veiligheid van de hele energiecentrale en het bijbehorende onderhoudspersoneel wordt gewaarborgd.
4.3 Productintroductie
| Naam | Type | Afbeelding | Functie |
| Apparaat voor online bewaking van de stroomkwaliteit | APView500 |  | 16 AC-spannings-/stroomkanalen 16 programmeerbare passieve relaisuitgangen 22 actieve schakelingangskanalen 2 RS485-interfaces 4 Ethernet-interfaces 1 GPS-timinginterface, met ondersteuning voor IRIG-B-timing 1-kanaals RS232-interface 1 USB-interface |
| Anti-eilandbeschermingsapparaat | AM5SE-IS |  | 3-traps overstroombeveiliging, laagspanningsbeveiliging, nulsequentie-overspanningsbeveiliging (beveiliging/alarm), beveiliging tegen omgekeerde stroom, frequentiebeveiliging (verlaging van de lage frequentiebelasting/beveiliging van de hoge frequentie), overstroombeveiliging na acceleratie, alarm voor loskoppeling van de regellus, FC-lus met overstroomblokkeringsfunctie, alarm voor loskoppeling van de CT |
| Multi-loop busbox | APV-M4 |   | Monitoring van de samenvloeiing van fotovoltaïsche systemen met 4 lussen |
| APV-M8 | Monitoring van de samenvloeiing van fotovoltaïsche systemen met 8 lussen | ||
| APV-M10 | Monitoring van de samenvloeiing van fotovoltaïsche systemen met 10 lussen | ||
| APV-M12 | Monitoring van de samenvloeiing van fotovoltaïsche systemen met 12 lussen | ||
| APV-M16 | Monitoring van de samenvloeiing van fotovoltaïsche systemen met 16 lussen | ||
| Fotovoltaïsch samenvloeiingsverzamelapparaat | AGF-T |  | Controleer de bedrijfsstatus van het paneel in de fotocelreeks, meet de seriestroom, verzamel de status van de bliksemafleider in de busbox en verzamel de status van de DC-stroomonderbreker |
| Tegenstroombewakingsapparaat | AGF-AE |  | Nominale spanning draadpaar N: 120V Nominale spanning draad-tot-draad: 208/240V Ondersteund netwerk: L1/L2/N/PE Communicatie: RS485 |
| Tegenstroomdetectieapparaat | ACR10R |  | Geïntegreerde meting van alle vermogensparameters en vermogensbewaking en -beoordelingsbeheer, en kan de functie "afstandsmelding" en "afstandsbesturing" van de stroomonderbreker realiseren |
| Apparaat voor het bewaken van de stroomkwaliteit | APM830 |  | Netwerk: drie fasen drie-aderig, drie fasen vier-aderig Functies: meting van het volledige vermogen, vermogensstatistieken, analyse van de stroomkwaliteit, golfregistratiefunctie, gebeurtenisregistratiefunctie Nauwkeurigheid: 0,5S-klasse |
5. Conclusie
Met de snelle ontwikkeling van de Chinese fotovoltaïsche energieopwekkingsindustrie nemen de geïnstalleerde capaciteit en hoeveelheid netgekoppelde fotovoltaïsche energie toe, wat de stroomkwaliteit van het net sterk heeft beïnvloed. Daarom is het noodzakelijk om de invloed van netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekking op de stroomkwaliteit van het net te bestuderen. Dit artikel analyseert het basisprincipe en de structurele kenmerken van fotovoltaïsche energieopwekking, bespreekt de oorzaken van harmonischen, spanningsfluctuaties en -flikkering, gelijkstroominjectie en het eilandeffect in netgekoppelde fotovoltaïsche energieopwekking, en stelt haalbare maatregelen voor om de stroomkwaliteit te verbeteren, wat een zekere referentiewaarde heeft voor de verdere verbetering van de stroomkwaliteit van fotovoltaïsche energieopwekking.
Referenties
[1] Li Hailong, Huang Hongbin, Tan Xiaodon. Analyse van de invloed van op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekking op de stroomkwaliteit [J]. Electrical Technology and Economy, 2019:73-75.
[2] Wang Yunguo. Analyse van de invloed van op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekking op de stroomkwaliteit [J]. Landbouwtechnologie en -apparatuur, 2012, (08): 53-54.
[3] Xu Wenli, Bao Wei, Wang Jubo.etc Onderzoeksoverzicht over de invloed van op het net aangesloten gedistribueerde stroom op de stroomkwaliteit [J]. Power Supply Technology, 2016, (12): 2799-2801.
[4] Ding Ming, Wang Weishen, Wang Xiuli, etc. Overzicht van de impact van grootschalige fotovoltaïsche energieopwekking op energiesystemen [J]. Proceedings of the CSEE, 2014, (01):1-7.
[5] Bao Dangquan. Invloed en tegenmaatregelen van op het net aangesloten gedistribueerde fotovoltaïsche energieopwekking op het distributienetwerk [J]. China's nieuwe technologie en nieuwe producten, 2017, (06)71-72.
[6] Guo Yuhang. Discussie over de invloed en tegenmaatregelen van op het net aangesloten gedistribueerde PV op het distributienetwerk [J]. Science and Technology Innovation Guide, 2017, (03): 27-29.
[7] Zhou Xingyu. Overzicht van de impact van grootschalige fotovoltaïsche energieopwekking op het elektriciteitsnet [J]. China Equipment Engineering, 2017, (01): 157-158.
Geplaatst op: 6 mei 2025