Влияние фотоэлектрической энергетики, подключенной к сети, на качество энергии и решения

Аннотация:Фотоэлектрическая энергия, как новый и экологически чистый метод производства электроэнергии, значительно снизила спрос на традиционную электроэнергию.Однако для подключенной к сети фотоэлектрической системы производства электроэнергии из-за присущей ей случайности, нестабильности и прерывистых характеристик, а также подключенной к сети фотоэлектрической системы производства энергии содержит большое количество нелинейных силовых электронных компонентов по сравнению с традиционными методами производства электроэнергии, Производство фотоэлектрической энергии имеет большое значение. Качество электроэнергии в сети имеет большое значение.В этой статье анализируются гармоники, колебания напряжения и мерцание, инжекция постоянного тока, эффект изолированности и другие проблемы, вызванные генерацией фотоэлектрической энергии, подключенной к сети, а также изучаются и обсуждаются возможные меры по улучшению качества электроэнергии.

0 Введение

С ускорением процесса интернационализации, быстрым развитием мировой экономики потребление энергии также увеличилось, а постепенное истощение традиционных энергетических и экологических проблем становится все более серьезным, солнечная энергия как чистая, незагрязненная возобновляемая энергия была уделено пристальное внимание людей.В последние годы установленная мощность фотоэлектрической генерации продолжает расширяться, а сетевая электроэнергия также увеличивается из года в год, но из-за характеристик ее установленной мощности, как правило, невелика, расположение площадки относительно рассредоточено, и Колебания выходной мощности велики, это также оказало большое влияние на качество электроэнергии в сети.Поэтому очень важно изучить влияние фотоэлектрической генерации на качество электроэнергии, чтобы способствовать производству электроэнергии и безопасной и стабильной работе энергосистемы.

1. Основной принцип фотоэлектрической генерации энергии

При производстве фотоэлектрической энергии используется фотоэлектрический эффект, присутствующий на поверхности полупроводника, для передачи постоянного тока через свет на обоих концах полупроводникового материала.Когда солнце светит на PN-узел полупроводника, образуется новая пара электрон-дырка, и после того, как фотон возбуждает электрон из ковалентной связи, электрон перетекает в область N, а дырка перетекает в область P, что приводит к разность потенциалов между двумя концами полупроводника.После подключения цепи на обоих концах PN-перехода образуется ток, текущий из зоны P в зону N через внешнюю цепь, и электрическая мощность будет выводиться на нагрузку.

2 Структура и классификация фотоэлектрической энергетики, подключенной к сети

Подключенная к сети фотоэлектрическая система производства электроэнергии в основном состоит из солнечной панели (модуля), контроллера слежения за высокой мощностью (MPPT), инвертора постоянного и переменного тока, нескольких частей, с использованием биполярного транзистора с изолированным затвором (IG-BT) в качестве переключающего элемента фотоэлектрического инвертора.Выход постоянного тока солнечной батареи повышается преобразователем постоянного тока для повышения уровня напряжения, а затем постоянный ток преобразуется в переменный ток с той же амплитудой, частотой и фазой, что и напряжение электросети через преобразователь постоянного тока в переменный. инвертор, чтобы реализовать интеграцию в электросеть или подачу питания на нагрузку переменного тока.Структура фотоэлектрической системы производства электроэнергии показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура фотоэлектрической системы производства электроэнергии, подключенной к сети.

В зависимости от режима работы с подключением к сети фотоэлектрическую систему производства электроэнергии можно разделить на три формы: противоток с подключением к сети, без противотока с подключением к сети и коммутационное подключение к сети.Сетевая фотоэлектрическая система производства электроэнергии напрямую подключается к электросети, не требует аккумуляторных батарей, экономит площадь помещения, значительно снижает стоимость конфигурации, а дефицит мощности нагрузки восполняется за счет электросети.Таким образом, сетевая фотоэлектрическая система производства электроэнергии является основным направлением развития производства солнечной энергии, а также потенциальным новым методом производства энергии на данном этапе.

• Влияние фотоэлектрической генерации, подключенной к сети, на качество электроэнергии в сети

Производство фотоэлектрической энергии как новое производство энергии, освещение, температура и другие внешние условия случайности, нестабильности, периодических изменений являются основными факторами воздействия производства фотоэлектрической энергии на сеть.Среди них инвертор постоянного и переменного тока является одним из основных устройств фотоэлектрической системы производства электроэнергии, подключенной к сети, и качество фотоэлектрического инвертора определяет, может ли качество электроэнергии при производстве фотоэлектрической энергии в определенной степени соответствовать требованиям подключенной к сети.Когда фотоэлектрическая электростанция подключена к сети, возникают такие проблемы, как гармоники, колебания напряжения и мерцание, инжекция постоянного тока и островной эффект, что снижает качество электроэнергии в сети и оказывает неблагоприятное воздействие на сеть.В серьезных случаях это нарушит безопасную и стабильную работу системы электроснабжения и самого фотоэлектрического оборудования.

3.1 Гармоническое влияние

Производство фотоэлектрической энергии заключается в преобразовании солнечной энергии в постоянный ток через фотоэлектрические модули, а затем через подключенный к сети инвертор для преобразования постоянного тока в переменный ток для достижения подключения к сети.В фотоэлектрической системе производства электроэнергии инвертор является основным оборудованием, вырабатывающим гармоники.Большое количество применений силовых электронных компонентов в инверторах, подключенных к сети, улучшило информационную и интеллектуальную обработку системы, но также увеличивает количество нелинейных нагрузок, вызывающих искажение формы сигнала и вносящих в систему большое количество гармоник.Задержка скорости переключения инвертора также повлияет на общие динамические характеристики энергосистемы, что приведет к небольшому диапазону гармоник.Если погода (освещенность, температура) сильно изменится, диапазон колебаний гармоник также станет больше.Хотя гармоники выходного тока одного инвертора, подключенного к сети, невелики, гармоники выходного тока нескольких инверторов, подключенных к сети, будут накладываться после их параллельного подключения, что приводит к тому, что гармоники выходного тока превышают стандарт.Кроме того, параллельное соединение инверторов легко создает параллельный резонанс, что приводит к явлению резонанса связи, что приводит к расширению удельного гармонического тока и проблеме чрезмерного содержания гармоник в токе, подключенном к сети.

С целью решения проблемы качества электроэнергии после доступа к фотоэлектрическим системам предлагаются эффективные методы подавления гармоник:

• Начиная с источника генерации гармоник, источник гармоник преобразуется для уменьшения поступления гармоник.
• Устройства активных или пассивных фильтров для поглощения определенного количества гармонических токов.
• Установите дополнительные устройства компенсации гармоник.

3.2 Колебания напряжения и мерцание

В традиционной распределительной сети изменение активной и реактивной мощности со временем вызывает колебания напряжения в системе.Для производства фотоэлектрической энергии изменение активной мощности фотоэлектрической системы производства электроэнергии является основным фактором, вызывающим колебания напряжения и мерцание точки доступа.Точка высокой мощности фотоэлектрических панелей, основных компонентов фотоэлектрической системы производства электроэнергии, тесно связана с интенсивностью излучения, погодой, временем года, температурой и другими факторами, а случайные изменения этих природных факторов приводят к значительному изменению выходной мощности, что приводит к значительному изменению выходной мощности. при частых изменениях мощности нагрузки в определенном диапазоне, что приводит к колебаниям и мерцаниям напряжения на стороне нагрузки подключенного к сети потребителя.

В настоящее время решения проблем колебаний фотоэлектрического напряжения и мерцания заключаются в следующем:

• Оптимизируйте стратегию управления фотоэлектрическими инверторами, подключенными к сети, чтобы улучшить стабильность напряжения.

2) Увеличить устойчивость к короткому замыканию шины подстанции.

3) Когда определена мощность фотоэлектрической электростанции, ее коэффициент мощности увеличивается для увеличения общей активной мощности, тем самым уменьшая величину изменения реактивной мощности и удовлетворяя предельные требования по колебаниям напряжения.

3.3 Проблема с инжекцией постоянного тока

Еще одна ключевая проблема, которую необходимо решить в фотоэлектрической системе производства электроэнергии, подключенной к сети, — это впрыск постоянного тока.Подача постоянного тока влияет на качество электроэнергии в сети, а также оказывает неблагоприятное воздействие на другое оборудование в сети.IEEEStd929-2000 и IEEEStd547-2000 четко оговаривают, что составляющая постоянного тока, подаваемая в сеть подключенным к сети устройством генерации электроэнергии, не может превышать 0,5% номинального тока устройства.Основными причинами инжекции постоянного тока являются:

Разброс самого силового электронного устройства и несогласованность и несимметрия схемы возбуждения;2) Дрейф нуля и нелинейность измерительных приборов в мощных регуляторах;3) Несимметрия линейного сопротивления каждого коммутационного аппарата, влияние паразитных параметров и паразитных электромагнитных полей и т.п.

В настоящее время к основным методам подавления инжекции постоянного тока относятся: 1) метод компенсации обнаружения;2) Оптимизировать и спроектировать сетевую структуру инвертора;3) Прямое разделение конденсаторов;4) Метод виртуальной емкости;5) Изолирующий трансформатор устройства.

3.4 Эффект островного эффекта

Эффект изолированности относится к явлению, когда энергоснабжение сети прерывается из-за человеческого фактора или природных факторов, но каждая подключенная к сети фотоэлектрическая система выработки электроэнергии не может вовремя обнаружить состояние отключения электросети, поэтому фотоэлектрическая система выработки электроэнергии и подключенная нагрузка продолжает работать независимо.С постоянным расширением доступа к фотоэлектрической выработке электроэнергии, подключенной к сети, вероятность островного эффекта постепенно увеличивается.Формирование островного эффекта оказывает негативное влияние на качество электроэнергии всей распределительной сети, главным образом, в том числе:

• в месте возникновения островного эффекта напряжение и частота сильно колеблются, что снижает качество электроэнергии, а напряжение и частота на острове не контролируются электросетью, что может привести к повреждению электрооборудования системы и неисправностям повторного включения. , а также может создать угрозу безопасности персонала, обслуживающего электросети.
• В процессе восстановления электропитания из-за асинхронности между фазами напряжения будет генерироваться пусковой ток, что может привести к мгновенному падению формы сигнала в сети.
• После островного эффекта фотоэлектрической системы производства электроэнергии, если исходный режим электропитания является однофазным, можно вызвать проблему асимметрии трехфазной нагрузки в распределительной сети, а затем снизить общее качество электроэнергии. потребление других пользователей.
• Когда распределительная сеть переключается в изолированный режим и поставляет электроэнергию только от фотоэлектрической системы выработки электроэнергии, если мощность системы электропитания слишком мала или не установлено устройство хранения энергии, это может вызвать нестабильность напряжения и проблемы с мерцанием у пользователя. нагрузка.

Для воздействия островного эффекта существуют в основном следующие решения:

• Оптимизировать метод обнаружения острова в подключенной к сети фотоэлектрической системе производства электроэнергии, проанализировать влияние производства фотоэлектрической энергии на размер, направление и распределение тока повреждения в распределительной сети, а также улучшить технологию выбора скорости отключения нагрузки и разделения острова в условиях неисправности. .
• Повысьте надежность технологии обнаружения островков, настройте быструю и эффективную функцию защиты от островков, точно определите состояние острова в нештатных обстоятельствах и быстро и эффективно отключите соединение с сетью.

4 Решение

4.1 Онлайн-мониторинг качества электроэнергии

Устройство онлайн-мониторинга качества электроэнергии APView500 использует высокопроизводительную многоядерную платформу и встроенную операционную систему и измеряет показатели качества электроэнергии в соответствии с методами измерения, указанными в IEC61000-4-30 «Технология испытаний и измерений. Методы измерения качества электроэнергии». .Он объединяет анализ гармоник, выборку формы сигнала, падение/подъем/прерывание напряжения, мониторинг мерцания, мониторинг дисбаланса напряжения, запись событий, контроль измерений и другие функции.Устройство соответствует стандарту класса IEC61000-4-30A по стандартизации методов измерения параметров индекса качества электроэнергии, точности измерения индексного параметра, синхронизации часов, функции маркировки событий и других аспектов и может соответствовать требованиям мониторинга качества электроэнергии. систем электроснабжения напряжением 110 кВ и ниже.

4.2 Устройство защиты от островков

Когда устройство защиты от островной защиты обнаруживает аномальные данные, такие как обратная мощность, изменение частоты и т. д., то есть когда происходит островное явление, устройство может сотрудничать с автоматическим выключателем, чтобы быстро отключить узел, чтобы станция и сторона электросети быстро разделяются и обеспечивают безопасность жизни всей электростанции и связанного с ней обслуживающего персонала.

4.3 Знакомство с продуктом

5. Вывод

В связи с быстрым развитием фотоэлектрической электроэнергетической отрасли в Китае установленная мощность и количество подключенных к сети фотоэлектрических систем растут, что сильно влияет на качество электроэнергии в сети.Поэтому необходимо изучить влияние фотоэлектрической генерации, подключенной к сети, на качество электроэнергии в сети.В этой статье анализируются основной принцип и структурные характеристики фотоэлектрической генерации энергии, объясняются причины гармоник, колебаний напряжения и мерцания, инжекции постоянного тока и островного эффекта в фотоэлектрической генерации, подключенной к сети, а также предлагаются возможные меры по улучшению качества электроэнергии, что привело к повышению качества электроэнергии. определенное справочное значение для дальнейшего улучшения качества электроэнергии при производстве фотоэлектрической энергии.

Рекомендации

[1] Ли Хайлун, Хуан Хунбинь, Тан Сяодон. Анализ влияния фотоэлектрической генерации, подключенной к сети, на качество электроэнергии [J].Электротехника и экономика, 2019: 73-75.

[2] Ван Юньго. Анализ влияния фотоэлектрической генерации, подключенной к сети, на качество электроэнергии [J].Сельскохозяйственные технологии и оборудование, 2012,(08):53-54.

[3] Сюй Вэньли, Бао Вэй, Ван Цзюбо и др. Обзор исследований влияния распределенной электроэнергии, подключенной к сети, на качество электроэнергии [J].Технология электроснабжения，2016, (12):2799-2801.

[4] Дин Мин, Ван Вэйшен, Ван Сюли и др. Обзор влияния крупномасштабной фотоэлектрической генерации на энергетические системы [J].Труды CSEE，2014, (01):1-7.

[5] Бао Данцюань. Влияние и меры противодействия распределенной фотоэлектрической выработке электроэнергии, подключенной к сети, в распределительной сети [J].Новые технологии и новые продукты Китая，2017, (06)71-72.

[6] Го Юйхан. Обсуждение влияния и мер противодействия распределенной фотоэлектрической энергии, подключенной к сети, в распределительной сети [J].Руководство по инновациям в области науки и технологий, 2017, (03): 27-29.

[7] Чжоу Синъюй.Обзор влияния крупномасштабной фотоэлектрической генерации на энергосистему [J].Китайское машиностроение, 2017, (01): 157-158.