Tác động của sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện về chất lượng và các giải pháp điện

Tóm tắt:Sản xuất điện quang điện, như một phương pháp sản xuất điện mới và không ô nhiễm, đã giảm đáng kể nhu cầu về năng lượng điện truyền thống.cho hệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện, do tính ngẫu nhiên, biến động và đặc điểm liên tục của nó,và hệ thống sản xuất điện quang điện kết nối với lưới chứa một số lượng lớn các thành phần điện tử không tuyến tính, so với các phương pháp sản xuất điện truyền thống, sản xuất điện quang điện có chất lượng điện của lưới có tác động lớn.biến động điện áp và nhấp nháy, tiêm DC, hiệu ứng đảo và các vấn đề khác do sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện, và nghiên cứu và thảo luận về các biện pháp khả thi để cải thiện chất lượng điện.

0 Lời giới thiệu

Với sự tăng tốc của quá trình quốc tế hóa, sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế thế giới, tiêu thụ năng lượng cũng đã tăng lên,và sự cạn kiệt dần dần của năng lượng truyền thống và các vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng, năng lượng mặt trời như một năng lượng tái tạo sạch, không ô nhiễm đã được chú ý rất nhiều bởi mọi người.và điện trên lưới cũng đã tăng từ năm này sang năm khác, nhưng do các đặc điểm của công suất lắp đặt của nó nói chung là nhỏ, bố trí trang web tương đối phân tán, và biến động công suất đầu ra là lớn,Nó cũng gây ra một tác động lớn đến chất lượng điện của lưới điệnDo đó, rất quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng của sản xuất điện quang điện lên chất lượng điện để thúc đẩy sản xuất điện và hoạt động an toàn và ổn định của lưới điện.

1 Nguyên tắc cơ bản của sản xuất điện quang điện

Sản xuất điện quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện hiện diện trên bề mặt của chất bán dẫn để gửi dòng điện thẳng qua ánh sáng ở cả hai đầu của vật liệu bán dẫn.Khi mặt trời chiếu sáng trên các nút P-N bán dẫn, một cặp electron- lỗ mới được hình thành, và sau khi photon kích thích electron từ liên kết hợp chất, electron chảy đến vùng N và lỗ chảy đến vùng P,dẫn đến sự khác biệt tiềm năng giữa hai đầu của chất bán dẫnMột khi mạch ở cả hai đầu của PN kết nối được kết nối, một dòng điện sẽ được hình thành, chảy từ vùng P đến vùng N thông qua mạch bên ngoài,và năng lượng điện sẽ được đầu ra để tải.

2 Cấu trúc và phân loại sản xuất điện quang điện kết nối lưới

Hệ thống sản xuất điện quang điện kết nối với lưới chủ yếu bao gồm tấm pin mặt trời (mô-đun), bộ điều khiển theo dõi điện năng cao (MPPT), biến tần DC-AC một số bộ phận,sử dụng transistor bipolar cổng cách nhiệt (IG-BT) làm yếu tố chuyển mạch của biến tần quang điện. Điện đồng của pin mặt trời được nâng lên bởi bộ chuyển đổi DC-DC để tăng mức điện áp, và sau đó DC được chuyển đổi thành dòng điện xoay với cùng một chiều rộng,tần số và giai đoạn điện áp của lưới điện thông qua biến tần DC-AC, để thực hiện tích hợp vào lưới điện hoặc cung cấp năng lượng cho tải AC. Cấu trúc của hệ thống sản xuất điện quang điện được hiển thị trong hình 1.

Hình 1 Cấu trúc hệ thống sản xuất điện quang điện kết nối lưới

Theo chế độ hoạt động kết nối lưới, hệ thống sản xuất điện quang điện có thể được chia thành ba hình thức: kết nối lưới ngược dòng,không có điện ngược được kết nối với lưới điện và chuyển đổi được kết nối với lưới điệnHệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện được kết nối trực tiếp với lưới điện, không cần pin lưu trữ năng lượng, tiết kiệm diện tích sàn, giảm đáng kể chi phí cấu hình,và thâm hụt sức mạnh tải được bổ sung bởi lưới điệnDo đó, hệ thống sản xuất điện quang điện kết nối lưới điện là hướng phát triển chính của sản xuất điện mặt trời.và nó cũng là một phương pháp sản xuất năng lượng mới tiềm năng ở giai đoạn này.

• Tác động của việc sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện lên chất lượng điện của lưới điện

Sản xuất điện quang điện như một nguồn năng lượng mới, ánh sáng, nhiệt độ và các điều kiện bên ngoài khác của sự ngẫu nhiên, biến động,Những thay đổi gián đoạn là yếu tố chính của tác động của sản xuất điện quang điện lên lưới điệnTrong số đó, biến tần DC-AC là một trong những thiết bị chính của hệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện.và chất lượng của biến tần quang điện quyết định liệu chất lượng điện của sản xuất điện quang điện có thể đáp ứng các yêu cầu của lưới kết nối đến một mức độ nhất định hay khôngKhi sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện, các vấn đề như hài hòa, biến động điện áp và nhấp nháy, tiêm DC và hiệu ứng đảo sẽ xảy ra.sẽ làm giảm chất lượng điện của lưới và gây ra tác động tiêu cực đến lướiTrong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ làm gián đoạn hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống cung cấp điện và thiết bị sản xuất điện quang điện.

3.1 Ảnh hưởng hài hòa

Sản xuất điện quang điện là chuyển đổi năng lượng mặt trời thành dòng điện liên tiếp thông qua các mô-đun quang điện.và sau đó thông qua các biến tần kết nối lưới để chuyển đổi dòng điện liên tục vào dòng điện xoay để đạt được lưới kết nốiTrong hệ thống sản xuất điện quang điện, biến tần là thiết bị chính để sản xuất âm thanh hài hòa.Số lượng lớn các ứng dụng của các thành phần điện tử công suất trong các biến tần được kết nối với lưới đã cải thiện thông tin và xử lý thông minh của hệ thống, nhưng nó cũng làm tăng một số lượng lớn tải không tuyến tính, gây ra biến dạng hình sóng và mang lại một số lượng lớn các âm thanh hài hòa cho hệ thống.Sự chậm trễ của tốc độ chuyển đổi của biến tần cũng sẽ ảnh hưởng đến đầu ra của hiệu suất động tổng thể trong hệ thống điệnNếu thời tiết (bức xạ, nhiệt độ) thay đổi rất nhiều, phạm vi biến động của các âm thanh cũng sẽ trở nên lớn hơn.Mặc dù các Harmonics hiện tại đầu ra của một biến tần kết nối lưới duy nhất là nhỏ, các âm thanh điện đầu ra của nhiều biến tần được kết nối với lưới sẽ được chồng lên nhau sau khi chúng được kết nối song song,dẫn đến hiện tượng của các bộ âm thanh dòng đầu ra vượt quá tiêu chuẩnNgoài ra, kết nối song song của biến tần dễ dàng tạo ra cộng hưởng song song, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng nối,dẫn đến sự mở rộng dòng điện hài hòa cụ thể và vấn đề nội dung hài hòa quá mức của dòng điện được kết nối với lưới điện.

Nhắm vào vấn đề chất lượng điện sau khi truy cập quang điện, các phương pháp hiệu quả để ngăn chặn âm thanh hài hòa được đề xuất:

• Bắt đầu từ nguồn sản xuất hài hòa, nguồn hài hòa được cải cách để giảm tiêm hài hòa.
• Thiết bị bộ lọc hoạt động hoặc thụ động để hấp thụ một số lượng nhất định các dòng hài hòa.
• Lắp đặt các thiết bị bù đắp hài hòa bổ sung.

3.2 Biến động điện áp và nhấp nháy

Trong mạng lưới phân phối truyền thống, sự thay đổi sức mạnh hoạt động và sức mạnh phản ứng theo thời gian sẽ gây ra biến động điện áp hệ thống.sự thay đổi sức mạnh hoạt động của hệ thống sản xuất điện quang điện là yếu tố chính gây ra biến động điện áp và nhấp nháy của điểm truy cậpĐiểm công suất cao của tấm pin quang điện, các thành phần cốt lõi của hệ thống sản xuất điện quang điện, liên quan chặt chẽ đến cường độ bức xạ, thời tiết, mùa, nhiệt độ và các yếu tố khác.và sự thay đổi ngẫu nhiên của các yếu tố tự nhiên này làm cho sức mạnh đầu ra thay đổi rất nhiều, dẫn đến những thay đổi thường xuyên trong sức mạnh tải trong một phạm vi nhất định, dẫn đến biến động điện áp và nhấp nháy ở đầu tải của người dùng được kết nối với lưới điện.

Hiện tại, các giải pháp cho các vấn đề biến động điện áp quang điện và nhấp nháy là như sau:

• Tối ưu hóa chiến lược điều khiển của các biến tần quang điện kết nối với lưới để cải thiện sự ổn định điện áp.

2) Tăng khả năng mạch ngắn của bus trạm phụ.

3) Khi xác định công suất của nhà máy điện quang điện, nhân công của nó được tăng để tăng tổng công suất hoạt động,do đó làm giảm số lượng thay đổi công suất phản ứng và đáp ứng các yêu cầu giới hạn của biến động điện áp.

3.3 Vấn đề tiêm DC

Một vấn đề quan trọng khác phải được giải quyết trong hệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện là tiêm DC.và cũng mang lại tác động tiêu cực đến các thiết bị khác trong lưới điệnIEEEStd929-2000 và IEEEStd547-2000 quy định rõ ràng rằng thành phần dòng DC được tiêm vào lưới bởi thiết bị sản xuất điện được kết nối với lưới không thể vượt quá 0.5% dòng điện định danh của thiết bịCác lý do chính cho tiêm DC là:

Sự phân tán của thiết bị điện tử điện năng và sự không nhất quán và không đối xứng của mạch truyền động; 2) Không trôi dạt và không tuyến tính của các thiết bị đo trong bộ điều khiển công suất cao;3) Asymmetry của dây chuyền trở kháng của mỗi thiết bị chuyển mạch, ảnh hưởng của các thông số ký sinh trùng và các trường điện từ ký sinh trùng, vv

Hiện nay, các phương pháp chính để ngăn chặn tiêm DC bao gồm: 1) phương pháp bù phát hiện; 2) Tối ưu hóa và thiết kế cấu trúc kết nối lưới của biến tần; 3) Phân tách thẳng tụ;4) Phương pháp điện dung ảo; 5) Máy biến áp cách ly.

3.4 Hiệu ứng đảo

Hiệu ứng đảo là hiện tượng khi nguồn cung cấp điện lưới bị gián đoạn do các yếu tố do con người hoặc các yếu tố tự nhiên.nhưng mỗi hệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện không thể phát hiện tình trạng mất điện lưới điện kịp thời, để hệ thống sản xuất điện quang điện và tải được kết nối vẫn hoạt động độc lập.Với sự mở rộng liên tục tỷ lệ thâm nhập truy cập của sản xuất điện quang điện được kết nối với lướiSự hình thành của hiệu ứng đảo có tác động tiêu cực đến chất lượng điện của toàn bộ mạng lưới phân phối, chủ yếu bao gồm:

• tại vị trí xảy ra hiệu ứng đảo, điện áp và tần số dao động rất nhiều, làm giảm chất lượng điện,và điện áp và tần số trên đảo không được kiểm soát bởi lưới điện, có thể gây ra thiệt hại cho thiết bị điện hệ thống và lỗi khóa lại, và cũng có thể gây ra nguy cơ an toàn cá nhân cho nhân viên bảo trì lưới điện.
• Trong quá trình khôi phục nguồn cung cấp điện, dòng điện đột nhập sẽ được tạo ra do sự không đồng bộ giữa các giai đoạn điện áp, có thể làm cho hình dạng sóng lưới giảm ngay lập tức.
• Sau hiệu ứng đảo của hệ thống sản xuất điện quang điện, nếu chế độ cung cấp điện ban đầu là chế độ cung cấp điện đơn pha,nó có thể gây ra vấn đề của asymmetry tải ba pha trong mạng lưới phân phối, và sau đó giảm chất lượng tổng thể của tiêu thụ điện của người dùng khác.
• Khi mạng phân phối chuyển sang chế độ đảo và chỉ dựa vào hệ thống sản xuất điện quang điện để cung cấp điện,nếu công suất hệ thống điện quá nhỏ hoặc không có thiết bị lưu trữ năng lượng được lắp đặt, nó có thể gây ra sự bất ổn điện áp và các vấn đề nhấp nháy trong tải người dùng.

Đối với tác động của hiệu ứng đảo, chủ yếu có các giải pháp sau:

• Tối ưu hóa phương pháp phát hiện đảo của hệ thống sản xuất điện quang điện được kết nối với lưới điện, phân tích ảnh hưởng của sản xuất điện quang điện đối với kích thước,Định hướng và phân phối dòng lỗi trong mạng lưới phân phối, và cải thiện công nghệ lựa chọn tốc độ cắt tải và phân chia đảo trong điều kiện lỗi.
• Cải thiện độ tin cậy của công nghệ phát hiện đảo, cấu hình chức năng bảo vệ chống đảo nhanh chóng và hiệu quả,đánh giá chính xác tình trạng đảo trong hoàn cảnh bất thường và nhanh chóng và hiệu quả ngắt kết nối lưới điện.

4 Giải pháp

4.1Kiểm tra chất lượng điện trực tuyến

Thiết bị giám sát trực tuyến chất lượng điện APView500 sử dụng nền tảng đa lõi hiệu suất cao và hệ điều hành nhúng,và đo các chỉ số chất lượng điện năng theo các phương pháp đo lường được chỉ định trong IEC61000-4-30 "Công nghệ thử nghiệm và đo lường - Phương pháp đo chất lượng điện"Nó tích hợp phân tích hài hòa, lấy mẫu hình sóng, giảm/tăng/ngắt điện áp, giám sát nhấp nháy, giám sát mất cân bằng điện áp, ghi lại sự kiện, kiểm soát đo lường và các chức năng khác.Thiết bị đã đạt được tiêu chuẩn lớp IEC61000-4-30A trong tiêu chuẩn hóa các phương pháp đo lường tham số chỉ số chất lượng điện, độ chính xác đo của tham số chỉ số, đồng bộ hóa đồng hồ, chức năng đánh dấu sự kiện và các khía cạnh khác,và có thể đáp ứng các yêu cầu giám sát chất lượng điện của hệ thống cung cấp điện 110kV và dưới.

4.2 Thiết bị bảo vệ chống đảo

Khi thiết bị bảo vệ chống đảo phát hiện ra rằng có dữ liệu bất thường như năng lượng ngược, đột biến tần số, vv, tức là khi hiện tượng đảo xảy ra,thiết bị có thể hợp tác với bộ ngắt mạch để nhanh chóng cắt nút, để trạm và mặt lưới điện được tách ra nhanh chóng và đảm bảo an toàn cuộc sống của toàn bộ nhà máy điện và nhân viên bảo trì liên quan.

4.3 Giới thiệu sản phẩm

5 Kết luận

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp sản xuất điện quang điện của Trung Quốc, công suất lắp đặt và số lượng điện quang điện được kết nối với lưới điện đang tăng lên.ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện của lưới điệnDo đó, cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của việc sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện lên chất lượng điện của lưới điện.Bài báo này phân tích nguyên tắc cơ bản và đặc điểm cấu trúc của sản xuất điện quang điện, giải thích các nguyên nhân của âm thanh, biến động điện áp và nhấp nháy, tiêm DC và hiệu ứng đảo trong sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện,và đề xuất các biện pháp khả thi để cải thiện chất lượng điện, có một ý nghĩa tham chiếu nhất định để cải thiện thêm chất lượng điện của sản xuất điện quang điện.

Các tài liệu tham khảo

[1] Li Hailong,Huang Hongbin,Tan Xiaodon. Phân tích ảnh hưởng của việc sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện về chất lượng điện [J]. Công nghệ điện và kinh tế,201973-75.

[2] Wang Yunguo. Phân tích ảnh hưởng của việc sản xuất điện quang điện kết nối với lưới điện về chất lượng điện [J]. Công nghệ và thiết bị nông nghiệp,2012,(08):53-54.

[3] Xu Wenli, Bao Wei, Wang Jubo.etc Nghiên cứu về ảnh hưởng của Điện phân tán được kết nối với lưới điện về chất lượng điện [J]. Công nghệ cung cấp điện,2016, (12):2799-2801.

[4] Ding Ming, Wang Weishen,Wang Xiuli.etc Tổng quan về tác động của sản xuất điện quang điện quy mô lớn đối với hệ thống điện [J].

[5] Bao Dangquan. Ảnh hưởng và biện pháp đối phó của việc sản xuất điện quang điện phân tán được kết nối với lưới điện trên mạng phân phối [J]. Công nghệ mới và sản phẩm mới của Trung Quốc,2017, (06) 71-72.

[6] Guo Yuhang.Cuộc thảo luận về ảnh hưởng và các biện pháp đối phó của PV phân tán được kết nối với lưới điện trên mạng phân phối [J]. Hướng dẫn đổi mới khoa học và công nghệ,2017,(03):27-29.

[7] Zhou Xingyu. Tổng quan về tác động của sản xuất điện quang điện quy mô lớn đối với hệ thống điện [J].2017, ((01):157-158.