?

Σύνοψη. Ένα ενεργό αρμονικό φίλτρο για φωτοβολταϊκά συστήματα δεν είναι μια πολυτελής προσθήκη για μια μονάδα που πληροί ήδη τους κώδικες δικτύου: είναι συχνά η συσκευή που καθιστά εφικτή τη συμμόρφωση μόλις αυξηθεί ο αριθμός των μετατροπέων και η παρασιτική παραμόρφωση από την εταιρεία ηλεκτρισμού είναι υψηλή. Οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς παράγουν πλευρικές ζώνες μεταγωγής, αλληλεπιδρούν με υπάρχουσες συστοιχίες πυκνωτών και αλλάζουν την αντίσταση του δικτύου καθώς συνδέονται και αποσυνδέονται. Αυτός ο οδηγός εξηγεί από πού προέρχονται πραγματικά οι αρμονικές των μετατροπέων, γιατί η παρασιτική παραμόρφωση από το δίκτυο έχει τόση σημασία όσο η δική του εκπομπή της μονάδας, πώς ένα φίλτρο γρήγορης απόκρισης μειώνει τον συντονισμό αντί να τον ενισχύει, και πώς να υπολογίσετε την αντιστάθμιση για μια μονάδα που περιλαμβάνει επίσης αποθήκευση μπαταριών. Ολοκληρώνεται με μια λίστα ελέγχου συντονισμού για τους εργολάβους EPC που εργάζονται με τα όρια του κώδικα δικτύου στο σημείο σύνδεσης.

Από πού προέρχονται πραγματικά οι αρμονικές σε μια φωτοβολταϊκή μονάδα;

Ένας μετατροπέας συνδεδεμένος στο δίκτυο μεταγωγεί σε αρκετά κιλοχέρτζ και διαμορφώνει μια θεμελιώδη έξοδο. Η διαδικασία μεταγωγής παράγει πλευρικές ζώνες γύρω από πολλαπλάσια της συχνότητας μεταγωγής, ενώ ο βρόχος ελέγχου ρεύματος παράγει παραμόρφωση χαμηλής τάξης, ιδιαίτερα της 5ης και 7ης τάξης, όταν ο μετατροπέας λειτουργεί σε χαμηλό φορτίο ή υπό ανισόρροπες συνθήκες δικτύου. Οι σύγχρονοι μετατροπείς με υψηλή συχνότητα μεταγωγής και φίλτρα LCL παρέχουν χαμηλό THD ρεύματος στην ονομαστική έξοδο, αλλά η τιμή αυξάνεται απότομα κάτω από το 20% της ονομαστικής ισχύος — ακριβώς εκεί που λειτουργεί μια μονάδα για μεγάλο μέρος του πρωινού και του απογεύματος.

Η δεύτερη πηγή είναι το ίδιο το δίκτυο. Η παρασιτική παραμόρφωση από ανάντη φορτία εμφανίζεται στο σημείο σύνδεσης, και οι συστοιχίες πυκνωτών της μονάδας, η χωρητικότητα καλωδίων και η αντίσταση μετασχηματιστή σχηματίζουν ένα συντονισμένο δίκτυο που μπορεί να ενισχύσει αυτά τα παρασιτικά στοιχεία. Μια μονάδα που μετρά τους δικούς της μετατροπείς ως συμβατούς μπορεί να αποτύχει σε μια αξιολόγηση σύνδεσης επειδή η μετρούμενη παραμόρφωση στο σημείο μέτρησης κυριαρχείται από τον συντονισμό αντί από την παραγωγή.

Η τρίτη πηγή είναι η αλληλεπίδραση. Πολλαπλοί μετατροπείς που λειτουργούν παράλληλα μοιράζονται ένα κοινό σύστημα συλλογής AC και οι ατομικοί τους βρόχοι ελέγχου μπορούν να αλληλεπιδράσουν σε χαμηλή συχνότητα, παράγοντας ταλάντωση που εμφανίζεται ως υπο-αρμονική παραμόρφωση ή ως ταλάντωση ισχύος. Η προσθήκη ενός φίλτρου αλλάζει την αντίσταση που βλέπει κάθε μετατροπέας, γι' αυτό ο συντονισμός μεταξύ των συσκευών είναι μια δραστηριότητα σχεδιασμού, όχι προμήθειας.

Η αποθήκευση προσθέτει μια τέταρτη διάσταση. Ένα σύστημα μπαταριών φορτίζει και εκφορτίζει, οπότε η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστρέφεται σε ένα χρονοδιάγραμμα, και το PCS συμπεριφέρεται ως φορτίο κατά τη φόρτιση. Το αρμονικό ρεύμα κατά τη φόρτιση μπορεί να υπερβεί την κατάσταση εξαγωγής, και το φίλτρο πρέπει να υπολογιστεί για τη χειρότερη από τις δύο καταστάσεις αντί για την συμβατική περίπτωση μόνο εξαγωγής.

Η μέθοδος μέτρησης αποφασίζει την ετυμηγορία. Τα αρμονικά όρια αξιολογούνται διαφορετικά ανάλογα με το πρότυπο που αναφέρεται: ορισμένα απαιτούν πολύ σύντομα παράθυρα συγκέντρωσης, άλλα δέκα λεπτά ή δύο ώρες. Μια μονάδα μπορεί να περάσει μια μέθοδο και να αποτύχει σε μια άλλη με το ίδιο υλικό. Συμφωνήστε τη μέθοδο με τον διαχειριστή δικτύου πριν από τη δοκιμή, χρησιμοποιήστε έναν αναλυτή Κλάσης Α και καταγράψτε το διάστημα συγκέντρωσης στην αναφορά. Το λάθος σε αυτό είναι ο πιο συνηθισμένος λόγος που μια συμβατή μονάδα καλείται να επαναλάβει μια δοκιμή θέσης σε λειτουργία, και η επανάληψη σε απομακρυσμένη τοποθεσία είναι δαπανηρή για όλους τους εμπλεκόμενους.

Γιατί η φιλτράρισμα αλλάζει το αποτέλεσμα για τις Ανανεώσιμες Μονάδες

1. Ο συντονισμός μειώνεται αντί να διεγείρεται. Μια συστοιχία πυκνωτών σε έναν τροφοδότη με υψηλή χωρητικότητα καλωδίων μπορεί να παρουσιάσει παράλληλο συντονισμό κοντά στην 5η ή 7η αρμονική. Ένα φίλτρο γρήγορης απόκρισης εισάγει αντίθετο ρεύμα στην παραμορφωμένη συχνότητα και μειώνει αποτελεσματικά τον συντονισμό, ενώ ένα παθητικό φίλτρο συντονισμένο κοντά στην ίδια συχνότητα μπορεί απλώς να μεταφέρει το πρόβλημα σε άλλη τάξη.

2. Η συμμόρφωση με τον κώδικα δικτύου μετράται στο σημείο σύνδεσης. Τα όρια αρμονικής εκπομπής ισχύουν εκεί που η μονάδα συναντά το δίκτυο, όχι στους ακροδέκτες του μετατροπέα. Η αντιστάθμιση στον υποσταθμό συλλογής αντιμετωπίζει τη μέτρηση που έχει σημασία, και η καταγραφή ανά τάξη παρέχει την απόδειξη που θα ζητήσει ένας διαχειριστής δικτύου.

3. Η παραμόρφωση σε ελαφρύ φορτίο αντιμετωπίζεται. Το THD του μετατροπέα αυξάνεται σε μερική έξοδο, και ένα φίλτρο AHF γρήγορης απόκρισης για φωτοβολταϊκά συστήματα με ανίχνευση υπο-κύκλου διατηρεί το σημείο σύνδεσης καθαρό κατά τις ώρες που ένας συμβατικός σχεδιασμός θα ήταν μη συμβατός.

4. Η αντιδραστική ικανότητα μειώνει τον αριθμό του εξοπλισμού. Ένα φίλτρο με αντιδραστική έξοδο μπορεί να παρέχει το αντιδραστικό ρεύμα που απαιτείται από τον κώδικα δικτύου κατά τις μεταβατικές περιόδους γύρω από την ανατολή και τη δύση του ηλίου, όταν η αντιδραστική ζήτηση αλλάζει γρήγορα. Αυτό μπορεί να αφαιρέσει μια ξεχωριστή συσκευή αντιστάθμισης από τον σχεδιασμό.

5. Οι απώλειες καλωδίων και μετασχηματιστών μειώνονται. Το αρμονικό ρεύμα που κυκλοφορεί μεταξύ των μετατροπέων και του μετασχηματιστή συμβάλλει συνεχώς σε απώλειες I²R. Η μείωσή του βελτιώνει την μετρούμενη αναλογία απόδοσης της μονάδας, η οποία έχει σημασία τόσο για τις συζητήσεις εσόδων όσο και για τις εγγυήσεις με τον εργολάβο EPC.

6. Ο συντονισμός προστασίας βελτιώνεται. Το παραμορφωμένο ρεύμα επηρεάζει την ενεργοποίηση των ρελέ και τη συμπεριφορά των ασφαλειών. Η μείωση της παραμόρφωσης καθιστά τις ρυθμίσεις προστασίας προβλέψιμες, ιδιαίτερα σε μεγάλους τροφοδότες συλλογής όπου το ρεύμα σφάλματος είναι μέτριο σε σύγκριση με το ρεύμα φορτίου.

7. Η μελλοντική επέκταση είναι εφικτή. Οι μονάδες επεκτείνονται σε μπλοκ. Ένα αρθρωτό πλαίσιο, όπως η οικογένεια ντουλαπιού αρθρωτής αντιστάθμισης 150 kvar ή ένα παράλληλο ντουλάπι AHF, επιτρέπει στην αντιστάθμιση να αυξάνεται μαζί με τη συστοιχία αντί να αντικαθίσταται.

8. Η διαθεσιμότητα του μετατροπέα βελτιώνεται. Ορισμένοι μετατροπείς μειώνουν την απόδοση ή αποσυνδέονται όταν η παραμόρφωση τάσης υπερβαίνει τα εσωτερικά όρια, ιδιαίτερα σε αδύναμους τροφοδότες. Η καθαρότερη τάση στους ακροδέκτες του μετατροπέα μειώνει αυτά τα συμβάντα, τα οποία εμφανίζονται ως υψηλότερη ετήσια απόδοση αντί ως μηχανική μέτρηση. Σε μονάδες με επιθετικές εγγυήσεις διαθεσιμότητας, αυτή η διαφορά μπορεί να επηρεάσει την απόδοση της σύμβασης.

Πώς να υπολογίσετε και να συντονίσετε την αντιστάθμιση σε μια μονάδα PV ή αποθήκευσης

Βήμα 1 — Μετρήστε την παρασιτική παραμόρφωση πριν ενεργοποιηθεί η μονάδα. Μια έρευνα πριν από τη σύνδεση καθορίζει τι περιέχει ήδη το δίκτυο. Χωρίς αυτήν, η συμβολή της μονάδας δεν μπορεί να διαχωριστεί από το παρασιτικό, και το φίλτρο μπορεί να υπολογιστεί για να λύσει ένα πρόβλημα που δεν δημιούργησε.

Βήμα 2 — Ερευνήστε τη μονάδα σε τρία επίπεδα εξόδου. Καταγράψτε το φάσμα σε χαμηλή, μέση και ονομαστική έξοδο, συν την κατάσταση φόρτισης εάν υπάρχει αποθήκευση. Τα φάσματα χαμηλού φορτίου είναι συνήθως η περίπτωση σχεδιασμού για ανανεώσιμες τοποθεσίες, όχι η ονομαστική έξοδος.

Βήμα 3 — Ελέγξτε τον χάρτη συντονισμού. Υπολογίστε τον παράλληλο συντονισμό μεταξύ των υπαρχόντων συστοιχιών πυκνωτών, της χωρητικότητας καλωδίων και της αντίστασης μετασχηματιστή, και επιβεβαιώστε ότι κανένα σημείο συντονισμού δεν συμπίπτει με μια κυρίαρχη αρμονική τάξη κατά την κανονική λειτουργία. Εάν συμπίπτει, η αντιστάθμιση πρέπει να τοποθετηθεί και να συντονιστεί για να μειώσει αυτό το σημείο.

Βήμα 4 — Υπολογίστε με τη χειρότερη κατάσταση λειτουργίας. Πάρτε το μεγαλύτερο αρμονικό ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης, προσθέστε περιθώριο για περιβαλλοντικές συνθήκες και μελλοντικά μπλοκ, και επιβεβαιώστε ότι ο χρόνος απόκρισης του φίλτρου είναι ταχύτερος από τον δικό του βρόχο ρεύματος του μετατροπέα, ώστε οι δύο να μην αλληλεπιδρούν.

Βήμα 5 — Συντονίστε με τον ελεγκτή της μονάδας. Οι αντιδραστικές ρυθμίσεις του φίλτρου δεν πρέπει να ανταγωνίζονται τον έλεγχο τάσης ή συντελεστή ισχύος του μετατροπέα. Καθορίστε ποια συσκευή ρυθμίζει την τάση, ποια ρυθμίζει το ρεύμα, και τεκμηριώστε την προτεραιότητα στη λογική του ελεγκτή της μονάδας. Όπου ένα ντουλάπι 75A εξυπηρετεί μια πλακέτα φορτίου εντός της μονάδας, η τοποθέτηση του CT του θα πρέπει να αποκλείει τους μετατροπείς, ώστε να αντισταθμίζει μόνο τα φορτία.

Βήμα 6 — Επαληθεύστε με μια δοκιμή υπό παρακολούθηση. Πολλοί διαχειριστές δικτύου απαιτούν μια δοκιμή συμμόρφωσης στο σημείο σύνδεσης με τη μονάδα σε διάφορα επίπεδα εξόδου. Προετοιμάστε τη διαδικασία δοκιμής εκ των προτέρων, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμίσεων του φίλτρου, και καταγράψτε τα αποτελέσματα στην ίδια μορφή που χρησιμοποιεί ο διαχειριστής.

Για μονάδες που περιλαμβάνουν επίσης ένα μικρό βιομηχανικό φορτίο — ένα εργαστήριο, ένα κτίριο συντήρησης και λειτουργίας, ένα σύστημα HVAC αποθήκευσης — η αντιστάθμιση στην πλακέτα φορτίου είναι γενικά πιο αποτελεσματική από μια μεγαλύτερη συσκευή στον εισερχόμενο, επειδή σταματά το αρμονικό ρεύμα από το να ταξιδεύει μέσω του συστήματος συλλογής. Ένα μονάδα 30A σε αυτήν την πλακέτα είναι συχνά επαρκές, και το κύριο φίλτρο τότε χρειάζεται μόνο να χειριστεί την παραμόρφωση από την πλευρά της παραγωγής. Ελέγξτε την πλήρη σειρά AHF για να συγκρίνετε πλαίσια και επιλογές τοποθέτησης πριν καθορίσετε τη διάταξη του ηλεκτρικού συστήματος.

Τι θα ζητήσει ο διαχειριστής δικτύου. Αναμένετε αιτήματα για τη μελέτη συντονισμού, το αρμονικό μοντέλο, το φύλλο δεδομένων του φίλτρου με δηλωμένες ονομαστικές τιμές, απόδειξη ότι το φίλτρο δεν παρεμβαίνει σε συστήματα ελέγχου κυματομορφής ή φορέα γραμμής ισχύος, και μια αναφορά θέσης σε λειτουργία υπό παρακολούθηση. Η προετοιμασία αυτού του πακέτου κατά τη σχεδίαση αντί μετά την ενεργοποίηση μετατρέπει μια πιθανή καθυστέρηση σε μια τυπική αναθεώρηση, και αποδεικνύει το είδος της μηχανικής πειθαρχίας που συντομεύει τις μελλοντικές εγκρίσεις σύνδεσης δικτύου για τον ίδιο προγραμματιστή.

Εποχιακή και ημερήσια διακύμανση. Η αρμονική απόδοση αλλάζει με την ακτινοβολία, τη θερμοκρασία και τις συνθήκες δικτύου. Μια μονάδα που επαληθεύτηκε σε μια καθαρή ανοιξιάτικη μέρα μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά στην ομίχλη του καλοκαιριού ή κατά τη διάρκεια μιας χειμερινής καταιγίδας όταν η έξοδος είναι χαμηλή και η παρασιτική παραμόρφωση είναι υψηλή. Συμπεριλάβετε μια δοκιμή χαμηλής ακτινοβολίας στο πρόγραμμα θέσης σε λειτουργία, επειδή αυτή είναι η κατάσταση υπό την οποία συνδυάζονται η παραμόρφωση του μετατροπέα σε ελαφρύ φορτίο και τα φαινόμενα συντονισμού.

Απώλειες στο σύστημα συλλογής. Το αρμονικό ρεύμα ρέει από τους μετατροπείς μέσω μετασχηματιστών και καλωδίων προς το σημείο σύνδεσης, και κάθε αγωγός διαχέει απώλειες I²R κατά μήκος της διαδρομής. Σε μια μεγάλη μονάδα με μακρινούς τροφοδότες συλλογής αυτές οι απώλειες δεν είναι αμελητέες· μειώνουν την μετρούμενη έξοδο και αυξάνουν τη θερμοκρασία του αγωγού, η οποία με τη σειρά της μειώνει την ικανότητα του καλωδίου. Η αντιστάθμιση που τοποθετείται κοντά στην πηγή μειώνει το ρεύμα που ταξιδεύει, και το κέρδος εμφανίζεται στην αναλογία απόδοσης της μονάδας καθώς και στην αναφορά αρμονικής συμμόρφωσης.

Σχεδιάστε για τη δεύτερη φάση. Οι περισσότερες φωτοβολταϊκές τοποθεσίες κατασκευάζονται σε μπλοκ, και η αρμονική αξιολόγηση για την πρώτη φάση σπάνια αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τη δεύτερη φάση. Καθορίστε πλαίσια με εφεδρική χωρητικότητα ή σαφή δυνατότητα παράλληλης σύνδεσης, διατηρήστε τη μελέτη συντονισμού ως ένα ζωντανό έγγραφο, και επαναλάβετε την αξιολόγηση όταν ενεργοποιηθεί το επόμενο μπλοκ. Ένα φίλτρο που είναι 30% υπερδιαστασιολογημένο κατά την ολοκλήρωση της πρώτης φάσης είναι συνήθως το σωστό μέγεθος δύο χρόνια αργότερα.

Συχνές Ερωτήσεις

Χρειάζονται ακόμα φιλτράρισμα αρμονικών οι σύγχρονοι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς;

Στην ονομαστική έξοδο, συχνά όχι. Σε χαμηλή έξοδο, συχνά ναι: το THD αυξάνεται απότομα κάτω από το 20% της ονομαστικής τιμής, και η παρασιτική παραμόρφωση του δικτύου συν τον συντονισμό μπορούν να ωθήσουν τη μονάδα πάνω από τα όρια σύνδεσής της. Ερευνήστε σε ελαφρύ φορτίο πριν καταλήξετε ότι δεν χρειάζεται φίλτρο.

Γιατί η παρασιτική παραμόρφωση έχει σημασία για μια νέα μονάδα;

Επειδή η συμμόρφωση μετράται στο σημείο σύνδεσης, όχι στον μετατροπέα. Η υπάρχουσα ανάντη παραμόρφωση συν την δική της εκπομπή της μονάδας καθορίζει την μετρούμενη τιμή, και μια μονάδα μπορεί να αποτύχει σε μια αξιολόγηση ακόμη και όταν οι μετατροπείς της μεμονωμένα ελέγχονται ως συμβατοί.

Μπορεί ένα AHF να προκαλέσει συντονισμό με τα φίλτρα του μετατροπέα;

Όχι αν συντονιστεί σωστά. Το φίλτρο αλλάζει την αντίσταση του δικτύου, οπότε ο χάρτης συντονισμού πρέπει να επανυπολογιστεί μετά την εγκατάσταση. Η θέση σε λειτουργία πρέπει να περιλαμβάνει μια σάρωση ή μια δοκιμή βήματος για να επιβεβαιωθεί ότι δεν έχει εμφανιστεί νέο σημείο συντονισμού κοντά σε μια κυρίαρχη τάξη.

Χρειάζομαι ξεχωριστή συσκευή για αντιδραστική ισχύ;

Μερικές φορές. Ένα φίλτρο με αντιδραστική ικανότητα μπορεί να καλύψει μέτριες απαιτήσεις και μεταβατικές περιόδους, ενώ μονάδες με μεγαλύτερες αντιδραστικές υποχρεώσεις ή καθήκοντα υποστήριξης τάσης μπορεί να χρειαστούν ένα αποκλειστικό SVG. Η απόφαση εξαρτάται από τον κώδικα δικτύου και την ονομαστική τιμή της μονάδας.

Πώς αλλάζει ο υπολογισμός η αποθήκευση μπαταριών;

Η φόρτιση αντιστρέφει την κατεύθυνση του ρεύματος και μπορεί να παράγει υψηλότερη παραμόρφωση από την εξαγωγή. Υπολογίστε με τη χειρότερη κατάσταση, και επιβεβαιώστε ότι το φίλτρο παραμένει σταθερό κατά τις μεταβάσεις μεταξύ φόρτισης και εκφόρτισης, όταν το ρεύμα αλλάζει απότομα.

Πού πρέπει να εγκατασταθεί το φίλτρο σε μια μεγάλη μονάδα;

Στο σημείο που αντιστοιχεί στη μέτρηση συμμόρφωσης — συνήθως στον υποσταθμό συλλογής ή στο σημείο σύνδεσης — συν τοπικές μονάδες σε εσωτερικές πλακέτες φορτίου. Η κεντρική μόνο αντιστάθμιση αφήνει τις εσωτερικές αρμονικές φορτίου να κυκλοφορούν μέσω του συστήματος συλλογής.

Συμπέρασμα

Οι ανανεώσιμες μονάδες αποτυγχάνουν σε αρμονικές αξιολογήσεις για λόγους που έχουν ελάχιστη σχέση με την ποιότητα του μετατροπέα: λειτουργία σε ελαφρύ φορτίο, παρασιτική παραμόρφωση και συντονισμός με υπάρχουσα χωρητικότητα. Μετρήστε τη γραμμή βάσης πριν από τη σύνδεση, ερευνήστε σε τρία επίπεδα εξόδου, ελέγξτε τον χάρτη συντονισμού, υπολογίστε με τη χειρότερη κατάσταση φόρτισης και εκφόρτισης, και συντονίστε τον έλεγχο με τον ελεγκτή της μονάδας. Ένα φίλτρο γρήγορης απόκρισης που χρησιμοποιείται με αυτόν τον τρόπο μετατρέπει τη συμμόρφωση από ένα επιχείρημα σε μια μέτρηση.

Θέση σε λειτουργία μονάδας PV ή αποθήκευσης με αρμονικά όρια;Στείλτε μας το μονογραμμικό διάγραμμα, τα φύλλα δεδομένων μετατροπέα και τα όρια κώδικα δικτύου, και θα μοντελοποιήσουμε τον συντονισμό, θα υπολογίσουμε την αντιστάθμιση και θα παρέχουμε μια διαδικασία δοκιμής υπό παρακολούθηση. Επικοινωνήστε με την ομάδα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.