태양광 및 에너지 저장 장치 고조파: 인버터에 AHF가 필요한 이유

요약. 태양광 발전 시스템용 능동 고조파 필터는 이미 그리드 코드를 충족하는 플랜트에 대한 사치스러운 추가 기능이 아닙니다. 인버터 수가 증가하고 유틸리티의 배경 왜곡이 높을 때 규정 준수를 달성하게 만드는 장치인 경우가 많습니다. PV 인버터는 스위칭 측파대를 생성하고, 기존 커패시터 뱅크와 상호 작용하며, 연결 및 분리될 때 네트워크 임피던스를 변경합니다. 이 가이드에서는 인버터 고조파가 실제로 어디에서 발생하는지, 그리드의 배경 왜곡이 플랜트 자체의 방출만큼 중요한 이유, 빠른 응답 필터가 공진을 증폭하는 대신 어떻게 감쇠하는지, 배터리 스토리지를 포함하는 플랜트에 대한 보상 크기를 조정하는 방법을 설명합니다. 연결 지점에서 그리드 코드 제한을 준수하기 위해 작업하는 EPC 계약자를 위한 조정 체크리스트로 마무리됩니다.

PV 플랜트의 고조파는 실제로 어디에서 발생하는가?

그리드 연결 인버터는 몇 킬로헤르츠에서 스위칭하고 기본 출력을 변조합니다. 스위칭 프로세스는 스위칭 주파수의 배수 주변에 측파대를 생성하는 반면, 전류 제어 루프는 인버터가 경부하 또는 불균형 그리드 조건에서 작동할 때 저차 왜곡, 특히 5차 및 7차를 생성합니다. 높은 스위칭 주차와 LCL 필터를 갖춘 최신 인버터는 정격 출력에서 낮은 전류 THD를 제공하지만, 정격 전력의 20% 미만에서는 수치가 급격히 상승합니다. 이는 플랜트가 아침과 저녁의 상당 부분을 작동하는 지점입니다.

두 번째 소스는 그리드 자체입니다. 상위 부하의 배경 왜곡은 연결 지점에 나타나며, 플랜트의 커패시터 뱅크, 케이블 정전 용량 및 변압기 임피던스는 해당 배경 구성 요소를 증폭할 수 있는 공진 네트워크를 형성합니다. 자체 인버터가 규정을 준수하는 것으로 측정된 플랜트라도 측정 지점의 측정된 왜곡이 생성보다는 공진에 의해 지배되기 때문에 연결 평가에 실패할 수 있습니다.

세 번째 소스는 상호 작용입니다. 병렬로 작동하는 여러 인버터는 공통 AC 수집 시스템을 공유하며, 개별 제어 루프는 저주파에서 상호 작용하여 하위 고조파 왜곡 또는 전력 진동으로 나타나는 진동을 생성할 수 있습니다. 필터를 추가하면 모든 인버터가 보는 임피던스가 변경되므로 장치 간의 조정은 조달이 아닌 설계 활동입니다.

스토리지에 네 번째 차원이 추가됩니다. 배터리 시스템은 충전 및 방전되므로 전류 방향이 일정에 따라 반전되고 PCS는 충전 중에 부하로 작동합니다. 충전 중 고조파 전류는 내보내기 조건을 초과할 수 있으며, 필터는 기존의 내보내기 전용 사례가 아닌 두 상태 중 더 나쁜 상태에 대해 크기를 조정해야 합니다.

측정 방법이 결과를 결정합니다. 고조파 제한은 참조되는 표준에 따라 다르게 평가됩니다. 일부는 매우 짧은 집계 창을 요구하고, 다른 일부는 10분 또는 2시간을 요구합니다. 플랜트는 동일한 하드웨어로 한 가지 방법으로 통과하고 다른 방법으로 실패할 수 있습니다. 테스트 전에 네트워크 운영자와 방법을 합의하고, Class A 분석기를 사용하고, 보고서에 집계 간격을 기록하십시오. 이를 잘못 이해하는 것이 규정을 준수하는 플랜트가 커미셔닝 테스트를 반복하도록 요청받는 가장 일반적인 이유이며, 원격 사이트에서의 반복은 관련된 모든 사람에게 비용이 많이 듭니다.

재생 에너지 플랜트의 필터링이 결과를 변경하는 이유

1. 공진이 여기되는 대신 감쇠됩니다. 높은 케이블 정전 용량을 가진 피더의 커패시터 뱅크는 5차 또는 7차 고조파 근처에 병렬 공진을 제공할 수 있습니다. 빠른 응답 필터는 왜곡된 주파수에서 반대 전류를 주입하여 공진을 효과적으로 감쇠하는 반면, 동일한 주파수 근처에서 조정된 수동 필터는 문제를 다른 차수로 이동시킬 수 있습니다.

2. 그리드 코드 규정 준수는 연결 지점에서 측정됩니다. 고조파 방출 제한은 플랜트가 인버터 단자가 아닌 네트워크와 만나는 지점에 적용됩니다. 수집 변전소에서 보상하면 중요한 측정값을 처리하고, 차수별 로깅은 네트워크 운영자가 요청할 증거를 제공합니다.

3. 경부하 왜곡이 처리됩니다. 인버터 THD는 부분 출력에서 상승하며, 빠른 응답 AHF는 태양광 발전 시스템용 서브 사이클 감지를 통해 기존 설계가 규정을 준수하지 않는 시간 동안 연결 지점을 깨끗하게 유지합니다.

4. 무효 전력 기능은 장비 수를 줄입니다. 무효 출력이 있는 필터는 일출 및 일몰 주변의 전환 기간 동안 그리드 코드가 요구하는 무효 전류를 공급할 수 있으며, 이때 무효 수요가 빠르게 변합니다. 이를 통해 설계에서 별도의 보상 장치를 제거할 수 있습니다.

5. 케이블 및 변압기 손실이 감소합니다. 인버터와 변압기 사이를 순환하는 고조파 전류는 지속적으로 I²R 손실에 기여합니다. 이를 줄이면 플랜트의 측정된 성능 비율이 향상되며, 이는 EPC 계약자와의 수익 및 보증 논의 모두에 중요합니다.

6. 보호 조정이 개선됩니다. 왜곡된 전류는 계전기 픽업 및 퓨즈 동작에 영향을 미칩니다. 왜곡을 줄이면 보호 설정이 예측 가능해지며, 특히 부하 전류에 비해 고장 전류가 적은 긴 수집 피더에서 그렇습니다.

7. 향후 확장이 수용됩니다. 플랜트는 블록 단위로 확장됩니다. 150kvar 모듈식 보상 캐비닛 제품군 또는 병렬화 가능한 AHF 캐비닛과 같은 모듈식 프레임을 사용하면 교체 대신 배열과 함께 보상을 성장시킬 수 있습니다.

8. 인버터 가용성이 향상됩니다. 일부 인버터는 전압 왜곡이 내부 제한을 초과할 때, 특히 약한 피더에서 출력을 줄이거나 연결을 끊습니다. 인버터 단자에서의 더 깨끗한 전압은 이러한 이벤트를 줄여 엔지니어링 지표가 아닌 연간 수율 증가로 나타납니다. 공격적인 가용성 보증이 있는 플랜트에서는 이 차이가 계약 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

PV 또는 스토리지 플랜트의 보상 크기 조정 및 조정 방법

1단계 - 플랜트가 활성화되기 전에 배경 왜곡을 측정합니다. 연결 전 조사는 네트워크에 이미 무엇이 있는지 확인합니다. 이것이 없으면 플랜트의 기여도를 배경과 분리할 수 없으며, 필터는 생성하지 않은 문제를 해결하도록 크기가 조정될 수 있습니다.

2단계 - 세 가지 출력 수준에서 플랜트를 조사합니다. 저, 중, 정격 출력에서의 스펙트럼을 기록하고, 스토리지가 있는 경우 충전 상태도 기록합니다. 경부하 스펙트럼은 일반적으로 재생 에너지 사이트의 설계 사례이며, 정격 출력이 아닙니다.

3단계 - 공진 맵을 확인합니다. 기존 커패시터 뱅크, 케이블 정전 용량 및 변압기 임피던스 간의 병렬 공진을 계산하고, 정상 작동 중 공진 지점이 지배적인 고조파 차수와 일치하지 않는지 확인합니다. 일치하는 경우 보상을 배치하고 해당 지점을 감쇠하도록 조정해야 합니다.

4단계 - 더 나쁜 작동 상태로 크기 조정합니다. 충전 및 방전 중 더 큰 고조파 전류를 가져와 주변 및 향후 블록을 위한 헤드룸을 추가하고, 필터의 응답 시간이 인버터 자체의 전류 루프보다 빠르도록 하여 두 장치가 상호 작용하지 않도록 합니다.

5단계 - 플랜트 컨트롤러와 조정합니다. 필터의 무효 설정은 인버터의 전압 또는 역률 제어와 충돌해서는 안 됩니다. 어떤 장치가 전압을 조절하고, 어떤 장치가 전류를 조절하는지 정의하고, 플랜트 컨트롤러 로직에서 우선 순위를 문서화합니다. 75A 캐비닛이 플랜트 내부의 부하 보드를 서비스하는 경우, CT 배치는 인버터를 제외하여 부하만 보상하도록 해야 합니다.

6단계 - 목격 테스트로 확인합니다. 많은 네트워크 운영자는 플랜트가 여러 출력 수준에 있을 때 연결 지점에서 규정 준수 테스트를 요구합니다. 필터 설정을 포함하여 테스트 절차를 사전에 준비하고, 운영자가 사용하는 것과 동일한 형식으로 결과를 기록합니다.

소규모 산업 부하(작업장, O&M 건물, 스토리지 HVAC 시스템)를 포함하는 플랜트의 경우, 부하 보드에서의 보상이 인입구의 더 큰 장치보다 일반적으로 더 효과적입니다. 왜냐하면 고조파 전류가 수집 시스템을 전혀 통과하지 못하게 하기 때문입니다. 해당 보드에 30A 모듈을 설치하면 종종 충분하며, 주 필터는 생성 측 왜곡만 처리하면 됩니다. 전기 레이아웃을 확정하기 전에 프레임 및 장착 옵션을 비교하기 위해 전체 AHF 범위를 검토하십시오.

네트워크 운영자가 요청할 내용. 공진 연구, 고조파 모델, 선언된 정격이 있는 필터 데이터시트, 필터가 리플 제어 또는 전력선 통신 시스템을 방해하지 않는다는 증거, 그리고 목격된 커미셔닝 보고서에 대한 요청을 예상하십시오. 이 패키지를 활성화 후가 아닌 설계 중에 준비하면 잠재적인 지연이 일상적인 검토로 바뀌고, 동일한 개발자의 향후 그리드 연결 승인을 단축하는 종류의 엔지니어링 규율을 보여줍니다.

계절 및 일일 변동. 조사, 온도 및 그리드 조건에 따라 고조파 성능이 변경됩니다. 맑은 봄날에 검증된 플랜트는 한여름의 안개 속이나 출력이 낮고 배경 왜곡이 높은 겨울 폭풍 중에 다르게 작동할 수 있습니다. 경부하 인버터 왜곡 및 공진 효과가 결합되는 조건이므로 커미셔닝 프로그램에 저조사 테스트를 포함하십시오.

수집 시스템의 손실. 고조파 전류는 인버터에서 변압기 및 케이블을 통해 연결 지점으로 흐르며, 모든 도체는 도중에 I²R 손실을 소산시킵니다. 대규모 플랜트에서 긴 수집 피더의 경우 이러한 손실은 사소하지 않습니다. 측정된 출력을 줄이고 도체 온도를 높이며, 이는 케이블 용량을 감소시킵니다. 소스에 가깝게 배치된 보상은 이동하는 전류를 줄이며, 이득은 플랜트의 성능 비율과 고조파 규정 준수 보고서에 나타납니다.

두 번째 단계를 계획하십시오. 대부분의 PV 사이트는 블록 단위로 구축되며, 1단계의 고조파 평가는 2단계의 정확한 결과를 거의 반영하지 않습니다. 예비 용량이 있는 프레임 또는 명확한 병렬 연결 조항을 지정하고, 공진 연구를 살아있는 문서로 유지하며, 다음 블록이 활성화될 때 평가를 다시 실행하십시오. 1단계 완료 시 30% 과대평가된 필터는 일반적으로 2년 후에 적절한 크기입니다.

자주 묻는 질문

최신 PV 인버터도 고조파 필터링이 필요합니까?

정격 출력에서는 종종 그렇지 않습니다. 저출력에서는 자주 그렇습니다. THD는 정격의 20% 미만에서 급격히 상승하며, 배경 그리드 왜곡과 공진은 플랜트를 연결 제한 이상으로 밀어붙일 수 있습니다. 필터가 필요 없다고 결론짓기 전에 경부하에서 조사하십시오.

새로운 플랜트에 배경 왜곡이 중요한 이유는 무엇입니까?

규정 준수는 인버터가 아닌 연결 지점에서 측정되기 때문입니다. 기존의 상위 왜곡과 플랜트 자체의 방출이 측정값을 결정하며, 플랜트는 개별 인버터가 규정을 준수하는 것으로 테스트되더라도 평가에 실패할 수 있습니다.

AHF가 인버터 필터와 공진을 일으킬 수 있습니까?

올바르게 조정된 경우 그렇지 않습니다. 필터는 네트워크 임피던스를 변경하므로 설치 후 공진 맵을 다시 계산해야 합니다. 커미셔닝에는 새로운 공진 지점이 지배적인 차수 근처에 나타나지 않았는지 확인하기 위한 스윕 또는 단계 테스트가 포함되어야 합니다.

무효 전력을 위해 별도의 장치가 필요합니까?

때때로. 무효 전력 기능이 있는 필터는 적당한 요구 사항과 전환 기간을 충족할 수 있으며, 더 큰 무효 의무 또는 전압 지원 의무가 있는 플랜트는 전용 SVG가 필요할 수 있습니다. 결정은 그리드 코드와 플랜트 정격에 따라 달라집니다.

배터리 스토리지가 계산을 어떻게 변경합니까?

충전은 전류 방향을 반전시키고 내보내기보다 더 높은 왜곡을 생성할 수 있습니다. 더 나쁜 상태로 크기를 조정하고, 전류가 급격히 단계화될 때 충전 및 방전 간의 전환 중에 필터가 안정적으로 유지되는지 확인합니다.

대규모 플랜트에서 필터는 어디에 설치해야 합니까?

규정 준수 측정값(일반적으로 수집 변전소 또는 연결 지점)과 일치하는 지점, 그리고 내부 부하 보드에 로컬 장치를 설치합니다. 중앙 집중식 보상만으로는 내부 부하 고조파가 수집 시스템을 통해 순환됩니다.

결론

재생 에너지 플랜트가 고조파 평가에 실패하는 이유는 인버터 품질과 거의 관련이 없습니다. 경부하 작동, 배경 왜곡 및 기존 정전 용량과의 공진입니다. 연결 전 기준선을 측정하고, 세 가지 출력 수준에서 조사하고, 공진 맵을 확인하고, 충전 및 방전 중 더 나쁜 상태로 크기를 조정하고, 플랜트 컨트롤러와 제어를 조정하십시오. 이러한 방식으로 사용되는 빠른 응답 필터는 규정 준수를 논쟁에서 측정으로 바꿉니다.

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