Falowanie prądu stałego i magazynowanie energii słonecznej: dlaczego falowniki potrzebują AHF

Podsumowanie. Aktywny filtr harmonicznych dla systemów fotowoltaicznych nie jest luksusowym dodatkiem do instalacji, która już spełnia wymagania kodu sieciowego: często jest to urządzenie, które umożliwia osiągnięcie zgodności, gdy liczba falowników rośnie, a zniekształcenia tła pochodzące od operatora sieci są wysokie. Falowniki PV generują boczne pasma przełączania, oddziałują z istniejącymi bankami kondensatorów i zmieniają impedancję sieci w miarę podłączania i odłączania. Ten przewodnik wyjaśnia, skąd faktycznie biorą się harmoniczne falowników, dlaczego zniekształcenia tła z sieci mają takie samo znaczenie jak emisja własna instalacji, jak szybki filtr tłumi rezonans zamiast go wzmacniać, oraz jak dobrać kompensację dla instalacji zawierającej również magazyn energii. Zakończono go listą kontrolną koordynacji dla wykonawców EPC pracujących w ramach limitów kodu sieciowego w punkcie przyłączenia.

Skąd faktycznie biorą się harmoniczne w instalacji PV?

Falownik podłączony do sieci przełącza się z częstotliwością kilku kiloherców i moduluje podstawową moc wyjściową. Proces przełączania generuje pasma boczne wokół wielokrotności częstotliwości przełączania, podczas gdy pętla sterowania prądem powoduje zniekształcenia niskiego rzędu, w szczególności 5. i 7. rzędu, gdy falownik pracuje przy niskim obciążeniu lub w warunkach niezrównoważonej sieci. Nowoczesne falowniki z wysoką częstotliwością przełączania i filtrami LCL zapewniają niskie THD prądu przy mocy znamionowej, ale wartość ta gwałtownie rośnie poniżej 20 procent mocy znamionowej – czyli dokładnie tam, gdzie instalacja pracuje przez większą część poranka i wieczoru.

Drugim źródłem jest sama sieć. Zniekształcenia tła pochodzące od obciążeń nadrzędnych pojawiają się w punkcie przyłączenia, a banki kondensatorów instalacji, pojemność kabli i impedancja transformatora tworzą sieć rezonansową, która może wzmacniać te składowe tła. Instalacja, która mierzy swoje własne falowniki jako zgodne, może nadal nie przejść oceny przyłączenia, ponieważ zmierzone zniekształcenia w punkcie pomiarowym są zdominowane przez rezonans, a nie przez generację.

Trzecim źródłem jest interakcja. Wiele falowników pracujących równolegle dzieli wspólny system odbioru prądu przemiennego, a ich indywidualne pętle sterowania mogą oddziaływać przy niskiej częstotliwości, powodując oscylacje, które pojawiają się jako zniekształcenia podharmoniczne lub oscylacje mocy. Dodanie filtra zmienia impedancję widzianą przez każdy falownik, dlatego koordynacja między urządzeniami jest czynnością projektową, a nie zakupową.

Magazyn energii dodaje czwarty wymiar. System akumulatorów ładuje się i rozładowuje, więc kierunek prądu odwraca się zgodnie z harmonogramem, a PCS działa jako obciążenie podczas ładowania. Prąd harmoniczny podczas ładowania może przekroczyć warunek eksportu, a filtr musi być dobrany do gorszego z tych dwóch stanów, a nie do konwencjonalnego przypadku tylko eksportu.

Metoda pomiaru decyduje o werdykcie.Limity harmonicznych są oceniane inaczej w zależności od odniesionego standardu: niektóre wymagają bardzo krótkich okien agregacji, inne dziesięciu minut lub dwóch godzin. Instalacja może przejść jedną metodę i nie przejść drugiej przy tym samym sprzęcie. Uzgodnij metodę z operatorem sieci przed testem, użyj analizatora klasy A i zapisz interwał agregacji w raporcie. Błędne zastosowanie tej metody jest najczęstszym powodem, dla którego zgodna instalacja jest proszona o powtórzenie testu rozruchowego, a powtórzenie w odległej lokalizacji jest kosztowne dla wszystkich zaangażowanych.

Dlaczego filtrowanie zmienia wynik dla instalacji odnawialnych

1. Rezonans jest tłumiony, a nie wzbudzany.Bank kondensatorów na linii z dużą pojemnością kablową może stanowić rezonans równoległy blisko 5. lub 7. harmonicznej. Szybki filtr wstrzykuje prąd przeciwny przy zniekształconej częstotliwości i skutecznie tłumi rezonans, podczas gdy pasywny filtr dostrojony w pobliżu tej samej częstotliwości może po prostu przenieść problem na inny rząd.

2. Zgodność z kodem sieciowym jest mierzona w punkcie przyłączenia.Limity emisji harmonicznych dotyczą miejsca, w którym instalacja styka się z siecią, a nie zacisków falownika. Kompensacja w podstacji zbiorczej adresuje istotny pomiar, a rejestrowanie per-order dostarcza dowodów, o które poprosi operator sieci.

3. Zniekształcenia przy niskim obciążeniu są obsługiwane.THD falownika rośnie przy częściowej mocy wyjściowej, a szybki filtr AHF dla systemów fotowoltaicznych z detekcją sub-cyklową utrzymuje czystość punktu przyłączenia w godzinach, w których konwencjonalna konstrukcja byłaby niezgodna.

4. Zdolność reaktywna zmniejsza liczbę urządzeń.Filtr z mocą reaktywną może dostarczać prąd reaktywny wymagany przez kod sieciowy w okresach przejściowych wokół wschodu i zachodu słońca, kiedy zapotrzebowanie na moc reaktywną szybko się zmienia. Może to wyeliminować oddzielne urządzenie kompensacyjne z projektu.

5. Straty w kablach i transformatorach spadają.Prąd harmoniczny krążący między falownikami a transformatorem przyczynia się do strat I²R w sposób ciągły. Jego redukcja poprawia zmierzoną wydajność instalacji, co ma znaczenie zarówno dla przychodów, jak i dla dyskusji gwarancyjnych z wykonawcą EPC.

6. Koordynacja ochrony jest poprawiona.Zniekształcony prąd wpływa na działanie przekaźników i bezpieczników. Redukcja zniekształceń sprawia, że ustawienia ochrony są przewidywalne, szczególnie na długich liniach zbiorczych, gdzie prąd zwarciowy jest niewielki w porównaniu z prądem obciążenia.

7. Uwzględniana jest przyszła rozbudowa.Instalacje są rozbudowywane blokami. Modułowa rama, taka jak rodzina szaf kompensacyjnych modułowych 150 kvar lub szafa AHF z możliwością równoległego połączenia, pozwala na rozbudowę kompensacji wraz z układem, zamiast jej wymiany.

8. Dostępność falowników jest poprawiona.Niektóre falowniki ograniczają moc lub odłączają się, gdy zniekształcenie napięcia przekracza wewnętrzne limity, szczególnie na słabych liniach. Czyste napięcie na zaciskach falownika zmniejsza te zdarzenia, co objawia się jako wyższy roczny uzysk, a nie jako parametr inżynieryjny. W instalacjach z agresywnymi gwarancjami dostępności ta różnica może wpłynąć na wydajność kontraktu.

Jak dobrać i skoordynować kompensację w instalacji PV lub magazynu energii

Krok 1 — Zmierz zniekształcenia tła przed uruchomieniem instalacji.Badanie przedpodłączeniowe określa, co już znajduje się w sieci. Bez niego wkład instalacji nie może być oddzielony od tła, a filtr może być dobrany do rozwiązania problemu, którego nie stworzył.

Krok 2 — Przeprowadź badanie instalacji przy trzech poziomach mocy wyjściowej.Zapisz widmo przy niskiej, średniej i znamionowej mocy wyjściowej, a także stan ładowania, jeśli obecny jest magazyn energii. Widma przy niskim obciążeniu są zazwyczaj przypadkiem projektowym dla instalacji odnawialnych, a nie moc znamionowa.

Krok 3 — Sprawdź mapę rezonansu.Oblicz rezonans równoległy między istniejącymi bankami kondensatorów, pojemnością kabli i impedancją transformatora, i potwierdź, że żaden punkt rezonansowy nie zbiega się z dominującym rzędem harmonicznych podczas normalnej pracy. Jeśli tak się stanie, kompensacja musi być umieszczona i dostrojona, aby stłumić ten punkt.

Krok 4 — Dobierz na podstawie gorszego stanu pracy.Weź większy prąd harmoniczny z ładowania i rozładowania, dodaj zapas na warunki otoczenia i przyszłe bloki, i potwierdź, że czas reakcji filtra jest szybszy niż własna pętla prądowa falownika, aby te dwa elementy nie oddziaływały ze sobą.

Krok 5 — Skoordynuj z kontrolerem instalacji.Ustawienia reaktywne filtra nie mogą kolidować ze sterowaniem napięciem lub współczynnikiem mocy falownika. Określ, które urządzenie reguluje napięcie, które reguluje prąd, i udokumentuj priorytet w logice kontrolera instalacji. Tam, gdzie szafa 75A obsługuje tablicę obciążeń wewnątrz instalacji, jej umiejscowienie CT powinno wykluczać falowniki, tak aby kompensowała tylko obciążenia.

Krok 6 — Zweryfikuj za pomocą testu z udziałem świadków.Wielu operatorów sieci wymaga testu zgodności w punkcie przyłączenia z instalacją pracującą na kilku poziomach mocy wyjściowej. Przygotuj procedurę testową z wyprzedzeniem, w tym ustawienia filtra, i zapisz wyniki w tym samym formacie, co operator.

Dla instalacji zawierających również małe obciążenie przemysłowe — warsztat, budynek O&M, system klimatyzacji magazynu — kompensacja na tablicy obciążeń jest zazwyczaj skuteczniejsza niż większe urządzenie na wejściu, ponieważ zapobiega przepływowi prądu harmonicznego przez system zbiorczy. Moduł 30A na tej tablicy jest często wystarczający, a główny filtr musi wtedy obsługiwać tylko zniekształcenia generacji. Przejrzyj pełny zakres AHF , aby porównać ramy i opcje montażu przed ustaleniem układu elektrycznego.

Czego zażąda operator sieci.Spodziewaj się próśb o studium rezonansu, model harmoniczny, kartę katalogową filtra z deklarowanymi parametrami, dowody na to, że filtr nie zakłóca systemów sterowania tętnieniem ani systemów przenoszenia mocy po liniach, oraz raport z testu rozruchowego z udziałem świadków. Przygotowanie tego pakietu podczas projektowania, a nie po uruchomieniu, zamienia potencjalne opóźnienie w rutynową weryfikację i demonstruje rodzaj dyscypliny inżynieryjnej, która skraca przyszłe zatwierdzenia przyłączenia do sieci dla tego samego dewelopera.

Sezonowe i dzienne zmiany.Wydajność harmoniczna zmienia się wraz z nasłonecznieniem, temperaturą i warunkami sieciowymi. Instalacja zweryfikowana w pogodny wiosenny dzień może zachowywać się inaczej w środku lata przy zamgleniu lub podczas zimowej burzy, gdy moc wyjściowa jest niska, a zniekształcenia tła wysokie. Uwzględnij test przy niskim nasłonecznieniu w programie rozruchowym, ponieważ jest to warunek, w którym zniekształcenia falownika przy niskim obciążeniu i efekty rezonansowe się łączą.

Straty w systemie zbiorczym.Prąd harmoniczny płynie od falowników przez transformatory i kable do punktu przyłączenia, a każdy przewodnik rozprasza straty I²R po drodze. W dużej instalacji z długimi liniami zbiorczymi straty te nie są trywialne; zmniejszają zmierzoną moc wyjściową i zwiększają temperaturę przewodów, co z kolei obniża wydajność kabli. Kompensacja umieszczona blisko źródła zmniejsza przepływający prąd, a zysk objawia się w stosunku wydajności instalacji, jak również w raporcie zgodności harmonicznej.

Planuj drugą fazę.Większość instalacji PV jest budowana blokami, a ocena harmoniczna dla pierwszej fazy rzadko odzwierciedla dokładnie drugą fazę. Określ ramy z zapasem pojemności lub jasnym postanowieniem o równoległym połączeniu, zachowaj studium rezonansu jako żywy dokument i ponownie przeprowadź ocenę po uruchomieniu kolejnego bloku. Filtr, który jest o 30 procent przewymiarowany po zakończeniu pierwszej fazy, zazwyczaj ma odpowiedni rozmiar dwa lata później.

FAQ

Czy nowoczesne falowniki PV nadal potrzebują filtrowania harmonicznych?

Przy mocy znamionowej, często nie. Przy niskiej mocy, często tak: THD gwałtownie rośnie poniżej 20 procent mocy znamionowej, a zniekształcenia tła sieci plus rezonans mogą spowodować przekroczenie limitów przyłączeniowych przez instalację. Przeprowadź badanie przy niskim obciążeniu przed stwierdzeniem, że filtr nie jest potrzebny.

Dlaczego zniekształcenia tła mają znaczenie dla nowej instalacji?

Ponieważ zgodność jest mierzona w punkcie przyłączenia, a nie przy falowniku. Istniejące zniekształcenia nadrzędne plus własna emisja instalacji determinują zmierzoną wartość, a instalacja może nie przejść oceny, nawet jeśli jej falowniki indywidualnie przejdą testy.

Czy AHF może powodować rezonans z filtrami falowników?

Nie, jeśli jest prawidłowo skoordynowany. Filtr zmienia impedancję sieci, dlatego mapa rezonansu musi być przeliczona po instalacji. Rozruch powinien obejmować test zamiatania lub test skokowy, aby potwierdzić, że nie pojawił się nowy punkt rezonansowy w pobliżu dominującego rzędu.

Czy potrzebuję oddzielnego urządzenia do mocy reaktywnej?

Czasami. Filtr z możliwością reaktywną może pokryć umiarkowane wymagania i okresy przejściowe, podczas gdy instalacje z większymi zobowiązaniami reaktywnymi lub zadaniami wsparcia napięcia mogą potrzebować dedykowanego SVG. Decyzja zależy od kodu sieciowego i mocy znamionowej instalacji.

Jak magazyn energii zmienia obliczenia?

Ładowanie odwraca kierunek prądu i może generować większe zniekształcenia niż eksport. Dobierz na podstawie gorszego stanu i potwierdź, że filtr pozostaje stabilny podczas przejść między ładowaniem a rozładowaniem, kiedy prąd szybko się zmienia.

Gdzie powinien być zainstalowany filtr w dużej instalacji?

W punkcie odpowiadającym pomiarowi zgodności — zazwyczaj w podstacji zbiorczej lub w punkcie przyłączenia — plus jednostki lokalne na wewnętrznych tablicach obciążeń. Kompensacja tylko centralna pozostawia harmoniczne obciążeń wewnętrznych krążące przez system zbiorczy.

Wniosek

Instalacje odnawialne nie przechodzą ocen harmonicznych z powodów, które mają niewiele wspólnego z jakością falowników: praca przy niskim obciążeniu, zniekształcenia tła i rezonans z istniejącą pojemnością. Zmierz bazę przed podłączeniem, przeprowadź badanie przy trzech poziomach mocy wyjściowej, sprawdź mapę rezonansu, dobierz na podstawie gorszego stanu ładowania i rozładowania, i skoordynuj sterowanie z kontrolerem instalacji. Szybki filtr używany w ten sposób zamienia zgodność z argumentu w pomiar.

Rozruch instalacji PV lub magazynu energii z limitami harmonicznymi?Prześlij nam schemat jednokreskowy, karty katalogowe falowników i limity kodu sieciowego, a my wykonamy modelowanie rezonansu, dobierzemy kompensację i dostarczymy procedurę testu z udziałem świadków. Skontaktuj się z naszym zespołem ds. energii odnawialnej.