Güneş PV ve Depolama Harmonikleri: İnvertörlerin Neden AHF'ye İhtiyacı Var

Özet. Güneş PV sistemleri için aktif harmonik filtre, şebeke kodunu zaten karşılayan bir tesis için lüks bir ekleme değildir: İnvertör sayısı arttığında ve şebekeden kaynaklanan arka plan bozulması yüksek olduğunda uyumluluğu mümkün kılan cihazdır. PV invertörleri anahtarlama yan bantları üretir, mevcut kapasitör bankalarıyla etkileşime girer ve bağlandıklarında ve bağlantılarını kestiklerinde ağ empedansını değiştirir. Bu kılavuz, invertör harmoniklerinin aslında nereden geldiğini, şebekeden kaynaklanan arka plan bozulmasının tesisin kendi emisyonu kadar neden önemli olduğunu, hızlı yanıt veren bir filtrenin rezonansı nasıl sönümlediğini ve amplifiye etmediğini ve ayrıca pil depolama içeren bir tesis için kompanzasyonun nasıl boyutlandırılacağını açıklar. Bağlantı noktasında şebeke kodu sınırlarına uyan EPC müteahhitleri için bir koordinasyon kontrol listesi ile sona ermektedir.

PV Tesisindeki Harmonikler Aslında Nereden Geliyor?

Şebekeye bağlı bir invertör birkaç kilohertzde anahtarlama yapar ve temel bir çıktıyı modüle eder. Anahtarlama işlemi, anahtarlama frekansının katları etrafında yan bantlar üretirken, akım kontrol döngüsü, invertör düşük yükte veya dengesiz şebeke koşulları altında çalıştığında, özellikle 5. ve 7. derecelerde düşük dereceli bozulma üretir. Yüksek anahtarlama frekansına ve LCL filtrelerine sahip modern invertörler, nominal çıkışta düşük akım THD'si sağlar, ancak bu rakam nominal gücün yüzde 20'sinin altına düştüğünde keskin bir şekilde yükselir — tam da tesisin sabah ve akşam saatlerinin büyük bir bölümünde çalıştığı yerdir.

İkinci kaynak şebekenin kendisidir. Yukarı akış yüklere ait arka plan bozulması bağlantı noktasında görünür ve tesisin kapasitör bankaları, kablo kapasitansı ve transformatör empedansı, bu arka plan bileşenlerini yükseltebilecek rezonant bir ağ oluşturur. Kendi invertörlerini uyumlu olarak ölçen bir tesis, ölçüm noktasındaki ölçülen bozulmanın üretimden çok rezonans tarafından domine edilmesi nedeniyle bağlantı değerlendirmesinde başarısız olabilir.

Üçüncü kaynak etkileşimdir. Paralel çalışan birden fazla invertör ortak bir AC toplama sistemini paylaşır ve bireysel kontrol döngüleri düşük frekansta etkileşime girerek alt harmonik bozulma veya güç salınımı olarak görünen salınımlar üretebilir. Bir filtre eklemek, her invertörün gördüğü empedansı değiştirir, bu nedenle cihazlar arasındaki koordinasyon bir tedarik değil, bir tasarım etkinliğidir.

Depolama dördüncü bir boyut ekler. Bir pil sistemi şarj ve deşarj olur, bu nedenle akım yönü bir programa göre tersine döner ve PCS şarj sırasında bir yük olarak davranır. Şarj sırasındaki harmonik akım, ihracat koşulunu aşabilir ve filtre, geleneksel yalnızca ihracat durumu yerine, iki durumun daha kötüsü için boyutlandırılmalıdır.

Ölçüm yöntemi kararı belirler.Harmonik limitler, başvurulan standarda bağlı olarak farklı şekilde değerlendirilir: bazıları çok kısa toplama pencereleri gerektirir, diğerleri on dakika veya iki saat. Bir tesis, aynı donanımla bir yöntemi geçip diğerinde başarısız olabilir. Testten önce ağ operatörü ile yöntemi kabul edin, bir Sınıf A analizörü kullanın ve raporun toplama aralığını kaydedin. Bunu yanlış yapmak, uyumlu bir tesisin bir devreye alma testini tekrarlamasının istenmesinin en yaygın nedenidir ve uzak bir sitede tekrarlamak ilgili herkes için maliyetlidir.

Neden Filtreleme Yenilenebilir Tesisler İçin Sonucu Değiştirir

1. Rezonans uyarılmak yerine sönümlenir.Yüksek kablo kapasitansına sahip bir besleyicideki kapasitör bankası, 5. veya 7. harmoniklere yakın bir paralel rezonans sunabilir. Bozulmuş frekansta karşıt akım enjekte eden hızlı yanıt veren bir filtre, rezonansı etkili bir şekilde sönümlerken, aynı frekansa yakın ayarlanmış pasif bir filtre sorunu başka bir dereceye taşıyabilir.

2. Şebeke kodu uyumluluğu bağlantı noktasında ölçülür.Harmonik emisyon limitleri, tesisin ağ ile buluştuğu yerde, invertör terminallerinde değil, geçerlidir. Toplama trafo merkezinde kompanzasyon yapmak, önemli olan ölçümü ele alır ve derece bazında günlük kaydı, bir ağ operatörünün isteyeceği kanıtı sağlar.

3. Düşük yük bozulması ele alınır.İnvertör THD'si kısmi çıkışta yükselir ve bir hızlı yanıt veren AHF, fotovoltaik sistemler için alt döngü tespiti ile, geleneksel bir tasarımın uyumsuz olacağı saatlerde bağlantı noktasını temiz tutar.

4. Reaktif yetenek ekipman sayısını azaltır.Reaktif çıkışa sahip bir filtre, güneşin doğuşu ve batışı etrafındaki geçiş dönemlerinde, reaktif talebin hızla değiştiği zamanlarda şebeke kodunun gerektirdiği reaktif akımı sağlayabilir. Bu, tasarımdan ayrı bir kompanzasyon cihazını kaldırabilir.

5. Kablo ve transformatör kayıpları düşer.İnvertörler ve transformatör arasındaki dolaşan harmonik akım, sürekli olarak I²R kayıplarına katkıda bulunur. Bunu azaltmak, tesisin ölçülen performans oranını iyileştirir, bu da hem gelir hem de EPC müteahhidi ile garanti görüşmeleri için önemlidir.

6. Koruma koordinasyonu iyileşir.Bozulmuş akım, röle açma ve sigorta davranışını etkiler. Bozulmayı azaltmak, özellikle arıza akımının yük akımına kıyasla mütevazı olduğu uzun toplama besleyicilerinde koruma ayarlarını öngörülebilir hale getirir.

7. Gelecekteki genişleme karşılanır.Tesisler bloklar halinde genişletilir. 150 kVA modüler kompanzasyon kabini ailesi veya paralel bağlanabilir bir AHF kabini gibi modüler bir çerçeve, kompanzasyonun değiştirilmek yerine dizi ile birlikte büyümesine izin verir.

8. İnvertör kullanılabilirliği artar.Bazı invertörler, özellikle zayıf besleyicilerde voltaj bozulması dahili limitleri aştığında güç düşürür veya bağlantıyı keser. İnvertör terminallerindeki daha temiz voltaj, bu olayları azaltır, bu da mühendislik metriği olarak değil, daha yüksek yıllık getiri olarak ortaya çıkar. Agresif kullanılabilirlik garantilerine sahip tesislerde, bu fark sözleşme performansını etkileyebilir.

PV veya Depolama Tesisinde Kompanzasyonun Boyutlandırılması ve Koordinasyonu

Adım 1 — Tesis enerjilendirilmeden önce arka plan bozulmasını ölçün.Devreye alma öncesi bir anket, ağın zaten ne içerdiğini belirler. Olmadan, tesisin katkısı arka plandan ayrılamaz ve filtre, yaratmadığı bir sorunu çözmek için boyutlandırılabilir.

Adım 2 — Tesisin üç çıkış seviyesinde anketini yapın.Düşük, orta ve nominal çıkışta spektrumu kaydedin, ayrıca depolama varsa şarj durumunu da kaydedin. Düşük yük spektrumları genellikle yenilenebilir sahalar için tasarım durumudur, nominal çıkış değil.

Adım 3 — Rezonans haritasını kontrol edin.Mevcut kapasitör bankaları, kablo kapasitansı ve transformatör empedansı arasındaki paralel rezonansı hesaplayın ve normal çalışma sırasında hiçbir rezonans noktasının baskın bir harmonik derecesiyle çakışmadığını doğrulayın. Çakışırsa, kompanzasyon o noktayı sönümlemek için yerleştirilmeli ve ayarlanmalıdır.

Adım 4 — En kötü işletme durumuna göre boyutlandırın.Şarj ve deşarjın daha büyük harmonik akımını alın, ortam ve gelecekteki bloklar için pay ekleyin ve filtrenin yanıt süresinin, ikisinin etkileşime girmemesi için invertörün kendi akım döngüsünden daha hızlı olduğunu doğrulayın.

Adım 5 — Tesis kontrolörü ile koordine edin.Filtrenin reaktif ayarları, invertörün voltaj veya güç faktörü kontrolü ile çakışmamalıdır. Hangi cihazın voltajı düzenlediğini, hangisinin akımı düzenlediğini tanımlayın ve tesis kontrolörü mantığında önceliği belgeleyin. 75A kabin tesis içindeki bir yük panosuna hizmet veriyorsa, CT yerleşimi, yalnızca yükleri kompanse edecek şekilde invertörleri hariç tutmalıdır.

Adım 6 — Tanık bir test ile doğrulayın.Birçok ağ operatörü, tesisin çeşitli çıkış seviyelerinde bağlantı noktasında bir uyumluluk testi gerektirir. Test prosedürünü, filtre ayarları dahil olmak üzere önceden hazırlayın ve sonuçları operatörün kullandığı formatta kaydedin.

Küçük bir endüstriyel yük içeren tesisler için — bir atölye, bir O&M binası, bir depolama HVAC sistemi — yük panosundaki kompanzasyon, harmonik akımın toplama sistemi boyunca seyahat etmesini engellediği için genellikle giriş noktasındaki daha büyük bir cihaza göre daha etkilidir. O panodaki 30A modülü genellikle yeterlidir ve ana filtre o zaman yalnızca üretim tarafı bozulmasını ele almak zorunda kalır. Çerçeveleri ve montaj seçeneklerini karşılaştırmak için tam AHF serisini gözden geçirin, ardından elektrik düzenini sabitleyin.

Ağ operatörünün ne isteyeceği.Rezonans çalışması, harmonik model, beyan edilen derecelere sahip filtre veri sayfası, filtrenin dalgalı kontrol veya güç hattı taşıyıcı sistemlerle etkileşime girmediğine dair kanıt ve tanık olunan bir devreye alma raporu için istekler bekleyin. Bu paketi enerjilendirmedikten sonra değil, tasarım sırasında hazırlamak potansiyel bir gecikmeyi rutin bir incelemeye dönüştürür ve aynı geliştirici için gelecekteki şebeke bağlantı onaylarını kısaltan mühendislik disiplini türünü gösterir.

Mevsimsel ve günlük değişim.Harmonik performans, ışınım, sıcaklık ve şebeke koşullarıyla değişir. Açık bir bahar gününde doğrulanmış bir tesis, yaz ortası pusunda veya düşük çıkışın ve yüksek arka plan bozulmasının olduğu kış fırtınası sırasında farklı davranabilir. Devreye alma programına düşük ışınım testi dahil edin, çünkü bu, düşük yük invertör bozulması ve rezonans etkilerinin birleştiği koşuldur.

Toplama sistemindeki kayıplar.Harmonik akım, invertörlerden transformatörler ve kablolar aracılığıyla bağlantı noktasına akar ve her iletken yol boyunca I²R kayıplarını dağıtır. Büyük bir tesis ve uzun toplama besleyicilerinde bu kayıplar önemsiz değildir; ölçülen çıktıyı azaltır ve iletken sıcaklığını artırır, bu da kablo kapasitesini düşürür. Kaynağa yakın yerleştirilen kompanzasyon, seyahat eden akımı azaltır ve kazanç, tesisin performans oranında ve harmonik uyumluluk raporunda ortaya çıkar.

İkinci aşama için plan yapın.Çoğu PV sahası bloklar halinde inşa edilir ve birinci aşama için harmonik değerlendirme, ikinci aşamayı nadiren doğru bir şekilde yansıtır. Yedek kapasiteli veya net paralel bağlantı sağlayan çerçeveler belirtin, rezonans çalışmasını canlı bir belge olarak saklayın ve bir sonraki blok enerjilendirildiğinde değerlendirmeyi yeniden çalıştırın. Birinci aşama tamamlandığında yüzde 30 aşırı boyutlandırılmış bir filtre, genellikle iki yıl sonra doğru boyuttadır.

SSS

Modern PV invertörleri hala harmonik filtrelemeye ihtiyaç duyuyor mu?

Nominal çıkışta, genellikle hayır. Düşük çıkışta, sıklıkla evet: THD, derecelendirmenin yüzde 20'sinin altına düştüğünde keskin bir şekilde yükselir ve arka plan şebeke bozulması artı rezonans, tesisi bağlantı limitlerinin üzerine çıkarabilir. Filtreye gerek olmadığına karar vermeden önce düşük yükte anket yapın.

Neden arka plan bozulması yeni bir tesis için önemlidir?

Uyumluluk, invertörde değil, bağlantı noktasında ölçüldüğü için. Mevcut yukarı akış bozulması artı tesisin kendi emisyonu, ölçülen değeri belirler ve bir tesis, invertörleri bireysel olarak uyumlu test edilse bile bir değerlendirmede başarısız olabilir.

Bir AHF, invertör filtreleriyle rezonansa neden olabilir mi?

Doğru koordine edilirse olmaz. Filtre ağ empedansını değiştirir, bu nedenle kurulumdan sonra rezonans haritası yeniden hesaplanmalıdır. Devreye alma, baskın bir derecenin yakınında yeni bir rezonans noktasının ortaya çıkmadığını doğrulamak için bir tarama veya adım testi içermelidir.

Reaktif güç için ayrı bir cihaza ihtiyacım var mı?

Bazen. Reaktif yeteneğe sahip bir filtre, mütevazı gereksinimleri ve geçiş dönemlerini kapsayabilirken, daha büyük reaktif yükümlülükleri veya voltaj destek görevleri olan tesisler özel bir SVG'ye ihtiyaç duyabilir. Karar, şebeke koduna ve tesis derecelendirmesine bağlıdır.

Pil depolama hesaplamayı nasıl değiştirir?

Şarj, akım yönünü tersine çevirir ve ihracattan daha yüksek bozulma üretebilir. Daha kötü duruma göre boyutlandırın ve akımın hızla adım attığı şarj ve deşarj arasındaki geçişler sırasında filtrenin kararlı kaldığını doğrulayın.

Filtre büyük bir tesiste nereye kurulmalıdır?

Uyumluluk ölçümüne uyan noktada — genellikle toplama trafo merkezi veya bağlantı noktası — artı dahili yük panolarında yerel birimler. Yalnızca merkezi kompanzasyon, dahili yük harmoniklerinin toplama sistemi boyunca dolaşmasına neden olur.

Sonuç

Yenilenebilir tesisler, invertör kalitesiyle pek ilgisi olmayan nedenlerle harmonik değerlendirmelerde başarısız olur: düşük yük çalışması, arka plan bozulması ve mevcut kapasitansla rezonans. Devreye alma öncesi temel çizgiyi ölçün, üç çıkış seviyesinde anket yapın, rezonans haritasını kontrol edin, şarj ve deşarjın daha kötüsüne göre boyutlandırın ve tesis kontrolörü ile kontrolü koordine edin. Bu şekilde kullanılan hızlı yanıt veren bir filtre, uyumluluğu bir argümandan bir ölçüme dönüştürür.

Harmonik limitlerle bir PV veya depolama tesisini devreye almak mı?Bize tek hat şemasını, invertör veri sayfalarını ve şebeke kodu limitlerini gönderin, rezonansı modelleyecek, kompanzasyonu boyutlandıracak ve tanık olunan bir test prosedürü sağlayacağız. Yenilenebilir enerji ekibimizle iletişime geçin.