H

Tóm tắt. Bộ lọc hài bậc cao chủ động cho hệ thống năng lượng mặt trời PV không phải là một tùy chọn bổ sung xa xỉ cho một nhà máy đã tuân thủ mã lưới điện: nó thường là thiết bị giúp việc tuân thủ trở nên khả thi khi số lượng biến tần tăng lên và độ méo nền từ tiện ích cao. Biến tần PV tạo ra các dải biên chuyển mạch, tương tác với các bộ tụ điện hiện có và thay đổi trở kháng mạng khi chúng kết nối và ngắt kết nối. Hướng dẫn này giải thích nguồn gốc thực sự của các hài bậc cao từ biến tần, tại sao độ méo nền từ lưới điện lại quan trọng như phát xạ của chính nhà máy, bộ lọc phản ứng nhanh làm giảm cộng hưởng thay vì khuếch đại nó như thế nào và cách tính toán bù cho một nhà máy cũng chứa hệ thống lưu trữ pin. Cuối cùng, nó đưa ra một danh sách kiểm tra phối hợp cho các nhà thầu EPC làm việc theo giới hạn mã lưới điện tại điểm kết nối.

Hài bậc cao trong nhà máy PV thực sự đến từ đâu?

Một biến tần nối lưới chuyển mạch ở vài kilohertz và điều chế đầu ra cơ bản. Quá trình chuyển mạch tạo ra các dải biên xung quanh các bội số của tần số chuyển mạch, trong khi vòng điều khiển dòng điện tạo ra độ méo bậc thấp, đặc biệt là bậc 5 và 7, khi biến tần hoạt động ở tải nhẹ hoặc trong điều kiện lưới điện không cân bằng. Các biến tần hiện đại với tần số chuyển mạch cao và bộ lọc LCL cung cấp THD dòng điện thấp ở đầu ra định mức, nhưng con số này tăng mạnh dưới 20% công suất định mức — đây chính xác là nơi nhà máy hoạt động trong phần lớn buổi sáng và buổi tối.

Nguồn thứ hai là chính lưới điện. Độ méo nền từ các tải phía trên xuất hiện tại điểm kết nối, và các bộ tụ điện của nhà máy, điện dung cáp và trở kháng máy biến áp tạo thành một mạng cộng hưởng có thể khuếch đại các thành phần nền đó. Một nhà máy đo lường các biến tần của riêng mình là tuân thủ vẫn có thể thất bại trong đánh giá kết nối vì độ méo đo được tại điểm đo được chi phối bởi cộng hưởng thay vì bởi sự phát sinh.

Nguồn thứ ba là sự tương tác. Nhiều biến tần hoạt động song song chia sẻ một hệ thống thu gom AC chung, và các vòng điều khiển riêng lẻ của chúng có thể tương tác ở tần số thấp, tạo ra dao động xuất hiện dưới dạng độ méo dưới hài hoặc dao động công suất. Việc thêm bộ lọc làm thay đổi trở kháng mà mọi biến tần nhìn thấy, đó là lý do tại sao sự phối hợp giữa các thiết bị là một hoạt động thiết kế, không phải là hoạt động mua sắm.

Lưu trữ thêm một chiều thứ tư. Một hệ thống pin sạc và xả, vì vậy hướng dòng điện đảo ngược theo lịch trình, và PCS hoạt động như một tải trong quá trình sạc. Dòng điện hài trong quá trình sạc có thể vượt quá điều kiện xuất khẩu, và bộ lọc phải được định cỡ cho trạng thái tồi tệ hơn của hai trạng thái thay vì trường hợp chỉ xuất khẩu thông thường.

Phương pháp đo quyết định phán quyết. Các giới hạn hài được đánh giá khác nhau tùy thuộc vào tiêu chuẩn được tham chiếu: một số yêu cầu cửa sổ tổng hợp rất ngắn, những tiêu chuẩn khác là mười phút hoặc hai giờ. Một nhà máy có thể vượt qua phương pháp này và thất bại phương pháp khác với cùng một phần cứng. Thỏa thuận phương pháp với nhà điều hành mạng trước khi kiểm tra, sử dụng bộ phân tích Loại A và ghi lại khoảng thời gian tổng hợp trong báo cáo. Làm sai điều này là lý do phổ biến nhất khiến một nhà máy tuân thủ được yêu cầu lặp lại bài kiểm tra vận hành, và việc lặp lại tại một địa điểm từ xa rất tốn kém cho tất cả những người liên quan.

Tại sao lọc thay đổi kết quả cho các nhà máy năng lượng tái tạo

1. Cộng hưởng bị suy giảm thay vì bị kích thích. Một bộ tụ điện trên một đường dây với điện dung cáp cao có thể tạo ra cộng hưởng song song gần hài bậc 5 hoặc 7. Một bộ lọc phản ứng nhanh đưa dòng điện đối lập vào tần số bị méo và làm suy giảm hiệu quả cộng hưởng, trong khi bộ lọc thụ động được điều chỉnh gần cùng tần số có thể đơn giản là chuyển vấn đề sang một bậc khác.

2. Tuân thủ mã lưới điện được đo tại điểm kết nối. Giới hạn phát xạ hài áp dụng tại nơi nhà máy kết nối với mạng, không phải tại các đầu cuối biến tần. Bù tại trạm thu gom giải quyết phép đo quan trọng, và ghi nhật ký theo từng bậc cung cấp bằng chứng mà nhà điều hành mạng sẽ yêu cầu.

3. Độ méo tải nhẹ được xử lý. THD của biến tần tăng ở đầu ra một phần, và một bộ lọc AHF phản ứng nhanh cho hệ thống quang điện với khả năng phát hiện dưới chu kỳ giữ cho điểm kết nối sạch sẽ trong những giờ mà thiết kế thông thường sẽ không tuân thủ.

4. Khả năng phản kháng giảm số lượng thiết bị. Một bộ lọc có đầu ra phản kháng có thể cung cấp dòng điện phản kháng mà mã lưới điện yêu cầu trong các giai đoạn chuyển tiếp xung quanh bình minh và hoàng hôn, khi nhu cầu phản kháng thay đổi nhanh chóng. Điều đó có thể loại bỏ một thiết bị bù riêng biệt khỏi thiết kế.

5. Tổn thất cáp và máy biến áp giảm. Dòng điện hài lưu thông giữa các biến tần và máy biến áp đóng góp vào tổn thất I²R liên tục. Giảm nó cải thiện tỷ lệ hiệu suất đo được của nhà máy, điều này quan trọng đối với cả doanh thu và các cuộc thảo luận bảo hành với nhà thầu EPC.

6. Phối hợp bảo vệ được cải thiện. Dòng điện bị méo ảnh hưởng đến hoạt động của rơle và cầu chì. Giảm độ méo làm cho cài đặt bảo vệ có thể dự đoán được, đặc biệt là trên các đường dây thu gom dài nơi dòng điện sự cố khiêm tốn so với dòng điện tải.

7. Mở rộng trong tương lai được đáp ứng. Các nhà máy được mở rộng theo khối. Một khung mô-đun, chẳng hạn như tủ bù mô-đun 150 kvar hoặc tủ AHF có thể song song hóa, cho phép bù tăng theo mảng thay vì phải thay thế.

8. Tính khả dụng của biến tần được cải thiện. Một số biến tần giảm công suất hoặc ngắt kết nối khi độ méo điện áp vượt quá giới hạn bên trong, đặc biệt là trên các đường dây yếu. Điện áp sạch hơn tại các đầu cuối biến tần giảm các sự kiện đó, điều này thể hiện dưới dạng sản lượng hàng năm cao hơn thay vì một chỉ số kỹ thuật. Trên các nhà máy có đảm bảo tính khả dụng mạnh mẽ, sự khác biệt đó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hợp đồng.

Cách định cỡ và phối hợp bù trong nhà máy PV hoặc lưu trữ

Bước 1 — Đo độ méo nền trước khi nhà máy được cấp điện. Một khảo sát trước kết nối thiết lập những gì mạng lưới đã có. Nếu không có nó, sự đóng góp của nhà máy không thể tách rời khỏi nền, và bộ lọc có thể được định cỡ để giải quyết một vấn đề mà nó không tạo ra.

Bước 2 — Khảo sát nhà máy ở ba mức đầu ra. Ghi lại phổ ở đầu ra thấp, trung bình và định mức, cộng với trạng thái sạc nếu có lưu trữ. Phổ tải nhẹ thường là trường hợp thiết kế cho các địa điểm năng lượng tái tạo, không phải đầu ra định mức.

Bước 3 — Kiểm tra bản đồ cộng hưởng. Tính toán cộng hưởng song song giữa các bộ tụ điện hiện có, điện dung cáp và trở kháng máy biến áp, và xác nhận rằng không có điểm cộng hưởng nào trùng với bậc hài bậc cao trong quá trình hoạt động bình thường. Nếu có, việc bù phải được đặt và điều chỉnh để làm suy giảm điểm đó.

Bước 4 — Định cỡ theo trạng thái hoạt động tồi tệ hơn. Lấy dòng điện hài lớn hơn của sạc và xả, thêm khoảng trống cho môi trường xung quanh và các khối trong tương lai, và xác nhận thời gian phản ứng của bộ lọc nhanh hơn vòng điều khiển dòng điện của biến tần để hai thiết bị không tương tác.

Bước 5 — Phối hợp với bộ điều khiển nhà máy. Cài đặt phản kháng của bộ lọc không được xung đột với bộ điều khiển điện áp hoặc hệ số công suất của biến tần. Xác định thiết bị nào điều chỉnh điện áp, thiết bị nào điều chỉnh dòng điện và ghi lại ưu tiên trong logic bộ điều khiển nhà máy. Trường hợp tủ 75A phục vụ bảng tải bên trong nhà máy, vị trí CT của nó phải loại trừ các biến tần để nó chỉ bù tải.

Bước 6 — Xác minh bằng bài kiểm tra có người chứng kiến. Nhiều nhà điều hành mạng yêu cầu bài kiểm tra tuân thủ tại điểm kết nối với nhà máy ở nhiều mức đầu ra khác nhau. Chuẩn bị quy trình kiểm tra trước, bao gồm cài đặt bộ lọc, và ghi lại kết quả theo cùng định dạng mà nhà điều hành sử dụng.

Đối với các nhà máy cũng bao gồm một tải công nghiệp nhỏ — một xưởng, một tòa nhà O&M, một hệ thống HVAC lưu trữ — việc bù tại bảng tải thường hiệu quả hơn một thiết bị lớn hơn tại đầu vào, vì nó ngăn dòng điện hài di chuyển qua hệ thống thu gom. Một mô-đun 30A tại bảng đó thường đủ, và bộ lọc chính sau đó chỉ cần xử lý độ méo từ phía phát sinh. Xem xét toàn bộ dải AHF để so sánh khung và tùy chọn lắp đặt trước khi cố định bố cục điện.

Những gì nhà điều hành mạng sẽ yêu cầu. Mong đợi các yêu cầu về nghiên cứu cộng hưởng, mô hình hài bậc cao, bảng dữ liệu bộ lọc với xếp hạng đã khai báo, bằng chứng cho thấy bộ lọc không can thiệp vào hệ thống điều khiển gợn sóng hoặc mang điện áp đường dây, và báo cáo vận hành có người chứng kiến. Chuẩn bị gói đó trong quá trình thiết kế thay vì sau khi cấp điện sẽ biến một sự chậm trễ tiềm ẩn thành một đánh giá định kỳ, và nó thể hiện loại kỷ luật kỹ thuật giúp rút ngắn các phê duyệt kết nối lưới điện trong tương lai cho cùng một nhà phát triển.

Biến đổi theo mùa và theo ngày. Hiệu suất hài thay đổi theo bức xạ, nhiệt độ và điều kiện lưới điện. Một nhà máy được xác minh vào một ngày xuân quang đãng có thể hoạt động khác vào ngày hè oi ả hoặc trong cơn bão mùa đông khi sản lượng thấp và độ méo nền cao. Bao gồm một bài kiểm tra ở bức xạ thấp trong chương trình vận hành, vì đó là điều kiện mà độ méo của biến tần ở tải nhẹ và hiệu ứng cộng hưởng kết hợp.

Tổn thất trong hệ thống thu gom. Dòng điện hài chảy từ các biến tần qua máy biến áp và cáp đến điểm kết nối, và mọi dây dẫn đều tiêu tán tổn thất I²R trên đường đi. Trên một nhà máy lớn với các đường dây thu gom dài, những tổn thất này không hề nhỏ; chúng làm giảm sản lượng đo được và tăng nhiệt độ dây dẫn, điều này lần lượt làm giảm công suất cáp. Việc bù đặt gần nguồn làm giảm dòng điện di chuyển, và lợi ích thể hiện ở tỷ lệ hiệu suất của nhà máy cũng như trong báo cáo tuân thủ hài bậc cao.

Lập kế hoạch cho giai đoạn thứ hai. Hầu hết các địa điểm PV được xây dựng theo khối, và đánh giá hài bậc cao cho giai đoạn một hiếm khi phản ánh chính xác giai đoạn hai. Chỉ định các khung có dung lượng dự phòng hoặc cung cấp khả năng song song hóa rõ ràng, giữ nghiên cứu cộng hưởng làm tài liệu sống và chạy lại đánh giá khi khối tiếp theo được cấp điện. Một bộ lọc lớn hơn 30% khi hoàn thành giai đoạn một thường có kích thước phù hợp hai năm sau.

Câu hỏi thường gặp

Các biến tần PV hiện đại có còn cần lọc hài bậc cao không?

Ở đầu ra định mức, thường là không. Ở đầu ra thấp, thường là có: THD tăng mạnh dưới 20% định mức, và độ méo nền của lưới điện cộng với cộng hưởng có thể đẩy nhà máy vượt quá giới hạn kết nối của nó. Khảo sát ở tải nhẹ trước khi kết luận rằng không cần bộ lọc.

Tại sao độ méo nền lại quan trọng đối với một nhà máy mới?

Bởi vì việc tuân thủ được đo tại điểm kết nối, không phải tại biến tần. Độ méo phía trên hiện có cộng với phát xạ của chính nhà máy xác định giá trị đo được, và một nhà máy có thể thất bại trong đánh giá ngay cả khi các biến tần của nó được kiểm tra riêng lẻ là tuân thủ.

AHF có thể gây cộng hưởng với bộ lọc biến tần không?

Không nếu nó được phối hợp đúng cách. Bộ lọc thay đổi trở kháng mạng, vì vậy bản đồ cộng hưởng phải được tính toán lại sau khi lắp đặt. Vận hành nên bao gồm một bài kiểm tra quét hoặc bước để xác nhận không có điểm cộng hưởng mới nào xuất hiện gần một bậc cao.

Tôi có cần một thiết bị riêng cho công suất phản kháng không?

Đôi khi. Một bộ lọc có khả năng phản kháng có thể đáp ứng các yêu cầu khiêm tốn và các giai đoạn chuyển tiếp, trong khi các nhà máy có nghĩa vụ phản kháng lớn hơn hoặc nhiệm vụ hỗ trợ điện áp có thể cần SVG chuyên dụng. Quyết định phụ thuộc vào mã lưới điện và xếp hạng nhà máy.

Lưu trữ pin thay đổi phép tính như thế nào?

Sạc đảo ngược hướng dòng điện và có thể tạo ra độ méo cao hơn xuất khẩu. Định cỡ theo trạng thái tồi tệ hơn, và xác nhận bộ lọc vẫn ổn định trong quá trình chuyển đổi giữa sạc và xả, khi dòng điện tăng đột ngột.

Bộ lọc nên được lắp đặt ở đâu trong một nhà máy lớn?

Tại điểm khớp với phép đo tuân thủ — thường là trạm thu gom hoặc điểm kết nối — cộng với các đơn vị cục bộ tại các bảng tải bên trong. Việc bù chỉ trung tâm sẽ để các hài bậc cao của tải bên trong lưu thông qua hệ thống thu gom.

Kết luận

Các nhà máy năng lượng tái tạo thất bại trong đánh giá hài bậc cao vì những lý do ít liên quan đến chất lượng biến tần: hoạt động tải nhẹ, độ méo nền và cộng hưởng với điện dung hiện có. Đo đường cơ sở trước kết nối, khảo sát ở ba mức đầu ra, kiểm tra bản đồ cộng hưởng, định cỡ theo trạng thái tồi tệ hơn của sạc và xả, và phối hợp điều khiển với bộ điều khiển nhà máy. Một bộ lọc phản ứng nhanh được sử dụng theo cách này biến việc tuân thủ từ một cuộc tranh luận thành một phép đo.

Vận hành nhà máy PV hoặc lưu trữ với giới hạn hài bậc cao?Gửi cho chúng tôi sơ đồ một đường, bảng dữ liệu biến tần và giới hạn mã lưới điện, và chúng tôi sẽ mô hình hóa cộng hưởng, định cỡ bù và cung cấp quy trình kiểm tra có người chứng kiến. Liên hệ với nhóm năng lượng tái tạo của chúng tôi.