SVG cho các nhà máy năng lượng mặt trời PV: Tuân thủ quy tắc điện phản ứng và lưới điện

Tóm tắt. Việc chỉ định một hệ thống năng lượng mặt trời cho điện mặt trời (PV) khác với việc chỉ định cho một nhà máy, bởi vì yêu cầu phản kháng tuân theo hồ sơ sản xuất thay vì lịch trình sản xuất. Biến tần phải cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng trên toàn bộ dải đầu ra, các quy tắc lưới điện xác định nhiệm vụ hỗ trợ điện áp tại điểm kết nối, và nhà máy có thể cần duy trì kết nối và hỗ trợ trong các sự cố. Hướng dẫn này giải thích các quy tắc lưới điện hiện đại yêu cầu gì đối với một nhà máy PV, bộ tạo biến tần tĩnh bổ sung khả năng phản kháng của biến tần như thế nào, cách tính toán cho cả nhiệm vụ trạng thái ổn định và động, và những thay đổi khi bổ sung lưu trữ pin. Nó kết thúc bằng một bảng tính toán và danh sách kiểm tra bằng chứng quy tắc lưới điện cho các nhà thầu EPC.

Nhà máy năng lượng mặt trời có những nhiệm vụ phản kháng nào?

Một biến tần nối lưới thường có thể cung cấp một dải phản kháng xác định tại các đầu cuối của nó, thường được biểu thị bằng một dải hệ số công suất như 0,95 dẫn đến 0,95 trễ ở đầu ra định mức. Khả năng đó giảm khi đầu ra giảm, bởi vì định mức dòng điện của bộ chuyển đổi là cố định: ở mức đầu ra 20%, biến tần có dòng điện dự phòng cho nhiệm vụ phản kháng, nhưng ở đầu ra đầy đủ, khả năng phản kháng có thể bị giới hạn bởi cùng một ràng buộc nhiệt làm giới hạn công suất hoạt động.

Các quy tắc lưới điện bổ sung các yêu cầu không phải lúc nào cũng phù hợp với khả năng đó. Nhiều quy tắc yêu cầu hệ số công suất hoặc điểm đặt điện áp xác định tại điểm kết nối, không phải tại các đầu cuối biến tần; một số yêu cầu hỗ trợ điện áp động trong các lỗi; những quy tắc khác yêu cầu khả năng phản kháng ở đầu ra bằng không, mà biến tần thường không thể cung cấp nếu không có thiết bị riêng biệt. Khoảng trống giữa yêu cầu và khả năng của biến tần là nơi cần có bộ tạo biến tần tĩnh.

Ngoài ra còn có một yêu cầu ở cấp độ mạng lưới không liên quan đến quy tắc: bản thân hệ thống thu gom tiêu thụ công suất phản kháng. Máy biến áp, cáp và bộ lọc đều hấp thụ dòng điện phản kháng, và trên một nhà máy lớn với các đường dây dài, sự hấp thụ có thể đáng kể. Một bộ biến tần tĩnh điện áp thấp cho nhà máy quang điện bù cả sự hấp thụ của nhà máy và yêu cầu quy tắc tại điểm kết nối.

Cuối cùng, thời gian là quan trọng. Nhu cầu phản kháng thay đổi khi mặt trời mọc, mặt trời lặn và bất cứ khi nào mây che phủ di chuyển qua mảng. Một bộ tụ điện được chuyển đổi theo từng giai đoạn không thể theo dõi hồ sơ đó một cách mượt mà, trong khi một bộ chuyển đổi phản ứng liên tục và giữ cho điện áp tại điểm kết nối ổn định trong quá trình chuyển đổi.

Các quy tắc diễn đạt yêu cầu như thế nào. Hầu hết xác định một dải hệ số công suất hoặc dòng điện phản kháng tại điểm kết nối, đôi khi là một hàm của đầu ra hoạt động. Một số yêu cầu đặc tính điều chỉnh điện áp xác định với cài đặt suy giảm, để nhà máy hỗ trợ điện áp theo tỷ lệ với độ lệch thay vì giữ một điểm đặt cố định. Những quy tắc khác quy định hành vi trong và sau sự cố. Đọc cấu trúc điều khoản quan trọng hơn đọc số liệu tiêu đề, bởi vì một nhà máy được thiết kế theo một con số hệ số công suất duy nhất vẫn có thể không đáp ứng yêu cầu suy giảm hoặc vượt qua.

Khi nào tụ điện vẫn có ý nghĩa. Một bộ tụ điện cố định có thể là một cách kinh tế để cung cấp nhu cầu phản kháng cơ bản của các tải phụ của nhà máy, với điều kiện kiểm tra cộng hưởng được thực hiện và bộ tụ được điều chỉnh. Rủi ro là việc điều chỉnh giả định một môi trường hài trong khi các biến tần giới thiệu một môi trường khác, đó là lý do tại sao việc bù dựa trên bộ chuyển đổi thường được ưu tiên khi sản xuất chiếm ưu thế.

Tại sao bộ biến tần tĩnh lại có chỗ đứng trong nhà máy PV

1. Nó bù đắp khoảng trống giữa khả năng của biến tần và yêu cầu quy tắc. Khi quy tắc quy định hệ số công suất tại điểm kết nối trên toàn bộ dải đầu ra, bộ chuyển đổi giúp đạt được tuân thủ mà không cần biến tần quá khổ.

2. Nó hấp thụ công suất phản kháng khi nhà máy đang xuất khẩu. Các đường dây cáp dài và máy biến áp tải nhẹ tiêu thụ công suất phản kháng, có thể đẩy điện áp lên trên giới hạn tại điểm kết nối trong quá trình xuất khẩu cao. Bộ biến tần tĩnh có thể hấp thụ phần dư và giữ điểm đặt.

3. Nó duy trì hỗ trợ ở đầu ra bằng không. Vào ban đêm, biến tần không khả dụng, nhưng một số quy tắc yêu cầu khả năng phản kháng phải được duy trì. Bộ chuyển đổi được cung cấp từ nguồn cung cấp phụ của nhà máy có thể tiếp tục cung cấp nó.

4. Nó phản ứng nhanh hơn chính các biến tần. Bộ chuyển đổi có thể khắc phục sự biến động điện áp trong mili giây trong khi các vòng điều khiển biến tần vẫn đang tăng tốc, điều này quan trọng đối với các phép đo nhấp nháy trong điều kiện bức xạ thay đổi.

5. Nó giảm tổn thất trong hệ thống thu gom. Việc bù gần điểm kết nối làm giảm dòng điện phản kháng chảy qua máy biến áp và cáp, giảm tổn thất I²R và giải phóng công suất trong thiết bị của nhà máy.

6. Nó có tính mô-đun và có thể theo dõi các pha của nhà máy. Một bộ biến tần tĩnh 30 kvar cho các ứng dụng năng lượng xanh có thể được lắp đặt với giai đoạn một và song song khi các khối bổ sung được đưa vào hoạt động, phù hợp với khả năng bù với công suất lắp đặt.

7. Nó phối hợp với bộ điều khiển nhà máy. Các bộ chuyển đổi hiện đại chấp nhận điểm đặt từ bộ điều khiển nhà máy, do đó đầu ra phản kháng có thể theo lệnh điều phối hoặc lịch điện áp thay vì cài đặt cục bộ cố định. Sự phối hợp đó thường là một yêu cầu quy tắc tự thân.

Tổn thất và đánh đổi hiệu quả. Dòng điện phản kháng chảy qua hệ thống thu gom tạo ra tổn thất I²R, và tổn thất trên mỗi kVAr cao hơn trên các đường dây dài. Việc bù gần điểm kết nối làm giảm dòng điện đó và cải thiện hiệu quả đo lường của nhà máy, điều này quan trọng đối với các đảm bảo hiệu suất và tính toán doanh thu của nhà điều hành. Bộ chuyển đổi có tổn thất đứng riêng, do đó lợi ích ròng phụ thuộc vào chiều dài và tải của đường dây - một lý do khác để tính toán thay vì giả định.

Cách tính toán và triển khai bộ biến tần tĩnh trong nhà máy PV hoặc lưu trữ

Bước 1 — Đọc quy tắc lưới điện cho điểm kết nối. Xác định hệ số công suất hoặc dải điện áp yêu cầu, liệu nó áp dụng tại điểm kết nối hay đầu cuối biến tần, và liệu hỗ trợ có được yêu cầu ở đầu ra bằng không và trong các sự cố hay không. Bộ điều khoản đó xác định yêu cầu chức năng trước bất kỳ phép tính kích thước nào.

Bước 2 — Tính toán sự hấp thụ phản kháng của nhà máy. Cộng tổn thất phản kháng của máy biến áp, sạc và hấp thụ cáp, và tiêu thụ phản kháng của bộ lọc ở các điều kiện tải liên quan. Trên một nhà máy lớn, đây thường là thuật ngữ chiếm ưu thế.

Bước 3 — So sánh với khả năng của biến tần. Trừ đi khả năng phản kháng có sẵn từ các biến tần ở mức đầu ra áp dụng. Sự khác biệt, cộng với một biên độ, là yêu cầu của thiết bị.

Bước 4 — Tính toán cho nhiệm vụ động. Kiểm tra sự thay đổi phản kháng nhanh nhất mà nhà máy sẽ trải qua: các quá trình chuyển đổi đám mây, lệnh điều phối và khởi động các tải phụ lớn. Thời gian phản ứng và khả năng quá tải ngắn hạn của bộ chuyển đổi phải bao phủ sự thay đổi đó mà không bị bão hòa.

Bước 5 — Chọn cấu hình điện áp và lắp đặt. Bộ chuyển đổi điện áp thấp được lắp đặt tại bảng phụ của nhà máy hoặc phía điện áp thấp của máy biến áp trạm; bộ chuyển đổi điện áp trung bình tại trạm thu gom. Nơi có không gian hạn chế, một tủ 75 kvar 480 V cung cấp một giải pháp nhỏ gọn cho các dự án định hướng xuất khẩu.

Bước 6 — Phối hợp với bộ điều khiển nhà máy và biến tần. Xác định thiết bị nào điều chỉnh điện áp và thiết bị nào theo hệ số công suất cố định, và xác nhận rằng điều khiển điện áp của biến tần không xung đột với bộ chuyển đổi. Ghi lại mức ưu tiên và vùng chết.

Bước 7 — Xác minh bằng bài kiểm tra có người chứng kiến. Hầu hết các nhà điều hành mạng lưới yêu cầu một bài kiểm tra khả năng phản kháng ở nhiều mức đầu ra cộng với một bài kiểm tra phản ứng bước. Chuẩn bị quy trình với các điểm đặt, điểm đo và tiêu chí chấp nhận được thỏa thuận trước.

Khi nhà máy bao gồm lưu trữ, PCS có thể tự cung cấp khả năng phản kháng, và bài toán tính toán kích thước trở thành bài toán phối hợp thay vì tính toán công suất thuần túy. Trong trường hợp đó, vai trò của bộ chuyển đổi chuyển sang hỗ trợ động nhanh và điều chỉnh điện áp trong quá trình chuyển đổi, trong khi PCS xử lý các điểm đặt trạng thái ổn định. Một bộ biến tần tĩnh mô-đun cho lưới điện bị biến dạng thường là lựa chọn tốt hơn trong các nhà máy này vì nó có thể được mở rộng khi các khối lưu trữ được thêm vào, và dải bộ biến tần tĩnh bao gồm các định dạng tường, giá đỡ và tủ cho các bố cục nhà máy khác nhau.

Làm việc sớm với nhà điều hành mạng lưới. Các yêu cầu về khả năng phản kháng thường được làm rõ thông qua một nghiên cứu được nộp trong quá trình kết nối. Làm việc với nhà điều hành trước khi thiết bị được chỉ định sẽ tránh tình huống nhà máy được xây dựng theo một cách diễn giải và được đánh giá theo một cách diễn giải khác. Ghi lại đặc tính đã thỏa thuận — điểm đặt, phản ứng, điểm đo — và thiết kế hệ thống điều khiển để tái tạo chính xác nó trong bài kiểm tra có người chứng kiến.

Ghi lại mô hình phản kháng. Giữ lại phép tính đã thiết lập yêu cầu, bao gồm trở kháng máy biến áp, dữ liệu cáp, đường cong khả năng của biến tần và điều khoản quy tắc được tham chiếu. Khi nhà điều hành hỏi tại sao thiết bị được tính toán như vậy, tài liệu đó sẽ trả lời câu hỏi và chứng minh rằng thiết kế không phải là tùy tiện. Nó cũng giúp việc chỉ định nhà máy tiếp theo trong danh mục nhanh hơn.

Xem xét tải phụ của nhà máy. Hệ thống theo dõi, làm mát, giám sát và HVAC pin tiêu thụ công suất phản kháng và thay đổi theo mùa. Bộ chuyển đổi có thể bù các tải đó cũng như yêu cầu điểm kết nối, điều này thường bị bỏ qua khi thiết kế chỉ tập trung vào sản xuất.

Trình tự với việc vận hành nhà máy. Khả năng phản kháng phải được chứng minh trước khi vận hành thương mại, do đó việc vận hành bộ chuyển đổi phải phù hợp với chương trình cấp điện của nhà máy thay vì theo sau nó. Lập kế hoạch nguồn cung cấp phụ, tích hợp điều khiển và cửa sổ kiểm tra trong lịch trình xây dựng; phát hiện vào cuối rằng bài kiểm tra yêu cầu một ngày đầu ra đầy đủ vào mùa đông là loại chi tiết làm chậm các mốc thanh toán.

Câu hỏi thường gặp

Biến tần PV có cung cấp công suất phản kháng không?

Có, trong một phạm vi xác định thường giảm ở đầu ra hoạt động cao và biến mất vào ban đêm. Khi quy tắc yêu cầu khả năng phản kháng tại điểm kết nối trong mọi điều kiện, một thiết bị riêng biệt thường cần thiết để thu hẹp khoảng cách.

Tại sao nhà máy PV cần hấp thụ phản kháng?

Các đường dây thu gom dài và máy biến áp tải nhẹ tiêu thụ công suất phản kháng, và xuất khẩu quá mức có thể đẩy điện áp lên trên giới hạn. Hấp thụ công suất phản kháng tại điểm kết nối đưa điện áp trở lại phạm vi, điều này thường là một yêu cầu quy tắc.

Có thể sử dụng bộ tụ điện thay thế không?

Nó có thể cung cấp công suất phản kháng, nhưng nó không thể hấp thụ nó, không thể theo dõi các thay đổi nhanh chóng một cách mượt mà và tương tác với cộng hưởng mạng lưới. Đối với các nhà máy có đầu ra thay đổi và nhiệm vụ quy tắc lưới điện, bộ chuyển đổi là lựa chọn thực tế.

Làm thế nào để tính toán kích thước bộ biến tần tĩnh cho nhà máy có lưu trữ?

Bắt đầu từ yêu cầu quy tắc tại điểm kết nối, trừ đi những gì PCS và biến tần có thể cung cấp ở mỗi trạng thái hoạt động, và tính toán cho quá trình chuyển đổi phản kháng nhanh nhất. Phối hợp điều khiển để các thiết bị không đối lập nhau.

Có cần bộ biến tần tĩnh điện áp trung bình cho các nhà máy quy mô tiện ích không?

Thường là có, bởi vì yêu cầu phản kháng tỷ lệ với quy mô nhà máy và kết nối ở điện áp trung bình tránh được các đường dây cáp điện áp thấp lớn. Các nhà máy nhỏ hơn và các địa điểm kết nối điện áp thấp có thể sử dụng bộ chuyển đổi điện áp thấp tại bảng phụ hoặc bảng trạm.

Nhà điều hành mạng lưới sẽ yêu cầu những bài kiểm tra nào?

Thông thường là một bài kiểm tra khả năng phản kháng ở nhiều mức đầu ra, một bài kiểm tra phản ứng bước và bằng chứng về sự phối hợp với bộ điều khiển nhà máy. Một số nhà điều hành cũng yêu cầu xác minh hành vi trong các sự cố điện áp.

Kết luận

Việc bù phản kháng trong nhà máy PV được xác định bởi quy tắc lưới điện, sự hấp thụ của chính hệ thống thu gom và khả năng giảm dần của biến tần ở đầu ra cao. Đo lường từng thành phần, tính toán cho các quá trình chuyển đổi động thay vì một giá trị ổn định duy nhất, phối hợp điều khiển với bộ điều khiển nhà máy và chuẩn bị bài kiểm tra có người chứng kiến trước. Trên hầu hết các nhà máy quy mô tiện ích, kết quả là một bộ chuyển đổi tại điểm kết nối, được bổ sung bởi khả năng của biến tần chứ không phải thay thế nó.

Đang làm việc trên kết nối PV hoặc lưu trữ?Gửi cho chúng tôi điều khoản quy tắc lưới điện, sơ đồ một đường và dữ liệu biến tần, và chúng tôi sẽ tính toán khoảng cách phản kháng, tính toán kích thước bộ chuyển đổi và soạn thảo quy trình kiểm tra. Liên hệ với nhóm năng lượng tái tạo của chúng tôi.