تاثیر تولید برق خورشیدی متصل به شبکه بر کیفیت و راه حل های برق

خلاصه:تولید انرژی خورشیدی به عنوان یک روش جدید تولید انرژی بدون آلودگی، تقاضای انرژی الکتریکی سنتی را به شدت کاهش داده است.برای سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه، به دلیل تصادفی بودن ذاتی، نوسان پذیری و ویژگی های متناوب آن،و سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه شامل تعداد زیادی از اجزای الکترونیکی قدرت غیرخطی است.در مقایسه با روش های تولید برق سنتی، تولید انرژی فتوولتائیک تاثیر زیادی در کیفیت برق شبکه دارد.نوسانات ولتاژ و فلکر، تزریق DC، اثر جزیره سازی و سایر مشکلات ناشی از تولید برق خورشیدی متصل به شبکه در شبکه برق، و مطالعات و بحث در مورد اقدامات عملی برای بهبود کیفیت برق.

0 مقدمه

با تسریع روند بین المللی شدن، توسعه سریع اقتصاد جهانی، مصرف انرژی نیز افزایش یافته است.و از بین رفتن تدریجی انرژی های سنتی و مشکلات زیست محیطی به طور فزاینده ای جدی استانرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی تجدیدپذیر پاک و بدون آلودگی در سال های اخیر به طور مداوم در حال گسترش است.و برق شبکه ای نیز سال به سال افزایش یافته است، اما به دلیل ویژگی های ظرفیت نصب شده آن به طور کلی کوچک است، طرح سایت نسبتا پراکنده است، و نوسانات قدرت خروجی بزرگ است،همچنین تاثیر زیادی بر کیفیت برق شبکه داشته است.بنابراین، مطالعه تأثیر تولید انرژی خورشیدی بر کیفیت برق برای ارتقاء تولید برق و عملکرد ایمن و پایدار شبکه برق بسیار مهم است.

۱ اصل اساسی تولید برق خورشیدی

تولید برق فتوولتائیک از اثر فتوولتائیک موجود در سطح نیمه هادی برای ارسال جریان مستقیم از طریق نور در هر دو انتهای مواد نیمه هادی استفاده می کند.وقتي خورشيد روي گره نيمه هدايت کننده P-N مي درخشد، یک جفت جدید الکترون-سوراخ شکل می گیرد و پس از اینکه فوتون الکترون را از پیوندهای کووالنت تحریک می کند، الکترون به ناحیه N جریان می یابد و سوراخ به ناحیه P جریان می یابد،که منجر به تفاوت پتانسیل بین دو سر نیمه هادی می شود.هنگامی که مدار در هر دو انتهای اتصال PN متصل می شود، یک جریان تشکیل می شود که از منطقه P به منطقه N از طریق مدار خارجی جریان می یابد.و قدرت الکتریکی به بار خروجی خواهد شد.

2 ساختار و طبقه بندی تولید برق خورشیدی متصل به شبکه

سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه عمدتاً از پنل خورشیدی (ماژول) ، کنترل کننده ردیابی قدرت بالا (MPPT) ، اینورتر DC-AC و چندین قسمت تشکیل شده است.با استفاده از ترانزیستور بی قطبی گیت عایق (IG-BT) به عنوان عنصر سوئیچ اینورتر خورشیدیخروجی DC سلول خورشیدی توسط تبدیل کننده DC-DC برای افزایش سطح ولتاژ افزایش می یابد، و سپس DC به جریان متناوب با همان دامنه تبدیل می شود،فرکانس و فاز ولتاژ شبکه برق از طریق اینورتر DC-ACساختار سیستم تولید برق خورشیدی در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1 ساختار سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه

با توجه به حالت کار متصل به شبکه، سیستم تولید برق خورشیدی را می توان به سه شکل تقسیم کرد: متصل به شبکه ضد جریان،بدون اتصال به شبکه و بدون اتصال به شبکه متناوبسیستم تولید برق فتوولتائیک متصل به شبکه به طور مستقیم به شبکه برق متصل است، به باتری های ذخیره سازی انرژی نیاز ندارد، فضای طبقه را صرفه جویی می کند، هزینه پیکربندی را به شدت کاهش می دهد.و کمبود قدرت بار توسط شبکه برق تکمیل می شودبنابراین، سیستم تولید برق فتوولتائیک متصل به شبکه، جهت اصلی توسعه تولید انرژی خورشیدی است.و همچنین در این مرحله یک روش تولید انرژی بالقوه جدید است..

• تاثیر تولید برق خورشیدی متصل به شبکه بر کیفیت برق شبکه

تولید انرژی خورشیدی به عنوان یک تولید انرژی جدید، نورپردازی، درجه حرارت و سایر شرایط خارجی تصادفی، نوسان پذیری،تغییرات متناوب عوامل اصلی تأثیر تولید انرژی خورشیدی بر شبکه هستنددر میان آنها، اینورتر DC-AC یکی از دستگاه های اصلی سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه است.و کیفیت اینورتر فتوولتائیک تعیین می کند که آیا کیفیت قدرت تولید برق فتوولتائیک می تواند تا حدودی نیازهای شبکه متصل را برآورده کند.هنگامی که تولید انرژی فتوولتائیک به شبکه متصل می شود، مشکلات مانند هارمونیک، نوسانات ولتاژ و فلکر، تزریق DC و اثر جزیره رخ می دهد.که کیفیت برق شبکه را کاهش می دهد و اثرات منفی بر شبکه ایجاد می کند.در موارد جدی، عملکرد امن و پایدار سیستم تامین برق و خود تجهیزات تولید انرژی خورشیدی را مختل می کند.

3.1تأثير هماهنگ

تولید برق خورشیدی تبدیل انرژی خورشیدی به جریان مستقیم از طریق ماژول های خورشیدی است.و سپس از طریق اینورتر متصل به شبکه برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب برای دستیابی به شبکه متصلدر سیستم تولید برق فتوولتائیک، اینورتر تجهیزات اصلی برای تولید هارمونیک است.تعداد زیادی از کاربردهای اجزای الکتریکی قدرت در اینورترهای متصل به شبکه اطلاعات و پردازش هوشمند سیستم را بهبود بخشیده است، اما همچنین تعداد زیادی بار غیر خطی را افزایش می دهد، باعث تحریف شکل موج می شود و تعداد زیادی هارمونیک را به سیستم می آورد.تاخیر سرعت سوئیچ اینورتر نیز بر خروجی عملکرد پویا کلی در سیستم برق تاثیر می گذارداگر آب و هوا (شعاع، دمای) به شدت تغییر کند، محدوده نوسانات هارمونیک نیز بزرگتر می شود.اگرچه هارمونیک های جریان خروجی یک اینورتر متصل به شبکه کوچک هستند، هارمونیک های جریان خروجی چندین اینورتر متصل به شبکه پس از متصل شدن موازی آنها قرار می گیرند،در نتیجه پدیده هارمونیک های جریان خروجی که از استاندارد فراتر می رودعلاوه بر این، اتصال موازی اینورترها به راحتی باعث تولید رزونانس موازی می شود که منجر به پدیده رزونانس اتصال می شود.در نتیجه گسترش جریان هارمونیک خاص و مشکل محتوای هارمونیک بیش از حد جریان متصل به شبکه.

با توجه به مشکل کیفیت برق پس از دسترسی به خورشیدی، روش های موثر سرکوب هارمونیک ارائه شده است:

• از منبع تولید هارمونیک شروع می شود، منبع هارمونیک برای کاهش تزریق هارمونیک اصلاح می شود.
• دستگاه فیلترهای فعال یا منفعل برای جذب تعداد خاصی از جریان های هارمونیک.
• دستگاه هاي تعويض هارمونيکي ديگر را نصب کنيد.

3.2 نوسانات ولتاژ و فلک زدن

در شبکه توزیع سنتی، تغییر قدرت فعال و قدرت واکنشی با گذشت زمان باعث نوسان ولتاژ سیستم می شود.تغییر قدرت فعال سیستم تولید برق فتوولتائیک عامل اصلی است که باعث نوسان ولتاژ و فلک زدن نقطه دسترسی می شود.نقطه قدرت بالا پنل های خورشیدی، اجزای اصلی سیستم تولید انرژی خورشیدی، به شدت تشعشع، آب و هوا، فصل، درجه حرارت و سایر عوامل مرتبط است.و تغییرات تصادفی این عوامل طبیعی باعث می شود که قدرت خروجی تغییر کند، که منجر به تغییرات مکرر در قدرت بار در یک محدوده خاص می شود، که منجر به نوسانات ولتاژ و فلک زدن در انتهای بار کاربر متصل به شبکه می شود.

در حال حاضر راه حل های نوسان ولتاژ و فلکر فتوولتائیک به شرح زیر است:

• بهینه سازی استراتژی کنترل اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه برای بهبود ثبات ولتاژ

2) افزایش ظرفیت مدار کوتاه اتوبوس ایستگاه فرعی.

3) هنگامی که ظرفیت نیروگاه خورشیدی تعیین می شود، فاکتور قدرت آن برای افزایش کل قدرت فعال افزایش می یابد.در نتیجه مقدار تغییر قدرت واکنش را کاهش می دهد و الزامات مرزی نوسانات ولتاژ را برآورده می کند.

3.3 مشکل تزریق دی سی

یک مشکل کلیدی دیگر که باید در سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه حل شود، تزریق DC است. تزریق DC بر کیفیت برق شبکه تاثیر می گذارد.و همچنین اثرات منفی بر سایر تجهیزات شبکه دارد.IEEEStd929-2000 و IEEEStd547-2000 به وضوح تعیین می کنند که جزء جریان ثابت تزریق شده به شبکه توسط دستگاه تولید برق متصل به شبکه نمی تواند از 0 بیشتر باشد.5 درصد از جریان نامی دستگاهدلایل اصلی تزریق DC عبارتند از:

پراکندگی خود دستگاه الکترونیک قدرت و ناسازگاری و ناهمگونی مدار محرک؛ 2) حرکت صفر و عدم خطی دستگاه های اندازه گیری در کنترل کننده قدرت بالا؛3) عدم تقارن مقاومت خط هر دستگاه سوئیچ، تاثیر پارامترهای انگل و میدان های الکترومغناطیسی انگل و غیره

در حال حاضر روش های اصلی برای سرکوب تزریق DC عبارتند از: 1) روش جبران تشخیص؛ 2) بهینه سازی و طراحی ساختار متصل به شبکه اینورتر؛ 3) جداسازی مستقیم خازن؛4) روش ظرفیت مجازی5) ترانسفورماتور جداکننده دستگاه.

3.4 اثر اثر جزیره

اثر جزیره ای به پدیده ای اشاره دارد که تامین برق شبکه به دلیل عوامل انسانی یا عوامل طبیعی قطع می شود.اما هر یک از سیستم های تولید برق خورشیدی متصل به شبکه قادر به تشخیص وضعیت قطع برق در زمان نیستند.، به طوری که سیستم تولید انرژی فتوولتائیک و بار متصل هنوز مستقل کار می کنند.با گسترش مداوم میزان نفوذ دسترسی تولید برق خورشیدی متصل به شبکه، احتمال اثر جزیره به تدریج در حال افزایش است. تشکیل اثر جزیره تأثیرات منفی بر کیفیت برق کل شبکه توزیع دارد، که عمدتا شامل:

• در جایی که اثر جزیره رخ می دهد، ولتاژ و فرکانس به شدت نوسان می کند، که کیفیت قدرت را کاهش می دهد.و ولتاژ و فرکانس در جزیره توسط شبکه برق کنترل نمی شود، که ممکن است باعث آسیب به تجهیزات الکتریکی سیستم و خرابی های بازپرداخت شود و همچنین ممکن است خطرات ایمنی شخصی را برای پرسنل تعمیر و نگهداری شبکه برق ایجاد کند.
• در فرآیند بازیابی منبع برق، جریان ورود به دلیل عدم همگام بودن بین فاز های ولتاژ ایجاد می شود که ممکن است باعث شود شکل موج شبکه بلافاصله کاهش یابد.
• پس از اثر جزیره سیستم تولید برق خورشیدی، اگر حالت اصلی منبع تغذیه یک فاز باشد،ممکن است مشکل عدم تقارن بار سه فاز در شبکه توزیع ایجاد شود، و سپس کیفیت کلی مصرف برق مصرف کنندگان دیگر را کاهش می دهد.
• هنگامی که شبکه توزیع به حالت جزیره تغییر می کند و فقط به سیستم تولید برق خورشیدی برای تامین برق متکی است،اگر ظرفیت سیستم تامین برق خیلی کم باشد یا هیچ دستگاه ذخیره سازی انرژی نصب نشده باشد، ممکن است باعث عدم ثبات ولتاژ و مشکلات فلک در بار کاربر شود.

برای تاثیر اثر جزیره، عمدتا راه حل های زیر وجود دارد:

• بهینه سازی روش تشخیص جزیره سیستم تولید برق خورشیدی متصل به شبکه، تجزیه و تحلیل تأثیر تولید برق خورشیدی بر اندازه،جهت و توزیع جریان نقص در شبکه توزیع، و بهبود تکنولوژی انتخاب سرعت برش بار و تقسیم جزیره در شرایط نقص.
• بهبود قابلیت اطمینان فناوری شناسایی جزیره، تنظیم عملکرد سریع و موثر حفاظت از جزیره،به طور دقیق وضعیت جزیره را در شرایط غیرمعمول قضاوت کنید و به سرعت و به طور موثر اتصال شبکه را قطع کنید.

4 راه حل

4.1مراقبت آنلاین کیفیت برق

دستگاه نظارت آنلاین کیفیت برق APView500 یک پلت فرم چند هسته ای با عملکرد بالا و سیستم عامل جاسازی شده را اتخاذ می کند.و شاخص های کیفیت برق را بر اساس روش های اندازه گیری مشخص شده در IEC61000-4-30 "تکنولوژی آزمایش و اندازه گیری - روش های اندازه گیری کیفیت برق" اندازه گیری می کند.. این تجزیه و تحلیل هارمونیک، نمونه گیری شکل موج، افت ولتاژ / افزایش / قطع، نظارت فلکر، نظارت بر عدم تعادل ولتاژ، ثبت رویداد، کنترل اندازه گیری و سایر توابع را ادغام می کند.دستگاه به استاندارد کلاس IEC61000-4-30A در استاندارد سازی روش های اندازه گیری پارامتر شاخص کیفیت قدرت رسیده استدقت اندازه گیری پارامتر شاخص، همگام سازی ساعت، عملکرد علامت گذاری رویداد و سایر جنبه ها،و می تواند الزامات نظارت بر کیفیت برق سیستم های تامین برق 110kV و کمتر را برآورده کند..

4.2 دستگاه محافظت ضد جزیره

هنگامی که دستگاه محافظت ضد جزیره تشخیص می دهد که داده های غیرطبیعی مانند قدرت معکوس، جهش فرکانس و غیره وجود دارد، یعنی زمانی که پدیده جزیره رخ می دهد،دستگاه می تواند با قطع کننده مدار همکاری کند تا به سرعت گره را قطع کند، به طوری که ایستگاه و سمت شبکه برق به سرعت جدا شوند و ایمنی زندگی کل نیروگاه و پرسنل تعمیر و نگهداری مرتبط را تضمین کنند.

4.3 معرفی محصول

۵ نتیجه گیری

با توسعه سریع صنعت تولید انرژی خورشیدی چین، ظرفیت نصب شده و مقدار خورشیدی متصل به شبکه در حال افزایش است.که به شدت بر کیفیت برق شبکه تاثیر گذاشته است.بنابراین، لازم است که تأثیر تولید برق خورشیدی متصل به شبکه بر کیفیت برق شبکه مورد مطالعه قرار گیرد.این مقاله اصول اساسی و ویژگی های ساختاری تولید برق خورشیدی را تجزیه و تحلیل می کند، علل نوسانات هارمونیک، ولتاژ و فلک، تزریق DC و اثر جزیره در تولید برق خورشیدی متصل به شبکه را توضیح می دهد.و اقدامات عملی برای بهبود کیفیت برق را ارائه می دهد، که اهمیت مرجع خاصی برای بهبود کیفیت انرژی تولید انرژی خورشیدی دارد.

مرجع

[1] لی هایلونگ، هوانگ هونگبین، تان شیائودون. تجزیه و تحلیل تأثیر تولید برق خورشیدی متصل به شبکه بر کیفیت برق [J]. فناوری برق و اقتصاد،201973 تا 75

[2] وانگ یونگو. تجزیه و تحلیل تأثیر تولید برق خورشیدی متصل به شبکه بر کیفیت برق [J]. فناوری و تجهیزات کشاورزی،2012، ((08):53-54.

[3] Xu Wenli، Bao Wei، Wang Jubo.etc بررسی تحقیقاتی در مورد تأثیر برق توزیع شده متصل به شبکه بر کیفیت برق [J]. فناوری تأمین برق، 2016، (12):2799-2801.

[4] Ding Ming، Wang Weishen،Wang Xiuli.etc بررسی تاثیر تولید انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ بر سیستم های برق [J].

[5] Bao Dangquan.Influence and countermeasures of grid-connected distributed photovoltaic power generation on distribution network [J]. تکنولوژی جدید و محصولات جدید چین,2017, (06) 71-72.

[6] گو یوهانگ.بحث در مورد تأثیر و اقدامات مقابله ای PV توزیع شده متصل به شبکه در شبکه توزیع [J]. راهنمای نوآوری علم و فناوری,2017,(03):27-29.

[7] ژو شینگ یو. بررسی تاثیر تولید انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ بر سیستم برق [J].2017، ((01):157-158.