Feszültségszabályozás az energiarendszerben: fotovoltaikus energiával gazdag elosztóhálózatok

A fotovoltaikus rendszerekkel teli elosztóhálózatok feszültségszabályozása biztonságos határokon belül tartja a hálózati feszültséget, miközben a napenergia termelése ingadozik. Amikor a napenergia termelése meghaladja a helyi igényeket, a felesleges energia visszafelé áramlik, a feszültséget a berendezések tűréshatárain túlra emelve, amit az intelligens inverterek a reaktív teljesítmény szabályozásával korrigálnak.

Miért változtatja meg a napenergia a hálózati feszültség viselkedését?

A hagyományos elosztóhálózatokat egyirányú energiaáramlásra építették. Az alállomások a háztartásokba és a vállalkozásokba juttatják az áramot, ahol a feszültség a vezeték ellenállása miatt előre láthatóan csökken az út során.

A napelemek megfordítják ezt a mintát. Egy 200 kW-os tetőpanellel ellátott raktár, amely csak 80 kW-ot használ belsőleg, 120 kW-ot küld vissza a hálózatba, megemelve a feszültséget azokon a csomópontokon, amelyeket csak az energia fogadására terveztek.

Az időjárás tovább bonyolítja a kihívást. A felhőzet 30 másodperc alatt leállíthatja egy 70% napelemfarm teljesítményét, majd ugyanilyen gyorsan visszaállíthatja azt, olyan feszültségingadozásokat okozva, amelyeket a mechanikus fokozatkapcsolók nem tudnak nyomon követni.

A fotovoltaikus hálózatok főbb kihívásai

A napenergia magas szintű elterjedtsége olyan kockázatokat teremt, amelyek kezelésére a hagyományos hálózati infrastruktúrát nem építették:

• Berendezések károsodása: A ±5% határértéket meghaladó feszültség lerövidíti a a transzformátorok élettartama és háztartási gépek
• Rendszer instabilitása: A túlfeszültség vagy az alulfeszültség kioldja a védőreléket, ami lokális kieséseket vagy kaszkádszerű hibákat okozhat.
• Csökkentett kapacitás: A rosszul szabályozott feszültség növeli a vezető veszteségeit, és korlátozza, hogy a hálózat mennyi további megújuló energiát képes befogadni
• Gyorsított kopás: A gyors feszültségváltozások miatt a fokozatkapcsolók sokkal gyakrabban kapcsolnak be és ki, mint amennyire a tervezési specifikációik megengedik

Hogyan szabályozza a feszültségszabályozás az energiaellátó rendszerekben a feszültséget?

Feszültségszabályozás A napenergiával erősen működő hálózatok szabályozása elsősorban a reaktív teljesítmény kezelésén alapul. Az intelligens inverterek a hálózaton keresztüli tényleges energiaáramlás megváltoztatása nélkül állítják be a feszültséget bizonyos csomópontokon.

Reaktív teljesítményszabályozás

Az MCS9001 fotovoltaikus inverter 150 V és 780 V közötti egyenfeszültséget kezel, így a kis kereskedelmi tetőktől a közműméretű napelemtáblákig minden konfigurációt lefed. Minden beállítás eltérő feszültségkarakterisztikát produkál terhelés alatt.

Az inverter folyamatosan figyeli a helyi feszültséget. Amikor a feszültség emelkedik, meddő teljesítményt vesz fel, hogy csökkentse azt. Amikor a feszültség csökken, meddő teljesítményt fecskendez be, hogy ismét megnövelje azt.

Aktív teljesítmény korlátozása

Amikor a reaktív szabályozás eléri a határait, a rendszer ideiglenesen csökkenti az aktív teljesítményt. Ez megakadályozza a berendezés károsodását, de tiszta energiát pazarol, így csak szélsőséges feszültségkülönbségek esetén aktiválódik.

Energiatárolás

Az akkumulátoros rendszerek a déli napenergia-termelést tárolják, és az esti csúcsidőszakokban bocsátják ki. Ez mind a nappali túltermelésből adódó feszültségemelkedést, mind a naplementekor bekövetkező feszültségesést kezeli, miközben a kereslet továbbra is magas marad.

Háromszintű ellenőrzési stratégia

A modern feszültségszabályozás az energiarendszer-tervezésben rétegzett megközelítést alkalmaz:

• Helyi vezérlés: Minden inverter gyors reaktív teljesítmény-szabályozást végez a csatlakozási pontján lévő feszültség alapján
• Regionális koordináció: Az inverterek csoportjai együttműködnek az elosztóvezetékeken keresztül, hogy megakadályozzák, hogy az egyik egység túlkompenzálja a másikat
• Alállomás biztonsági mentése: A fokozatkapcsolók és a kondenzátortelepek lassabb, szélesebb körű beállításokat kezelnek, ha a helyi vezérlés nem elegendő.

Edge Computing a decentralizált vezérléshez

A legújabb rendszerek a számítási feladatokat a központi vezérlőállomásokról az alállomásokon vagy a transzformátoroszlopokon lévő peremhálózati eszközökre helyezik át. Minden régió helyi adatok felhasználásával kezeli a saját feszültségszabályozását, ami csökkenti a kommunikációs késéseket és felgyorsítja a válaszidőket.

MINGCH's MC9001-4T0220 frekvenciaváltó alkalmazkodik ehhez a megközelítéshez. A bemeneti feszültség toleranciája ±20%, a kimeneti frekvencia pedig 0 Hz és 500 Hz között állítható (testreszabható 2000 Hz-ig), így a rendszer reagál a gyors hálózati változásokra.

Az egységbe épített védelmi funkciók kezelik a magas napsugárzás okozta feszültségingadozásokat:

• A túlfeszültség- és alulfeszültség-védelem megakadályozza a hálózati ingadozások okozta károkat
• A túláram- és túlterhelésvédelem megvédi az invertert és a csatlakoztatott berendezéseket.
• A fáziskiesés-észlelés akkor is fenntartja a működést, ha a hálózati tápellátás kiegyensúlyozatlanná válik
• Rövidzárlat- és fékvédelem biztosítja a biztonságos leállítást hiba esetén

Gyakorlati szempontok vásárlók számára

A feszültségszabályozásnak a kezdeti tervezés része a helye, ha jelentős napelemes kapacitással rendelkező létesítmények berendezéseit tervezi. A berendezések kiválasztása előtt figyelje a csomópontok feszültségét a nap folyamán, hogy meghatározza az alapprofilt.

Válasszon beépített volt-variáns képességgel rendelkező invertereket. A MINGCH MCS9001 sorozata ezt alapfelszereltségként tartalmazza, a széles DC bemeneti tartománnyal együtt, amely különböző panelfüzér-konfigurációkat is lehetővé tesz.

Nagyobb telepítések esetén hangolja össze az elosztófeszültség-szabályozót a felsőbb berendezésekkel. Ipari feszültségszabályozók telekommunikációs hálózatokhoz napelemes inverterekkel együtt működve fenntartják a feszültségszabályozást, amikor a hálózati ellátás ingadozik.

A mechanikus fokozatkapcsolók a teljes betápláló szakaszokon állítják be a feszültséget, de minden művelethez percekre van szükség. Csapkapcsoló működése transzformátorokban illik a fokozatos napi terhelésváltásokhoz, de nem tudja elérni az inverter vezérlésének ezredmásodperces válaszidejét, amely az időjárás okozta ingadozásokhoz szükséges.

Főbb specifikációs kritériumok

Értékeléskor napelemes feszültségszabályozó ipari projektek esetén a következő paramétereket kell rangsorolni:

• DC bemeneti tartomány: A szélesebb tűréshatár, mint például a 150V-780V, kezeli a különféle panelkonfigurációkat és a hőmérsékletfüggő feszültségeltolódásokat
• Válaszidő: Milliszekundumos reakció feszültségváltozásokra, nem másodpercek
• Reaktív teljesítménykapacitás: Legalább 50% névleges aktív teljesítmény áll rendelkezésre reaktív támogatásként
• Kommunikációs protokollok: Modbus, DNP3 vagy IEC 61850 kompatibilitás SCADA integrációhoz
• Környezetvédelmi besorolás: A telepítési helyhez igazított IP-besorolás (beltéri vagy kültéri)

Hálózati előírásoknak való megfelelés a különböző piacokon

A feszültségszabályozási követelmények régiónként jelentősen eltérnek, ami befolyásolja a nemzetközi projektek inverter-specifikációit.

Az európai piacok az EN 50549 szabványt követik, amely 0,95-től 0,95-ig terjedő reaktív teljesítményképességet, így késleltetett teljesítménytényezőt ír elő. Az észak-amerikai telepítéseknek meg kell felelniük az IEEE 1547-2018 szabványnak, amely meghatározott volt-változó görbéket és 10 másodperc alatti válaszidőket ír elő.

Az ázsiai piacok, mint például Kína, szigorúbb hibaáthidalási követelményekkel érvényesítik a GB/T 19964-et a ... feszültségesések. A közel-keleti hálózatok gyakran egyedi lecsengési beállításokat határoznak meg a transzformátor terhelését befolyásoló szélsőséges hőmérséklet-ingadozások kezelésére.

A lényeg

A feszültségingadozások a fotovoltaikus kapacitás növekedésével együtt nőnek. A meddőteljesítmény-szabályozás és a gyors reagálás opcionálisról kötelezővé válik.

A MINGCH MCS9001 és MC9001 sorozata a napelemes energiatermelés feláldozása nélkül biztosítja a hálózat stabilitását. A széles DC bemeneti tolerancia, az integrált reaktív teljesítményszabályozás és az átfogó védelem megoldást kínál a fotovoltaikus rendszerekkel gazdag elosztóhálózatok feszültségszabályozási kihívásaira.