Die hoofrede vir harmoniese vervorming in fotovoltaïese kraginstallasies kom van daardie nie-linêre krag-elektronika wat ons oral vandeesedae sien, veral PV-omskakelaars en verskeie skakeltoestelle. 'n Onlangse studie oor netwerkintegrasie terug in 2024 het iets interessants oor hierdie probleem ontdek. Hulle het bevind dat ongeveer twee derdes van alle harmoniese strome gemeet by sonskermkragstasies eintlik kom van wat genoem word spanningbron-omskakelaars wanneer hulle hul taak doen om DC na AC-krag om te skakel. Wat hier gebeur, is redelik eenvoudig maar tegnies ingewikkeld op dieselfde tyd. Hierdie omskakelaars skep hoë frekwensie skakelharmonieke wat wissel tussen 2 en 40 kilohertz as gevolg van hoe hulle pulse moduleer (dit is PWM in kort) tesame met sekere onderlinge metodes. Daar is egter ook ander bydraers wat die moeite werd is om te noem. Transformators raak soms versadig onder sekere toestande, en wanneer veelvuldige omskakelaars saamwerk in groot sonnedokke, kan hulle op maniere interaksie hê wat addisionele harmonieke veroorsaak.
Wanneer harmonieke nie beheer word nie, verminder dit die stelseldoeltreffendheid met ongeveer 3 tot 7 persent, volgens Ponemon se navorsing van verlede jaar. Dit gebeur omdat geleiers meer energie verloor en transformators warmer word as wat hulle behoort. As spanningsversteuring meer as 5% THD bereik, begin dinge vinnig verkeerd loop. Beskermingsrelais werk dan nie behoorlik nie en kapasitors misluk dikwels onverwags. Die probleem word ook erger vir omsetters. Dié wat in omgewings vol harmonieke werk, ervaar ongeveer 15 tot 20% vinniger isolasieverval, wat lei tot gereelde herstelwerk en hoër koste. Sekere baie slegte situasies ontstaan wanneer resonansie plaasvind tussen die netwerkinduktansie en die uitvoer van PV-omsetters. Hierdie effek laat sekere harmonieke so sterk word dat toerusting soms permanent beskadig raak.
Standaardorganisasies regoor die wêreld het taamlik streng reëls gestel ten opsigte van totale harmoniese vervorming (THD) van spanning wat onder 5% moet bly, en stroomharmonieke mag nie 8% oorskry by punte waar sisteme aan die kragnetwerk gekoppel word nie. Vir fotovoltaïese installasies groter as 75 kilowatt, is daar 'n addisionele vereiste uit die IEC 61000-3-6 standaard wat spesifieke toetse vir hierdie harmoniese emissies voorskryf. Om aan al hierdie regulasies te voldoen, word gewoonlik verskeie mitigasiemaatreëls toegepas. Enkele algemene benaderings sluit in die ontwerp van omsetter met beter topologieë en die installasie van aktiewe kragfilters. Die meeste regulators vereis tans deurlopende monitering van harmonieke binne sonneparkte. Dit help om duur boetes te vermy wanneer netstabiliteitsprobleme ontstaan weens oormatige harmoniese inhoud.
Aktiewe kragfilters of APFs takel daardie vervelige harmoniese distorsies in solêre stelsels op deur die opsporing en uitkansellering van slegte strome in werklike tyd. Hulle werk saam met stroomsensors en DSP-tegnologie om die lasstrome te ontleed, en selfs die kleinste harmoniese probleme soos derde-orde distorsies uit te vee. Sekere veldtoetse het gewys dat APFs tot byna 88% kan verminder in totale harmoniese distorsie in solêre kragstasies van 500 kW, in vergelyking met tradisionele passiewe filters. Hierdie tipe prestasie maak 'n groot verskil vir stelselstabiliteit en doeltreffendheid.
Die monitering van rekeningstroom vind voortdurend plaas deur middel van Hall-effek-sensore wat hierdie harmoniese seine met redelik goeie presisie, binne 'n foutmarge van ongeveer half een persent, opvang. Wat daarop volg, is ernstige getalsverwerking deur gevorderde DSP-algoritmes wat hierdie teenstrominge presies uit fase met die opgespoorde harmonieke genereer. Neem 'n kyk na wat navorsers in hul 2023-onderhoud oor werklike tyd kompensasiemetodes bevind het. Hulle het getoon dat wanneer aktiewe kragfilters by skakelkoerse van tot 20 kilohertz werk, hulle feitlik al die vervelige vyfde- en sewende-orde harmonieke in slegs twee duisendste van 'n sekonde kan uitvee. Baie indrukwekkend vir enigiemand wat daagliks met kragkwaliteitsprobleme te kampe het.
Hierdie beheermetodologie skei oombliklike aktiewe (p) en reaktiewe (q) kragkomponente deur gebruik te maak van Clarke-transformasies. Deur sinchronisering met netwerkspanning via fase-gegelykte lusse (PLL's), handhaaf die p-q-metode 'n kragfaktor bo 0,98, selfs tydens 30% bestralingsskommelinge. Navorsing toon dat hierdie benadering die reaktiewe kragvraag met 72% verminder in vergelyking met tradisionele PI-beheerders.
Hierdie stelsel neem daardie kompensasie-seine en sit dit om in werklike skakelbevele deur wat genoem word ruimtevektor PWM-modulasie. Tans word die meeste aktiewe kragfilters gebou rondom IGBT-gebaseerde omsetter wat met meer as 97 persent doeltreffendheid werk, dankie aan redelik slim doodtyd-kompensasietegnieke wat daardie vervelige skakelverliese verminder. Wanneer ons na verskillende PWM-spanningsbron-omsetter navorsingsverslae kyk, sien ons dat hierdie ontwerpe harmonieke kan uitkanselleer oor bandwydtes wat ver bokant 2 kHz is. En hier is iets belangriks ook: hulle hou totale harmoniese vervorming onder 4%, wat voldoen aan al die vereistes uiteengesit in die nuutste IEEE 519-standaard van 2022.
| Parameter | Tradisionele Filter | Aktiewe kragfilter |
|---|---|---|
| Reaksie tyd | 50–100 ms | <2 ms |
| Hanteering van Harmoniese Orde | Vaste (5de, 7de) | 2de–50ste |
| THD-vermindering | 40–60% | 85–95% |
| Aanpasbaarheid | Geen | Dinamiese ladingopsporing |
Om aktiewe kragfilters (APFs) behoorlik in fotovoltaïese aanlegte te integreer, is daar noukeurige opstelling en beheerstrategieë nodig wat verseker dat dit voldoen aan netwerknorme terwyl goeie kragkwaliteit behou word. Die meeste moderne installasies kies vir shunt APF-opstellings omdat hulle parallel aangesluit word, wat hulle in staat stel om harmonieke op die oomblik te neutraliseer sonder om die werklike sonkragproduksie te beïnvloed. Volgens navorsing wat in 2023 via IntechOpen gepubliseer is, sluit ongeveer 89 persent van nuwe grootskaalse sonskemelane hierdie shunt APF's nou in, wat saam met fase-geslote-lus (PLL)-stelsels werk. Hierdie opstellings kan netwerkspanning baie akkuraat oplyn, gewoonlik binne 'n halfgraad in elk van die rigtings. Dié mate van akkuraatheid maak 'n groot verskil in die algehele prestasie van hierdie sonskemelinstallasies.
Shunt APF's werk deur teen-harmoniese strome in die kragnet te injecteer via spanningsbron-omskakelaars. Belangrike voordele sluit in:
Aanpasbare beheerders verbeter harmoniese onderdrukking in wisselende bestralingstoestande deur outomaties gewinparameters aan te pas. Veldtoetse in 2024 het getoon dat aanpasbare sisteme totale harmoniese vervorming (THD) van 8,2% na 3,1% verminder het onder gedeeltelike skaduwee, en dit het vaste-gewin modelle met 42% oortref in oorgangstoestand-respons.
Drie primêre integrasiebenaderings domineer moderne PV-aanlegte:
| Metode | THD-vermindering | Implementeringskoste |
|---|---|---|
| Sentraliseerde APF | 82-91% | $15,000-$35,000 |
| String-vlak APF | 74-86% | $8,000-$18,000 |
| Hibriede APF-FV Omsetter | 89-95% | Integrale Ontwerp |
'n 2024 ScienceDirect-ontleding het getoon dat hibriede stelsels die energieopbrengs met 6,8% verbeter het in vergelyking met selfstandige APF-oplossings in 500 kW-solêre opstellinge.
Hibried fotovoltaïese-aktiewe kragfiltersisteme gebruik nou spesiale omsettertoestelle wat terselfdetyd energie omskakel en elektriese geraas verminder. Die nuutste ontwerpe bou die kragfilteringsfunksie werklik direk in die hoof PV-omsettereenheid in. Dit verminder die aantal benodigde komponente met ongeveer 37% in vergelyking met afsonderlike komponente, volgens navorsing deur Wong en kollegas uit 2021. Hierdie sisteme verrig hul werk deur slim skakeltegnieke wat dit moontlik maak om maksimum sonkragpunte te volg terwyl ongewenste harmoniese frekwensies terselfdertyd gekanselleer word. Hulle deel sleutelkomponente soos DC-koppelingskapasitors en die IGBT-modules wat ons in die meeste moderne elektronika aantref. Werklike toetsing dui daarop dat hierdie opstellinge totale harmoniese vervorming onder 3% handhaaf, wat redelik goed is, veral aangesien hulle terselfdertyd sonlig met ongeveer 98,2% doeltreffendheid na elektrisiteit omskakel. Terselfdertyd help dit om ons kragnetwerke skoner te maak en vernuwbare energiebronne beter te benut.
Hardeware-in-die-lus (HIL) simulasies van 500 kW hibriede stelsels toon 89% vinniger harmoniese reaksietye in vergelyking met konvensionele passiewe filters. 'n 2024 hernubare energie-studie het getoon dat aanpasbare beheerders in PV-APF's spanningfluktuasies met 62% verminder onder gedeeltelike skaduwee-toestande. Veldimplimentering toon volgehoue THD-onderdrukking onder 5% oor meer as 1 200 bedryfsure, selfs met 30% nie-lineêre laste.
'n Kommerciële sonskemeringboerdery het harmonies-geïnduseerde transformatoroorkoeling geëlimineer deur PV-APF-integrasie. Die hibriede stelsel het agt 60 kVA dubbelfunksie-omskakelaars in parallelle konfigurasie ingespan, wat bereik het:
Naverplasingsmonitering het ooreenstemming met IEEE 519-2022-standaarde onder 25% veranderlike wolkbekking-senario's bevestig.
Aktiewe kragfilters help om dinge binne die perke van nutsvoedingstandaarde te hou deur totale harmoniese vervorming (THD) onder daardie kritieke 5%-drempel te hou soos vasgestel in IEEE 519-2022-standaarde. Volgens onlangse studies uit 2023 wat op twaalf groot-skaalse fotovoltaïese installasies gefokus het, verhoog hierdie filters tipies kragfaktore met tussen 0,15 en 0,25 terwyl dit spanningonbalansprobleme met ongeveer twee derdes verminder. Wat hulle veral waardevol maak, is hul vermoë om skielike dalinge in spanning te hanteer wanneer wolke oor sonnepanele skuif, iets wat werkelik netheid van die rooster kan ontreg. Die meeste moderne roosterspesifikasies vereis nie meer as 10% variasie in spanningvlakke nie, en aktiewe filters voldoen konsekwent aan hierdie vereiste onder verskillende bedryfsomstandighede.
Wisselvallighede in sonbestraling genereer ongewenste interharmonieke binne die 1 tot 2 kHz frekwensiebereik, iets wat standaardomskakelaars eenvoudig nie doeltreffend kan hanteer nie. Om hierdie probleem te bekamp, maak aktiewe filters gebruik van werklike pulsbreedtemodulasieskakeling met reaksietye van minder as 50 mikrosekondes, wat suksesvol hierdie harmoniese vervormings elimineer. Veldtoetsing het indrukwekkende resultate getoon, met verminderinge van ongeveer 85 tot 90 persent wat spesifiek vir 150 tot 250 Hz interharmonieke waargeneem is. Hierdie verbeteringe is krities omdat dit trafo's keer om oorverhit te raak terwyl dit gelyktydig lynverliese met ongeveer 12 tot 18 persent verminder in fotovoltaïese installasies wat meer as een megawat kapasiteit oorskry. 'n Byvoeglike voordeel kom voor wanneer hierdie filters saamwerk met energie-bergingoplossings, waar hulle spanningflikkerprobleme aansienlik verminder tydens skielike veranderinge in sonkraggenerering, en onderdrukkingskoerse tussen 60 en 75 persent behaal volgens nywerheidsmetings.
Aktiewe kragfilters kos ongeveer 30 tot 40 persent meer aanvanklik as passiewe alternatiewe, maar maak dit goed deur baie beter langtermynbesparings. Hierdie stelsels werk gewoonlik teen 92 tot 97 persent doeltreffendheid, wat jaarlikse instandhoudingskostes met ongeveer $18 tot $22 per kilowat oor vyf jaar verminder. Wat hulle nog aantrekliker maak, is hul modulêre opset. Fasiliteite kan hierdie filters inkrementeel installeer en steeds gladde bedryf handhaaf, aangesien die ingeboude oortolligheid minder as 'n halfpersent harmoniese vervorming handhaaf wanneer enige enkele filter aandag benodig. Daar is egter een vlieg in die room – om hierdie stelsels behoorlik in werking te stel, word 'n bykomende belegging van ongeveer $4,50 tot $6,80 per kW by installasiekostes benodig. Vir kleiner operasies onder 50 megawatt beteken dit dat ernstige syferwerk gedoen moet word voordat besluit word of die langtermynvoordele die aanvanklike pryskaartjie oortref.
Die primêre bronne van harmonieke in fotovoltaïese kragstasies is spanningsbronomskakelaars, wat twee derdes van die harmoniese strome bydra, en wisselwerking tussen verskeie omvormers of versadigde transformators.
Harmoniese vervorming kan die sisteemdoeltreffendheid met 3 tot 7% verminder, lei tot foutfunksionering van beskermingsrelais en kapasitorfoute, en verhoog die deurslag van omvormerisolasie met 15 tot 20%.
Totale harmoniese vervorming (THD) van spanning behoort onder 5% te bly, en stroomharmonieke mag nie meer as 8% bereik nie, volgens verskeie standaarde, insluitend IEC 61000-3-6 vir installasies groter as 75 kW.
Aktiewe kragfilters gebruik stroomsensors en DSP-tegnologie om harmoniese strome in werklike tyd op te spoor en te neutraliseer, wat die totale harmoniese vervorming in die sisteem aansienlik verminder.
Al verbeter aktiewe kragfilters die nakoming van netkodering en kragkwaliteit, is hul aanvanklike koste hoër in vergelyking met passiewe alternatiewe. Hulle bied egter beter langetermynbesparings deur verhoogde doeltreffendheid en verminderde instandhouding.
EN
Hot Nuus