Fotovoltaik enerji quraşdırılmalarında harmonik distortiya (harmonik təhrif) hadisəsinin əsas səbəbi bu gün hər yerdə gördüyümüz, xüsusilə də PV çeviriciləri və müxtəlif açarlanma cihazları olan nöqtəvi olmayan güc elektronikasıdır. 2024-cü ildə şəbəkəyə inteqrasiya mövzusunda aparılan son bir araşdırma bu problemlə bağlı maraqlı bir tapıntı etdi. Onlar kəşf etdilər ki, günəş fermalarında ölçülmüş ümumi harmonik cərəyanların təxminən üçdə ikisi DC-ni AC-ə çevirərkən işləyən nəğd mənbəli çeviricilərdən (VSI) yaranır. Burada baş verən proses olduqca sadədir, lakin eyni zamanda texniki cəhətdən çox mürəkkəbdir. Bu çeviricilər PWM (impuls en kimi modulyasiya) və bəzi paralel metotlarla pulsasiya edilməsi səbəbindən 2 ilə 40 kiloherz arasında yüksək tezlikli açarlanma harmonikləri yaradır. Bununla yanaşı, digər amilləri də qeyd etmək lazımdır. Transformatorlar bəzi şərtlər altında doymağa məruz qala bilər və böyük günəş parklarında bir neçə çevirici birgə işlədikdə, əlavə harmoniklərin yaranmasına səbəb ola biləcək qarşılıqlı təsirlər yarada bilərlər.
Nəzarət edilmədikdə, harmoniklər keçən il Ponemonun tədqiqatına əsasən sistem səmərəliyini təxminən 3-dən 7 faizə qədər azaldır. Bu, keçid naqillərinin daha çox enerji itirməsi və transformatorların normaldan artıq qızması səbəbindən baş verir. Gərginlik istehsalı 5% THD-dən yuxarı çıxdıqda, problemlər tez başlayır. Müdafiə rелеləri düzgün işləməyi dayandırır və kondensatorlar gözlənilmədən xarab olur. İnvertorlar üçün də problem artır. Harmoniklərlə dolu mühitdə işləyən invertorların izolyasiyası təxminən 15-20% daha sürətlə zəifləyir ki, bu da daha tez-tez təmir tələb edir və xərcləri artırır. Şəbəkənin induktivliyi ilə FV invertorlarından gələn komponentlər arasında rezonans yaranarsa, bəzi həddindən artıq pisləşə bilər. Bu effekt müəyyən harmoniklərin o qədər güclənməsinə səbəb olur ki, avadanlıqlar bəzən tamamilə xarab olur.
Dünya üzrə standartlaşdırma təşkilatları sistemlərin elektrik şəbəkəsinə qoşunduğu nöqtələrdə ümumi harmonik bozulmanın (THD) 5% -dən aşağı və cərəyan harmonikalarının 8%-dən çox olmaması üçün olduqca sərt qaydalar müəyyənləşdirmişlər. 75 kilovattdan böyük fotovoltaik qurağlar üçün IEC 61000-3-6 standartı harmonik emissiyaların ölçülməsi ilə bağlı xüsusi testlər tələb edir. Bütün bu tələblərin yerinə yetirilməsi adətən müxtəlif azaldılması texnikalarının tətbiqini tələb edir. Bunun tipik yollarına daha yaxşı topologiyaya malik invertorların hazırlanması və aktiv güc filtrləri avadanlığının quraşdırılması daxildir. Bu gün əksər tənzimləyicilər günəş fermalarında harmoniklərin davamlı izlənməsini tələb edirlər. Bu, həddindən artıq harmonik tərkibinə görə şəbəkənin sabitliyi ilə bağlı problemlər yaranarsa, bahalı cərimələrdən qaçınmağa kömək edir.
Aktiv güc filtrləri və ya APF-lər, cari sensorlar və DSP texnologiyasından istifadə edərək yük cərəyanlarının nə olduğunu analiz edərək, hətta üçüncü dərəcəli harmonik kimi ən kiçik harmonik problemləri müəyyən edərək günəş sistemlərindəki harmonik təhrifləri real vaxtda aşkar edərək aradan qaldırmaqla məşğul olur. Bəzi sahə testləri əslində 500 kW gücündə olan günəş elektrik stansiyalarında tradisional passiv filtrlərlə müqayisədə APF-lərin ümumi harmonik təhrifinə təxminən 88% qədər azalda biləcəyini göstərir. Belə performans sistemin sabitliyi və səmərəliliyi üçün böyük fərq yaradır.
Şəbəkə cərəyanının monitorinqi, yarım faiz səhv həddində olduqca yüksək dəqiqliklə harmonik siqnalları qəbul edən Hall effekti sensorları vasitəsilə davamlı şəkildə həyata keçirilir. Bundan sonra inkişaf etmiş DSP alqoritmləri tərəfindən aşkar edilən harmoniklərlə tamamilə əks fazada olan bu kompensasiya cərəyanları yaradılır. 2023-cü ildə aparılan real vaxt kompensasiya texnikaları üzrə tədqiqatlara nəzər salın. Tədqiqatçılar aktiv güc filtrlərinin 20 kiloherzlik tezlikdə işlədikdə yalnız iki min saniyə ərzində beşinci və yeddinci harmoniklərin demək olar hamısını aradan qaldıra biləcəyini göstərdilər. Güc keyfiyyəti ilə gündəlik məşğul olanlar üçün olduqca təsirli bir nəticədir.
Bu idarəetmə metodologiyası aktiv (p) və reaktiv (q) güc komponentlərini Klark çevirmələrindən istifadə edərək ayırır. Faza kilidlənmə dövrləri (PLL) vasitəsilə şəbəkə gərginliyinə sinxronlaşaraq p-q metodu işıqlanma dalğalanmalarının 30% təşkil etdiyi hallarda belə 0,98-dən yuxarı olan güc əmsalını saxlayır. Tədqiqatlar bu metodun ənənəvi PI idarəedicilərlə müqayisədə reaktiv güc tələbatını 72% qədər azaldığını göstərir.
Bu sistem həmin kompensasiya siqnallarını kosmik vektor PWM modulyasiyası adlanan vasitə ilə faktiki açar əmrlərinə çevirir. Bu günlərdə əksər aktiv güc filtrləri, dəyişdiricilərin işlədilməsi zamanı baş verən itkiləri azaldan və səmərəliyini 97 faizdən çox olan ağıllı ölü vaxt kompensasiya texnikası sayəsində IGBT əsaslı inverterlər ətrafında qurulur. Müxtəlif PWM gərginlik mənbəli invertor elmi tədqiqatlarına baxdıqda, bu dizaynların 2 kHz-dən çox tezlik zolağında harmonikləri aradan qaldıra biləcəyini görürük. Və burada vacib bir məqam da var ki, ümumi harmonik distorsiyasını 4% -dən aşağı saxlayırlar və 2022-ci ilin ən son IEEE 519 standartında göstərilən bütün tələblərə cavab verirlər.
| Parametr | Ənənəvi Filtr | Aktiv Güc Filtr |
|---|---|---|
| Cavab vaxtı | 50–100 ms | <2 ms |
| Harmonik Sıraların İdarə Edilməsi | Sabit (5-ci, 7-ci) | 2-ci–50-ci |
| THD-nin azalması | 40–60% | 85–95% |
| Müəyyənləşdirmə qabiliyyəti | Yox | Dinamik Yük İzləmə |
Fotovoltaik stansiyalara aktiv güc filtrlərini (APF) düzgün şəkildə inteqrasiya etmək üçün torba standartlarına uyğunluğunu təmin edərkən yaxşı güc keyfiyyətini qoruyan diqqətli tənzimləmə və idarəetmə strategiyaları tələb olunur. Müasir quraşdırmaların əksəriyyəti harmonikləri dərhal aradan qaldırmağa imkan verən, lakin həqiqi günəş enerjisi istehsalına təsir etməyən paralel qoşulma imkanı təqdim edən şunt APF konfiqurasiyalarını seçir. 2023-cü ildə IntechOpen tərəfindən dərc edilmiş tədqiqata görə, yeni böyük miqyaslı günəş fermalarının təxminən 89 faizi indi fazalı kilidlənmiş dövrə (PLL) sistemləri ilə birlikdə işləyən bu şunt APF-ləri daxil edir. Bu qurağışlar torba gərginliyini çox dəqiq şəkildə, adətən yarım dərəcə daxilində uyğunlaşdırmağı bacarır. Belə dəqiqlik bu günəş qurağışlarının ümumi performansında böyük fərq yaradır.
Şunt APF-lər gərginlik mənbəli invertorlar vasitəsilə şəbəkəyə əks harmonik cərəyanlar verərək işləyir. Əsas üstünlüklərə aşağıdakılar daxildir:
Adaptiv idarəedicilər şüalanmanın dəyişdiyi şəraitdə qazanc parametrlərini avtomatik tənzimləməklə harmonik suppressiyasını artırır. 2024-cü ildə keçirilən sahə testləri göstərdi ki, adaptiv sistemlər hissəvi kölgələnmə şəraitində ümumi harmonik distortiya (THD) göstəricisini 8,2%-dən 3,1%-ə endirib və keçid proseslərində sabit qazanclı modellərdən 42% yaxşı performans göstərib.
Müasir PV stansiyalarında üç əsas inteqrasiya yanaşması üstünlük təşkil edir:
| Metod | THD-nin azalması | Tətbiqetmə xərcləri |
|---|---|---|
| Mərkəzləşdirilmiş APF | 82-91% | $15,000-$35,000 |
| String səviyyəsində APF | 74-86% | $8,000-$18,000 |
| Hibrid APF-PV İnvertoru | 89-95% | Inteqrasiya Edilmiş Dizayn |
2024-cü ilin ScienceDirect təhlili göstərdi ki, 500 kVt günəş kollektorlarında hibrid sistemlər yalnız APF həlləri ilə müqayisədə enerji hasilatını 6,8% artırıb.
Hibrid fotovoltaik-aktiv güc filtri sistemləri indi enerji çevirməni həyata keçirən və eyni zamanda elektrik şəbəkəsindəki girişintiləri azaldan xüsusi invertorlardan istifadə edir. 2021-ci ildə Vons və həmkarlarının apardığı tədqiqat göstərir ki, son dövrlərin dizaynları güc filtrasiya funksiyasını birbaşa əsas PV inverterinin içərisinə yerləşdirir. Bu, ayrıca quraşdırılan komponentlərlə müqayisədə tələb olunan hissələrin sayını təxminən 37% azaldır. Bu sistemlər maksimum günəş enerjisi nöqtəsini izləmək və eyni zamanda istenməyən harmonikləri ləğv etmək üçün ağıllı açarlanma texnikalarından istifadə edir. Onlar DC-link kondansatorları və müasir elektronikanın əksərində gördüyümüz IGBT modulları kimi əsas komponentləri paylaşırlar. Həqiqi şəraitdə aparılan testlər bu cihazların ümumi harmonik bozulmasını 3%-dən aşağı saxlaya bildiyini göstərir ki, bu da günəş işığını təxminən 98,2% səmərəliliklə elektrik enerjisində çevirərkən çox yaxşı nəticədir. Bunu təmiz enerji mənbələrindən daha yaxşı istifadə etməklə eyni zamanda enerji şəbəkələrimizi təmizləməyə kömək edən həll üçün olduqca təsirli nəticə hesab edilir.
500 kVt hibrid sistemlərin Hardware-in-the-loop (HIL) simulyasiyaları konvensiyal passiv filtrlərə nisbətən 89% daha sürətli harmonik reaksiya müddəti göstərir. 2024-cü ilin bərpa olunan enerji üzrə tədqiqatı PV-APF-lərdəki adaptiv idarəetmə qurğularının hissəvi kölgə şəraitində gərginlik dalğalanmalarını 62% azaltdığını göstərir. Sahədə tətbiq nümunələrində 30% qeyri-xətti yükə malik olsa belə, 1200-dən çox iş saatı ərzində THD-nin 5%-dən aşağı səviyyədə saxlanması müşahidə edilib.
Kommersiya məqsədli bir günəş ferması PV-APF inteqrasiyası sayəsində harmoniklərə bağlı transformatorların sobalanmasını aradan qaldırmışdır. Hibrid sistem şunt konfiqurasiyasında səkkiz 60 kVA-lıq ikitərəfli funksiyalı invertor yerləşdirilmişdir və aşağıdakı nəticələr əldə edilib:
Quraşdırma sonrası monitorinq IEEE 519-2022 standartlarının dəyişkən bulud örtüyü şəraitində 25% səviyyəsində tələblərinə cavab verdiyini təsdiqlədi.
Aktiv güc filtrləri, IEEE 519-2022 standartlarında müəyyən edilmiş 5% kritik həddindən aşağıda ümumi harmonik bozulmanı (THD) saxlayaraq təchizat gerilimi normalarının daxilində qalmasına kömək edir. 2023-cü ilin son araşdırmalarına əsasən, on iki böyük fotovoltaik quraşdırmanın təhlili göstərir ki, bu filtrlər adətən güc faktorunu 0,15 ilə 0,25 arasında artırarkən gərginlik balanssızlığını təxminən üçdə iki qədər azaldır. Onları xüsusi dərəcədə qiymətli edən, buludlar günəş panelinin üzərini keçərkən meydana gələn gərginlik sıçramalarını idarə edə biləcəyi üçün şəbəkə sabitliyini pozan bu cür hallara reaksiya verə bilməsidir. Müasir şəbəkə tələblərinin əksəriyyəti gərginlik səviyyələrində 10%-dən çox deyil, dəyişkənlik tələb edir və aktiv filtrlər müxtəlif iş şəraitində bu tələbi ardıcıl şəkildə ödəyir.
Güneş şüalanmasındakı dəyişkənliklər 1 ilə 2 kHz tezlik aralığında istenməyən interharmoniklər yaradır və standart invertorlar bu problemləri effektiv şəkildə həll etmək üçün sadəcə lazımi avadanlıqlara malik deyillər. Bu problemi həll etmək üçün aktiv filtrlər 50 mikrosaniyədən az olan cavab müddəti ilə real vaxt rejimində puls en kimi modulyasiya işlədirlər və bu harmonik distortiyaların qarşısını uğurla alırlar. Sahə testləri 150 ilə 250 Hz interharmonikləri üçün təxminən 85-dən 90 faizə qədər azalma müşahidə edilib. Bu təkmilləşdirmələr bir megavattan çox gücə malik fotovoltayk quraşdırmalarda transformatorların sobalanmasının qarşısını almaq və eyni zamanda xətt itkisini təxminən 12-dən 18 faizə qədər azaltmaq baxımından vacibdir. Bu filtrlərin enerji saxlama həlləri ilə birlikdə işləməsi halında, günəş enerjisinin anidən dəyişdiyi zaman gərginlik parlamasının (flicker) problemini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq imkanı da mövcuddur və sənaye ölçmələrinə görə bu suppressiya səviyyəsi 60 ilə 75 faiz arasında əldə edilir.
Aktiv güc filtrləri passiv alternativlərdən təxminən 30-40 faiz daha bahalı olur, lakin uzun müddətli xərclərdə yaratdıqları qənaətlə bu fərqi ödəyirlər. Bu sistemlər adətən 92-dən 97 faizə qədər səmərə ilə işləyir ki, bu da beş il ərzində hər kilovat üçün illik təmir xərclərini təxminən 18-22 dollardır. Onları daha da cəlbedici edən şey modulyar konfiqurasiyadır. Təchizat obyektləri bu filtrləri dərəcəvi şəkildə quraşdıra bilər və hər hansı bir filtrin təmiri zamanı harmonik bozulmanın yarım faizdən az saxlanmasını təmin edən ehtiyat sistemi sayəsində işləmə prosesini davam etdirə bilərlər. Ancaq bir məhdudiyyət var - bu sistemlərin düzgün quraşdırılması quraşdırma xərclərinə hər kilovata 4,50-6,80 dollar əlavə olaraq əlavə investisiya tələb edir. 50 meqavattan aşağı olan kiçik stansiyalar üçün bu o deməkdir ki, uzunmüddətli faydaların ilkin qiyməti əhatə edib-etməməsinə qərar verməzdən əvvəl ciddi rəqəmlər analizi aparılmalıdır.
Fotovoltaik elektrik stansiyalarında harmoniklərin əsas mənbələri gərginlik mənbəli invertorlar, harmonik cərəyanların üçdə ikisini təşkil edir və bir neçə invertorun və ya doymuş transformatorların qarşılıqlı təsiridir.
Harmonik bozulmalar sistemin səmərəliliyini 3-dən 7%-ə qədər azalda bilər, mühafizə relyelərinin səhv işləməsinə və kondensatorların çıxmasına səbəb ola bilər və invertor izolyasiyasının pozulmasını 15-dən 20%-ə qədər artırır.
Ümumi harmonik bozulma (THD) 5%-dən aşağı olmalıdır və cari harmoniklər 8%-dən çox olmamalıdır. Bu, 75 kVt-dan böyük qurğular üçün IEC 61000-3-6 daxil olmaqla bir neçə standartda nəzərdə tutulub.
Aktiv güc filtrləri harmonik cərəyanları real vaxtda aşkar etmək və ləğv etmək üçün cari sensorlardan və DSP texnologiyasından istifadə edir, sistemdə ümumi harmonik bozulmanı əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Aktiv güc filtrləri şəbəkə qaydalarına uyğunluğu və enerji keyfiyyətini yaxşılaşdırarkən, passiv alternativlərlə müqayisədə ilkin xərcləri daha yüksəkdir. Bununla belə, artıq səmərəlilik və azalmış təmir-baxım ehtiyacları sayəsində uzunmüddətli daha yaxşı qənaət imkanı təqdim edirlər.
EN
Son Xəbərlər