Aktiv güc filtrinin fotovoltaik elektrik stansiyalarında harmonikləri necə suppress etdiyini necə izah edir?

PV Sistemlərdə Harmoniklərin Mənbələri

Güneş enerjisi sistemləri əsasən invertorlarda və DC-DC çeviricilərdə olan qeyri-xətti güc elektronikası səbəbindən harmoniklər yaradır. Bu komponentlər enerjini bir formadan digərinə çevirərkən elektrik cərəyanlarının formasını pozur. Transformatorların maqnit doyma həddinə yaxın işləməsi də bu problemin yaranmasına təsir edir, bununla yanaşı sistemdə üçfazalı yükün bərabərsiz paylanması da mühüm rol oynayır. 2024-cü ilin əvvəlində aparılan və yaşıl enerji qurğularında bu istenməyən tezliklərin mənbələrini araşdıran son tədqiqatlara nəzər saldıqda, müasir fotovoltayk qurğularda rast gəlinən bütün harmonik problemlərin təxminən 72 faizinin güc elektronikası interfeysləri tərəfindən yaradıldığı ortaya çıxır.

İnvertorun Açılıb-Söndürməsinin Harmonik Cərəyanlar Necə Yaratdığı

İnvertorlar puls eni modulyasiyası (PWM) ilə işlədikdə, adətən bu narahat edici harmonik cərəyanları yaradırlar. Çoxu invertorların işləmə diapazonu təxminən 2 ilə 20 kilogerz arasında dəyişir. Burada baş verən şey həqiqətən olduqca sadədir – biz yüksək tezlikli cərəyan dalğalanmalarının müxtəlif növlərini və əsas işləmə tezliyimizin çoxluqları ətrafında meydana gələn xarakterik harmonik qrupları alırıq. 4 kHz invertorun standart 50 Hz enerji şəbəkəsi ilə birlikdə işlədiyi zaman nə baş verdiyinə baxın. Birdən-birə 4 kHz-dən artıq və ya az olan növbəti 50 Hz çoxluğunun olduğu nöqtələrdə dominan harmoniklər görünür. Əgər bu problemləri həll etmək üçün heç kim düzgün filtrlər qoşmasa, bu istenməyən cərəyanlar əsas elektrik sisteminə tərsinə doğru axmağa davam edir. Nəticə? Ümumiyyətlə daha pis gerilim keyfiyyəti və eyni şəbəkəyə qoşulmuş digər bütün avadanlıqlarda lazım olmayan aşınma.

Yüksək PV Penetrasiyasının Şəbəkə Harmonik Səviyyələrinə Təsiri

Paylanmış şəbəkələrdə FV penetrasiyası 30%-i keçdikdə, yığılmış harmonik distorsiya aşağıdakılara görə güclənir:

• Faza qarşılıqlı təsiri : Sinxron invertor sürüşməsi müəyyən harmonik tezlikləri gücləndirir
• Şəbəkə impendansı : Harmonik tezliklərdə daha yüksək impendans gərginlik distorsiyasını artırır
• Rezonans riskləri : İnvensorun tutumluğu ilə şəbəkənin induktivliyi arasındakı qarşılıqlı təsir rezonans zirvələri yarada bilər

Sahə araşdırmaları tez dəyişən şüalanma zamanı 30%-dən çox transient ÜJD sıçramaları qeyd etmişdir — IEEE 519-2022-nin 5% gərginlik ÜJD həddindən xeyli yuxarı. Bu şərait transformator itkisini 15–20% artırır və naqil temperaturlarını 8–12°C qaldırır, izolyasiya degradasiyasını sürətləndirir və avadanlıq ömrünü qısaldır.

Aktiv Güc Filtrlərinin Harmoniklərin Həqiqi Vaxtda Aradan Qaldırılması

Dinamik FV Mühitlərində Passiv Filtrlərin Məhdudiyyətləri

Passiv harmonik filtrlər dəyişkən işıqlanma və ya yük dinamikası ilə əmələ gələn harmonik spektrdəki dəyişikliklərə uyğunlaşa bilmədikləri üçün müasir fotovoltayk sistemlərinə uyğun deyil. Əsas çatışmazlıqlara aşağıdakılar daxildir:

• Buludların yaratdığı harmonik dəyişikliklərə reaksiya verə bilməmə
• PV qurağlarının 63%-ində müşahidə edilən şəbəkəyə qoşulan invertorlarla rezonans riski
• aktiv həllərlə müqayisədə illik təmir xərclərində 74% artım (EPRI 2022)

Bu məhdudiyyətlər, harmonik profilin gün ərzində dəyişdiyi mühitlərdə etibarlılığı və səmərəliliyi azaldır.

Aktiv Güc Filtrinin İş Prinsipi: Reallığa Yaxın Harmonik Cərəyan Enjeksiyası

Aktiv güc filtrləri (APF) harmonikləri 2 millisaniyə ərzində aşkar etmək və neytrallaşdırmaq üçün IGBT əsaslı invertorlardan və rəqəmsal siqnal prosessorlarından (DSP) istifadə edir. Aşağıdakılarda göstərildiyi kimi IEEE 519-2022 texniki tövsiyələri , proses aşağıdakıları əhatə edir:

1. Harmonik tərkibin təhlilini aparmaq üçün şəbəkə cərəyanının 20–100 kHz tezlikdə nümunələnməsi
2. Fazaya əks harmonik cərəyanların real vaxtda hesablanması
3. Yüksək tezlikli açarlanma ilə (10–20 kHz) kompensasiya cərəyanlarının tətbiqi

Bu dinamik reaksiya APF-lərin hətta yüksək PV penetrasiyası (>80%) və sürətlə dəyişən istehsal profilləri şəraitində ümumi harmonik distorsiyasını (THD) 5%-dən aşağı saxlamasına imkan verir.

Aktiv Güc Filtrinin Ümumi Qoşulma Nöqtəsində (PCC) Optimal Yerləşdirilməsi

Aktiv Güc Filtrelerinin Ümumi Qoşulma Nöqtəsində (PCC) quraşdırılması inverterlərin yaratdığı distortiyaları və şəbəkənin yuxarı axımındakı pozğunluqları həll edərək harmonik aradan qaldırılmasının effektivliyini maksimuma çatdırır. Bu strategiyaya əsaslanan yerləşdirmə aşağıdakı nəticələri verir:

• yük tərəfindəki konfiqurasiyalardan 8–12% daha çox THD azalması
• Gərginlik parıldamasının və faza tarazsızlığının eyni vaxtda düzəldilməsi
• mərkəzləşdirilmiş kompensasiya sayəsində tələb olunan filtr tutumunun 32% azalması

İnterfeys nöqtəsində harmoniklərin aradan qaldırılması ilə PCC-ə quraşdırılmış APF-lər aşağı axımdakı avadanlıqları qoruyur və bütün sistem üzrə uyğunluğu təmin edir.

PV Sistemlərində Paralel Aktiv Güc Filtreleri üçün İrəli Səviyyə İdarəetmə Strategiyaları

SAPF İdarəetdirməsində Ani Reaktiv Güc (p-q) Nəzəriyyəsi

PQ nəzəriyyəsi, elektrik yükündəki harmonik və reaktiv komponentləri aşkar etmək baxımından Şunt Aktiv Güc Filtrlərinin (SAPF) necə işlədiyinin əsasını təşkil edir. Burada baş verən şey həqiqətən olduqca maraqlıdır: üçfazalı cərəyanlar şəbəkə tərəfində olanlarla uyğunlaşan p (aktiv güc) və q (reaktiv güc) adlanan ortoqonal komponentlərə çevrilir. Bu yanaşma qarışıqda olan harmonik komponentləri müəyyən etməkdə onda doqquz dəfə dəqiq nəticə verir. Bir dəfə bu istinad siqnalları müəyyənləşəndən sonra SAPF-inverterinə xüsusilə günəş paneli ilə təchiz edilmiş şəbəkələrdə çox tez-tez meydana gələn beşinci və yeddinci dərəcəli harmoniklərin ləğv edilməsi üçün nəyin lazımlı olduğunu göstərir. Keçən il Nature Energy jurnalında dərc olunmuş bir araşdırma bunu təsdiqləyir.

DC-Link Gərginliyinin Tənzimlənməsi ilə Sabitliyin Artırılması

SAPF-lərdən ardıcıl performans əldə etmək üçün sabit DC-link gərginliyini saxlamaq çox vacibdir. Sistem adətən şeyləri taraz saxlamaq üçün nisbi-inteqral idarəetmə qurğusundan istifadə edir. Bu cihaz avadanlıq ilə elektrik şəbəkəsi arasında keçən həqiqi gücün miqdarını tənzimləyərək DC kondensatorunun gərginliyini idarə edir. Testlər bu metodun tənzimlənməmiş sistemlərlə müqayisədə gərginlik dalğalanmasını təxminən 60 faiz azaltdığını göstərir. Bunun praktiki olaraq nə mənası var? Bu, hissəvi kölgələnmə və ya gün işığının intensivliyində anidəyişikliklər kimi problemlər olsa belə, uyğun harmonik kompensasiyanın saxlanmasına kömək edir. Böyük günəş fermalarında bu cür problemlər tez-tez baş verir və buna görə də, hamar işləmə üçün yaxşı gərginlik nəzarəti mütləq zəruridir.

Yeni Tendensiyalar: Paralel Aktiv Güc Filtrlərində Adaptiv və Süni İntellekt Əsaslı İdarəetmə

Ən son SAPF modelləri indi harmonik davranışları proqnozlaşdırmaq üçün keçmiş günəş paneli çıxışları və şəbəkə məlumatlarına əsaslanan süni neyron şəbəkələri ilə model proqnozlaşdırıcı idarəetmə üsullarını birləşdirir. Bu ağıllı sistemlərin fərqlənməsinin səbəbi, ənənəvi üsullardan 30 faiz daha tez reaksiya vermə qabiliyyətinə malik olmaları və avtomatik olaraq işlədici tezlikləri 10-dan 20 kHz-ə qədər dəyişdirmələridir ki, bu da performansın tənzimlənməsini yaxşılaşdırır. Həqiqi şəraitdə aparılan testlər göstərdi ki, AI SAPF-in işinə qoşulduqda, ümumi harmonik bozulma bütün müxtəlif iş rejimlərində 3%-dən aşağı saxlanılır və bu, IEEE tərəfindən nəşr edilən sonrakı idarəetmə sistemi tədqiqatlarına görə, IEEE 519-2022 tərəfindən qoyulan ciddi standartları hətta üstələyir.

APF performansını yaxşılaşdırmaq üçün tamamlayıcı harmonik azaldılması texnikaları

İlkin filtrləmə həlləri: Çoximpuls invertorlar və LCL filtrlər

Çoxlu impulslu invertorlar faz dəyişdirilmiş transformator sarğılarının istifadəsi hesabına harmonik yaradılmanı mənbədə azaldır. Onlar 5-ci və təxminən 7-ci harmonikləri adi 6 impulslu konstruksiyalarla müqayisədə təxminən 40-dan bəlkə də 60 faizə qədər aradan qaldıra bilər. Bu günlərdə LCL filtri əlavə edin və növbəti baş verəni izləyin. Bu filtrer 2 kHz həddindən yuxarı olan yüksək tezlikli açar gürültüsünü suppressiya etməkdə möcüzələr göstərir. Birgə olaraq, sistemin sonrakı APF-ləri üçün yükü əhəmiyyətli dərəcədə yüngülləşdirirlər. Günəş quraşdırmaları ilə işləyən şəxslər üçün bu təbəqəli filtrasiya strategiyası çətin IEEE 519 2022 standartlarına uyğunlaşmanı xeyli asanlaşdırır. IntechOpen tərəfindən aparılan bəzi tədqiqatlar bunu təsdiqləyir və təxminən 15%-dən 30% -ə qədər yaxşılaşmış uyğunluq səviyyələrini göstərir.

Hibrid Yanaşmalar: Ziq-Zaq Transformatorların Aktiv Güc Filtrləri ilə Birləşdirilməsi

Ziq-qaq transformatoru üçqat harmoniklər (3-cü, 9-cu, 15-ci dərəcə) adlanan sıfır ardıcıllıqlı harmoniklərlə mübarizə aparmaqda olduqca yaxşı iş görür. Bu kiçik problemli elementlər fotovoltaik sistemlərdə neytral keçidlərin aşırı yüklənməsinə səbəb olur. Bu transformatorları aktiv güc filtrləri ilə birləşdirsəniz, şəbəkəyə qoşulma testlərinə əsasən 1 kHz-dən aşağı olan aşağı tezlikli harmoniklərin təxminən 90 faizindən artıq azalma müşahidə edilir. Bu birləşmənin maraqlı tərəfi mühəndislərin aktiv güc filtrlərini (APF) təxminən yarısına qədər kiçildə bilmələridir, hətta bəzən daha da çox ola bilər. Kiçik APF-lər isə avadanlıq xərclərində əhəmiyyətli qənaətə və texniki xidmət xərclərinin davamlı şəkildə azalmasına səbəb olur.

Proaktif Harmonik Supressiyası üçün Ağıllı İnvertor Proqram Təminatının İnteqrasiyası

Torba əmələ gətirən invertorların ən son nəslində harmonikləri bastırmaq üçün proqnozlaşdırıcı alqoritmlərdən istifadə edilməyə başlanmışdır və beş milisaniyədən az bir müddət ərzində modulyasiya strategiyalarını tənzimləyirlər. Bu ağıllı cihazlar IEC 61850 standartları vasitəsilə aktiv güc filtrləri ilə əlaqə saxlayır və beləliklə, problemlərin aşağı axında yığılmasına icazə vermək əvəzinə, onların yaranma anında dalğa formalarındakı nasazlıqları aradan qaldırırlar. Sistemlərin bu şəkildə birgə işləməsi zamanı maraqlı bir şeyin baş verdiyini göstərən real testlər mövcuddur. Ümumi harmonik distorsiya günəş işığının səviyyəsinin birdən dəyişməsi halında belə 3 faizdən aşağı düşür ki, bu da günəş elektrik stansiyalarının nə qədər həssas ola biləcəyini nəzərə almaq şərti ilə olduqca təsir bağışlayıcıdır. Bundan əlavə, qeyd edilməyə dəyər başqa bir üstünlük də var — aktiv güc filtrinin öz-özünə işə düşməsi və sönməsi əvvəlki hallara nisbətən 40% daha az tez-tez baş verir. Bu isə avadanlıqların daha uzun ömürlü olmasına və bütün enerji sisteminin ümumi səmərəliliyinin artırılmasına imkan verir.

PV Elektrik Stansiyalarında Aktiv Güç Filtrlərinin Performansının və İqtisadi Dəyərinin Qiymətləndirilməsi

Təsirin Qiymətləndirilməsi: IEEE 519-2022 Tələblərinə Uyğunluq və THD Azaldılması üzrə Tədqiqatlar

Fotovoltaik qurağın işlək güc filtrlərinə ehtiyacı var ki, bağlantı nöqtələrində gərginlik harmonik bozulmasının həddini 5% ilə məhdudlaşdıran IEEE 519-2022 standartlarına cavab versin. Bu aktiv güc filtrləri (APF) həqiqi şəraitdə işə salındıqda, ticari günəş enerjisi sistemlərində ümumi harmonik bozulmanı (THD) təxminən 12% səviyyəsindən yalnız 2 və ya 3% -ə endirir. Bu, avadanlıqların çox qızmasını maneə törədir və vaxt keçdikcə sistemə zərər verə biləcək pis forma dalğa bozulmalarını dayandırır. Tədqiqatçıların 2023-cü ildə yeddi böyük miqyaslı günəş elektrik stansiyasını araşdırdığı zaman diqqət çəkən bir şey var: APF-lərin quraşdırılmasından sonra torba kodlarına uyğunluq əvvəlki 58% kimi az səviyyədən 96%-ə qədər yüksəlmişdir. Güc keyfiyyəti ilə bağlı problemləri öyrənən mütəxəssislər başqa bir üstünlüyü də qeyd edirlər. Bu filtrlər sistem tam gücü ilə işləmədikdə belə, bəzən yalnız 30%-ə qədər aşağı yüklənmədə belə, olduqca yaxşı işləyir. Bu da onları gün ərzində təbii olaraq dəyişən enerji istehsalı olan günəş sistemləri üçün xüsusi olaraq faydalı edir.

Uzunmüddətli Sahə Performansı: Almaniyanın Günəş Qurğusunda Aktiv Güc Filtri

Almaniyada 34 megavatt gücündə işləyən bir fotovoltaik stansiya aktiv güc filtr sisteminin təxminən dörd buçuk illik müddət ərzində möhtəşəm performans göstərməsini nümayiş etdirdi. Ümumi harmonik bozulma, stansiyasının çıxışı 22% ilə 98% arasında kəskin dəyişsə belə, sabit şəkildə 3,8%-dən aşağı səviyyədə qaldı. Bu nailiyyətin diqqət çəkən cəhəti ondan ibarətdir ki, ağıllı idarəetmə sistemi kondensator banklarının əvəz edilməsinin miqdarını passiv metodlara nisbətən təxminən üç kvartal qədər azaltmışdır. İş vaxtı statistikasına baxdıqda, APF inanılmaz 98,6% səviyyəsində fəaliyyət göstərmişdir ki, bu da müqayisəli hava şəraitində passiv filtrin əldə etdiyi nəticəni (adətən 91% ilə 94% arası) üstələyir. Texniki xidmət komandaları da reaktor əsaslı köhnə filtrasiya üsullarına nisbətən təxminən 40% daha az müdaxilə tələb olunduğunu bildirmişlər ki, bu da uzun müddət ərzində əhəmiyyətli maliyyət qənaətinə səbəb olmuşdur.

Xərclər və Gəlirlərin Təhlili: İlkin Investisiyanın Şəbəkə Cərimələrinin Qənaəti ilə Uyğunlaşdırılması

APF-lər, adətən passiv filtrlərdən 25-dən 35 faizə qədər daha bahalı olur. Lakin burada bir məsələ var: harmonik problemləri səbəbindən torpaq şəbəkəsinə ödənilən cərimələrdən hər il müəssisələrin 18 min ilə 45 min dollar arasında pul qazanmağa imkan yaradır. Məsələn, tipik 20 meqavattlıq bir obyekt götürək, qazanılan pul artıq dəyəri təxminən dörd ildən az vaxtda ödəyir. Bir çox şirkət indi APF-ləri mövcud LCL filtrləri ilə birləşdirir. Bu hibrid yanaşma, yalnız passiv sistemlərlə müqayisədə mitigasiya xərclərini pik vat başına təxminən 19 sent qədər azaldır. Bundan əlavə, tənzimləyicilər APF-ləri indi 7-dən 12 ilə qədər amortizasiya edilə bilən faktiki kapital aktivləri kimi qəbul edirlər. Bu, 15 tam il ərzində amortizasiya edilməsi tələb olunan ənənəvi həllərlə müqayisədə onları maliyyə baxımından daha cəlbedici edir. Uzunmüddətli qənaət gözləyən əksər operasiyalar üçün riyaziyyat sadəcə daha yaxşı işləyir.

SSS

Fotovoltaik sistemlərdə harmoniklərin səbəbi nədir?

Fotovoltaik sistemlərdə harmoniklər əsasən invertor və DC-DC çeviricilərdə olan qeyri-xətti güclü elektronikanın təsiri ilə yaranır. Əlavə mənbələrə maqnit doyma həddinə yaxın işləyən transformatorlar və tarazsız üçfazalı yükler daxildir.

İnvertorlar necə harmonik cərəyan yaradır?

Pulsu en kimi modulyasiya (PWM) istifadə edən invertorlar, açılıb-söndükdə yüksək tezlikli dalğalanmalar və əsas açılıb-söndürmə tezliyinin tam çoxluğunda harmonik qruplar yaradır.

PV-nin yüksək penetrasiyasının şəbəkə harmoniklərinə təsiri nədir?

PV penetrasiyası artdıqca, fazalar arası qarşılıqlı təsirlər, şəbəkə impendansı və rezonans riskləri səbəbindən harmonik distortsiya şiddətlənir və bu da transformator itkisini artırır və keçid temperaturlarını yüksəldir.

Aktiv güc filtrləri harmoniklərin azaldılmasında necə kömək edir?

Aktiv Güc Filtreleri (APF) IGBT əsaslı invertorlar və DSP-lər istifadə edərək harmonikləri aşkar edir və neytrallaşdırır və hətta yüksək günəş enerjisi penetrasiyası şəraitində ümumi harmonik distortsiyanı 5%-dən aşağı endirir.

Ümumi Qoşulma Nöqtəsində APF-lərin quraşdırılmasının üstünlüyü nədir?

APF-ləri PCC-də quraşdırmaq inverterlərin yaratdığı təhrifləri və şəbəkə pozuntularını həll edir, bu da ümumi harmonik təhrifin (THD) daha çox azalmasına və gərginlik parlamasının eyni vaxtda düzəldilməsinə səbəb olur.