Mae'r prif achos o ddadffurfio harmonig mewn gosodiadau pŵer ffotofoltaig yn dod o'r electronig pŵer anlinol rydym yn ei weld bobman heddiw, yn enwedig gwrthdroswyr FF a amryw fathau o ddyfeisiau newidio. Darganfu astudiaeth diweddar ar integreiddio'r grid yn ôl yn 2024 rhywbeth hynod ddiddorol am y broblem hon. Darganfododdant bod tua dwy dr third o'r holl gyfredi harmonig a fesurwyd mewn ffermydd haul yn dod yn wirioneddol o wrthdroswyr ffynhonnell voltedd pan maen nhw'n gwneud eu swydd o drosi DC i AC. Beth sy'n digwydd yma yw rymata ffordd syml ond cymhleth dechnegol ar yr un pryd. Mae'r gwrthdroswyr yn creu'r harmonics tân symud uchel rhwng rhywle o 2 i 40 cilohertz oherwydd y modd y maen nhw'n addasu pulsys (hynny yw PWM yn byr) ynghyd â rhai dulliau rhyngweithiol. Mae hefyd gyfraniadau eraill gwerth eu hadrodd er ynddynt. Weithiau mae trawsnewyddion yn cael eu hymgysylltu o dan amodau penodol, ac pan weithredir nifer o wrthdroswyr gyda'i gilydd mewn parc solar mawr, gallant weithredu mewn ffyrdd sy'n cynhyrchu harmonics ychwanegol hefyd.
Pan gaiff ei gadael heb ei reoli, mae harmonics yn lleihau effaith y system rhywle rhwng 3 i 7 y cant yn ôl ymchwil Ponemon o'r flwyddyn ddiwethaf. Mae hyn yn digwydd oherwydd bod cynhwysyddion yn colli mwy o energi a throsfyrhawyddion yn cael eu gwresogi fwy nag y dylid. Os yw anghydraddolaeth voltedd dros 5% THD, mae pethau'n dechrau mynd o'i le yn gyflym iawn. Mae releyau diogelu'n stopio gweithio'n iawn ac yn aml yn fflatian y capasitorau'n annisgwyl. Mae'r broblem yn cael ei wneud yn waeth ar gyfer gwrthdroswyr hefyd. Ceir y rhai sy'n rhedeg mewn amgylchedd sy'n llawn o harmonics yn gweld eu hanogaeth yn diswyddo tua 15 i 20% yn gynt, sy'n golygu adferiadau mwy a chostau uwch. Mae rhai sefyllfaoedd gwirioneddol waeth yn digwydd pan fo ymateb yn digwydd rhwng ymylfa'r grid a'r beth sy'n dod allan o droswyr PV. Mae'r effaith hon yn gwneud i rai harmonics tyfu mor gryf nes gall eiddo weithredu cael ei niweidio tu fas at adferiad weithiau.
Mae sefydliadau safonau ledled y byd wedi gosod reolau eithry lefelau distorsio harmonig iâl (THD) i aros o dan 5% ac ni ddylai harmonegau cyfred fynu 8% yn y man cysylltu systemau â'r rhwydwaith pŵer. Ar gyfer gosodiadau ffotofoltaïg sy'n fwy na 75 cilowat, mae gofyniad arall gan safon IEC 61000-3-6 sy'n galw am brofion penodol i fesur y rhyddhau harmonegau hynny. Mae dymuno i bob rheoliad hynny fel arfer yn golygu gweithredu amryw o ddulliau lleihau. Mae rhai dulliau cyffredin yn cynnwys dylunio gwydroedd gyda topolegau gwell a gosod offer hidlo pŵer gweithgar. Mae'r mwyafrif o reoleiddwyr heddiw'n gofyn am ffonio parhaus o harmonegau o fewn ffyrdd haul. Mae hyn yn helpu i osgoi cosondai drafferth pan fydd problemau â sefydlogrwydd y rhwydwaith yn codi o gynnwys harmonegau rhymatebol.
Mae hidlyddion pŵer gweithredol neu APFs yn ymateb i'r anghydraddoldebau harmonig sydyn yn systemau solar trwy ddarganfod a chanslo'r cyrrentau drwg mewn amser real. Maen nhw'n gweithio gyda sensyrs cyrrent a thechnoleg DSP i edrych ar yr hyn sy'n digwyd â'r cyrrentau llwyth, gan ddethol hyd yn nyfnder i'r materion harmonig lleiaf fel anghydraddoldebau trefn trydydd. Mae rhai profion maes wedi dangos yn wirioneddol bod APFs yn gallu leihau anghydraddoldeb harmonig cyfanswm nearly 88% mewn llyngesoedd solar o werth 500 kW o gymharu â hidlyddion pasib traddodiadol. Mae'r fath berfformiad yn gwneud gwahaniaeth mawr i gysonder a effeithlonrwydd y system.
Mae monitro'r cyfred grid yn digwydd yn barhaus trwy senysyddion effaith Hall sy'n dal y signalau harmonig hynny gyda manrwydd da iawn o tua hanner y cant o wall. Mae'n dilyn rhai cyfrifiadau rhifol seriol gan algorithmâu DSP uwch sy'n creu'r cyredau gwrthdro honno'n union wrth wyneb pob harmonig a ddarganfuwyd. Edrychwch ar yr hyn a ganfu'r ymchwilwyr yn eu gwaith 2023 ar ddechnegau cyfluniad mewn amser real. Dangosodd nhw bod ffiltiroedd pŵer gweithgar, pan roedden nhw'n gweithredu ar gyfraddau troi hyd at 20 kilohertz, yn gallu dileu bron i gyfan y pethau harmonig pedwerydd a seithfed trefn hynny mewn dim ond dwy filfed o eiliad. Sylfaen fawr i unrhyw un sy'n dealio â materion ansawdd pŵer bob dydd.
Mae'r dull rheoli hwn yn gwahanu cydrannau pŵer gweithredol (p) a gwrthweithredol (q) chwyrnofyrd ar unwaith gan ddefnyddio transformiadau Clarke. Drwy gydlymu â chryfder y grid trwy ddomeniau cloi fasa (PLLs), mae'r ddull p-q yn cadw ffactor pŵer uwchben 0.98 hyd yn oed yn ystod amleddion 30% o amleddu. Mae ymchwil yn dangos bod y fframwaith hwn yn lleihau galw am bŵer gwrthweithredol o 72% o'i gymharu ag rheolyddion PI traddodiadol.
Mae'r system hon yn cymryd y signalau iawnbu a'u troi'n orchmynion newid go iawn drwy benderfynu fector gofod, neu space vector PWM modulation. Yn y dyddiau hyn, mae'r rhan fwyaf o hidlyddion pŵer gweithredol yn cael eu hadeiladu o amgylchriannau sydd â IGBT sy'n rhedeg ar ddefnyddiolrwydd dros 97 y cant oherwydd technegau daledig iawnbu sy'n lleihau collgioedd newid anghamaint. Wrth edrych ar amrywiaeth o bapurau ymchwil am amgylchriannau ffynhonnell voltedd PWM, gwelwn fod y ddyluniadau hyn yn gallu dileu harmonigau trwy bandludi sydd yn bell tu allan i 2 kHz. Ac yma mae rwbân bwysig hefyd maen nhw'n cadw cyllid difrod harmonig cyffredinol dan 4%, gan bodloni pob un o'r ofynion a osodwyd gan safon IEEE 519 diweddaraf o 2022.
| Parametr | Hidl tradodiadol | Ffilter Pŵer Gweithredol |
|---|---|---|
| Amser ymateb | 50–100 ms | <2 ms |
| Ddelio â Gorchymynion Harmonig | Sefydlus (5fed, 7fed) | 2il–50fed |
| Lleihaeth o THD | 40–60% | 85–95% |
| Addasu | Dim | Olrhain Llwyth Dynamig |
Mae angen gosod a strategaethau rheoli gofalus i integreiddio hidlyddion pŵer gweithredol (APFs) yn gywir i mewn i ffynhonnellau photovoltaig er mwyn cadw cydymffurfio â safonau'r grid wrth barhau i ganiatáu ansawdd pŵer da. Mae'r rhan fwyaf o osodiadau modern yn dewis ffurfweddiadau shunt APF oherwydd eu bod yn cysylltu'n baralel, gan ganiatáu iddynt ddidloi harmonegau ar y funud heb effeithio ar gynhyrchu'r pŵer solar. Yn ôl ymchwil a gyhoeddwyd yn 2023 trwy IntechOpen, mae tua 89% o ffyrdd sêl newydd ar gyfeiriad mawr nawr yn cynnwys y shunt APFs hyn sy'n gweithio ochr yn ochr â systemau dolen galet faes (PLL). Mae'r gosodiadau hyn yn llwyddo i alinio voltiau'r grid yn union iawn, fel arfer o fewn hanner gradd ar ôl neu flaen. Mae'r fath gywirdeb yn gwneud gwahaniaeth mawr i berfformiad y gorsaf sêl honno yn gyfanrwyd.
Mae APFau shunt yn gweithredu trwy roi cyfredau gwrth-ddynodol i mewn i'r grid drwy ddroedwyr ffynhonnell foltedd. Mae mantais allweddol yn cynnwys:
Mae rheolyddion addasadol yn gwella symateiddiad dynodol yn amodau goleuo amrywiol trwy osod paramedrau matian yn awtomatig. Dangosodd profion maes yn 2024 bod systemau addasadol wedi lleihau distorsiyn don cyffredinol (THD) o 8.2% i 3.1% o dan argoelyd, gan dorri modelau gostyngedig-matian o safbwynt ymateb trywanannol o 42%.
Mae tri chynllun integreiddio sylfaenol yn dominio planhigion FF modern:
| Dull | Lleihaeth o THD | Cost Gweithredu |
|---|---|---|
| APF Canolog | 82-91% | $15,000-$35,000 |
| APF Lefel Stryd | 74-86% | $8,000-$18,000 |
| Gwyntyllwr APF-PV Rhyddedig | 89-95% | Dyluniad integredig |
Mae dadansoddiad ScienceDirect 2024 wedi datgelu bod systemau rhyddedig wedi gwella argesail ynni o 6.8% o gymharu â chynghreawd APF ar wahân mewn ardalau solar 500 kW.
Mae systemau hybrid ffotowoltaidd-hidlydd pŵer gweithredol nawr yn defnyddio gwrthdroswyr arbennig sy'n llawdio trosiadau ynni ac yn lleihau swn electrig ar yr un pryd. Mae'r dyluniadau diweddaraf yn creu'r swyddogaeth hidlo pŵer i fewn i uned y gwrthdroswr PV flaen, mae hyn yn lleihau nifer y rhanod sydd eu hangen o tua 37% mewn cymharu â chydrannau ar wahân, yn ôl ymchwil gan Wong a'i gydweithwyr yn 2021. Mae'r systemau hyn yn gweithredu drwy ddulliau trosglwyddo smart sy'n galluogi eu hymddangosiad ar bwyntiau pŵer solar uchaf tra'n cuddio harmonigau anhaeddiadol hefyd. Maen nhw'n rhannu cydrannau allweddol fel capasitorau DC-link a'r modrwyau IGBT rydym yn eu gweld yn y rhan fwyaf o electronigau modern. Mae profion mewn byd go iawn yn awgrymu bod y gosodiadau hyn yn cadw distorsio harmonig cyfanswm o dan 3%, sydd eithriadol o dda gan ystyried eu bod hefyd yn llwyddo i drosi olwg haul i ddrudwydd gyda thua 98.2% effeithlonrwydd. Gwych iawn am rywbeth sy'n helpu glirio ein rhwydwaith bŵer tra'n gwneud defnydd gwell o ffynonellau ynni adnewyddadwy.
Mae symudwch mewn-dolen (HIL) o systemau hybrid 500 kW yn dangos amseroedd ymateb harmonig 89% yn gynt na hidlyddion pasif draddodiadol. Dangosodd astudiaeth energi adnewyddadwy 2024 bod rheolyddion addasadwy mewn PV-APF yn lleihau amrywiolaethau voltio gan 62% dan amodau cysgod rhannol. Mae gweithredu maes yn dangos cadw’r THD wedi’i hôl dan 5% trwy 1,200+ awr gweithio, hyd yn oed gyda llwytho anlinol o 30%.
Glanodd ffarm ffrwydro masnachol ar berthnawr o fewnbynnu oherwydd integreiddio PV-APF. Llenno’r system fedru wyth o ddyfais ddwy-gymwys 60 kVA mewn ffurfwedd gyfochrog, gan gyrraedd:
Cadarnhawyd cydymffurfio â safonau IEEE 519-2022 o dan sefyllfaoedd cynnau hudol am 25% ar ôl monitro gweithredu.
Mae hidlyddion pŵer gweithredol yn helpu i gadw pethau o fewn ffiniau rheoliadau cynhwysydd y rhwydwaith trwy gadw'r dadleoliad hamonol cyfanswm (THD) o dan y camffrwd feiddgar 5% a nodir yn safonau IEEE 519-2022. Yn ôl astudiaethau diweddar o 2023 sy'n edrych ar ddoe ddegawd o sefyllfaoedd ffotofoltaig ar gyfeiriad mawr, mae'r hidlyddion hyn yn codi ffactorau pŵer fel arfer rhwng 0.15 a 0.25 tra'n lleihau problemau anghydbalansio voltedd erbyn tua dwy drwn. Beth sy'n gwneud nhw'n fwya fras am werth yw eu gallu i ddelio â'r disgyniadau sydyn mewn voltedd pan fydd cymylau'n mynd dros ardalau solar, rymwaith sy'n gallu disgyrchu stabiltod y rhwydwaith go iawn. Mae'r mwyafrif o barod modern yn galw am na fwy na 10% amrywiad mewn lefelau voltedd, ac yn derbyn llafar am y gofyniad hwnnw yn barhaus o dan amrywiaeth o gyflwr gweithredu.
Mae amrywiadau mewn arglwydiant haul yn creu rhyngddynod anhaedduol o fewn ystod ffrwch 1 i 2 kHz, rymau nad ydyn nhw'n cael eu trin yn effeithiol gan drosglwyddion safonol. I fynd i'r afael â'r mater hwn, mae hidlyddion gweithredol yn defnyddio modiwlad eang plwsio real amser gyda throiad amser dan 50 microeiliad, gan ddileu'r dadleoliadau harmonig hyn yn llwyddiant. Mae profion maes wedi dangos canlyniadau hyfryd, gyda lleihau o tua 85 i 90 y cant a gafodd eu sylwi'n benodol ar gyfer rhyngddynod 150 i 250 Hz. Mae'r gwellaethau hyn yn hanfodol gan eu bod yn sefyll yn erbyn trafodwyr rhag gor-wresogi tra'n lleihau colledion llinell wrth gwrs o tua 12 i 18 y cant ar draws gosodiadau ffotofoltaig sydd dros un megawt o alluoedd. Mae buddchwancaeth ychwanegol yn dod pan mae'r hidlyddion hyn yn gweithredu ochr yn ochr â datrysiadau storio enerji, ble maen nhw'n lleihau problemau ffriwlio foltedd yn ystod newidion sydyn mewn cynhyrchu pŵer solar, gan gyrraedd cyfraddau crymu rhwng 60 a 75 y cant yn ôl mesuriadau'r diwydiant.
Mae hidlyddion pŵer gweithredol yn costio tua 30 i 40 y cant yn fwy ar y blaen na'r amgenion pasif, ond maen nhw'n ei wneud yn ôl trwy gynillydd hirach llawer gwell. Mae'r systemau hyn yn aml yn rhedeg ar effeithiolrwydd o 92 i 97 y cant, sy'n lleihau costau cynnal a chadw blyneddol yn fras o $18 i $22 ar gyfer pob cilowat dros bum mlynedd. Beth sy'n gwneud nhw'n fwy deniadol yw'u ffyrdd fodiwlar. Gall asgellau eu gosod y hidlyddion yn rhanol ac yn dal cadw popeth yn rhedeg yn smooth, gan fod y drywanw a adeiladwyd i mewn yn cadw llai nag hanner y cant o ddadlennu harmonig pan fo unrhyw hidl unigol angen sylw. Ond mae un dalbendraw yn bodoli - mae angen buddsoddiad ychwanegol o tua $4.50 i $6.80 yr kW ar y costau gosod i gyflwyno'r systemau hyn yn iawn. Ar gyfer weithredu bach na 50 megawatt, mae hyn yn golygu gwneud rhifydwaith ddigon ddifrif cyn penderfynu a yw'r buddion hirach yn dybwyll dros y pris cychwynnol.
Mae'r ffynonellau prifol sy'n achosi harmoneiddio mewn gorsaf bŵer ffotofoltaig yn dalgyddion ffynhonnell foltedd, sy'n cyfrannu dau-thryd o'r trwchau harmoneiddiol, a rhyngweithiadau rhwng nifer o dalgynnwyr neu drosglwyddwyr wednus.
Gall distorsiynau harmoneiddiol leihau effeithlonrwydd y system o 3 i 7%, arwain at ddamwain i relëi diogelwch a methiant capasitorau, ac ychwanegu 15 i 20% at dorri inswleiddio'r dalgynydd.
Dylai crynodeb y distorsiwn harmoneiddiol (THD) aros dan 5%, a dylai harmoneiddion cyfred beidio â threchu 8% yn ôl sawl safon, gan gynnwys IEC 61000-3-6 ar gyfer gosodiadau sy'n fwy na 75 kW.
Mae hidlyddion pŵer gweithredol yn defnyddio sensyrs cyfred a thechnoleg DSP i ddetgoo a dileu cyrrentau harmonig mewn amser real, gan leihau ymddifforiad harmonig cyffredinol yn y system yn sylweddol.
Er bod hidlyddion pŵer gweithredol yn gwella cydymffurfio â chôd y grîd a chyfraddu pŵer, mae eu costau cychwynnol yn uwch o gymharu â'u gyfagon pasib. Fodd bynnag, maen nhw'n cynnig arbedion hir-dymor gwell trwy gynnydd ar effeithloni a lleihau ar gynnal a chamgymeriad.
Newyddion Poeth
EN
