Hvernig dampar virkrafílur samhöfnun í sólarorkuvinnslustöðvum?

Uppruni samhöfnunar í PV-kerfum

Sólblöður hafa í meginmáli að búa til heimskanir vegna þess að ólínuleg rafrafslur eru notuð í varnaraflvandamálum og DC-DC umbreytum. Þessi hlutar breyta formi rafstrauma þegar orka er breytt úr einni gerð í aðra. Varanir sem keyra nálægt mörkum segulmetningar sínar leika líka inn í vandamálið, ásamt ójafnan tveimur þrefasa áhleypingum í kerfinu. Þegar horft er á nýlega rannsóknir frá upphafi ársins 2024 um hvaðan þessi óæskilegu tíðnir koma fram í grænum orkustöðvum bendir flest rannsóknir til rafrafslutenginga sem eru á bakvið um þriggja sjötíunda allra heimskunarvandamála sem komið er við í nútímavisindum sólarorkustöðvum í dag.

Hvernig varnarabroddar mynda heimskanir

Þegar vandvarar skipta með pulse width modulation (PWM) myndast oft óþægilegar samsögnunarrokar. Flestar vandvörur virka innan um 2 til 20 kilóherts í skiptingaraðila sínum. Það sem gerist hér er nokkuð einfalt – við fáum ýmsar hámálstrar rýringsbylgjur ásamt greinilegum samsögnunarhópum sem myndast nálægt margfeldum grunnskiptingarfrelsi vandvarsins. Skoðið til dæmis hvað gerist þegar einhver keyrir 4 kHz vandvara samhliða venjulegri 50 Hz rafmagnsskeru. Í einu birtast sterkar samsögnunir á punktum eins og 4 kHz plús eða mínus næsta margfeldi af 50 Hz. Ef enginn setur upp viðeigandi síur til að takast á við þessa kraftaverk, þá halda óvinna rokarnir áfram að flæða aftur í aðalrafkerfið. Afleiðingin? Slakari spennukerfi alls staðar og óþarfa slit á öllu öðru sem er tengt sama kerfinu.

Áhrif mikillar PV-gengis á samsögnunarstöðu í rafkerfi

Þegar hlutfall sólblöðruðra vélstöðva (PV) í dreifikerfum fer yfir 30 % aukast samlagðar skammtona af eftirfarandi ástæðum:

• Fasaáhrif : Samstillt völtvara keyrsla magnar tiltekna skammtona
• Netviðstand : Hærra viðstand við skammtona frekvensum aukar spennuskammtona
• Hljóðbylgjuhætta : Samvirkni milli völtvarans rásarvirkjunnar og netiðuflunar getur myndað bylgjuskaut

Reyndarannsóknir hafa mælt tímabundin THD-hámark yfir 30 % við fljóta breytingu á geislunarmagni – langt yfir takmörkun IEEE 519-2022 á 5 % fyrir spennuskammtona. Slíkar aðstæður auka tap í varnurum um 15–20 % og hækka hita í leiðurum um 8–12 °C, sem hrækir niðurgang eldsneytis og styttir notkunarleveldagar útbúnaðar.

Hvernig virkir aflafíllur minnkar skammtona í rauntíma

Takmarkanir passíva fíltra í breytilegum PV-umhverfi

Passíva sýndarfiltrar henta sig illa fyrir nútíma sólarorkugerðarkerfi vegna fastsettra sýnunarstillinga. Þeir geta ekki aðlagast breytilegum sýndarspjöldum sem orsakast af breytilegri geislun eða hleðslubreytingum. Lykilvandamál eru:

• Getu ekki reagað á sýndarbreytingar sem valdir eru af skýjum
• Hætta á bylgjuhávaða við nettengda snúneta, sem hefur verið athugað í 63% sólarorkugerðakerfa
• 74% hærri árleg viðhaldskostnaður samanborið við virkar lausnir (EPRI 2022)

Þessi takmarkanir minnka áreiðanleika og örorkueffekt í umhverfum þar sem sýndarbútar breytast yfir daginn.

Virkt vélrásarvalvallarvirki: Rauntíma innflutning sýndarrafhluta

Virkir rafmagnssía (APFs) nota IGBT-byggða snúneta og stafræn undirstöðuvélar (DSP) til að greina og hlöðva út sýndir innan 2 millisekúndna. Eins og fram kemur í IEEE 519-2022 tæknilegum leiðbeiningum , felst ferlið í:

1. Úrtaksögnun rafmagnsnetis á 20–100 kHz til að fanga sýndarinnihald
2. Reiknar andspænnar sviðsrafstra í rauntíma
3. Spyrja inn jafnvægismæki rafstra með hárri skiptingarstyrkur (10–20 kHz)

Þessi dynamískt svar gerir APF kleift að halda heildarframleiðslu sviðsmissa (THD) undir 5%, jafnvel við háan hlutfall af sólarorku (>80%) og fljótt breytandi framleiðslumynstur.

Besta staðsetning virks aflmælisspilara á sameiginlegum tengipunkti (PCC)

Með því að setja upp APF á sameiginlegum tengipunkti (PCC) er náð mest áhrifum við að minnka sviðsmisbreytingar, bæði sviðsmisbreytingar frá breytum og truflanir úr netinu ofan. Þessi strategíska staðsetning leiðir til:

• 8–12% meiri minnkun á THD en við staðsetningu hjá neysluhlutum
• Samtímislagbót á ljósflöktun og fasaójafnvægi
• 32% lægra krafa um spilakvörðun með miðlungsstýrtri jafnvægismækingu

Með því að draga úr sviðsmisbreytingum á tengipunktinum vernda PCC-settur APF niðurstöðu búnaðinn og tryggir samræmi fyrir alla kerfið.

Áframförð stýringaraðferðir fyrir samskeytt virkra aflmælisspila í PV-kerfum

Augnaráleg virkraafleysi (p-q) kenning í stjórnun SAPF

PQ-kenningin er grundvöllurinn fyrir hvernig samsveifubandvirkar aflsíur (SAPF) virka sína töframaðk þegar kemur að að greina út óþægilegar yfirhámarkshlutar og endurteknar hluti í rafhleðslu. Það sem gerist hér er í raun frekar fallegt: þrefasa rafið varnar um í hornréttar hluti sem kallast p (virk afl) og q (endurtekinn afl), allt í samræmi við það sem fer fyrir á nethlutnum. Þessi aðferð heppnast um 9 sinnum á 10 þegar kemur að að greina út yfirhámarkshluti úr blanda. Þegar einmagaspennan er ákvarðað, gefur hún inverteri SAPF nákvæmlega vita hvað þarf að hafa af, sérstaklega þá seiglu fimmta og sjöunda stigs yfirhámarkshluta sem birtast svo oft í rásnum sem eru rafmagnsveita frá sólarpanelum samkvæmt rannsóknum sem birtar voru í Nature Energy í fyrra.

Aukning stöðugleika með stjórnun jafnspennusambands

Það er mikilvægt að halda stöðugri DC-tengi spennu til að fá samræmd árangur úr SAPF. Kerfið notar venjulega það sem kallað er hlutfallslegt-heildunarstýringartæki (proportional-integral controller) til að halda hlutunum í jafnvægi. Þetta tæki stjórnar spennu DC-hnúðsins með því að stilla magn raunorku sem flýtur milli búnaðarins og rafmagnsnetisins. Prófanir sýna að þessi aðferð minnkar spennusveifl um nálægt 60 prósent miðað við kerfi án slíkrar stjórnunar. Hvað merkir þetta í raun? Það hjálpar til við að halda réttri harmóníuskilun jafnvel þegar vandamál komu upp eins og hluta skyggingu eða skyndilegar breytingar á ljósstyrk. Slík vandamál koma fyrir alltaf á stórum sólarorkustöðvum, sem gerir góða spennustjórnun algjörlega nauðsynlega fyrir skömmullgan rekstri.

Nýjungar: Aðlagandi og gervigreindarbundin stýring í samskeytt vöktunarraflíkum

Nýjustu SAPF-útgáfur sameina nú verklega taugakerfi við stjórnunartækni byggða á spárámódelum til að spána um harmóníhegðun út frá fyrri framleiðslu sólarplötu og upplýsingum um rásina. Það sem gerir þessi rótefni kerfi sérstök er hæfni þeirra til að bregðast 30 prósent hraðar en hefðbundnar aðferðir, á meðan þau sjálfkrafa breyta skiptitíðni í mörkunum 10 til 20 kHz til betri sníðingar á afköstum. Reiknisviðfangnar prófanir hafa sýnt að þegar AI er felld inn í rekstri SAPF, verður heildarlegt skaflag (THD) varanlega undir 3 %, sem raunar er betra en strangar kröfur IEEE 519-2022 í öllum tegundum af rekstrarástandum samkvæmt nýrri rannsókn á stjórnkerfum birt af IEEE.

Viðbótaraðferðir til minnkunar á skaflag til aukins afkasta hjá APF

Forsíuunarlósunir: Margpúls umhvarfarar og LCL-síur

Margfaldar afbrigðisvandamál leysa á upprunastaðnum með því að nota fasa-skift köfla í breytum. Þau geta dragið úr óþægilegu 5. og umkring 7. yfirtoni einhvern veginn á bilinu 40 til mögulega jafn mikið og 60 prósent, miðað við venjuleg 6-klens afbrigði. Bætið við LCL-síu í daglegu notkun og sjáið hvað gerist næst. Þessir síur virka undrunarteknar til að dämpa allan hár tíðni rafskiptahljóð yfir um 2 kHz mark. Saman bera þeir raunverulega minni álag á hvaða virka aflsíur sem er settir aftan við í kerfinu. Fyrir fólk sem vinna með sólarorkustöðvar gerir þessi lagfærða síun átt að uppfylla harðar kröfur IEEE 519 2022 mun auðveldara. Sumar rannsóknir frá IntechOpen styðja þetta undir með tillögum sem sýna betringingu á bilinu um 15% að jafn miklu og 30% betri samræmi.

Hefurblandaðar aðferðir: Samtök zig-zag smelltæka við virka aflsíur

Zig-zag vandamótið gerir nokkuð góða verkefni úr að takast á við þessi pínlegu núllraðar samsögn sem eru þekkt sem margfeldi (hugsaðu 3., 9., 15. röð). Þessi litlu vandræðisskaper eru þau sem veldur vandamálum með yfirhleðnar miðlaraíta í þrefasa sólarorkukerfum. Kombínæðu þessi vandamál við virka aflsía og við erum að tala um nákvæmlega 90 prósent minnkun á lagtímaharmoníkum undir 1 kHz samkvæmt ýmsum nettiltengingaprófum. Það sem gerir þessa samsetningu svo áhugaverða er hvernig hún leyfir verkfræðingum að minnka stærð APF-a um orðið hálflega, stundum jafnvel meira en það. Og minni APF-ar merkja miklar sparnaðar á búnaðarkostnaði í upphafi og einnig minnka endurskiptakostnaðurinn síðan í framhaldinu.

Samtenging snjallra vandamálakerfa fyrir framtæknilega niðurlægingu á samsögn

Nýjustu kynslóð netmyndandi vandvarna hefur byrjað að nota spárakent tilvika til að hindra skammbylgjur, með því að stilla árófnunaraðferðirnar sínum undir fimm millisekúndum. Þessi klúðralaus tæki tengjast virkum aflsíum í samræmi við IEC 61850-standards, sem gerir þeim kleift að leysa formbreytingar á staðnum í staðinn fyrir að leyfa vandamálum að safnast upp niður á rásinni. Raunprófanir sýna áhugaverða áhrif þegar kerfin vinna svona saman. Heildar skammbylgjuaðfall (THD) lækkar undir 3 prósent jafnvel þegar ljósmagn breytist fljótt, sem er afar áhrifameðferð miðað við hversu viðkvæm sólarorkustöðvar geta verið. Auk þess kemur annar kostur sem vert er að minnast á: virkur aflsíi kveikir og slökkt á sér sjálfum 40% sjaldnar en áður. Þetta felur í sér lengri notkunarleva á búnaði og betri heildarvirkni fyrir allt aflkerfið.

Mat á afköstum og hagverði virkra aflsía í sólarorkuvinnslustöðvum

Mæling á árangri: Samræmi við IEEE 519-2022 og tilfelli um minnkun á THD

Sólarorkustöðvar þurfa virka aflafíltru til að uppfylla IEEE 519-2022 staðla sem setja 5% takmarka á heildarhlutfall skammbylgjuaðhalds (THD) í tengingarpunktum. Þegar slíkar aflafílur eru settar í raunverulega rekstri, draga þær oft niður THD-gildi frá um 12% niður í eingöngu 2 eða 3% í flestum atvinnulegum sólarkerfum. Þetta hjálpar til við að halda búnaði frá ofhita og krefst bylgjusniðsskekkja sem geta skemmt kerfi með tímanum. Þegar horft er á árabil 2023, þar sem rannsakendur kynntu sér sjö stórar sólarorkustöðvar, tóku þeir eftir áhugaverðu fyrirbæri: eftir uppsetningu á aflafílum hófst dráttíkandi aukning í samræmi við netreglur, frá aðeins yfir helmingi (um 58%) upp í næstum fullkomið samræmi við 96%. Fólk sem rannsakar málsverð vandamál bendir reglulega á einnig annan kost. Þessar fílur virka enn sem fyrr nokkuð vel jafnvel þegar kerfið er ekki í fullri rekstri, stundum eins lágt og 30%, sem gerir þær sérstaklega hentugar fyrir sólarorku þar sem orkubrotun breytist náttúrulega yfir daginn.

Langtíma reynsla af virkum aflafíltri í þysku sólarorkustöð

Sólrorkuvindur sem framleiðir 34 megavött í Þýskalandi sýndi áhrifamikla afköst af virka aflafíltri sínu á tímabilinu sem var aðeins undir fjögur og hálfur ár. Heildarhlutfallð á hliðargjöfum (THD) héltst áframlega undir 3,8%, jafnvel þegar framleiðsla rafmagnsins breyttist mjög mikið og var á bilinu 22% til 98% af getu vinarins. Aðgerðarkerfið gat minnkað víxlinn á kondensatorabankum um allt að þrjá fjórðung samanborið við hefðbundin passívkerfi, sem gerir afkomuna sérstaklega verðmæta. Með tilliti til keyrslustöðugleika var fíltrinu í gangi í ótrúlega háum 98,6%, sem er betra en flest hefðbundin passífílter ná í samanburðanlegum veðurskilyrðum (venjulega á bilinu 91% til 94%). Viðhaldshópar skýrðu einnig yfir um 40% sjaldgæfari viðbrögð en venjulega er með eldri aðferðum sem byggja á rekturnetum, sem leiðir til verulegra kostnaðarminnkana á langan tíma.

Kostnaðar- og ávinningagreining: Jafnvægi upphaflega fjármagnsins við sparnað í netsekt

APF eru vissulega dýrari í upphafi, oft um 25 til 35 prósent meira en venjulegar passívarar síur. En hér kemur lykillinn: þær spara verum átta árlega átta til fyrirtylftíu þúsund dollara á ári í gjöld til rásarkerfis vegna hörmunganna. Taka má sem dæmi venjulega 20 megawatt stöð, og sparnaðurinn endurspeglar aukakostnaðinn undir fjórum árum. Margar fyrirtæki nota nú APF í samruna við LCL síur sem þegar eru til staðar. Þessi hybrid nálgun minnkar kostnað við að draga úr truflunum um níutíu sent á hverja vattpikku, miðað við að nota eingöngu passíva kerfi. Auk þess hafa reglugerðarákvarðar byrjað að líta á APF sem raunveruleg eignafjármuni sem hægt er að afskrifa yfir 7 til 12 ár. Þetta gerir þær fjárhagslega aðlaðandi samanborið við hefðbundin lausn sem tekur alls fimmtán ár að afskrifa. Reikningsaðgerðirnar ganga einfaldlega betur fyrir flest stór verkefni sem horfa á langtímasparnað.

Algengar spurningar

Hvað veldur hörmungum í sólarorkugerðum?

Harmoníkur í ljósmagnskerfum eru fyrst og fremst orsakðar af ekki línulegum rafmagnsvélum sem finnast í breytiliðum og DC-DC breytum. Aðrar uppsprettur eru umbreytir nálægt magntaþæfingarmörkum sínum og ójafnvægi þriggja fasanna.

Hvernig framleiða breytir samhljóma strauma?

Breytingarstjóra með PWM (Pulse Width Modulation) búa til harmonísk straum þegar þeir slökkva á, og skapa háfrekvensi bylgjur og harmonískar hópar í kringum margföld af grunnslökkvitíðni.

Hver er áhrif mikils ljósmyndatækni á netharmónik?

Þegar innrennsli geislafremsunar eykst, eykst harmonísk röngun vegna fasamótverka, netþol og hljóðstrauma, sem leiðir til aukinna tapna umbreytara og hækkaða leiðslagshit.

Hvernig hjálpa virkir rafmagnsfiltrar til að draga úr harmoníum?

Virk aflgjafa (APF) greinar og þverræðir harmoník með IGBT-stýrðum breytum og DSP, sem minnkar heildar harmoníska röngun undir 5%, jafnvel með mikilli sólargjörðu.

Hver er kosturinn við að setja upp APF á sameiginlegum tengi?

Með því að setja upp APF á PCC er bæði hægt að takast á við truflanir sem framkallaðar eru af breytiliðum og truflanir á netinu, sem leiðir til meiri THD-lækkunar og samhliða leiðréttingu á spennuflimri.