Ang pangunahing sanhi ng harmonic distortion sa mga photovoltaic power installation ay nagmumula sa mga nonlinear power electronics na ating nakikita sa everywhere these days, lalo na ang mga PV inverter at iba't ibang switching device. Isang kamakailang pag-aaral noong 2024 tungkol sa grid integration ay nakatuklas ng isang kawili-wiling bagay ukol dito. Natuklasan nila na halos dalawa sa bawat tatlong harmonic currents na nasukat sa mga solar farm ay nagmumula sa tinatawag na voltage source inverters habang isinasagawa nila ang kanilang gawain na i-convert ang DC sa AC power. Ang nangyayari dito ay medyo simple ngunit teknikal na kumplikado naman samantalang. Ang mga inverter na ito ay lumilikha ng mataas na frequency switching harmonics na nasa pagitan ng 2 at 40 kilohertz dahil sa paraan nila ng modulating pulses (ito ay PWM sa maikli) kasama ang ilang interleaving methods. May iba pang mga sangkap na nararapat banggitin. Minsan, ang mga transformer ay nasasaturate sa ilalim ng ilang kondisyon, at kapag magkasamang gumagana ang maramihang inverter sa malalaking solar park, maaari silang makipag-ugnayan sa paraan na lumilikha ng karagdagang harmonics.
Kapag hindi na-regulate, ang mga harmonic ay nagpapababa sa kahusayan ng sistema nang humigit-kumulang 3 hanggang 7 porsiyento ayon sa pananaliksik ng Ponemon noong nakaraang taon. Nangyayari ito dahil nawawalan ng higit pang enerhiya ang mga conductor at napapainitan nang higit sa dapat ang mga transformer. Kapag lumampas sa 5% ang voltage distortion (THD), mabilis nang mangyayari ang mga problema. Hindi na gagana nang maayos ang mga protective relay at biglaan nang bumabagsak ang mga capacitor. Lalong lumalala ang problema para sa mga inverter. Ang mga ito na gumagana sa mga kapaligiran na puno ng harmonics ay mas mabilis na nasira ang insulation nang humigit-kumulang 15 hanggang 20%, na nangangahulugan ng mas madalas na pagkukumpuni at mas mataas na gastos. May ilang talagang malalang sitwasyon na nangyayari kapag may resonance sa pagitan ng inductance ng grid at ng output ng PV inverter. Ang epektong ito ay nagdudulot ng lubhang paglakas ng ilang harmonics na minsan ay nasiraan nang tuluyan ang mga kagamitan.
Itinakda ng mga organisasyon sa pamantayan sa buong mundo ang medyo mahigpit na mga alituntunin na nagsasaad na dapat manatili sa ilalim ng 5% ang kabuuang pagbaluktot ng boltahe (THD) at hindi lalagpas sa 8% ang mga harmonic ng kasalukuyang daloy sa mga punto kung saan ang mga sistema ay konektado sa grid ng kuryente. Para sa mga photovoltaic na instalasyon na may sukat na higit sa 75 kilowatt, may isa pang kinakailangan mula sa IEC 61000-3-6 na pamantayan na nangangailangan ng tiyak na mga pagsusuri upang masukat ang mga emisyong ito. Ang pagsunod sa lahat ng regulasyong ito ay nangangahulugan karaniwang ng paggamit ng iba't ibang paraan ng pagbawas. Ang ilang karaniwang pamamaraan ay kinabibilangan ng mas mahusay na disenyo ng mga inverter at pag-install ng mga kagamitang aktibong nagfi-filter ng kuryente. Karamihan sa mga tagapagregula ngayon ay naniningil ng patuloy na pagsubaybay sa mga harmonic sa loob ng mga solar farm. Nakakatulong ito upang maiwasan ang mapangastang multa kapag may suliranin sa katatagan ng grid dahil sa labis na harmonic na nilalaman.
Ang mga aktibong filter ng kuryente o APF ay humaharap sa mga nakakaabala na harmonic distortions sa mga sistema ng solar sa pamamagitan ng pagtukoy at pagkansela sa masasamang kuryente on real time. Gumagana ang mga ito kasama ang mga sensor ng kuryente at teknolohiyang DSP upang suriin ang kalagayan ng mga karga ng kuryente, kabilang ang pagkilala sa pinakamaliit na mga isyu tulad ng third order distortions. Ang ilang pagsusuri sa field ay nagpakita na ang mga APF ay kayang bawasan ang kabuuang harmonic distortion ng halos 88% sa mga planta ng solar na may rating na 500 kW kumpara sa tradisyonal na passive filters. Ang ganitong uri ng performance ay nagdudulot ng malaking pagbabago sa katatagan at kahusayan ng sistema.
Ang pagmomonitor sa grid current ay patuloy na isinasagawa gamit ang Hall effect sensors na nakakakita ng mga harmonic signal nang may mataas na katumpakan, mga kalahating porsiyento lamang ang mali. Kasunod nito ay seryosong pagpoproseso ng datos sa pamamagitan ng advanced na DSP algorithms upang lumikha ng mga counter current na eksaktong out of phase sa anumang natuklasang harmonics. Tingnan ang natuklasan ng mga mananaliksik sa kanilang pag-aaral noong 2023 tungkol sa real-time na kompensasyon. Ipinakita nila na kapag ang active power filters ay gumagana sa bilis ng switching na umabot sa 20 kilohertz, kayang tanggalin halos lahat ng makapal na fifth at seventh order harmonics sa loob lamang ng dalawang libong segundo. Talagang kamangha-manghang teknolohiya para sa sinumang nakikitungo araw-araw sa mga isyu sa kalidad ng kuryente.
Hiwalay ang metodolohiyang ito ng kontrol sa mga sandaling aktibong (p) at reaktibong (q) komponente ng kuryente gamit ang mga transformasyon ni Clarke. Sa pamamagitan ng pag-sync sa boltahe ng grid sa pamamagitan ng phase-locked loops (PLLs), pinapanatili ng paraan na p-q ang power factor na higit sa 0.98 kahit sa panahon ng 30% na mga pagbabago sa liwanag. Nagpapakita ang pananaliksik na binabawasan ng diskarteng ito ang pangangailangan sa reaktibong kuryente ng 72% kumpara sa tradisyonal na mga PI controller.
Kinukuha ng sistemang ito ang mga senyales ng kompensasyon at ginagawang tunay na mga utos sa pag-switsing sa pamamagitan ng tinatawag na space vector PWM modulation. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga aktibong filter ng kapangyarihan ay nakabase sa mga inverter na gumagamit ng IGBT na may kahusayan na mahigit sa 97 porsiyento dahil sa ilang napakatalinong teknik sa kompensasyon ng dead time na nagpapababa sa mga hindi gustong pagkawala sa pag-switsing. Sa pagsusuri sa iba't ibang pananaliksik tungkol sa PWM voltage source inverter, natutuklasan natin na ang mga disenyo ay kayang kanselahin ang mga harmonic sa kabuuan ng mga bandwidth na umaabot nang higit pa sa 2 kHz. At narito ang isang mahalagang punto: pinapanatili nilang mas mababa sa 4 porsiyento ang kabuuang harmonic distortion, na sumusunod sa lahat ng mga kinakailangan na nakasaad sa pinakabagong IEEE 519 standard noong 2022.
| Parameter | Tradisyonal na Filter | Aktibong Power Filter |
|---|---|---|
| Oras ng pagtugon | 50–100 ms | <2 ms |
| Paggamit sa Order ng Harmonic | Nakapirmi (5th, 7th) | 2nd–50th |
| Bawas sa THD | 40–60% | 85–95% |
| Kakayahang umangkop | Wala | Dinamikong Pagsubaybay ng Load |
Ang tamang pagsasama ng mga active power filter (APF) sa mga photovoltaic na halaman ay nangangailangan ng maingat na pag-setup at mga diskarte sa kontrol upang manatiling sumusunod sa mga pamantayan ng grid habang pinananatili ang magandang kalidad ng kuryente. Karamihan sa mga modernong instalasyon ay pumipili ng shunt APF configuration dahil ito ay konektado nang sabay-sabay, na nagbibigay-daan dito upang kanselahin ang mga harmonic agad-agad nang hindi binabago ang aktuwal na produksyon ng solar na kuryente. Ayon sa pananaliksik na nailathala noong 2023 sa pamamagitan ng IntechOpen, humigit-kumulang 89 porsyento ng mga bagong malalaking solar farm ay isinasama na ang mga shunt APF na gumagana kasama ang mga phase locked loop (PLL) na sistema. Ang mga setup na ito ay kayang i-align ang boltahe ng grid nang may mataas na katumpakan, karaniwan sa loob lamang ng kalahating digri mula sa parehong direksyon. Ang ganitong antas ng katumpakan ay nagdudulot ng malaking pagkakaiba sa kabuuang pagganap ng mga instalasyong solar.
Ang Shunt APFs ay gumagana sa pamamagitan ng pagsingit ng mga counter-harmonic na kuryente sa grid gamit ang mga voltage source inverter. Ang mga pangunahing benepisyo ay kinabibilangan ng:
Ang mga adaptive controller ay nagpapahusay ng harmonic suppression sa mga kondisyong may nagbabagong liwanag sa pamamagitan ng awtomatikong pag-aadjust ng mga parameter ng gain. Ang mga field test noong 2024 ay nagpakita na ang mga adaptive system ay binawasan ang total harmonic distortion (THD) mula 8.2% patungo sa 3.1% sa ilalim ng partial shading, na lalong lumagpas sa mga fixed-gain model ng 42% sa transient response.
Tatlong pangunahing paraan ng integrasyon ang nangingibabaw sa modernong mga PV plant:
| Paraan | Bawas sa THD | Gastos sa Pagpapatupad |
|---|---|---|
| Centralized APF | 82-91% | $15,000-$35,000 |
| String-level APF | 74-86% | $8,000-$18,000 |
| Hybrid APF-PV Inverter | 89-95% | Diseño na Integradong |
Isang pagsusuri noong 2024 sa ScienceDirect ay nagpakita na ang mga hybrid system ay nagpataas ng produksyon ng enerhiya ng 6.8% kumpara sa mga standalone na APF solusyon sa 500 kW na mga solar array.
Ang mga hybrid na photovoltaic-active power filter system ay gumagamit na ng mga espesyal na inverter na kumakapwa nagpoproseso ng enerhiya at binabawasan ang electrical noise nang sabay-sabay. Ang pinakabagong disenyo ay isinasama na ang pag-filter ng kuryente sa pangunahing PV inverter unit. Ayon sa pananaliksik nina Wong at kasama noong 2021, nababawasan nito ang bilang ng kailangang bahagi ng mga ito ng humigit-kumulang 37% kumpara sa paggamit ng magkahiwalay na komponente. Gumagana ang mga sistemang ito gamit ang matalinong switching techniques na nagbibigay-daan upang masubaybayan ang maximum solar power points habang pinapawi rin ang mga di-nais na harmonics. Pinapanghahawakan nila ang ilang mahahalagang bahagi tulad ng DC-link capacitors at mga IGBT module na karaniwang makikita sa karamihan ng modernong electronics. Ang mga pagsusuri sa totoong kondisyon ay nagpapakita na pinapanatili ng mga ito ang kabuuang harmonic distortion sa ilalim ng 3%, na isang maayos na resulta lalo pa't nakakapag-convert din sila ng liwanag na araw sa kuryente nang may kahusayan na humigit-kumulang 98.2%. Talagang kahanga-hanga para sa isang teknolohiyang tumutulong linisin ang ating mga grid habang higit na epektibong ginagamit ang mga renewable energy source.
Ang hardware-in-the-loop (HIL) na pagsasariwa ng 500 kW hybrid systems ay nagpapakita ng 89% mas mabilis na harmonic response times kumpara sa karaniwang passive filters. Isang pag-aaral noong 2024 tungkol sa renewable energy ay nagpakita na ang mga adaptive controller sa PV-APFs ay nagbawas ng voltage fluctuations ng 62% sa ilalim ng partial shading conditions. Ang field deployments ay nagpapakita ng patuloy na THD suppression na nasa ibaba ng 5% sa loob ng 1,200+ operating hours, kahit na may 30% nonlinear loads.
Ang isang komersyal na solar farm ay nagwakas sa harmonic-induced transformer overheating sa pamamagitan ng PV-APF integration. Ang hybrid system ay nag-deploy ng walong 60 kVA dual-function inverters sa shunt configuration, na nakamit ang:
Ang pagsubaybay pagkatapos ng pag-install ay nagpapatunay ng pagsunod sa mga pamantayan ng IEEE 519-2022 sa ilalim ng mga sitwasyon na may 25% variable na saklaw ng ulap.
Ang mga aktibong filter ng kuryente ay tumutulong na panatilihin ang mga bagay sa loob ng mga alituntunin sa boltahe ng kuryente sa pamamagitan ng pagpapanatiling mas mababa sa mahalagang ambang 5% ang kabuuang harmonic distortion (THD) ayon sa mga pamantayan ng IEEE 519-2022. Ayon sa mga kamakailang pag-aaral noong 2023 na tiningnan ang labindalawang malalaking photovoltaic na instalasyon, ang mga filter na ito ay karaniwang nagpapataas ng power factor mula 0.15 hanggang 0.25 habang binabawasan nang humigit-kumulang dalawang ikatlo ang mga isyu sa hindi pagkakapantay-pantay ng boltahe. Ang nagpapahalaga lalo sa kanila ay ang kanilang kakayahang harapin ang biglang pagbaba ng boltahe kapag natatakpan ng mga ulap ang mga solar array, isang bagay na maaaring makapagdulot ng hindi pagkakatumbas sa istabilidad ng grid. Karamihan sa mga modernong pamantayan ng grid ay nangangailangan ng hindi hihigit sa 10% na pagbabago sa antas ng boltahe, at patuloy na natutugunan ng mga aktibong filter ang pangangailangang ito sa iba't ibang kondisyon ng operasyon.
Ang mga pagbabago sa solar irradiance ay nagdudulot ng hindi gustong interharmonics sa loob ng 1 hanggang 2 kHz na saklaw ng dalas, na isang bagay na hindi sapat na kayang harapin ng karaniwang mga inverter. Upang labanan ang problemang ito, ang mga aktibong filter ay gumagamit ng real-time na pulse width modulation switching na may response time na wala pang 50 microseconds, na matagumpay na pinapawi ang mga harmonic distortion na ito. Ang pagsusuri sa field ay nagpakita ng kamangha-manghang resulta, kung saan nabawasan ng humigit-kumulang 85 hanggang 90 porsiyento ang mga interharmonics sa saklaw na 150 hanggang 250 Hz. Mahalaga ang mga pagpapabuti na ito dahil ito ang nagpipigil sa mga transformer na lumabis ang init habang sabay-sabay na binabawasan ang mga line losses ng humigit-kumulang 12 hanggang 18 porsiyento sa mga photovoltaic na instalasyon na lalong umaabot sa isang megawatt na kapasidad. Dagdag benepisyo ang nangyayari kapag ang mga filter na ito ay gumagana kasama ang mga solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya, kung saan malaki nilang binabawasan ang problema ng voltage flicker tuwing biglang nagbabago ang produksyon ng solar power, na nakakamit ng rate ng suppression mula 60 hanggang 75 porsiyento ayon sa mga pagsukat ng industriya.
Ang mga aktibong filter ng kapangyarihan ay may gastos na humigit-kumulang 30 hanggang 40 porsiyento nang higit pa kaysa sa pasibong alternatibo, ngunit nababayaran ito dahil sa mas mahusay na pangmatagalang pagtitipid. Ang mga sistemang ito ay karaniwang gumagana sa 92 hanggang 97 porsiyentong kahusayan, na nagpapababa sa taunang gastos sa pagpapanatili ng humigit-kumulang $18 hanggang $22 bawat kilowatt sa loob ng limang taon. Ang higit na nagpapahanga ay ang modular na disenyo nito. Ang mga pasilidad ay maaaring mag-install ng mga filter na ito nang paunti-unti at mananatiling maayos ang operasyon dahil ang redundansyang naka-integrate ay nagpapanatili ng hindi lalagpas sa kalahating porsiyento ng harmonic distortion kahit kapag kailangan ng anumang isang filter ng atensyon. May isang hadlang lamang - ang tamang pagkakomisyon sa mga sistemang ito ay nangangailangan ng dagdag na pamumuhunan na humigit-kumulang $4.50 hanggang $6.80 bawat kW na idinaragdag sa gastos sa pag-install. Para sa mas maliliit na operasyon na nasa ilalim ng 50 megawatts, nangangahulugan ito ng masusing pagsusuri sa mga numero bago magpasya kung ang pangmatagalang benepisyo ay mas timbang kaysa sa paunang presyo.
Ang mga pangunahing pinagmumulan ng mga harmonic sa mga photovoltaic na planta ng kuryente ay ang mga voltage source inverter, na nag-aambag ng dalawang-katlo ng mga harmonic na kuryente, at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng maramihang inverter o saturated na mga transformer.
Ang mga harmonic distortion ay maaaring bawasan ang kahusayan ng sistema ng 3 hanggang 7%, magdulot ng maling paggana ng mga protektibong relay at pagkabigo ng capacitor, at pataasin ang pagkasira ng insulasyon ng inverter ng 15 hanggang 20%.
Ang kabuuang harmonic distortion (THD) ng boltahe ay dapat manatiling nasa ilalim ng 5%, at ang mga harmonic ng kuryente ay hindi dapat lumagpas sa 8% ayon sa ilang pamantayan, kabilang ang IEC 61000-3-6 para sa mga instalasyon na higit sa 75 kW.
Gumagamit ang mga aktibong filter ng kuryente ng mga sensor ng kasalukuyang daloy at teknolohiyang DSP upang tuklasin at kanselahin ang mga harmonic na kasalukuyang daloy sa totoong oras, na malaking nagpapababa sa kabuuang harmonic na pagbaluktot sa sistema.
Bagaman pinahuhusay ng mga aktibong filter ng kuryente ang pagsunod sa code ng grid at kalidad ng kuryente, mas mataas ang kanilang paunang gastos kumpara sa pasibong mga alternatibo. Gayunpaman, nag-aalok sila ng mas mahusay na pangmatagalang tipid sa pamamagitan ng nadagdagan na kahusayan at nabawasang pangangalaga.
Balitang Mainit2024-11-01
2024-11-01
2024-11-01
EN
