Jak se řídí kvalita elektrické energie v inteligentní síti?

S rozsáhlou integrací nových zdrojů energie, jako je solární energie, větrná energie a energie z biomasy, do distribuční sítě formou distribuované výroby, mikrosítí a malých a středních elektráren (včetně elektráren pro ukládání energie a dobíjecích stanic pro elektrická vozidla), čelí inteligentní síť v nové situaci mnoha novým problémům. Struktura řízení kvality elektrické energie v rámci architektury inteligentní sítě se hlavně skládá z distribuované výroby, přenosových a distribučních sítí, zátěží odběru elektrické energie, kompenzátorů kvality elektrické energie atd.

S rozsáhlou integrací nových zdrojů energie, jako je solární energie, větrná energie a biomasy, do distribuční sítě formou distribuované výroby, mikrosítí a malých a středních elektráren (včetně energetických úložišť a dobíjecích stanic pro elektrická vozidla), čelí inteligentní síť v nové situaci mnoha novým problémům. Struktura řízení kvality elektrické energie v rámci architektury inteligentní sítě se skládá především z distribuované výroby, přenosových a distribučních sítí, zátěží při spotřebě elektrické energie, kompenzátorů kvality elektrické energie atd. Z jedné strany, jako hlavní hnací síla integrace nových zdrojů energie, rozsáhlá integrace výkonových polovodičových měničů způsobila nové charakteristiky a problémy kvality elektrické energie v přenosových a distribučních sítích, které je naléhavě třeba vyřešit. Z druhé strany se rozmanitost, nelinearita a dopady zátěží na straně spotřeby stávají stále závažnějšími, čímž se efektivní využití elektrické energie stává naléhavou záležitostí. Tyto nové problémy přinášejí jak příležitosti, tak výzvy pro technologie řízení kvality elektrické energie. Jako jádro inteligentní sítě je mikrosíť nelineární komplexní systém, který propojuje více zdrojů energie. Distribuované zdroje energie uvnitř mikrosítě mají charakteristiky jako přetržitost, složitost, rozmanitost a nestabilitu. Nové problémy a vlastnosti jejich kvality elektrické energie se stávají čím dál tím výraznějšími. Proto je jedním z klíčových problémů, které je naléhavě třeba studovat a řešit, aby byla zajištěna bezpečná a stabilní provozní distribuční síť při připojení mikrosítí, otázka kvality elektrické energie.
Klasifikace kompenzátorů kvality napájení
Řídicí technologie pro kompenzaci kvality elektrické energie se dělí na aktivní řídicí technologii a pasivní technologii ošetření. Pro různé problémy s kvalitou elektrické energie jsou klasifikovány a popsány odpovídající kompenzační zařízení. Pasivní řídicí technologie potlačuje nebo řeší problémy s kvalitou elektrické energie, jako jsou harmonické zkreslení, jalový výkon a nesouměrnost třífázového systému, připojením dodatečných kompenzátorů v paralelním nebo sériovém zapojení. Kompenzační zařízení zahrnují zejména pasivní síťové filtry (PPF), aktivní síťové filtry (APF), hybridní aktivní síťové filtry (HAPF), kompenzátory jalového výkonu, dynamické obnovovače napětí (DVR) a integrované regulátory kvality elektrické energie (UPQC). Mezi nimi se kompenzátor kvality elektrické energie založený na modulárním víceúrovňovém měniči (MMC) stává výzkumným tématem a budoucím trendem v oblasti řízení kvality elektrické energie ve středním a vysokém napětí díky nízkonapěťové modulární kaskádové struktuře. Aktivní řídicí technologie zahrnuje změnu vstupních nebo výstupních impedančních charakteristik elektrických zařízení nebo distribuovaných zdrojů energie, aby se vyrovnala funkce řízení kvality elektrické energie. Aktivní technologie řízení kvality elektrické energie nejen zvyšuje využití elektrické energie, ale také zlepšuje celkovou kvalitu elektrické energie systému bez nutnosti přidávání dodatečných kompenzátorů.
2. Metody řízení pro kompenzátory kvality napětí
V současnosti kompenzátory kvality napětí většinou využívají měniče typu zdroje napětí nebo zdroje proudu. Běžně používané proudové řídicí metody pro kompenzátory zahrnují zejména: hysterezní řízení, bezešvé řízení, prediktivní řízení na základě modelu, proporcionálně integrační (PI) řízení, proporcionálně rezonanční (PR) řízení, opakované řízení a nelineární robustní řízení. Kromě toho lze vylepšením konvenčního proudového řízení zvýšit výkon jednotlivých proudových řídicích režimů. Například kombinace konvenčního PI a vektorového PI umožňuje zjednodušit proces detekce harmonických kmitů. Metoda kompenzace s dělením frekvence harmonických kmitů ve srovnání s tradiční metodou kompenzace v celém pásmu zlepšuje přesnost detekce a kompenzace jednotlivých harmonických kmitů a je zvláště vhodná pro různé hybridní aktivní filtry vysokého i nízkého napětí atd.
3. Analýza a řízení kvality elektrické energie v rozsáhlých rozvodnách elektráren
S rostoucím podílem rozsáhlých rozvodných elektráren, jako jsou fotovoltaické nebo větrné elektrárny (na úrovni 10 kV až 35 kV), se stává interakce a spřažení harmonických kmitů generovaných systémy rozvodných elektráren, které jsou hlavně tvořeny více invertory, s přenosovým a distribučním systémem elektrické energie stále složitější. Harmonické kmitočty vysílané rozvodnými elektrárnami vykazují vlastnosti vysoké frekvence a širokého frekvenčního rozsahu. Vztah mezi faktorem rezonančního zesílení, řádem harmonického kmitočtu a vzdáleností přenosu u typické rozvodné elektrárny. Při šíření harmonických kmitů v přenosové síti jsou ovlivněny faktory, jako je rozložená kapacita v přenosových vedeních a pozadí harmonického napětí, což může způsobit rezonanční zesílení proudu a napětí. Existují dvě řešení pro potlačení problému sériové a paralelní rezonance širokopásmových harmonických kmitů v přenosové síti, a to: změna parametrů přenosové sítě a odstranění rezonance pomocí paralelních tlumivek; instalace vysokonapěťových hybridních aktivních filtrů činného výkonu za účelem snížení obsahu harmonického proudu vstupujícího do energetické sítě.