Bagaimana kualitas daya pada jaringan cerdas (smart grid) dikendalikan?

Dengan integrasi luas sumber energi baru seperti energi surya, energi angin dan energi biomassa ke dalam jaringan distribusi dalam bentuk pembangkit terdistribusi, mikrogrid dan pembangkit listrik skala kecil dan menengah (termasuk pembangkit listrik penyimpan energi dan stasiun pengisian daya kendaraan listrik), jaringan cerdas (smart grid) dalam situasi baru ini menghadapi banyak permasalahan baru. Struktur pengendalian kualitas daya dalam arsitektur jaringan cerdas terutama terdiri dari pembangkit terdistribusi, jaringan transmisi dan distribusi, beban listrik, kompensator kualitas daya, dan sebagainya.

Dengan integrasi luas sumber energi baru seperti energi surya, energi angin, dan energi biomassa ke dalam jaringan distribusi dalam bentuk pembangkit terdistribusi, mikrogrid, dan pembangkit listrik skala kecil dan menengah (termasuk pembangkit penyimpan energi dan stasiun pengisian daya kendaraan listrik), jaringan listrik pintar di bawah situasi baru menghadapi banyak permasalahan baru. Struktur pengendalian kualitas daya dalam arsitektur smart grid terutama terdiri dari pembangkit terdistribusi, jaringan transmisi dan distribusi, beban konsumsi daya, kompensator kualitas daya, dan sebagainya. Di satu sisi, sebagai kekuatan pendorong utama integrasi energi baru, integrasi luas peralatan konversi elektronika daya menyebabkan karakteristik dan permasalahan baru dalam kualitas daya jaringan transmisi dan distribusi, yang mendesak untuk diatasi. Di sisi lain, keragaman, sifat non-linear, dan dampak dari beban di sisi konsumsi semakin memburuk, sehingga optimalisasi pemanfaatan energi listrik menjadi isu yang mendesak. Permasalahan baru ini membawa baik peluang maupun tantangan bagi teknologi pengendalian kualitas daya. Sebagai inti dari smart grid, mikrogrid merupakan sistem kompleks non-linear yang menggabungkan berbagai sumber energi. Sumber daya terdistribusi di dalamnya memiliki karakteristik seperti sifat intermiten, kompleksitas, keragaman, dan ketidakstabilan. Permasalahan dan karakteristik baru dalam kualitas daya mikrogrid tersebut semakin mencolok. Oleh karena itu, salah satu isu krusial yang mendesak untuk diteliti dan diselesaikan demi menjamin operasi aman dan stabil jaringan distribusi dalam kondisi terhubungnya mikrogrid adalah permasalahan kualitas daya.
Klasifikasi kompensator kualitas daya
Teknologi kontrol kompensasi kualitas daya dapat dibagi menjadi teknologi kontrol aktif dan teknologi penanganan pasif. Untuk permasalahan kualitas daya yang berbeda, perangkat kompensasi yang sesuai diklasifikasikan dan diperkenalkan. Teknologi kontrol pasif menekan atau menangani permasalahan kualitas daya seperti harmonik, daya reaktif, dan ketidakseimbangan tiga fase dengan menghubungkan kompensator elektronika daya tambahan secara paralel atau seri. Perangkat kompensasi terutama mencakup passive power filter (PPF), active power filter (APF), hybrid active power filter (HAPF), kompensator daya reaktif, dynamic voltage restorer (DVR), dan integrated power quality regulator (UPQC), dll. Di antaranya, kompensator kualitas daya berbasis modular multilevel converter (MMC) menjadi semakin menjadi fokus penelitian dan tren masa depan dalam teknologi manajemen kualitas daya menengah dan tinggi karena struktur kaskade tegangan rendah modularnya. Teknologi kontrol aktif melibatkan peralatan listrik atau sumber daya terdistribusi yang mengubah karakteristik impedansi input atau outputnya untuk menyeimbangkan fungsi manajemen kualitas daya. Teknologi kontrol kualitas daya aktif tidak hanya meningkatkan tingkat pemanfaatan daya, tetapi juga memperbaiki keseluruhan kualitas daya sistem tanpa perlu menambahkan kompensator tambahan.
2. Metode kontrol untuk kompensator kualitas daya
Saat ini, kompensator kualitas daya sebagian besar menggunakan konverter tipe sumber tegangan atau tipe sumber arus. Metode kontrol arus yang umum digunakan untuk kompensator terutama meliputi: kontrol histerisis, kontrol bebas langkah, kontrol prediktif model, kontrol proporsional integral (PI), kontrol resonansi proporsional (PR), kontrol berulang, dan kontrol robust non-linear, dll. Selain itu, dengan meningkatkan kontrol arus konvensional, kinerja kontrol dari mode kontrol arus tunggal dapat ditingkatkan. Contohnya, metode kontrol yang menggabungkan PI konvensional dan PI vektor dapat menyederhanakan proses deteksi harmonik. Metode kompensasi pembagian frekuensi harmonik, dibandingkan dengan metode kompensasi pita penuh tradisional, meningkatkan akurasi deteksi dan akurasi kompensasi setiap harmonik, serta sangat cocok untuk berbagai perangkat filter daya aktif tegangan tinggi dan rendah hybrid, dll.
3. Analisis kualitas daya dan kontrol stasiun pembangkit listrik terdistribusi berskala besar
Dengan meningkatnya tingkat penetrasi stasiun pembangkit listrik terdistribusi berskala besar seperti tenaga surya dan tenaga angin (pada tingkat 10 kV hingga 35 kV), interaksi dan kopling harmonisa yang dihasilkan oleh sistem stasiun pembangkit listrik terdistribusi yang terutama tersusun dari banyak inverter dengan sistem transmisi dan distribusi listrik telah menjadi semakin kompleks. Harmonisa yang dikeluarkan oleh stasiun pembangkit listrik terdistribusi menunjukkan karakteristik frekuensi tinggi dan rentang frekuensi yang lebar. Hubungan antara faktor penguatan resonansi, urutan harmonisa, dan jarak transmisi pada stasiun pembangkit listrik terdistribusi khas. Selama propagasi harmonisa di jaringan transmisi, harmonisa dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kapasitas terdistribusi dalam jalur transmisi dan tegangan harmonisa latar belakang, yang dapat menyebabkan penguatan resonansi pada arus dan tegangan. Terdapat dua solusi penanggulangan yang dapat menekan permasalahan resonansi seri-paralel harmonisa wideband di jaringan transmisi, yaitu: mengubah parameter jaringan transmisi dan menghilangkan resonansi melalui reaktor paralel; Memasang perangkat filter aktif daya tegangan tinggi hibrida untuk mengurangi kandungan arus harmonisa yang mengalir ke jaringan listrik.