Ақылды желінің электр энергиясы сапасы қалай басқарылады?

Күн сәулесі, жел және биомасса энергиясы сияқты жаңа энергия көздерінің тарату желісіне таратылған генерация, микрожелілер және орта, шағын электр станциялары (энергияны сақтау электр станциялары мен электр көлігі зарядтау станцияларын қоса алғанда) түрінде кеңінен интеграциялануы жаңа жағдайдағы ақылды желі көптеген жаңа мәселелерге тап болып отыр. Ақылды желі архитектурасындағы қуат сапасын басқару құрылымы негізінен таратылған генерациядан, беру мен тарату желілерінен, электр қуаты жүктемелерінен, қуат сапасын толтырғыш құрылғылар сияқты элементтерден тұрады.

Күн энергиясы, жел энергиясы және биомасса энергиясы сияқты жаңа энергия көздерінің тарату желісіне дамып келе жатқан түрлері – таратылған генерация, микрожелілер және орта, шағын электр станциялары (энергияны сақтау электр станциялары мен электр көліктерін зарядтау станцияларын қоса алғанда) түрінде кеңінен интеграциялануы жаңа жағдайдағы ақылды желілердің көптеген жаңа мәселелерге тап болып жатқанын білдіреді. Ақылды желі архитектурасы аясындағы электр энергиясы сапасын басқару құрылымы негізінен таратылған генерациядан, беру мен тарату желілерінен, электр энергиясын пайдалану жүктемелерінен, электр энергиясы сапасын толтырушы құрылғылар сияқты элементтерден тұрады. Бір жағынан, жаңа энергияны интеграциялаудың негізгі қозғаушы күші ретінде электрлік-электрондық түрлендіру құрылғыларының кеңінен интеграциялануы беру мен тарату желілерінің электр энергиясы сапасында жаңа сипаттамалар мен мәселелерге әкеліп соқтырды, оларды шешу өзекті мәселе болып табылады. Екінші жағынан, электр пайдалану жағындағы жүктемелердің әртүрлілігі, сызықты еместігі және әсері бірте-бірте артуда, электр энергиясын тиімді пайдалану да өзекті мәселе болып қала береді. Бұл жаңа мәселелер электр энергиясы сапасын басқару технологиясына әрі мүмкіндіктер, әрі қиындықтар әкеледі. Ақылды желінің негізгі бөлігі ретінде микрожелі – бұл бірнеше энергия көздерін байланыстыратын сызықты емес күрделі жүйе. Ондағы таратылған энергетикалық көздерде үзілістілік, күрделілік, әртүрлілік және тұрақсыздық сияқты сипаттамалар бар. Оның электр энергиясы сапасының жаңа мәселелері мен сипаттамалары бірте-бірте басты назар аударуды талап ететін дәрежеге жетіп келеді. Сондықтан микрожелілердің қосылуы кезінде тарату желісінің қауіпсіз және тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін өзекті зерттеу мен шешім қабылдауды қажет ететін негізгі мәселелердің бірі – электр энергиясы сапасының мәселесі болып табылады.
Электр энергиясы сапасын түзеткіштердің классификациясы
Электр энергиясы сапасын компенсациялау басқару технологиясын белсенді басқару технологиясы мен жартылай өткізгіш құрылғыларға бөлуге болады. Әртүрлі электр энергиясы сапасының мәселелеріне сәйкес компенсациялау құрылғылары жіктеліп таныстырылған. Жартылай өткізгіш басқару технологиясы жалғау немесе тізбектей қосылған қосымша электр электрондық компенсаторлар арқылы гармоникалар, реактивті қуат, үш фазаның тепе-теңдігінің бұзылуы сияқты электр энергиясы сапасының мәселелерін басуға немесе шешуге бағытталған. Компенсациялау құрылғылары негізінен жартылай өткізгіштік қуат фильтрлерін (PPF), белсенді қуат фильтрлерін (APF), аралас белсенді қуат фильтрлерін (HAPF), реактивті қуат компенсаторларын, динамикалық кернеу қалпына келтіргішті (DVR), біріктірілген электр энергиясы сапасын реттеуішті (UPQC) және т.б. қамтиды. Соның ішінде модульді көп деңгейлі түрлендіргіш (MMC) негізінде жасалған электр энергиясы сапасын компенсациялау құрылғысы орта және жоғары кернеулі электр энергиясы сапасын басқару технологиясының зерттеу саласы мен болашақ бағытына айналып келеді, себебі оның төмен кернеулі модульді каскадты құрылымы бар. Белсенді электр энергиясы сапасын басқару технологиясы электр қондырғылары немесе таратылған электр көздерінің кіріс немесе шығыс кедергісінің сипаттамаларын өзгертуі арқылы электр энергиясы сапасын басқару функциясын тепе-теңдікке келтіреді. Белсенді электр энергиясы сапасын басқару технологиясы тек электр пайдалану коэффициентін арттырып қана қоймай, қосымша компенсаторлар қосу қажеттілігінсіз жүйенің жалпы электр энергиясы сапасын жақсартады.
2. Электр энергия сапасын компенсациялау әдістері
Қазіргі уақытта электр энергия сапасын компенсациялау құрылғылары көбінесе кернеу көзінің немесе ток көзінің түріндегі түрлендіргіштерді қабылдайды. Компенсаторлар үшін қолданылатын токты басқару әдістері негізінен: гистерезисті басқару, қадамсыз басқару, модельдік болжау басқаруы, пропорционал интегралды (PI) басқару, пропорционал резонансты (PR) басқару, қайталау басқару және сызықты емес тұрақты басқару және т.б. Сонымен қатар, дәстүрлі токты басқару әдістерін жақсарту арқылы жалғыз токты басқару режимінің басқару сапасын арттыруға болады. Мысалы, дәстүрлі PI және векторлық PI әдістерін біріктіру арқылы жуықтау детекторы процесін жеңілдетуге болады. Жиілікті бөлу арқылы компенсациялау әдісі дәстүрлі жолымен компенсациялау әдісімен салыстырғанда әрбір жуықтау детекторының дәлдігін және компенсация дәлдігін арттырады және әсіресе әртүрлі жоғары және төмен кернеулі гибридті белсенді электр энергиясын фильтрлеу құрылғыларына сәйкес келеді.
3. Үлкен көлемді таратылған электр станцияларының қуат сапасын талдау және басқару
Фотоэлектрлік және жел энергиясы сияқты үлкен көлемді тарату электр станцияларының (10 кВ-тан 35 кВ-қа дейінгі деңгейде) ену дәрежесінің артуына байланысты, негізінен бірнеше инверторлардан тұратын тарату электр станциялары жүйелерінің генерациялайтын гармоникаларының электр беру және тарату жүйелерімен әрекеттесуі мен байланысуы барған сайын күрделі болып келеді. Тарату электр станцияларының шығаратын гармоникалары жоғары жиілік пен кең жиілік диапазонына тән қасиеттер көрсетеді. Типтік тарату электр станциясының резонансты күшейту коэффициенті, гармоникалық реті мен беру қашықтығы арасындағы байланыс. Беріліс желісі бойынша гармоникалардың таралуы кезінде беріліс желілеріндегі таратылған сыйымдылық пен фондық гармоникалық кернеу сияқты факторлар әсер етіп, ток пен кернеудің резонансты күшейіп артуына әкеліп соғады. Беріліс желісіндегі кең жолақты гармоникалардың тізбекті-параллель резонанс мәселесін басу үшін қолданылатын екі шешім бар: беріліс желісінің параметрлерін өзгерту арқылы резонансты параллель реакторлар көмегімен жояды; электр желісіне қосылатын гармоникалық ток мөлшерін азайту үшін жоғары кернеулі гибридті белсенді қуат фильтрі құрылғыларын орнату.