Kaip valdoma išmaniosios elektros tinklo kokybė?

Dėl to, kad į elektros tinklą yra plačiai integruojami nauji energijos šaltiniai, tokie kaip saulės, vėjo ir biomasės energija, pavidalu, kuriame yra skirtingų gamybos įrenginių, mikrotinklių ir vidutinio bei mažojo galios elektros stočių (įskaitant energijos kaupiamąsias ir elektromobilių įkrovimo stotis), protingoji elektros tinklo sistema susiduria su daugybe naujų problemų. Naujų situacijų sąlygomis protingosios elektros tinklo architektūros struktūra, valdančia elektros energijos kokybę, daugiausiai apima skirtingų gamybos įrenginių, perdavimo ir pasiskirstymo tinklų, elektros apkrovų, elektros energijos kokybės kompensavimo prietaisų ir pan.

Integruojant įvairius naujus energijos šaltinius, tokius kaip saulės, vėjo ir biomasės energija, tokiais pavidalais kaip decentralizuota energijos gamyba, mikrotinklai ir vidutinės bei mažosios elektrinės (įskaitant energijos kaupimo elektrines ir elektrinių automobilių įkrovimo stotis), skirstomieji tinklai susiduria su daugybe naujų problemų. E. tinklo architektūros struktūra, skirta energijos kokybės valdymui, daugiausiai apima decentralizuotą energijos gamybą, perdavimo ir skirstymo tinklus, elektros energijos apkrovas, energijos kokybės kompensatorius ir pan. Vienąja puse, kaip pagrindinis jėga, skatinanti naujų energijos šaltinių integravimą, platus elektros energijos keitimo įrenginių panaudojimas sukėlė naujų savybių ir problemų perdavimo ir skirstymo tinkluose, kurių sprendimas yra labai aktualus. Kita puse, elektros vartojimo pusėje apkrovų įvairovė, netiesiškumas ir poveikis tampa vis labiau akivaizdūs, todėl efektyvus elektros energijos panaudojimas tampa svarbiais klausimais. Šios naujos problemos suteikia tiek galimybių, tiek iššūkių elektros energijos kokybės valdymo technologijoms. Kaip pagrindinė e. tinklo dalis, mikrotinklas yra netiesinis sudėtingas daugiapakopės energijos šaltinių sistema. Ją sudarančios decentralizuotos energijos šaltiniai turi tokių savybių kaip periodiškumas, sudėtingumas, įvairovė ir nestabilumas. Mikrotinklo energijos kokybės naujos problemos ir savybės tampa vis labiau akivaizdžios. Todėl viena iš pagrindinių problemų, kurią būtina išspręsti siekiant užtikrinti skirstomųjų tinklų saugų ir stabilų veikimą mikrotinklų prijungimo sąlygose, yra energijos kokybės problema.
Galios kokybės kompensatorių klasifikacija
Elektros kokybės kompensavimo valdymo technologiją galima suskirstyti į aktyviąją valdymo technologiją ir pasyviąją apdorojimo technologiją. Skirtingoms elektros kokybės problemoms atitinkami kompensavimo įrenginiai yra klasifikuojami ir aprašomi atskirai. Pasyvioji valdymo technologija slopina arba sprendžia elektros kokybės problemas, tokias kaip harmoniniai, reaktyvioji galia ir trijų fazių nebalansas, prijungiant papildomus elektros kompensatorius lygiagrečiai arba nuosekliai. Kompensavimo įrenginiai apima pasyvius galios filtrus (PGF), aktyvius galios filtrus (AGF), hibridinius aktyvius galios filtrus (HAGF), reaktyviosios galios kompensatorius, dinaminius įtampos atstatymo įrenginius (DVR) ir integruotus elektros kokybės reguliatorius (UPQC) ir kt. Tarp jų, elektros kokybės kompensatorius, pagrįstas moduliniu daugiapakopiu konverteriu (MMC), dėl žemo įtampos modulinės struktūros tampa mokslinių tyrimų įkarštyje ir vidutinės bei aukštos įtampos elektros kokybės valdymo technologijų ateities tendencija. Aktyvioji valdymo technologija apima elektros įrenginius arba decentralizuotus energijos šaltinius, keičiančius jų įtampos arba ištampos impedanso charakteristikas siekiant išlaikyti elektros kokybės valdymo funkciją. Aktyvi elektros kokybės valdymo technologija ne tik padidina elektros panaudojimo efektyvumą, bet ir pagerina visos sistemos elektros kokybę be būtinybės pridėti papildomus kompensatorius.
2. Galios kokybės kompensatorių valdymo metodai
Šiuo metu galios kokybės kompensatoriai daugiausiai naudoja įtampos šaltinio tipo arba srovės šaltinio tipo keitiklius. Dažniausiai naudojami srovės valdymo metodai kompensatoriams apima: histerezinis valdymas, bežadinis valdymas, modelio prognozavimo valdymas, proporcingas integralinis (PI) valdymas, proporcingas rezonansinis (PR) valdymas, kartojantis valdymą ir netiesinį stabilų valdymą ir kt. Be to, pagerinus tradicinį srovės valdymą, galima pagerinti vienos srovės valdymo režimo našumą. Pvz., sujungus įprastą PI ir vektorinį PI valdymo metodą galima supaprastinti harmonikų aptikimo procesą. Harmonikų dažnio skirstymo kompensavimo metodas, lyginant su tradiciniu visų juostų kompensavimo metodu, padidina kiekvienos harmonikos aptikimo tikslumą ir kompensavimo tikslumą bei ypač tinka įvairiems aukštos ir žemos įtampos hibridiniams aktyviems galios filtrams ir pan.
3. Elektros energijos kokybės analizė ir valdymas didelio masto skirstytųjų elektros stočių
Didėjant masinių skirstomųjų elektros stotims, tokioms kaip saulės ir vėjo energijos stotys (10 kV iki 35 kV lygio), sąveika ir harmonikų, generuojamų skirstomųjų elektros stotims daugiausiai sudarančiais keitikliais, su elektros perdavimo ir skirstymo sistema tampa vis sudėtingesnė. Skirstomųjų elektros stotims generuojamos harmonikos turi aukšto dažnio ir pločio dažnių diapazono savybių. Ryšys tarp rezonansinio stiprinimo koeficiento, harmonikos eilės ir perdavimo atstumo tipiškoje skirstomojoje elektros stotyje. Perdavimo tinkle sklindančios harmonikos veikiamos tokių veiksnių kaip perdavimo linijų talpa ir foninė harmoninė įtampa, gali sukelti srovių ir įtampų rezonansinį stiprinimą. Yra dvi valdymo strategijos, kurios gali slopinti nuosekliai-paralelinio rezonanso problemą, kurią sukelia pločio dažnių harmonikos perdavimo tinkle, būtent: keisti perdavimo tinklo parametrus ir naikinti rezonansą naudojant lygiagrečiai jungiamus reaktorius; įdiegti aukštos įtampos hibridinius aktyvius filtravimo įrenginius, kad būtų sumažinta į elektros tinklą patekusių harmoninių srovių dalis.