Hoe wordt de stroomkwaliteit van een slim netwerk geregeld?

Met de uitgebreide integratie van nieuwe energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie en biomassa-energie in het distributienetwerk in de vorm van decentrale opwekking, microgrids en kleine en middelgrote elektriciteitscentrales (inclusief energieopslagcentrales en laadstations voor elektrische voertuigen), staat het slimme elektriciteitsnet in de nieuwe situatie voor vele nieuwe problemen. De structuur voor het beheersen van de kwaliteit van elektriciteit binnen de architectuur van het slimme netwerk bestaat voornamelijk uit decentrale opwekking, transmissie- en distributienetwerken, elektriciteitsverbruikende belastingen, compensatoren voor elektriciteitskwaliteit, enz.

Met de uitgebreide integratie van nieuwe energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie en biomassa-energie in het distributienetwerk in de vorm van decentrale opwekking, microgrids en kleine en middelgrote elektriciteitscentrales (inclusief energieopslagcentrales en laadstations voor elektrische voertuigen), staat het slimme elektriciteitsnet onder de nieuwe omstandigheden voor vele nieuwe problemen. De structuur voor het beheersen van de spanningskwaliteit binnen de architectuur van het slimme elektriciteitsnet bestaat voornamelijk uit decentrale opwekking, transmissie- en distributienetwerken, belastingen op verbruikersniveau, spanningskwaliteitscompensatoren, enzovoort. Enerzijds, als de kerndrijfveer achter de integratie van nieuwe energiebronnen, heeft de uitgebreide integratie van vermogenselektronische omzettingsapparatuur geleid tot nieuwe kenmerken en problemen op het gebied van spanningskwaliteit in transmissie- en distributienetwerken, die dringend aandacht vereisen. Anderzijds zijn de diversiteit, niet-lineariteit en impact van belastingen aan de verbruikerszijde steeds ernstiger, waardoor het efficiënte gebruik van elektriciteit een dringende aangelegenheid wordt. Deze nieuwe problemen brengen zowel kansen als uitdagingen met zich mee voor de technologie van spanningskwaliteitsbeheersing. Als kern van het slimme elektriciteitsnet is de microgrid een niet-lineair complex systeem dat meerdere energiebronnen combineert. De decentrale stroombronnen binnen deze microgrid hebben kenmerken zoals wisselvalligheid, complexiteit, diversiteit en instabiliteit. De nieuwe problemen en eigenschappen op het gebied van spanningskwaliteit worden steeds prominenter. Daarom is een van de belangrijkste kwesties die dringend moeten worden onderzocht en opgelost om de veilige en stabiele werking van het distributienetwerk onder microgrid-aansluiting te garanderen, het probleem van de spanningskwaliteit.
Classificatie van spanningskwaliteitscompensatoren
Technologie voor het regelen van de spanningskwaliteit kan worden verdeeld in actieve regeltechnologie en passieve behandelingstechnologie. Voor verschillende spanningskwaliteitsproblemen worden de bijbehorende compensatieapparaten geclassificeerd en geïntroduceerd. Passieve regeltechnologie onderdrukt of verhelpt spanningskwaliteitsproblemen zoals harmonischen, reactieve vermogen en driefasen-onbalans door het parallel of in serie aansluiten van aanvullende vermogenselektronische compensatoren. Compensatieapparaten omvatten voornamelijk passieve vermogensfilters (PPF), actieve vermogensfilters (APF), hybride actieve vermogensfilters (HAPF), reactieve vermogenscompensatoren, dynamische spanningsherstellers (DVR) en geïntegreerde spanningskwaliteitsregelaars (UPQC), enzovoort. Daaronder is de spanningskwaliteitscompensator op basis van een modulair multiniveau-omvormer (MMC) een onderwerp van actueel onderzoek en een toekomstige trend in de technologie voor het beheren van spanningskwaliteit op medium- en hoogspanning door de modulaire cascade-structuur met lage spanning. Actieve regeltechnologie betreft elektrische apparatuur of gedistribueerde stroombronnen die hun ingangs- of uitgangsimpedantiekarakteristieken veranderen om de functie van spanningskwaliteitsbeheer te balanceren. Actieve spanningskwaliteitsregeltechnologie verhoogt niet alleen het rendement van elektriciteitsgebruik, maar verbetert ook de algehele spanningskwaliteit van het systeem zonder dat aanvullende compensatoren hoeven te worden toegevoegd.
2. Besturingsmethoden voor vermogenskwaliteitscompensatoren
Momenteel gebruiken vermogenskwaliteitscompensatoren meestal spanningsbron- of stroombron-converters. De gebruikelijke stroomregelmethoden voor compensatoren omvatten vooral: hysteresisregeling, draadloze regeling, modelvoorspellende regeling, proportionele integrale (PI) regeling, proportioneel-resonantie (PR) regeling, repetitieve regeling en niet-lineaire robuuste regeling, enz. Daarnaast kan de regelkwaliteit van de enkelvoudige stroomregelmodus worden verbeterd door de conventionele stroomregeling te verbeteren. Bijvoorbeeld kan de regelmethodencombinatie van conventionele PI en vector PI het harmonische detectieproces vereenvoudigen. De methode voor harmonische frequentieverdelingscompensatie verbetert de detectienauwkeurigheid en compensatienauwkeurigheid van elke harmonische, vergeleken met de traditionele volledige bandcompensatiemethode, en is bijzonder geschikt voor diverse hoog- en laagspanningshybride actieve vermogensfilters, enz.
3. Kwaliteitsanalyse en -beheersing van grote decentrale energiecentrales
Met de toenemende penetratiegraad van grote decentrale elektriciteitscentrales, zoals zonne-energie en windenergie (op niveaus van 10 kV tot 35 kV), is de wisselwerking en koppeling van harmonischen die worden gegenereerd door decentrale elektriciteitscentrales, grotendeels samengesteld uit meerdere omvormers, met het elektriciteitsnet steeds complexer geworden. De harmonischen die door de decentrale elektriciteitscentrales worden uitgevoerd, vertonen kenmerken van hoge frequentie en een breed frequentiebereik. Het verband tussen de resonantieversterkingsfactor, harmonische orde en transmissieafstand van een typische decentrale elektriciteitscentrale. Tijdens de voortplanting van harmonischen in het transmissienet worden zij beïnvloed door factoren zoals de capacitieve belasting in de transmissieleidingen en de achtergrondharmonische spanning, wat resonantieversterking van stroom en spanning kan veroorzaken. Er zijn twee oplossingen voor het aanpakken van het serie-parallel resonantieprobleem van breedbandige harmonischen in het transmissienet, namelijk: het wijzigen van de parameters van het transmissienet en het elimineren van resonantie via parallelle reactors; het installeren van hoogspanningshybride actieve filters om de inhoud van de harmonische stroom die in het elektriciteitsnet stroomt, te verminderen.