Jak kontrolowana jest jakość energii w inteligentnej sieci?

Wraz z szeroką integracją nowych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa i biomasy, w sieć dystrybucyjną w formie rozproszonych źródeł zasilania, mikrosieci oraz małych i średnich elektrowni (w tym elektrowni magazynujących energię i stacji ładowania pojazdów elektrycznych), inteligentna sieć energetyczna w nowej sytuacji napotyka wiele nowych problemów. Struktura kontroli jakości energii w architekturze inteligentnej sieci składa się głównie z rozproszonych źródeł zasilania, sieci przesyłowych i dystrybucyjnych, obciążeń odbiorczych, kompensatorów jakości energii itp.

Wraz z szeroką integracją nowych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa i biomasy, wchodzących do sieci dystrybucyjnej w formie rozproszonych źródeł energii, mikrosieci oraz małych i średnich elektrowni (w tym elektrowni magazynujących energię i stacji ładowania pojazdów elektrycznych), inteligentna sieć energetyczna w nowej sytuacji napotyka wiele nowych problemów. Struktura kontroli jakości energii w ramach architektury inteligentnej sieci składa się głównie z rozproszonych źródeł energii, sieci przesyłowych i dystrybucyjnych, obciążeń odbiorczych, kompensatorów jakości energii itp. Z jednej strony, jako siła napędowa integracji nowych źródeł energii, masowa integracja urządzeń konwersji energii elektronicznej spowodowała nowe cechy i problemy jakości energii w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych, które pilnie wymagają rozwiązania. Z drugiej strony, różnorodność, nieliniowość i skutki obciążeń po stronie odbioru stają się coraz bardziej dotkliwe, co czyni efektywne wykorzystanie energii elektrycznej pilną sprawą. Te nowe problemy przynoszą zarówno szanse, jak i wyzwania dla technologii kontroli jakości energii. Jako rdzeń inteligentnej sieci, mikrosieć jest nieliniowym, złożonym systemem łączącym wiele źródeł energii. Rozproszone źródła energii w niej zawarte posiadają cechy takie jak przerywalność, złożoność, różnorodność i niestabilność. Nowe problemy i cechy jakości energii stają się coraz bardziej widoczne. Dlatego jednym z kluczowych zagadnień, które pilnie wymagają zbadania i rozwiązania, aby zapewnić bezpieczną i stabilną pracę sieci dystrybucyjnej przy podłączonych mikrosieciach, jest problem jakości energii.
Klasyfikacja kompensatorów jakości energii
Technologia kompensacji jakości energii może być podzielona na technologię sterowania aktywnego i technologię pasywnego leczenia. W przypadku różnych problemów z jakością energii, odpowiednie urządzenia kompensacyjne są klasyfikowane i omawiane oddzielnie. Technologia sterowania pasywnego tłumi lub rozwiązuje problemy związane z jakością energii, takie jak harmoniczne, moc bierna i niesymetria faz, poprzez łączenie dodatkowych kompensatorów mocy elektronicznej szeregowo lub równolegle. Urządzenia kompensacyjne obejmują głównie pasywne filtry mocy (PPF), aktywne filtry mocy (APF), hybrydowe aktywne filtry mocy (HAPF), kompensatory mocy biernej, dynamiczne urządzenia do przywracania napięcia (DVR) oraz zintegrowane regulatory jakości energii (UPQC) itp. Wśród nich kompensator jakości energii oparty na modułowym konwerterze wielopoziomowym (MMC) staje się tematem gorąco badanym i przyszłościowym trendiem w technologii zarządzania jakością energii średniej i wysokiej napięcia dzięki swojej niskonapięciowej modułowej strukturze kaskadowej. Technologia sterowania aktywnego obejmuje urządzenia elektryczne lub rozproszone źródła energii zmieniające swoje impedancyjne charakterystyki wejściowe lub wyjściowe, aby zrównoważyć funkcję zarządzania jakością energii. Technologia aktywnego sterowania jakością energii nie tylko zwiększa stopień wykorzystania energii, ale także poprawia ogólną jakość energii systemu bez konieczności dodawania dodatkowych kompensatorów.
2. Metody sterowania kompensatorów jakości energii
W chwili obecnej kompensatory jakości energii w większości wykorzystują przekształtniki typu źródła napięciowego lub źródła prądowego. Powszechnie stosowane metody sterowania prądem w kompensatorach obejmują głównie: sterowanie histerezyjne, sterowanie bezstopniowe, sterowanie predykcyjne modelowe, sterowanie proporcjonalno-całkujące (PI), sterowanie proporcjonalno-rezonansowe (PR), sterowanie powtarzalne oraz sterowanie nieliniowe odpornościowe. Ponadto, dzięki ulepszeniu konwencjonalnego sterowania prądowego, można poprawić skuteczność pojedynczych trybów sterowania prądowego. Na przykład metoda łącząca tradycyjne PI i wektorowe PI upraszcza proces wykrywania harmonicznych. Metoda kompensacji z podziałem częstotliwości harmonicznych w porównaniu z tradycyjną metodą kompensacji w pełnym paśmie poprawia dokładność wykrywania i kompensacji poszczególnych harmonicznych, a także jest szczególnie odpowiednia do zastosowania w różnych urządzeniach filtrów aktywnych energii prądu przemiennego o wysokim i niskim napięciu.
3. Analiza jakości energii i sterowanie dużymi rozproszonymi elektrowniami
Wraz ze wzrostem współczynnika penetracji dużych rozproszonych elektrowni takich jak fotowoltaiczne czy wiatrowe (w zakresie napięć od 10 kV do 35 kV), oddziaływanie i sprzężenie harmoniczne generowane przez systemy elektrowni rozproszonych, składające się głównie z wielu falowników, z systemami przesyłania i dystrybucji energii stają się coraz bardziej złożone. Harmoniczne wytwarzane przez elektrownie rozproszone wykazują cechy wysokiej częstotliwości i szerokiego zakresu częstotliwości. Zależność między współczynnikiem wzmacniania rezonansowego, rzędem harmonicznej i odległością przesyłu dla typowej elektrowni rozproszonej. W trakcie propagacji harmonicznych w sieci przesyłowej wpływają na nie czynniki takie jak pojemność rozproszona w liniach przesyłowych czy napięcie tła harmoniczne, co może prowadzić do wzmacniania rezonansowego prądu i napięcia. Istnieją dwa rozwiązania umożliwiające ograniczenie problemu rezonansu szeregowo-równoległego szerokopasmowych harmonicznych w sieci przesyłowej, mianowicie: zmiana parametrów sieci przesyłowej oraz eliminacja rezonansu poprzez stosowanie dławików równoległych; instalacja urządzeń filtrów aktywnych HV (wysokiego napięcia) w celu zmniejszenia zawartości prądu harmonicznego wprowadzanego do sieci energetycznej.