Cum se controlează calitatea energiei electrice într-o rețea inteligentă?

Cu integrarea extinsă a unor noi surse de energie, cum ar fi energia solară, eoliana și energia din biomase, în rețeaua de distribuție sub formă de generare distribuită, microrețele și centrale electrice de mici și medii dimensiuni (inclusiv centrale de stocare a energiei și stații de încărcare pentru vehicule electrice), rețeaua inteligentă în noile condiții se confruntă cu multe probleme noi. Structura de control a calității energiei electrice în cadrul arhitecturii rețelei inteligente este formată în principal din generare distribuită, rețele de transmisie și distribuție, sarcini de consum, compensatori de calitate a energiei electrice etc.

Cu integrarea extinsă a unor noi surse de energie, cum ar fi energia solară, eolienă și energia din biomasa, în rețeaua de distribuție sub formă de generare distribuită, microrețele și centrale electrice de dimensiune mică și medie (inclusiv centrale de stocare a energiei și stații de încărcare pentru vehicule electrice), rețeaua inteligentă în noile condiții se confruntă cu multe probleme noi. Structura de control a calității energiei electrice în cadrul arhitecturii rețelei inteligente este formată în principal din generare distribuită, rețele de transmisie și distribuție, sarcini de consum, compensatori de calitate a energiei etc. Pe de o parte, ca forță motrice principală pentru integrarea noilor surse de energie, integrarea extinsă a echipamentelor de conversie electronică de putere a generat noi caracteristici și probleme privind calitatea energiei în rețelele de transmisie și distribuție, care trebuie urgent rezolvate. Pe de altă parte, diversitatea, neliniaritatea și impactul sarcinilor din partea consumatorilor devin din ce în ce mai pronunțate, făcând utilizarea eficientă a energiei electrice o problemă urgentă. Aceste probleme noi aduc atât oportunități, cât și provocări pentru tehnologia de control a calității energiei. Ca nucleu al rețelei inteligente, microrețeaua este un sistem complex neliniar care integrează multiple surse de energie. Sursele de energie distribuite din cadrul său au caracteristici precum intermitența, complexitatea, diversitatea și instabilitatea. Problemele și caracteristicile noi privind calitatea energiei devin din ce în ce mai evidente. Prin urmare, una dintre problemele cheie care trebuie studiate și rezolvate urgent pentru a asigura o funcționare sigură și stabilă a rețelei de distribuție în condițiile de conectare a microrețelelor este problema calității energiei
Clasificarea compensatorilor de calitate a energiei
Tehnologia de control pentru compensarea calității energiei electrice poate fi împărțită în tehnologie de control activ și tehnologie de tratament pasiv. Pentru diferite probleme legate de calitatea energiei electrice, dispozitivele corespunzătoare de compensare sunt clasificate și prezentate. Tehnologia de control pasiv reduce sau abordează probleme legate de calitatea energiei electrice, cum ar fi armonicele, puterea reactivă și dezechilibrul trifazic, prin conectarea în paralel sau în serie a unor compensatori electronici suplimentari. Dispozitivele de compensare includ în principal filtre pasive de putere (PPF), filtre active de putere (APF), filtre hibride active de putere (HAPF), compensatori de putere reactivă, restauratoare de tensiune dinamică (DVR) și reglatoare integrate de calitate a energiei electrice (UPQC), etc. Printre acestea, compensatorul de calitate a energiei electrice bazat pe convertor modular multinivel (MMC) devine o direcție importantă de cercetare și o tendință viitoare în domeniul tehnologiilor de gestionare a calității energiei electrice de medie și înaltă tensiune, datorită structurii sale modulare în cascada la tensiune joasă. Tehnologia de control activ implică echipamente electrice sau surse distribuite de energie care își modifică caracteristicile de impedanță la intrare sau ieșire pentru a echilibra funcția de gestionare a calității energiei electrice. Tehnologia de control activ al calității energiei electrice nu doar că sporește rata de utilizare a energiei electrice, ci îmbunătățește și în mod general calitatea energiei electrice a sistemului, fără a fi necesari compensatori suplimentari.
2. Metode de control pentru compensatori de calitate a energiei
În prezent, compensatorii de calitate a energiei adoptă în mare parte convertoare de tip sursă de tensiune sau de tip sursă de curent. Metodele de control curent utilizate frecvent pentru compensatori includ în principal: control cu histerezis, control fără trepte, control predictiv bazat pe model, control proporțional-integral (PI), control proporțional-resonant (PR), control repetitiv și control robust neliniar etc. În plus, prin îmbunătățirea controlului convențional al curentului, performanțele modului de control unic al curentului pot fi îmbunătățite. De exemplu, metoda de control care combină PI-ul tradițional cu PI vectorial poate simplifica procesul de detecție a armonicilor. Metoda de compensare prin divizarea frecvenței armonice, comparativ cu metoda tradițională de compensare pe bandă largă, îmbunătățește precizia de detecție și precizia de compensare a fiecărei armonici, fiind deosebit de potrivită pentru diverse dispozitive filtru active hibride de înaltă și joasă tensiune etc.
3. Analiza și controlul calității energiei electrice pentru stațiile de producție distribuită de mari dimensiuni
Odată cu creșterea ratei de penetrare a stațiilor electrice distribuite de mare capacitate, cum ar fi cele fotovoltaice și eoliene (la nivelul 10 kV - 35 kV), interacțiunea și cuplarea armonicelor generate de sistemele stațiilor electrice distribuite, compuse în principal din multiple invertoruri, cu sistemul de transmisie și distribuție a energiei electrice au devenit din ce în ce mai complexe. Armonicele emise de stațiile electrice distribuite prezintă caracteristici de înaltă frecvență și gamă largă de frecvență. Relația dintre factorul de amplificare rezonantă, ordinul armonic și distanța de transmisie a unei stații electrice distribuite tipice. În timpul propagării armonicelor în rețeaua de transmisie, acestea sunt influențate de factori precum capacitatea distribuită în liniile de transmisie și tensiunea armonică de fundal, ceea ce va duce la amplificare rezonantă a curentului și tensiunii. Există două soluții de gestionare care pot suprima problema rezonanței serie-paralel a armonicelor de bandă largă în rețeaua de transmisie, și anume: modificarea parametrilor rețelei de transmisie și eliminarea rezonanței prin utilizarea reactoarelor paralele; instalarea unor filtre active hibride de înaltă tensiune pentru a reduce conținutul curentului armonic care intră în rețeaua electrică.