Как контролируется качество электроэнергии в интеллектуальных электрических сетях?

В связи с широким внедрением новых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и энергия биомассы, интегрируемых в распределительную сеть в форме распределенной генерации, микросетей и небольших и средних электростанций (включая электростанции с накоплением энергии и зарядные станции для электромобилей), интеллектуальные электрические сети в новых условиях сталкиваются с множеством новых проблем. Структура контроля качества электроэнергии в рамках архитектуры интеллектуальной сети в основном состоит из распределенной генерации, передающих и распределительных сетей, нагрузок электропотребления, компенсаторов качества электроэнергии и т. д.

С широким внедрением в распределительную сеть новых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и биоэнергия, в форме распределенной генерации, микросетей и небольших и средних электростанций (включая электростанции с аккумулированием энергии и зарядные станции для электромобилей), интеллектуальные электрические сети в новых условиях сталкиваются с множеством новых проблем. Структура контроля качества электроэнергии в рамках архитектуры умной сети в основном состоит из распределенной генерации, передающих и распределительных сетей, нагрузок потребления электроэнергии, компенсаторов качества электроэнергии и т. д. С одной стороны, как основная движущая сила интеграции новых источников энергии, широкое внедрение оборудования преобразования электроэнергии на основе силовой электроники привело к возникновению новых характеристик и проблем качества электроэнергии в передающих и распределительных сетях, которые срочно требуют решения. С другой стороны, разнообразие, нелинейность и воздействие нагрузок со стороны потребления электроэнергии становятся все более острыми, что делает эффективное использование электроэнергии срочной задачей. Эти новые проблемы создают как возможности, так и вызовы для технологий контроля качества электроэнергии. Как ядро интеллектуальной электрической сети, микросеть представляет собой нелинейную сложную систему, объединяющую несколько источников энергии. Распределенные источники энергии обладают такими характеристиками, как прерывистость, сложность, разнообразие и нестабильность. Новые проблемы и особенности ее качества электроэнергии становятся все более заметными. Поэтому одной из ключевых задач, требующих срочного изучения и решения для обеспечения безопасной и стабильной работы распределительной сети при подключении микросетей, является проблема качества электроэнергии
Классификация компенсаторов качества электроэнергии
Технология компенсации качества электроэнергии делится на активную технологию управления и пассивную технологию обработки. Для различных проблем качества электроэнергии классифицируются и описываются соответствующие устройства компенсации. Пассивная технология управления подавляет или решает проблемы качества электроэнергии, такие как гармоники, реактивная мощность и дисбаланс трехфазного тока, путем подключения дополнительных силовых электронных компенсаторов параллельно или последовательно. Устройства компенсации включают в себя в основном пассивные силовые фильтры (PPF), активные силовые фильтры (APF), гибридные активные силовые фильтры (HAPF), компенсаторы реактивной мощности, динамические регуляторы напряжения (DVR) и интегральные регуляторы качества электроэнергии (UPQC). Среди них компенсатор качества электроэнергии на основе модульного многоуровневого преобразователя (MMC) становится объектом активных исследований и будущим направлением развития технологий управления качеством электроэнергии среднего и высокого напряжения благодаря своей низковольтной модульной каскадной структуре. Активная технология управления предполагает, чтобы электрическое оборудование или распределенные источники энергии изменяли свои характеристики входного или выходного импеданса для балансировки функции управления качеством электроэнергии. Технология активного управления качеством электроэнергии не только повышает эффективность использования электроэнергии, но и улучшает общее качество электроэнергии системы без необходимости добавления дополнительных компенсаторов.
2. Методы управления компенсаторами качества электроэнергии
В настоящее время компенсаторы качества электроэнергии в основном используют преобразователи напряжения или преобразователи тока. Обычно применяемые методы токового управления компенсаторами в основном включают: гистерезисное управление, безступенчатое управление, управление с модельным прогнозированием, пропорционально-интегральное (PI) управление, пропорционально-резонансное (PR) управление, повторяющееся управление и нелинейное робастное управление и др. Кроме того, путем улучшения традиционного токового управления можно повысить эффективность одиночного режима токового управления. Например, метод управления, объединяющий традиционный PI и векторный PI, может упростить процесс обнаружения гармоник. Метод компенсации с разделением частоты гармоник по сравнению с традиционным методом полосовой компенсации повышает точность обнаружения и компенсации каждой гармоники и особенно подходит для различных высоковольтных и низковольтных гибридных активных фильтров электропитания и т.д.
3. Анализ и контроль качества электроэнергии на крупных распределенных электростанциях
С увеличением уровня проникновения крупных распределенных электростанций, таких как солнечные и ветровые электростанции (уровень 10 кВ до 35 кВ), взаимодействие и связь гармоник, генерируемых системами распределенных электростанций, состоящими в основном из нескольких инверторов, с системами передачи и распределения электроэнергии становятся все более сложными. Гармоники, генерируемые распределенными электростанциями, обладают характеристиками высокой частоты и широкого диапазона частот. Зависимость между коэффициентом резонансного усиления, порядком гармоник и расстоянием передачи типичной распределенной электростанции. При распространении гармоник в передающей сети они подвержены влиянию таких факторов, как распределенная емкость в линиях передачи и фоновое напряжение гармоник, что может вызвать резонансное усиление тока и напряжения. Существует два решения для устранения проблемы последовательно-параллельного резонанса широкополосных гармоник в передающей сети: изменение параметров передающей сети и устранение резонанса с помощью шунтирующих реакторов; установка высоковольтных гибридных активных фильтров для снижения содержания гармонического тока, поступающего в электросеть.