Ako sa riadi kvalita elektrickej energie v inteligentnej sieti?

S rozsiahlym začleňovaním nových zdrojov energie, ako sú slnečná energia, veterná energia a energia biomasy, do distribučnej siete vo forme distribuovanej výroby, mikro sietí a malých a stredných elektrární (vrátane elektrární na ukladanie energie a nabíjacích staníc pre elektrické vozidlá), čelí inteligentná sieť v nových podmienkach mnohým novým problémom. Štruktúra na riadenie kvality elektrickej energie v rámci architektúry inteligentnej siete sa skladá hlavne z distribuovanej výroby, prenosových a distribučných sietí, odberných záťaží, kompenzátorov kvality elektrickej energie a podobne.

S rozsiahlym zapojením nových zdrojov energie, ako sú slnečná energia, veterná energia a energia biomasy, do distribučnej siete vo forme distribuovanej výroby, mikro sietí a malých a stredných elektrární (vrátane elektrární so skladovaním energie a nabíjacích staníc pre elektrické vozidlá), čelí inteligentná sieť v nových podmienkach mnohým novým problémom. Štruktúra na reguláciu kvality elektrickej energie v rámci architektúry inteligentnej siete sa skladá hlavne z distribuovanej výroby, prenosových a distribučných sietí, odberových záťaží, kompenzátorov kvality elektrickej energie a podobne. Z jednej strany, ako hlavný hnací prvok pre integráciu novej energie, rozsiahle zapojenie výkonových elektronických prevodných zariadení viedlo k novým charakteristikám a problémom kvality elektrickej energie v prenosových a distribučných sieťach, ktoré je nevyhnutné čo najskôr vyriešiť. Z druhej strany sú záťaže na strane odberu čoraz viac rôznorodé, nelineárne a nárazové, čo spôsobuje, že efektívne využívanie elektrickej energie sa stáva neodďaliteľnou záležitosťou. Tieto nové problémy predstavujú pre technológiu kontroly kvality elektrickej energie zároveň príležitosť aj výzvu. Ako jadro inteligentnej siete, mikro sieť je nelineárny zložitý systém, ktorý spája viacero zdrojov energie. Rozmiestnené zdroje energie v nej majú vlastnosti ako medzikámitosť, zložitosť, rôznorodosť a nestálosť. Nové problémy a vlastnosti jej kvality elektrickej energie sa stávajú čoraz výraznejšími. Preto jedným z kľúčových problémov, ktoré je nevyhnutné čo najskôr študovať a vyriešiť, aby sa zabezpečila bezpečná a stabilná prevádzka distribučnej siete pri pripojení mikro sietí, je problém kvality elektrickej energie.
Klasifikácia kompenzátorov kvality elektrickej energie
Technológia kompenzácie kvality elektrickej energie sa môže rozdeľovať na aktívnu a pasívnu technológiu riadenia. Pre rôzne problémy s kvalitou elektrickej energie sú klasifikované a predstavené zodpovedajúce kompenzačné zariadenia. Pasívna technológia riadenia potláča alebo rieši problémy s kvalitou elektrickej energie, ako sú harmonické, jalový výkon a nesúmernosť fáz, prostredníctvom pripojenia ďalších výkonových elektronických kompenzátorov paralelne alebo sériovo. Kompenzačné zariadenia zahŕňajú hlavne pasívne výkonové filtre (PPF), aktívne výkonové filtre (APF), hybridné aktívne výkonové filtre (HAPF), kompenzátory jalového výkonu, dynamické obnovovače napätia (DVR) a integrované regulátory kvality elektrickej energie (UPQC) atď. Medzi nimi sa kompenzátor kvality elektrickej energie založený na modulárnom viacúrovňovom meniči (MMC) stáva výskumným bodom a budúcou tendenciou technológie riadenia kvality elektrickej energie stredného a vysokého napätia vďaka svojej nízkoúrovňovej modulárnej kaskádovej štruktúre. Aktívna technológia riadenia zahŕňa zmeny vstupných alebo výstupných impedančných charakteristík elektrických zariadení alebo distribuovaných zdrojov energie, aby sa dosiahla funkcia vyváženia riadenia kvality elektrickej energie. Aktívna technológia riadenia kvality elektrickej energie nielen zvyšuje využitie elektrickej energie, ale aj zlepšuje celkovú kvalitu elektrickej energie systému bez nutnosti pridávania ďalších kompenzátorov.
2. Metódy riadenia kompenzátorov kvality elektrickej energie
V súčasnosti kompenzátorov kvality elektrickej energie väčšinou využívajú konvertory typu zdroj napätia alebo zdroj prúdu. Bežné metódy prúdového riadenia pre kompenzátorov hlavne zahŕňajú: hysterézne riadenie, bezstupeňové riadenie, prediktívne riadenie modelom, proporcionálne integračné (PI) riadenie, proporcionálne rezonančné (PR) riadenie, opakované riadenie a nelineárne robustné riadenie atď. Okrem toho, zlepšením konvenčného prúdového riadenia, môže byť vylepšená kontrolná výkonnosť jediného režimu prúdového riadenia. Napríklad, kombinácia konvenčného PI a vektorového PI môže zjednodušiť proces detekcie harmonických. Metóda kompenzácie rozdelenia harmonických frekvencií, v porovnaní s tradičnou metódou kompenzácie vo všetkých pásmach, zlepšuje presnosť detekcie a kompenzácie každej harmonické frekvencie a je obzvlášť vhodná pre rôzne zariadenia hybridných aktívnych filtrov vysokého a nízkeho napätia atď.
3. Analýza a riadenie kvality elektrickej energie pri rozsiahlych rozmiestnených elektrárňach
S narastajúcou mierou prenikania rozsiahlených rozmiestnených elektrární, ako sú fotovoltické alebo veterné elektrárne (na úrovni 10 kV až 35 kV), sa stáva interakcia a prepojenie harmonických kmitov generovaných systémami rozmiestnených elektrární, ktoré sú zložené hlavne z viacerých meničov, so systémom prenosu a distribúcie elektrickej energie čoraz zložitejšou záležitosťou. Harmonické kmitania vyrábané rozmiestnenými elektrárňami vykazujú vlastnosti vysokých frekvencií a širokého frekvenčného rozsahu. Vzťah medzi faktorom rezonančného zosilnenia, rádom harmonického kmitania a vzdialenosťou prenosu typickej rozmiestnenej elektrárne. Počas šírenia harmonických kmitov v prenosovej sieti sú ovplyvnené faktormi, ako je rozmiestnená kapacita v prenosových vedeniach a pozadie harmonického napätia, čo môže spôsobiť rezonančné zosilnenie prúdu a napätia. Existujú dve riešenia, ktoré môžu potlačiť problém sériovo-paralelného rezonovania širokopásmových harmonických kmitov v prenosovej sieti, a to: zmena parametrov prenosovej siete a odstránenie rezonancie pomocou sériových reaktorov; inštalácia zariadení hybridných aktívnych filtrov vysokého napätia na zníženie obsahu harmonického prúdu tečúceho do elektrickej siete.