Kako se nadzoruje kakovost električne energije pametne omrežne infrastrukture?

Ob temeljitem vključevanju novih energijskih virov, kot so sončna energija, energija vetra in biomasna energija, v distribucijsko omrežje v obliki razdeljene proizvodnje, mikromrež in majhnih in srednjih elektrarnah (vključno z elektrarnami za shranjevanje energije in polnilnimi postajami za električna vozila), se pametna omrežja v novih okoliščinah soočajo z mnogimi novimi problemi. Struktura nadzora kakovosti električne energije v okviru arhitekture pametnega omrežja predvsem vključuje razdeljeno proizvodnjo, prenosna in distribucijska omrežja, obremenitve porabe električne energije, kompenzatorje kakovosti električne energije itd.

Z obsežno vključitvijo novih energijskih virov, kot so sončna energija, energija vetra in biomase, v distribucijsko omrežje v obliki razdeljene proizvodnje, mikromrež in majhnih ter srednjih elektrarnah (vključno z elektrarnami za shranjevanje energije in polnilnimi postajami za električna vozila), se pametna omrežja pri novih razmerah soočajo z mnogimi novimi problemi. Struktura kontrole kakovosti električne energije v okviru arhitekture pametnega omrežja predvsem vključuje razdeljeno proizvodnjo, prenosna in distribucijska omrežja, obremenitve porabe električne energije, kompenzatorje kakovosti električne energije itd. Na eni strani, kot gonilna sila za vključevanje novih virov energije, je obsežna integracija elektronskih pretvornih naprav privedla do novih značilnosti in problemov pri kakovosti električne energije v prenosnih in distribucijskih omrežjih, ki jih nujno potrebujemo rešiti. Na drugi strani pa so raznolikost, nelinearnost in vpliv obremenitev na strani porabe vedno bolj izraziti, kar naredi učinkovito uporabo električne energije nujno zadevo. Ti novi problemi prinašajo tako priložnosti kot izzive za tehnologijo kontrole kakovosti električne energije. Kot jedro pametnega omrežja je mikromreža nelinearni kompleksen sistem, ki združuje več energijskih virov. Porazdeljeni viri znotraj nje imajo značilnosti, kot so občasnost, kompleksnost, raznolikost in nestabilnost. Nove težave in značilnosti njenih kakovosti električne energije postajajo vedno bolj izrazite. Zato je eno od ključnih vprašanj, ki jih nujno potrebujemo raziskati in rešiti, da zagotovimo varno in stabilno delovanje distribucijskega omrežja ob povezavi mikromrež, problem kakovosti električne energije.
Klasifikacija kompenzatorjev kakovosti napetosti
Tehnologijo krmiljenja kompenzacije kakovosti električne energije je mogoče razdeliti na aktivno krmilno tehnologijo in pasivno obravnavo tehnologije. Za različne težave s kakovostjo električne energije so ustrezen kompenzacijski napravi razvrščeni in predstavljeni. Pasivna krmilna tehnologija potlači ali reši težave s kakovostjo električne energije, kot so harmonike, jalova moč in nesimetrija trifaznega sistema, tako da dodatne kompenzacijske elektronske naprave poveže vzporedno ali v serijo. Kompenzacijske naprave vključujejo predvsem pasivne močnostne filtre (PPF), aktivne močnostne filtre (APF), hibridne aktivne močnostne filtre (HAPF), kompenzatorje jalove moči, dinamične obnovnike napetosti (DVR) in integrirane regulatore kakovosti električne energije (UPQC) ipd. Med njimi postajajo kompenzatorji kakovosti električne energije, ki temeljijo na modularnih večstopenjskih pretvornikih (MMC), zaradi svoje nizkonapetostne modularne kaskadne strukture v raziskovalno točko in prihodnjo tehnološko usmeritev srednje- in visokonapetostne tehnologije upravljanja kakovosti električne energije. Aktivna krmilna tehnologija vključuje spremembo vhodnih ali izhodnih impedančnih značilnosti električne opreme ali razpršenih električnih virov, da se uravnoteži funkcija upravljanja kakovosti električne energije. Aktivna tehnologija krmiljenja kakovosti električne energije ne povečuje samo stopnje izkoriščenja električne energije, temveč izboljša skupno kakovost električne energije v sistemu brez potrebe po dodajanju dodatnih kompenzatorjev.
2. Metode krmiljenja za kompenzatorje kakovosti energije
V preteklosti so kompenzatorji kakovosti energije večinoma uporabljali pretvornike napetostnega tipa ali tokovnega tipa. Najpogosteje uporabljene metode krmiljenja toka za kompenzatorje vključujejo predvsem: histeretično krmiljenje, brezhibno krmiljenje, modelno prediktivno krmiljenje, sorazmerno integralsko (PI) krmiljenje, sorazmerno resonančno (PR) krmiljenje, ponavljajoče krmiljenje in nelinerano robustno krmiljenje itd. Poleg tega je mogoče s posodabljanjem konvencionalnega krmiljenja toka izboljšati krmilno zmogljivost posameznega načina krmiljenja toka. Na primer, kombinacija konvencionalnega PI in vektorskega PI poenostavi proces detekcije harmonikov. Metoda kompenzacije s frekvenčnim delom harmonikov, v primerjavi s tradicionalno metodo popolne pasovne kompenzacije, izboljša natančnost detekcije in kompenzacije vsakega harmonika in je zlasti primerna za različne visoko- in nizkonapetostne hibridne aktivne filtre moči itd.
3. Analiza kakovosti energije in krmiljenje kakovosti energije velikih razdeljenih elektrarn
Z naraščanjem stopnje prodora velikih razdeljenih elektrarn, kot so sončne in vetrne elektrarne (na ravneh 10 kV do 35 kV), postajajo interakcije in sklopitev harmonikov, ki jih proizvajajo sistemi razdeljenih elektrarn, prevladujejo pa jih večkratni omrežni pretvorniki, s sistemom za prenos in distribucijo električne energije, vedno bolj kompleksne. Harmoniki, ki jih oddajajo razdeljene elektrarne, imajo značilnosti visoke frekvence in široke frekvenčne pasove. Odvisnost med faktorjem resonančnega ojačanja, redom harmonikov in razdaljo prenosa tipične razdeljene elektrarne. Med širjenjem harmonikov v prenosni omreži so pod vplivom dejavnikov, kot sta kapaciteta v prenosnih vodih in napetost ozadja harmonikov, kar povzroči resonančno ojačanje toka in napetosti. Obstajata dve rešitvi za reševanje problema širokopasovnih harmonikov v serijsko-proučnem resonančnem omrežju, in sicer: sprememba parametrov prenosnega omrežja in odprava resonance z uporabo vzporednih reaktorjev; namestitev visokonapetostnih hibridnih aktivnih filterov za izglađevanje toka za zmanjšanje vsebnosti harmoničnega toka, ki teče v električno omrežje.