Hur styrs elnätets kvalitet i ett smart elnät?

Med den omfattande integreringen av nya energikällor såsom solenergi, vindenergi och bioenergi i distributionsnätet i form av distribuerad elproduktion, mikronät och små och medelstora kraftverk (inklusive energilagringskraftverk och laddstationer för elbilar), står det nya elnätet inför många nya problem. Strukturen för elkvalitetsreglering under det nya elnätets arkitektur består huvudsakligen av distribuerad elproduktion, transmissions- och distributionsnät, elanvändande laster, elkvalitetskompensatorer med mera.

Med den omfattande integreringen av nya energikällor såsom solenergi, vindenergi och bioenergi i distributionsnätet i form av distribuerad elproduktion, mikronät och små och medelstora kraftverk (inklusive energilagringskraftverk och laddstationer för elbilar), står det nya elnätet inför många nya problem. Strömkvalitetskontrollstrukturen i det nya elnätet består huvudsakligen av distribuerad elproduktion, transmissions- och distributionsnät, elanvändningslast, kompenseringsutrustning för strömkvalitet etc. Å ena sidan har den omfattande integreringen av kraftelektronisk omvandlingsutrustning som den viktigaste drivkraften för integrering av nya energikällor lett till nya egenskaper och problem vad gäller strömkvaliteten i transmissions- och distributionsnäten, vilket brådskande behöver åtgärdas. Å andra sidan är lasternas mångfald, olinjäritet och påverkan på elanvändarsidan allt mer allvarlig, vilket gör det brådskande att effektivt kunna utnyttja elektrisk energi. Dessa nya problem skapar både möjligheter och utmaningar för tekniken för strömkvalitetskontroll. Som kärna i det nya elnätet är mikronätet ett olinjärt komplext system som kopplar samman flera energikällor. De distribuerade elproduktionskällorna har egenskaper såsom intermittens, komplexitet, mångfald och instabilitet. De nya problemen och egenskaperna vad gäller strömkvalitet blir allt tydligare. Därför är en av de viktigaste frågorna som brådskande behöver undersökas och lösas för att säkerställa att distributionsnätet kan driftsättas säkert och stabilt vid anslutning av mikronät just frågan om strömkvalitet.
Klassificering av kvalitetskompensatorer för el
Teknologi för kompensering av elkvalitet kan delas in i aktiv styrteknik och passiv behandlingsteknik. För olika elkvalitetsproblem klassificeras och introduceras motsvarande kompenseringsenheter. Passiv styrteknik undertrycker eller åtgärdar elkvalitetsproblem såsom harmoniska vågor, reaktiv effekt och trefasobalans genom att ansluta ytterligare kraftelektroniska kompenseringsenheter i parallell eller serie. Kompenseringsenheter inkluderar främst passiva effektfilter (PPF), aktiva effektfilter (APF), hybridaktiva effektfilter (HAPF), reaktiv effektkompenserare, dynamiska spänningsåterställare (DVR) och integrerade elkvalitetsregulatorer (UPQC) m.m. Bland dessa har elkvalitetskompenserare baserade på modulära multinivåomvandlare (MMC) blivit ett het forskningsområde och en framtida trend inom mellan- och högspänd elkvalitetsstyrning på grund av sin lågspända modulära kaskadstruktur. Aktiv styrteknik innebär att elektrisk utrustning eller distribuerade elkällor ändrar sina ingångs- eller utgångsimpedanskaraktäristik för att balansera funktionen för elkvalitetsstyrning. Tekniken för aktiv elkvalitetsstyrning förbättrar inte bara elens utnyttjandegrad utan förbättrar också systemets övergripande elkvalitet utan att behöva lägga till ytterligare kompenseringsenheter.
2. Styrmetoder för kvalitetskompensatorer
För närvarande använder kvalitetskompensatorer i huvudsak omvandlare av spänningskällstyp eller strömkällstyp. De vanligt använda strömstyrmetoderna för kompensatorer inkluderar huvudsakligen: hysteressreglering, steglös reglering, modellprediktiv reglering, proportionell integrerande (PI) reglering, proportionell resonans (PR) reglering, repetitiv reglering och olinjär robust reglering etc. Dessutom kan styrprestandan för den enskilda strömstyrmetoden förbättras genom att förbättra den konventionella strömregleringen. Till exempel kan den styrmekanism som kombinerar konventionell PI och vektor PI förenkla processen för detektion av harmoniska vågor. Metoden för kompensering av harmoniska frekvensdelning, jämfört med den traditionella fullbandiga kompenseringsmetoden, förbättrar detekteringsnoggrannheten och kompensationsnoggrannheten för varje harmonisk och är särskilt lämplig för olika hög- och lågspänningshybridaktiv filteranordningar etc.
3. Analys och kontroll av elkvalitet för storskaliga distribuerade kraftstationer
Med ökad genomsättningsnivå för storskaliga distribuerade kraftstationer såsom sol- och vindenergi (10 kV till 35 kV nivåer), har samverkan och kopplingen mellan de harmoniska som genereras av distribuerade kraftstationsystem, som huvudsakligen består av flera växelriktare, blivit alltmer komplexa med kraftöverförings- och distributionssystemet. De harmoniska som genereras av distribuerade kraftstationer uppvisar egenskaper som hög frekvens och ett brett frekvensomfång. Relationen mellan resonansförstärkningsfaktorn, harmonisk ordning och transmissionsavstånd för en typisk distribuerad kraftstation. Under spridningen av harmoniska i transmissionsnätet påverkas de av faktorer såsom den distribuerade kapacitansen i transmissionsledningarna och den bakgrundsrelaterade harmoniska spänningen, vilket kommer att orsaka resonant förstärkning av ström och spänning. Det finns två lösningar för att hantera problemet med serie- och parallellresonans inom bredbandsfrekvenser i transmissionsnätet, nämligen: att ändra parametrarna i transmissionsnätet och eliminera resonans genom reaktorer; installera högspända hybrida aktivfilterenheter för att minska innehållet av harmonisk ström som flödar in i elnätet.