Як контролюється якість електроенергії в розумній електромережі?

З урахуванням широкого інтегрування нових джерел енергії, таких як сонячна, вітрова та енергія біомаси, у розподільні мережі у формі розподіленої генерації, мікромереж та малих і середніх електростанцій (включаючи електростанції з накопичення енергії та зарядні станції для електромобілів), розумна електромережа у нових умовах стикається з багатьма новими проблемами. Структура контролю якості електроенергії в умовах архітектури розумної мережі в основному складається з розподіленої генерації, передавальних та розподільних мереж, електроспоживних навантажень, компенсаторів якості струму тощо.

З урахуванням широкого інтегрування нових джерел енергії, таких як сонячна, вітрова та біомасова енергія, в розподільчі мережі у формі розподіленої генерації, мікромереж та малих і середніх електростанцій (включаючи електростанції з накопичення енергії та станції для заряджання електромобілів), розумна електромережа в нових умовах стикається з багатьма новими проблемами. Структура контролю якості електроенергії в архітектурі розумної мережі в основному складається з розподіленої генерації, передавальних та розподільчих мереж, електричних навантажень, компенсаторів якості електроенергії тощо. З одного боку, як основна рушійна сила інтеграції нових джерел енергії, широке впровадження перетворювального обладнання на основі силової електроніки призвело до нових характеристик та проблем з якістю електроенергії в передавальних та розподільчих мережах, які терміново потребують вирішення. З іншого боку, різноманітність, нелінійність і впливовість споживчих навантажень стають дедалі гострішими, що ускладнює ефективне використання електроенергії. Ці нові проблеми створюють як можливості, так і виклики для технологій контролю якості електроенергії. Як ядро розумної мережі, мікромережа є нелінійною складною системою, що поєднує кілька джерел енергії. Розподілені джерела всередині неї мають такі характеристики, як переривчастість, складність, різноманітність та нестабільність. Нові проблеми та особливості щодо якості електроенергії стають дедалі виразнішими. Тому однією з ключових проблем, які терміново потрібно дослідити та вирішити для забезпечення безпечного та стабільного функціонування розподільчої мережі при підключенні мікромереж, є проблема якості електроенергії
Класифікація компенсаторів якості електроенергії
Технологія компенсації якості електроживлення поділяється на активну технологію керування та пасивну технологію обробки. Для різних проблем із якістю електроживлення відповідні компенсувальні пристрої класифікуються та описуються окремо. Пасивна технологія керування пригнічує або вирішує проблеми якості електроживлення, такі як гармоніки, реактивна потужність та дисбаланс трифазного струму, шляхом підключення додаткових компенсаторів у паралельне або послідовне з'єднання. Компенсувальні пристрої в основному включають пасивні фільтри активної потужності (PPF), активні фільтри активної потужності (APF), гібридні активні фільтри (HAPF), компенсатори реактивної потужності, пристрої динамічного відновлення напруги (DVR) та інтегровані регулятори якості електроживлення (UPQC) тощо. Зокрема, компенсатор якості електроживлення на основі модульного багаторівневого перетворювача (MMC) стає галуззю наукових досліджень і майбутнім трендом технологій управління якістю електроживлення середньої та високої напруги завдяки модульній каскадній структурі низької напруги. Активна технологія керування передбачає зміну вхідних або вихідних характеристик імпедансу електричного обладнання або розподілених джерел живлення для досягнення балансу функцій управління якістю електроживлення. Активна технологія керування якістю електроживлення не лише підвищує ефективність використання електроенергії, але й поліпшує загальну якість електроживлення системи без необхідності додавання додаткових компенсаторів.
2. Методи керування для компенсаторів якості електроенергії
На даний момент компенсатори якості електроенергії в основному використовують перетворювачі типу джерела напруги або джерела струму. Загальноприйняті методи струмового керування для компенсаторів включають: гістерезисне керування, безперервне керування, керування з використанням моделі передбачення, пропорційно-інтегральне (PI) керування, пропорційно-резонансне (PR) керування, повторюване керування та нелінійне стійке керування тощо. Крім того, шляхом поліпшення традиційного струмового керування можна підвищити ефективність окремого режиму струмового керування. Наприклад, комбінований метод керування, що поєднує традиційне PI-керування та векторне PI-керування, може спростити процес виявлення гармонік. Метод компенсації з розділенням частоти гармонік, порівняно з традиційним методом повної компенсації в усіх діапазонах, підвищує точність виявлення та компенсації кожної окремої гармоніки і особливо підходить для різноманітних пристроїв гібридних активних фільтрів високої та низької напруги тощо.
3. Аналіз та контроль якості електроенергії великих розподілених електростанцій
Зі зростанням рівня проникнення великих розподілених електростанцій, таких як сонячна та вітрова енергетика (рівні 10 кВ до 35 кВ), взаємодія та зв’язування гармонік, що виникають у системах розподілених електростанцій, переважно побудованих на основі кількох інверторів, з системами передачі та розподілу електроенергії стають все більш складними. Гармоніки, що виникають на розподілених електростанціях, мають високу частоту та широкий діапазон частот. Взаємозв’язок між фактором резонансного підсилення, порядком гармоніки та відстанню передачі для типової розподіленої електростанції. Під час поширення гармонік у мережі передачі вони піддаються впливу таких факторів, як розподілена ємність у лініях передачі та фонова напруга гармонік, що призводить до резонансного підсилення струму та напруги. Існують два рішення, які можуть пригнітити проблему послідовно-паралельного резонансу широкосмугових гармонік у мережі передачі: зміна параметрів мережі передачі та усунення резонансу за допомогою шунтуючих реакторів; встановлення високовольтних гібридних активних фільтрів потужності для зменшення вмісту гармонійного струму, що надходить у електромережу.