El impacto de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red en la calidad y las soluciones de la energía

Resumen:La generación de energía fotovoltaica, como un nuevo método de generación de energía libre de contaminación, ha aliviado en gran medida la demanda de energía eléctrica tradicional.para el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red, debido a su aleatoriedad inherente, volatilidad y características intermitentes,y el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red contiene un gran número de componentes electrónicos de potencia no linealesEn este artículo se analizan los armónicos, la calidad de la energía de la red y el impacto de la energía fotovoltaica en la generación de energía.fluctuaciones de voltaje y parpadeos, inyección de corriente continua, efecto de aislamiento y otros problemas causados por la generación de energía fotovoltaica conectada a la red eléctrica, y estudia y discute medidas factibles para mejorar la calidad de la energía.

0 Introducción

Con la aceleración del proceso de internacionalización, el rápido desarrollo de la economía mundial, el consumo de energía también ha aumentado.La reducción gradual de la energía tradicional y los problemas ambientales son cada vez más graves.En los últimos años, la capacidad instalada de generación de energía fotovoltaica ha seguido aumentando, y la energía solar, como fuente de energía renovable limpia y libre de contaminación, ha recibido mucha atención.y la electricidad en la red también ha aumentado año tras año, pero debido a las características de su capacidad instalada es generalmente pequeña, el diseño del sitio es relativamente disperso y la fluctuación de la potencia de salida es grande,También ha causado un gran impacto en la calidad de la red eléctricaPor lo tanto, es de gran importancia estudiar la influencia de la generación de energía fotovoltaica en la calidad de la energía para promover la producción de energía y el funcionamiento seguro y estable de la red eléctrica.

1 Principio básico de la generación de energía fotovoltaica

La generación de energía fotovoltaica utiliza el efecto fotovoltaico presente en la superficie del semiconductor para enviar una corriente continua a través de la luz en ambos extremos del material del semiconductor.Cuando el sol brilla en el nodo P-N de semiconductores, se forma un nuevo par electrón-agujero, y después de que el fotón excita el electrón del enlace covalente, el electrón fluye a la región N y el agujero fluye a la región P,que produce una diferencia de potencial entre los dos extremos del semiconductorUna vez conectado el circuito en ambos extremos de la unión PN, se formará una corriente que fluirá de la zona P a la zona N a través del circuito externo.y la potencia eléctrica será de salida a la carga.

2 Estructura y clasificación de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red

El sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red está compuesto principalmente por paneles solares (módulo), controlador de seguimiento de alta potencia (MPPT), inversor CC-AC con varias partes,con un transistor bipolar de puerta aislada (IG-BT) como elemento de conmutación del inversor fotovoltaicoLa salida de corriente continua de la célula solar es elevada por el convertidor de corriente continua a corriente continua para aumentar el nivel de voltaje, y luego la corriente continua se convierte en corriente alterna con la misma amplitud,frecuencia y fase del voltaje de la red eléctrica a través del inversor CC-ACLa estructura del sistema de generación de energía fotovoltaica se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Estructura del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red

De acuerdo con el modo de funcionamiento conectado a la red, el sistema de generación de energía fotovoltaica se puede dividir en tres formas: conectado a la red de contracorriente,no hay contracorriente conectada a la red y conmutadora conectada a la redEl sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red eléctrica está directamente conectado a la red eléctrica, no requiere baterías de almacenamiento de energía, ahorra superficie, reduce en gran medida el costo de configuración,y el déficit de potencia de carga se complementa con la red eléctricaPor lo tanto, el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red es la principal dirección de desarrollo de la generación de energía solar.y también es un nuevo método potencial de generación de energía en esta etapa.

• La influencia de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red en la calidad de la red eléctrica

La generación de energía fotovoltaica como una nueva generación de energía, iluminación, temperatura y otras condiciones externas de aleatoriedad, volatilidad,Los cambios intermitentes son los principales factores de impacto de la generación de energía fotovoltaica en la redEntre ellos, el inversor CC-AC es uno de los principales dispositivos del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red.y la calidad del inversor fotovoltaico determina si la calidad de la energía de la generación de energía fotovoltaica puede satisfacer los requisitos de la red conectada en cierta medidaCuando la generación de energía fotovoltaica está conectada a la red, se producirán problemas como armónicos, fluctuaciones de voltaje y parpadeos, inyección de CC y efecto isla.que reducirá la calidad de la energía de la red y causará efectos adversos en la redEn los casos graves, afectará al funcionamiento seguro y estable del sistema de suministro de energía y del propio equipo de generación de energía fotovoltaica.

3.1Influencia armónica

La generación de energía fotovoltaica consiste en convertir la energía solar en corriente continua a través de módulos fotovoltaicos.y luego a través del inversor conectado a la red para convertir la corriente continua en corriente alterna para lograrEn el sistema de generación de energía fotovoltaica, el inversor es el equipo principal para producir armónicos.El gran número de aplicaciones de componentes electrónicos de potencia en inversores conectados a la red ha mejorado la información y el procesamiento inteligente del sistema, pero también aumenta un gran número de cargas no lineales, causando distorsión de la forma de onda y trayendo un gran número de armónicos al sistema.El retraso de la velocidad de conmutación del inversor también afectará la salida del rendimiento dinámico general dentro del sistema de energíaSi el clima (irradiación, temperatura) cambia mucho, el rango de fluctuación de los armónicos también se hará más grande.Aunque los armónicos de corriente de salida de un inversor único conectado a la red son pequeños, los armónicos de corriente de salida de varios inversores conectados a la red se superponen después de que se conecten en paralelo,que resulta en el fenómeno de armónicos de corriente de salida que exceden el estándarAdemás, la conexión paralela de inversores es fácil de producir resonancia paralela, lo que conduce al fenómeno de resonancia de acoplamiento,que resulta en la expansión de la corriente armónica específica y el problema del contenido armónico excesivo de la corriente conectada a la red.

Se proponen métodos eficaces para suprimir los armónicos, dirigidos al problema de la calidad de la energía después del acceso a la energía fotovoltaica:

• A partir de la fuente de generación armónica, la fuente armónica se reforma para reducir la inyección armónica.
• Dispositivo con filtros activos o pasivos para absorber un número específico de corrientes armónicas.
• Instalar dispositivos de compensación armónica adicionales.

3.2 Fluctuaciones y parpadeos de voltaje

En la red de distribución tradicional, el cambio de potencia activa y potencia reactiva con el tiempo causará una fluctuación del voltaje del sistema.El cambio de potencia activa del sistema de generación de energía fotovoltaica es el principal factor que causa fluctuaciones de voltaje y parpadeo del punto de acceso.El punto de alta potencia de los paneles fotovoltaicos, los componentes centrales del sistema de generación de energía fotovoltaica, está estrechamente relacionado con la intensidad de radiación, el clima, la estación, la temperatura y otros factores.y los cambios aleatorios de estos factores naturales hacen que la potencia de salida cambie mucho, lo que resulta en cambios frecuentes en la potencia de carga dentro de un cierto rango, lo que resulta en fluctuaciones de voltaje y parpadeos en el extremo de carga del usuario conectado a la red.

En la actualidad, las soluciones a los problemas de fluctuación de voltaje y parpadeo fotovoltaico son las siguientes:

• Optimizar la estrategia de control de los inversores fotovoltaicos conectados a la red para mejorar la estabilidad del voltaje.

2) Aumentar la capacidad de cortocircuito del bus de la subestación.

3) Cuando se determina la capacidad de la central fotovoltaica, se aumenta su factor de potencia para aumentar la potencia activa total.reducción de la cantidad de cambio de potencia reactiva y cumplimiento de los requisitos límite de las fluctuaciones de voltaje.

3.3 Problema con la inyección de DC

Otro problema clave que debe resolverse en los sistemas fotovoltaicos de generación de energía conectados a la red es la inyección de corriente continua.y también tiene efectos adversos para otros equipos de la red. Los IEEEStd929-2000 e IEEEStd547-2000 estipulan claramente que el componente de corriente continua inyectado en la red por el dispositivo de generación de energía conectado a la red no puede exceder de 0.5% de la corriente nominal del dispositivoLas principales razones para la inyección de DC son:

La dispersión del propio dispositivo electrónico de potencia y la inconsistencia y asimetría del circuito de accionamiento; 2) Desviación cero y no linealidad de los dispositivos de medición en el controlador de alta potencia;3) Asimetría de la impedancia de línea de cada dispositivo de conmutación, la influencia de los parámetros parasitarios y los campos electromagnéticos parasitarios, etc.

En la actualidad, los principales métodos para suprimir la inyección de CC incluyen: 1) método de compensación de detección; 2) optimizar y diseñar la estructura conectada a la red del inversor; 3) separación directa del condensador;4) Método de capacidad virtual5) Transformador de aislamiento del dispositivo.

3.4 El efecto del efecto isla

El efecto de aislamiento se refiere al fenómeno de interrupción del suministro eléctrico de la red debido a factores humanos o naturales.pero cada sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red no detecta el estado de apagón de la red eléctrica a tiempo, de modo que el sistema de generación de energía fotovoltaica y la carga conectada sigan funcionando de forma independiente.Con la continua expansión de la tasa de penetración del acceso de la generación fotovoltaica conectada a la redLa formación del efecto isla tiene efectos adversos en la calidad de la energía de toda la red de distribución, incluyendo principalmente:

• en el lugar donde se produce el efecto isla, el voltaje y la frecuencia fluctúan mucho, lo que reduce la calidad de la energía,y el voltaje y la frecuencia en la isla no están controlados por la red eléctrica, lo que puede causar daños en el equipo eléctrico del sistema y fallas en el cierre, y también puede causar riesgos de seguridad personal para el personal de mantenimiento de la red eléctrica.
• En el proceso de recuperación de la fuente de alimentación, se generará corriente de entrada debido al asíncrono entre las fases de voltaje, lo que puede hacer que la forma de onda de la red baje instantáneamente.
• Después del efecto de isla del sistema de generación de energía fotovoltaica, si el modo de alimentación original es el modo de alimentación monofásico,es posible causar el problema de la asimetría de carga de tres fases en la red de distribución, y luego reducir la calidad general del consumo de electricidad de otros usuarios.
• Cuando la red de distribución cambia al modo isla y depende únicamente del sistema de generación de energía fotovoltaica para suministrar electricidad,si la capacidad del sistema de suministro de energía es demasiado pequeña o no se ha instalado ningún dispositivo de almacenamiento de energía, puede causar inestabilidad de voltaje y problemas de parpadeo en la carga del usuario.

Para el impacto del efecto isla, existen principalmente las siguientes soluciones:

• Optimizar el método de detección de islas del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red, analizar la influencia de la generación de energía fotovoltaica en el tamaño,dirección y distribución de la corriente de falla en la red de distribución, y mejorar la tecnología de selección de la velocidad de corte de carga y la división de la isla en condiciones de falla.
• Mejorar la fiabilidad de la tecnología de detección de islas, configurar una función de protección contra islas rápida y efectiva,juzgar con precisión el estado de la isla en circunstancias anormales y interrumpir rápida y eficazmente la conexión a la red.

4 Solución

4.1Vigilancia en línea de la calidad de la energía

El dispositivo de monitoreo en línea de la calidad de la energía APView500 adopta una plataforma multicore de alto rendimiento y un sistema operativo integrado.y mide los indicadores de calidad de la energía de acuerdo con los métodos de medición especificados en la norma IEC61000-4-30 "Tecnología de ensayo y medición - Métodos de medición de la calidad de la energía". Integra el análisis armónico, el muestreo de forma de onda, la caída / subida / interrupción de voltaje, el monitoreo de parpadeo, el monitoreo del desequilibrio de voltaje, el registro de eventos, el control de medición y otras funciones.El dispositivo ha alcanzado la norma de la clase IEC61000-4-30A en la estandarización de los métodos de medición de los parámetros del índice de calidad de la potencia, la precisión de medición del parámetro de índice, la sincronización del reloj, la función de marcado de eventos y otros aspectos,y puede cumplir con los requisitos de monitorización de la calidad de la energía de los sistemas de suministro de energía de 110 kV o menos.

4.2 Dispositivo de protección contra islas

Cuando el dispositivo de protección anti-isla detecta que hay datos anormales como potencia inversa, mutación de frecuencia, etc., es decir, cuando ocurre el fenómeno de la isla,el dispositivo puede cooperar con el interruptor de circuito para cortar rápidamente el nodo, de modo que la estación y el lado de la red eléctrica se separan rápidamente, y se garantiza la seguridad de la vida de toda la central eléctrica y el personal de mantenimiento relacionado.

4.3 Introducción del producto

5 Conclusión

Con el rápido desarrollo de la industria china de generación de energía fotovoltaica, la capacidad instalada y la cantidad de energía fotovoltaica conectada a la red están aumentando.que ha afectado en gran medida a la calidad de la energía de la redPor lo tanto, es necesario estudiar la influencia de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red en la calidad de la energía de la red.Este trabajo analiza el principio básico y las características estructurales de la generación de energía fotovoltaica, expone las causas de las fluctuaciones y parpadeos armónicos, de voltaje, de inyección de corriente continua y del efecto isla en la generación de energía fotovoltaica conectada a la red,y propone medidas factibles para mejorar la calidad de la energía, que tiene cierta importancia de referencia para mejorar aún más la calidad de la energía de la generación de energía fotovoltaica.

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