Die Auswirkungen der netzgebundenen Photovoltaik-Stromerzeugung auf die Stromqualität und -lösungen

Zusammenfassung: Die Stromerzeugung durch Photovoltaik hat als neue und schadstofffreie Stromerzeugungsmethode die Nachfrage nach herkömmlicher elektrischer Energie erheblich verringert.Allerdings enthält das netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungssystem aufgrund seiner inhärenten Zufälligkeit, Volatilität und intermittierenden Eigenschaften eine große Anzahl nichtlinearer leistungselektronischer Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen Stromerzeugungsmethoden. Die Photovoltaik-Stromerzeugung hat einen großen Einfluss auf die Stromqualität des Netzes.In diesem Artikel werden Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und -flackern, Gleichstromeinspeisung, Inseleffekt und andere Probleme analysiert, die durch die netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugung im Stromnetz verursacht werden, und es werden mögliche Maßnahmen zur Verbesserung der Stromqualität untersucht und diskutiert.

0 Einführung

Mit der Beschleunigung des Internationalisierungsprozesses und der rasanten Entwicklung der Weltwirtschaft ist auch der Energieverbrauch gestiegen, und die allmähliche Erschöpfung traditioneller Energie- und Umweltprobleme wird immer gravierender, so dass Solarenergie zu einer sauberen, schadstofffreien erneuerbaren Energie wird den Menschen große Aufmerksamkeit geschenkt.In den letzten Jahren hat die installierte Kapazität der Photovoltaik-Stromerzeugung weiter zugenommen, und auch der netzgebundene Strom hat von Jahr zu Jahr zugenommen. Aufgrund der Eigenschaften ist die installierte Kapazität jedoch im Allgemeinen gering, die Standortaufteilung relativ verstreut und die Da die Ausgangsleistungsschwankungen groß sind, hat dies auch große Auswirkungen auf die Stromqualität des Netzes.Daher ist es von großer Bedeutung, den Einfluss der Photovoltaik-Stromerzeugung auf die Stromqualität zu untersuchen, um die Stromproduktion und den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes zu fördern.

1 Grundprinzip der photovoltaischen Stromerzeugung

Die photovoltaische Stromerzeugung nutzt den auf der Oberfläche des Halbleiters vorhandenen photovoltaischen Effekt, um einen Gleichstrom durch das Licht an beiden Enden des Halbleitermaterials zu senden.Wenn die Sonne auf den Halbleiter-PN-Knoten scheint, wird ein neues Elektron-Loch-Paar gebildet, und nachdem das Photon das Elektron aus der kovalenten Bindung angeregt hat, fließt das Elektron in den N-Bereich und das Loch in den P-Bereich, was zu a führt Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Halbleiters.Sobald der Stromkreis an beiden Enden des PN-Übergangs verbunden ist, bildet sich ein Strom, der durch den externen Stromkreis von der P-Zone zur N-Zone fließt, und die elektrische Leistung wird an die Last ausgegeben.

2 Struktur und Klassifizierung der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung

Das netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungssystem besteht hauptsächlich aus einem Solarpanel (Modul), einem MPPT-Controller (High Power Tracking) und mehreren Teilen eines DC-AC-Wechselrichters, wobei ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IG-BT) als Schaltelement des Photovoltaik-Wechselrichters verwendet wird.Der Gleichstromausgang der Solarzelle wird durch den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler erhöht, um den Spannungspegel zu erhöhen. Anschließend wird der Gleichstrom über den Gleichstrom-Wechselstrom in Wechselstrom mit der gleichen Amplitude, Frequenz und Phase der Spannung des Stromnetzes umgewandelt Wechselrichter, um die Integration in das Stromnetz zu realisieren oder die AC-Last mit Strom zu versorgen.Der Aufbau der Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Struktur eines netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugungssystems

Entsprechend der netzgekoppelten Betriebsart kann das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem in drei Formen unterteilt werden: netzgekoppelt mit Gegenstrom, netzgekoppelt ohne Gegenstrom und netzgekoppelt mit Schaltnetz.Das netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungssystem ist direkt an das Stromnetz angeschlossen, benötigt keine Energiespeicherbatterien, spart Platzfläche, reduziert die Konfigurationskosten erheblich und das Laststromdefizit wird durch das Stromnetz ausgeglichen.Daher ist das netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungssystem die Hauptentwicklungsrichtung der Solarstromerzeugung und in dieser Phase auch eine potenzielle neue Methode zur Energieerzeugung.

• Der Einfluss der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung auf die Stromqualität des Netzes

Photovoltaik-Stromerzeugung als neue Energieerzeugung, Beleuchtung, Temperatur und andere äußere Bedingungen wie Zufälligkeit, Volatilität und intermittierende Änderungen sind die Hauptfaktoren für die Auswirkungen der Photovoltaik-Stromerzeugung auf das Netz.Unter diesen ist der DC-AC-Wechselrichter eines der Hauptgeräte eines netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugungssystems, und die Qualität des Photovoltaik-Wechselrichters bestimmt, ob die Stromqualität der Photovoltaik-Stromerzeugung die Anforderungen einer netzgekoppelten Stromerzeugung bis zu einem gewissen Grad erfüllen kann.Wenn die Photovoltaik-Stromerzeugung an das Netz angeschlossen wird, treten Probleme wie Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und -flackern, Gleichstromeinspeisung und Inseleffekt auf, die die Stromqualität des Netzes verringern und negative Auswirkungen auf das Netz haben.In schwerwiegenden Fällen wird der sichere und stabile Betrieb des Stromversorgungssystems und der Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen selbst gestört.

3.1 Harmonischer Einfluss

Bei der Photovoltaik-Stromerzeugung wird Sonnenenergie durch Photovoltaikmodule in Gleichstrom umgewandelt und dann durch den netzgekoppelten Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, um eine Netzanbindung zu erreichen.In der Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage ist der Wechselrichter das Hauptgerät zur Erzeugung von Oberschwingungen.Die große Anzahl von Anwendungen leistungselektronischer Komponenten in netzgekoppelten Wechselrichtern hat die Informations- und intelligente Verarbeitung des Systems verbessert, aber auch eine große Anzahl nichtlinearer Lasten erhöht, was zu Wellenformverzerrungen führt und eine große Anzahl von Oberwellen in das System einbringt.Die Verzögerung der Schaltgeschwindigkeit des Wechselrichters wirkt sich auch auf die Ausgabe der gesamten dynamischen Leistung innerhalb des Stromnetzes aus, was zu einem kleinen Bereich an Oberschwingungen führt.Ändert sich das Wetter (Einstrahlung, Temperatur) stark, wird auch die Schwankungsbreite der Oberschwingungen größer.Obwohl die Oberschwingungen des Ausgangsstroms eines einzelnen netzgekoppelten Wechselrichters gering sind, überlagern sich die Oberschwingungen des Ausgangsstroms mehrerer netzgekoppelter Wechselrichter nach der Parallelschaltung, was zu dem Phänomen führt, dass die Oberschwingungen des Ausgangsstroms den Standard überschreiten.Darüber hinaus kann es bei der Parallelschaltung von Wechselrichtern leicht zu Parallelresonanzen kommen, was zum Kopplungsresonanzphänomen führt, was zu einer Ausdehnung des spezifischen Oberschwingungsstroms und dem Problem eines übermäßigen Oberschwingungsgehalts des netzgekoppelten Stroms führt.

Mit Blick auf das Problem der Stromqualität nach dem Zugang zur Photovoltaik werden wirksame Methoden zur Unterdrückung von Oberschwingungen vorgeschlagen:

• Ausgehend von der Quelle der Oberschwingungserzeugung wird die Oberschwingungsquelle umgeformt, um die Oberschwingungsinjektion zu reduzieren.
• Aktive oder passive Gerätefilter zur Absorption einer bestimmten Anzahl harmonischer Ströme.
• Installieren Sie zusätzliche Geräte zur Oberwellenkompensation.

3.2 Spannungsschwankungen und Flackern

Im herkömmlichen Verteilungsnetz führt die zeitliche Änderung der Wirk- und Blindleistung zu Schwankungen der Systemspannung.Bei der Photovoltaik-Stromerzeugung ist die Änderung der Wirkleistung des Photovoltaik-Stromerzeugungssystems der Hauptfaktor, der Spannungsschwankungen und Flackern am Zugangspunkt verursacht.Der Hochleistungspunkt von Photovoltaikmodulen, den Kernkomponenten des Photovoltaik-Stromerzeugungssystems, hängt eng mit der Strahlungsintensität, dem Wetter, der Jahreszeit, der Temperatur und anderen Faktoren zusammen, und die zufälligen Änderungen dieser natürlichen Faktoren führen dazu, dass sich die Ausgangsleistung stark ändert zu häufigen Änderungen der Lastleistung innerhalb eines bestimmten Bereichs, was zu Spannungsschwankungen und Flackern auf der Lastseite des an das Netz angeschlossenen Verbrauchers führt.

Derzeit gibt es folgende Lösungen für die Probleme mit Spannungsschwankungen und Flimmern in der Photovoltaik:

• Optimieren Sie die Steuerungsstrategie von netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichtern, um die Spannungsstabilität zu verbessern.

2) Erhöhen Sie die Kurzschlusskapazität des Umspannwerksbusses.

3) Wenn die Kapazität des Photovoltaikkraftwerks bestimmt wird, wird dessen Leistungsfaktor erhöht, um die Gesamtwirkleistung zu erhöhen, wodurch das Ausmaß der Blindleistungsänderung verringert und die Grenzanforderungen von Spannungsschwankungen erfüllt werden.

3.3 Problem mit der Gleichstromeinspeisung

Ein weiteres zentrales Problem, das bei netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen gelöst werden muss, ist die Gleichstromeinspeisung.Die Gleichstromeinspeisung beeinträchtigt die Stromqualität des Netzes und hat auch negative Auswirkungen auf andere Geräte im Netz.IEEEStd929-2000 und IEEEStd547-2000 legen eindeutig fest, dass der vom netzgekoppelten Stromerzeugungsgerät in das Netz eingespeiste Gleichstromanteil 0,5 % des Nennstroms des Geräts nicht überschreiten darf.Die Hauptgründe für die Gleichstromeinspeisung sind:

Die Streuung des leistungselektronischen Geräts selbst und die Inkonsistenz und Asymmetrie der Antriebsschaltung;2) Nullpunktdrift und Nichtlinearität von Messgeräten in Hochleistungsreglern;3) Asymmetrie der Leitungsimpedanz jedes Schaltgeräts, Einfluss parasitärer Parameter und parasitärer elektromagnetischer Felder usw.

Derzeit umfassen die wichtigsten Methoden zur Unterdrückung der Gleichstromeinspeisung: 1) Erkennungskompensationsmethode;2) Optimierung und Gestaltung der netzgekoppelten Struktur des Wechselrichters;3) Gerade Trennung des Kondensators;4) Virtuelle Kapazitätsmethode;5) Gerätetrenntransformator.

3.4 Der Effekt des Inseleffekts

Der Inseleffekt bezieht sich auf das Phänomen, dass die Netzstromversorgung aufgrund menschlicher oder natürlicher Faktoren unterbrochen wird, jedes netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungssystem jedoch den Stromnetzausfallzustand nicht rechtzeitig erkennt, sodass das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem und Die angeschlossene Last arbeitet weiterhin unabhängig.Mit der kontinuierlichen Ausweitung der Zugangsrate der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Inseleffekts allmählich zu.Die Entstehung des Inseleffekts hat negative Auswirkungen auf die Stromqualität des gesamten Verteilungsnetzes, insbesondere:

• An dem Ort, an dem der Inseleffekt auftritt, schwanken Spannung und Frequenz stark, was die Stromqualität verringert, und Spannung und Frequenz auf der Insel werden nicht vom Stromnetz kontrolliert, was zu Schäden an der elektrischen Ausrüstung des Systems und Wiedereinschaltfehlern führen kann Dies kann auch zu Gefahren für die persönliche Sicherheit des Wartungspersonals des Stromnetzes führen.
• Bei der Wiederherstellung der Stromversorgung wird aufgrund der Asynchronität zwischen den Spannungsphasen ein Einschaltstrom erzeugt, der zu einem sofortigen Abfall der Netzwellenform führen kann.
• Nach dem Inseleffekt des Photovoltaik-Stromerzeugungssystems kann es, wenn der ursprüngliche Stromversorgungsmodus ein einphasiger Stromversorgungsmodus ist, zu dem Problem der dreiphasigen Lastasymmetrie im Verteilungsnetz kommen und dann die Gesamtqualität des Stroms verringern Verbrauch anderer Benutzer.
• Wenn das Verteilungsnetz auf den Inselmodus umschaltet und sich zur Stromversorgung nur auf das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem verlässt und die Kapazität des Stromversorgungssystems zu gering ist oder kein Energiespeichergerät installiert ist, kann es beim Benutzer zu Spannungsinstabilität und Flimmerproblemen kommen Belastung.

Für die Auswirkungen des Inseleffekts gibt es hauptsächlich folgende Lösungsansätze:

• Optimieren Sie die Inselerkennungsmethode von netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen, analysieren Sie den Einfluss der Photovoltaik-Stromerzeugung auf die Größe, Richtung und Verteilung des Fehlerstroms im Verteilungsnetz und verbessern Sie die Auswahltechnologie für Lastschnittgeschwindigkeit und Inselteilung unter Fehlerbedingungen .
• Verbessern Sie die Zuverlässigkeit der Inselerkennungstechnologie, konfigurieren Sie eine schnelle und effektive Inselschutzfunktion, beurteilen Sie den Inselstatus unter ungewöhnlichen Umständen genau und unterbrechen Sie die Netzverbindung schnell und effektiv.

4 Lösung

4.1 Online-Überwachung der Netzqualität

Das Online-Überwachungsgerät für die Stromqualität APView500 nutzt eine leistungsstarke Multi-Core-Plattform und ein eingebettetes Betriebssystem und misst die Stromqualitätsindikatoren gemäß den in IEC61000-4-30 „Test- und Messtechnik – Methoden zur Messung der Stromqualität“ festgelegten Messmethoden. .Es integriert Oberwellenanalyse, Wellenformabtastung, Spannungsabfall/-anstieg/-unterbrechung, Flickerüberwachung, Spannungsunsymmetrieüberwachung, Ereignisaufzeichnung, Messsteuerung und andere Funktionen.Das Gerät hat den IEC61000-4-30A-Klassenstandard bei der Standardisierung von Messmethoden für Netzqualitätsindexparameter, der Messgenauigkeit von Indexparametern, der Taktsynchronisation, der Ereignismarkierungsfunktion und anderen Aspekten erreicht und kann die Anforderungen der Netzqualitätsüberwachung erfüllen von Stromversorgungssystemen mit 110 kV und darunter.

4.2 Inselschutzvorrichtung

Wenn das Anti-Insel-Schutzgerät erkennt, dass abnormale Daten wie Rückwärtsleistung, Frequenzmutation usw. vorliegen, d. h. wenn das Inselphänomen auftritt, kann das Gerät mit dem Leistungsschalter zusammenarbeiten, um den Knoten schnell abzuschalten Die Station und die Stromnetzseite werden schnell getrennt und gewährleisten die Lebenssicherheit des gesamten Kraftwerks und des zugehörigen Wartungspersonals.

4.3 Produkteinführung

5. Schlussfolgerung

Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Photovoltaik-Stromerzeugungsindustrie nehmen die installierte Kapazität und die Menge der netzgekoppelten Photovoltaik zu, was sich stark auf die Stromqualität des Netzes ausgewirkt hat.Daher ist es notwendig, den Einfluss der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung auf die Stromqualität des Netzes zu untersuchen.Dieser Artikel analysiert das Grundprinzip und die strukturellen Eigenschaften der Photovoltaik-Stromerzeugung, erläutert die Ursachen von Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und Flicker, Gleichstromeinspeisung und Inseleffekt bei der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung und schlägt praktikable Maßnahmen zur Verbesserung der Stromqualität vor eine gewisse Referenzbedeutung für die weitere Verbesserung der Stromqualität der Photovoltaik-Stromerzeugung.

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