Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

Контроль реактивной мощности для солнечных электростанций

Главная » Блог » Контроль реактивной мощности для солнечных электростанций

Контроль реактивной мощности для промышленных солнечных электростанций

Контроль реактивной мощности можно считать одним из наименее разработанных проблем в фотоэлектрической промышленности, и при этом он может дать ключ к значительному увеличению прибыли владельцев промышленных солнечных электростанций. В этой статье мы проведём обзор методов регулирования напряжения в системах передачи и распределения электроэнергии, опишем последствия от воздействия избыточной реактивной мощности на распределённые системы электрогенерации и электропередачи, а также обсудим меры по их предотвращению.

Монетизация контроля реактивной мощности

Перетекание реактивных токов в системе электроснабжения — вещь не только вредная, но и затратная с финансовой точки зрения. Паразитные токи в линиях электропередач и оборудовании солнечных электростанций вызывают финансовые потери из-за перехода электрической энергии в тепловую (тем самым снижается выработка тока, что уменьшает доход владельца солнечной электростанции) и увеличивают износ оборудования (а это уменьшает срок безаварийной работы и увеличивает ремонтный бюджет). Кроме того, за генерацию реактивной энергии в общегосударственную энергосистему приходится платить — а это уже прямые финансовые потери. Таким образом, регулирование и компенсация реактивной составляющей — очевидный способ повышения рентабельности электростанции. Методы контроля реактивной мощности

Управление реактивной мощностью является неотъемлемой частью контроля уровня напряжения в электроэнергетической системе. При малой нагрузке система генерирует реактивную мощность , которую следует поглотить. В то же время при больших нагрузках система потребляет большое количество реактивной энергии, которую нужно произвести.

Традиционные синхронные генераторы, широко используемые в отечественных сетях, прекрасно способны поддерживать баланс реактива, однако затраты на данный метод компенсации относительно высоки. Для поддержания параметров энергосистемы компании зачастую используют статические компенсационные установки, в которых, в зависимости от текущей ситуации, к линиям электропередач подключаются либо конденсаторы, либо катушки индуктивности.

Основные недостатки этого метода:

  • низкая скорость реакции (от нескольких секунд до нескольких минут);
  • дискретность элементов, что не обеспечивает полноты компенсационного воздействия;
  • броски напряжения и тока из-за переходных процессов в моменты включения или выключения дискретных модулей. Для решении проблемы проектировщики электросиловых систем устанавливают синхронные компенсаторы, статические ВАР компенсаторы (static var compensators — SVCs) и статические синхронные компенсаторы (static synchronous compensators — STATCOMs) во всех точках сети, где требуется быстрый и плавный контроль реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы — это облегчённые синхронные двигатели, работающие на холостом ходу. В этом режиме работы они генерируют реактивную мощность, в то время как генерация активной мощности равна нулю. SVC и STATCOM, в отличие от синхронных компенсаторов, конструктивно не являются синхронными двигателями, но их относят к категории динамических устройств из-за высокой скорости отклика и переменной мощности на выходе из устройства.

SVC представляют из себя объединение обычных конденсаторов и индуктивностей с высокоскоростными коммутаторами (обычно — полупроводниковыми управляемыми семисторами), что позволяет осуществлять регулирование более плавно, чем статическими батареями. STATCOM — твердотельные силовые электронные устройства, такие как солнечные инверторы, но вне массива солнечной электростанции. Они способны поглощать и генерировать реактивную энергию, изменяя напряжение, величина которого становится больше или меньше напряжения на общей шине. Учитывая, что стоимость инверторов падает в три-четыре раза быстрее, чем стоимость традиционных компенсаторов реактива, их применение для этих задач с каждым годом растёт и в перспективе они полностью вытеснят другие компенсационные установки.

Распределённая генерация электроэнергии

В составе солнечной электростанции работает множество фотогальванических инверторов, подключённых к общей шине. Как было указано выше, каждый из них может как поглощать реактивную составляющую, противодействуя повышению напряжения в точке подключения, так и генерировать её, борясь с провалами напряжения. При достаточно высокой интеграции солнечных электростанций и энергораспределяющих сетей возможно построение систем, которые будут бороться со скачками напряжения, неизбежно возникающими в любой крупной сети. Чувствительность к изменению освещенности (а стало быть, и генерации) на отдельных участках сети также будет минимальной.

Таким образом, возможно создание принципиально нового инструмента (распределённой системы), способной сводить к минимуму тепловые потери от реактивных токов и даже компенсировать реактив от внешних потребителей. Впрочем, для подобных распределённых систем многие рабочие вопросы ещё не решены и их внедрение — дело будущего.

Регулирование на уровне инвертора и на уровне предприятия

При разработке системы регулирования разработчики могут предусмотреть воздействие на уровне каждого отдельного инвертора или на уровне солнечной электростанции целиком. При регулировании на уровне инвертора он программируется на изменение режимов работы в зависимости от уровня генерации и напряжения на клеммах. На уровне электростанции центральный контроллер управляет уровнем реактивной мощности, коэффициентом мощности или напряжением в точке присоединения сети предприятия к внешней электрической сети. Кроме этого, с помощью центрального контроллера можно использовать дополнительное оборудование для регулирования реактивной составляющей тока (например, конденсаторными батареями).

Современные инверторы могут иметь несколько встроенных функций, с помощью которых возможно осуществление следующих стратегий на уровне инверторов:

  • Поддержание постоянного коэффициента мощности. Обычно инверторы работают при коэффициенте мощности равном единице, но их можно настроить таким образом, чтобы поддерживался меньший коэффициент (при условии, что заданная величина должна быть в рабочем диапазоне используемой модели;
  • Поддержание постоянной реактивной мощности — вне зависимости от уровня активной мощности, вырабатываемой самой системой;
  • С обратной связью по напряжению. В этом режиме коэффициенты активной и неактивной энергии изменяются контроллером исходя из текущих измерений датчиков напряжения.
  • Динамический контроль уставки. Инвертер корректирует уставку коэффициента мощности или уровня реактивной мощности в зависимости от сигнала, полученного от диспетчера.

Если же рассматривать промышленную солнечную электростанцию целиком, то она может состоять из десятков или даже сотен фотоэлектрических генераторов. Центральный контроллер позволит координировать работу отдельных инверторов и превратит их в единый виртуальный генератор. При этом команды контроллеру будут передаются через программу SCADA или же другим, более дешёвым способом (например, через удалённый терминал — RTU).

Особенно такой режим управления полезен для передачи энергии между взаимосвязанными солнечными электростанциями, которые должны работать в режиме контроля напряжения — контроллер в зависимости от ситуации будет постоянно менять реактивную мощность инверторов, поддерживая тем самым напряжение на неизменном уровне.

При проектировании системы, регулирующей энергосистему на уровне предприятия (электростанции) нужно понимать, что центральный контролер будет являться критически важным оборудованием. При его поломке или сбоях в программном обеспечении любой контроль за инверторами или системой транспортировки электроэнергии будет потерян, причём сразу в масштабах всего предприятия. А потому необходимо дублировать все системы — сервер и питающие его устройства, аппаратуру по передаче данных, и т.п. И при любой возможности следует проектировать локальные подсистемы управления, которые смогут выполнять хотя бы некоторые функции центрального процессора при его поломке или недоступности.

Кроме инверторов для контроля и регулирования реактивной мощности можно использовать и другие виды оборудования, особенно в случае, если применение инверторов приведёт к уменьшению величины отдаваемой мощности. При этом разработчик системы может остановить свой выбор на коммутируемых конденсаторах и компенсаторах. Такая замена потребует экономического обоснования и расчета соотношения изменения себестоимости электроэнергии и величины капитальных вложений.

Но прежде чем рассматривать подобные варианты проектировщику стоит задуматься о возможной комбинации статических и динамических устройств. Вполне может оказаться, что экономически целесообразно будет грубое регулирование реактива с помощью переключаемых конденсаторных батарей и точная подстройка инверторами. Наличие импульсных переключателей приведёт к увеличению паразитных переходных процессов в момент подключения и отключения конденсаторных батарей, что потребует более мощных и качественных динамических систем контроля. Зато снижение общей себестоимости проекта (статические устройства в общем случае стоят заметно дешевле, чем динамические с аналогичными характеристиками) позволит купить динамические системы более высокого качества.


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^