ネットワークに接続された太陽光発電の電力品質とソリューションへの影響

要約：太陽光発電は、無公害の新しい発電方法として、従来の電気エネルギーの需要を大幅に軽減しました。しかし、系統連系型太陽光発電システムは、その固有のランダム性、変動性、断続的な特性により、従来の発電方式に比べて非線形パワーエレクトロニクス部品を多く含むため、太陽光発電は系統の電力品質に大きな影響を与えます。本稿では、系統連系太陽光発電が電力網に引き起こす高調波、電圧変動やフリッカ、DCインジェクション、単独運転効果などの問題を分析し、電力品質を改善するための実現可能な対策を検討・議論する。

0 はじめに

国際化のプロセスの加速、世界経済の急速な発展に伴い、エネルギー消費も増加し、伝統的なエネルギーの漸進的な枯渇と環境問題はますます深刻になっており、クリーンで無公害の再生可能エネルギーとしての太陽エネルギーが注目されています。人々から細心の注意を払われました。近年、太陽光発電の設備容量は拡大を続けており、系統電力も年々増加していますが、一般的に設備容量が小さいという特性上、敷地配置が比較的分散しており、出力電力の変動が大きく、系統の電力品質にも大きな影響を与えています。したがって、太陽光発電が電力品質に及ぼす影響を研究することは、発電と送電網の安全で安定した運用を促進する上で非常に重要です。

1 太陽光発電の基本原理

太陽光発電は、半導体の表面に存在する光起電力効果を利用して、半導体材料の両端​​に光を通して直流電流を送ります。半導体 PN ノードに太陽光が当たると、新しい電子 - 正孔ペアが形成され、光子が共有結合から電子を励起した後、電子は N 領域に流れ、正孔は P 領域に流れます。半導体の両端間の電位差。PN接合の両端の回路が接続されると、外部回路を通ってPゾーンからNゾーンに流れる電流が形成され、負荷に電力が出力されます。

2 系統連系型太陽光発電の仕組みと分類

系統接続太陽光発電システムは、主に太陽電池パネル（モジュール）、高出力追従（MPPT）コントローラ、DC-ACインバータのいくつかの部分で構成され、太陽光発電インバータのスイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（IG-BT）を使用します。太陽電池の DC 出力は DC-DC コンバータによって電圧レベルを上げ、その後 DC-AC を通じて電力網の電圧と同じ振幅、周波数、位相の交流に変換されます。インバータを使用して、電力網への統合を実現したり、AC 負荷に電力を供給したりできます。太陽光発電システムの構成を図1に示します。

図1 系統連系型太陽光発電システムの構成

太陽光発電システムは、系統連系運転モードに応じて、向流系統接続、無向流系統接続、開閉系統接続の3つの形態に分けられます。系統接続型太陽光発電システムは電力網に直接接続されており、エネルギー貯蔵電池を必要とせず、床面積を節約し、構成コストを大幅に削減し、負荷電力不足は電力網によって補われます。したがって、系統連系型太陽光発電システムは太陽光発電の主な発展方向であり、現段階では新たなエネルギー発電方式として有望視されている。

• 系統連系太陽光発電が系統の電力品質に与える影響

新しいエネルギー生成としての太陽光発電、照明、温度、およびランダム性、不安定性、断続的な変化などの外部条件は、太陽光発電がグリッドに影響を与える主な要因です。中でも、DC-ACインバータは系統連系型太陽光発電システムの主要機器の一つであり、太陽光発電の電力品質が系統連系の要件をある程度満たせるかどうかは、太陽光インバータの品質によって決まります。太陽光発電を系統に接続すると、高調波、電圧変動やフリッカ、DCインジェクション、アイランド効果などの問題が発生し、系統の電力品質の低下や系統への悪影響が生じます。深刻な場合には、電力供給システムや太陽光発電設備自体の安全かつ安定した運用に支障をきたします。

3.1高調波の影響

太陽光発電は、太陽光発電モジュールによって太陽エネルギーを直流に変換し、系統に接続されたインバータによって直流を交流に変換して系統連系を実現します。太陽光発電システムにおいて、高調波を発生させる主な機器はインバータです。系統接続されたインバータにパワー エレクトロニクス コンポーネントが多数適用されることで、システムの情報処理とインテリジェント処理が向上しましたが、同時に多数の非線形負荷が増加し、波形歪みが発生し、システムに多数の高調波がもたらされます。インバータのスイッチング速度の遅延は、電力システム内の全体的な動的性能の出力にも影響し、その結果、狭い範囲の高調波が発生します。天候（日射量、気温）が大きく変化すると、高調波の変動幅も大きくなります。系統連系インバータ単体では出力電流高調波は小さいですが、複数台の系統連系インバータを並列接続すると出力電流高調波が重畳され、出力電流高調波が規格を超える現象が発生します。また、インバータを並列接続すると並列共振が発生しやすく、結合共振現象が発生し、特定高調波電流が拡大し、系統連系電流の高調波成分が過剰になるという問題が発生します。

太陽光発電アクセス後の電力品質問題を目的として、高調波を抑制する効果的な方法が提案されています。

• 高調波発生源から始めて、高調波発生源を再形成して高調波注入を低減します。
• 特定の数の高調波電流を吸収するデバイスのアクティブまたはパッシブ フィルター。
• 追加の高調波補償装置を設置します。

3.2 電圧変動とちらつき

従来の配電ネットワークでは、有効電力と無効電力の経時変化によりシステム電圧が変動します。太陽光発電の場合、太陽光発電システムの有効電力の変化がアクセスポイントの電圧変動やちらつきを引き起こす主な要因となります。太陽光発電システムの核となる太陽光発電パネルの高出力点は、日射量、天候、季節、温度などの要因と密接に関係しており、これらの自然要因のランダムな変化により出力電力が大きく変化し、負荷電力が特定の範囲内で頻繁に変化すると、グリッドに接続されたユーザーの負荷側で電圧変動やちらつきが発生します。

現時点での太陽光発電の電圧変動とフリッカー問題の解決策は以下の通りです。

• 太陽光発電グリッドに接続されたインバーターの制御戦略を最適化し、電圧の安定性を向上させます。

2) 変電所母線の短絡容量を増やす。

3) 太陽光発電所の容量が決まると、力率を高めて総有効電力を増加させることで、無効電力の変化量を低減し、電圧変動の制限要件を満たします。

3.3 直流注入の問題

系統連系型太陽光発電システムにおいて解決すべきもう一つの重要な問題は、直流注入である。直流注入は送電網の電力品質に影響を与え、送電網内の他の機器にも悪影響を及ぼします。IEEEStd929-2000 および IEEEStd547-2000 では、系統接続発電装置によって系統に注入される DC 電流成分が装置の定格電流の 0.5% を超えてはならないと明確に規定しています。DC 注入の主な理由は次のとおりです。

パワエレ機器自体のばらつきや駆動回路の不整合・非対称。2) 高出力コントローラーの測定デバイスのゼロドリフトと非直線性。3) 各スイッチングデバイスのラインインピーダンスの非対称性、寄生パラメータや寄生電磁界の影響など。

現在、DC インジェクションを抑制する主な方法は次のとおりです。 1) 検出補償法。2) インバータの系統連系構造を最適化して設計する。3) コンデンサの直線分離。4) 仮想容量方式。5) デバイス絶縁トランス。

3.4 島効果の影響

単独効果とは、人的要因や自然要因により系統電力の供給が遮断されるが、系統に接続された各太陽光発電システムが系統停電状態の検出が間に合わず、太陽光発電システムや太陽光発電システムが停止してしまう現象を指します。接続された負荷は依然として独立して動作します。系統連系型太陽光発電のアクセス普及率の継続的な拡大に伴い、島嶼効果が発生する可能性は徐々に高まっています。アイランド効果の形成は、主に次のような配電ネットワーク全体の電力品質に悪影響を及ぼします。

• アイランド効果が発生する場所では、電圧と周波数が大きく変動して電力品質が低下し、アイランド内の電圧と周波数は電力網によって制御されず、系統電気機器の損傷や故障の再閉路が発生する可能性があります。 、また、送電網の保守担当者に個人の安全上の危険を引き起こす可能性があります。
• 電源復旧の過程において、電圧位相間の非同期により突入電流が発生し、グリッド波形が瞬間的に低下する可能性があります。
• 太陽光発電システムの島嶼効果後、本来の電力供給モードが単相電力供給モードである場合、配電網において三相負荷の非対称性の問題が発生し、全体の電力品質が低下する可能性があります。他のユーザーの消費。
• 配電網がアイランドモードに切り替わり、太陽光発電システムのみに電力供給を依存する場合、電力供給システムの容量が小さすぎたり、蓄電装置が設置されていない場合、ユーザーの電圧が不安定になり、ちらつきの問題が発生する可能性があります。負荷。

島効果の影響については、主に次のような解決策があります。

• 系統連系太陽光発電システムの島検出手法を最適化し、太陽光発電が配電網の事故電流の大きさ、方向、分布に及ぼす影響を解析し、事故時の負荷遮断速度と島分割の選択技術を向上する。 。
• 島検出技術の信頼性を向上させ、迅速かつ効果的な対島保護機能を構成し、異常な状況下で島の状態を正確に判断し、迅速かつ効果的に系統接続を遮断します。

4 解決策

4.1電力品質のオンライン監視

APView500電力品質オンライン監視デバイスは、高性能マルチコアプラットフォームと組み込みオペレーティングシステムを採用し、IEC61000-4-30「試験および測定技術 - 電力品質測定方法」に指定された測定方法に従って電力品質指標を測定します。 。高調波解析、波形サンプリング、電圧低下/上昇/遮断、フリッカー監視、電圧不平衡監視、イベント記録、測定制御などの機能を統合しています。このデバイスは、電力品質指標パラメータの測定方法、指標パラメータの測定精度、クロック同期、イベントマーキング機能などの標準化においてIEC61000-4-30Aクラスの規格に達しており、電力品質監視の要件を満たすことができます。 110kV以下の電源システムに適用されます。

4.2 単独運転防止装置

単独運転防止装置は、逆電力、周波数突然変異などの異常データを検出したとき、つまり単独現象が発生したとき、回路ブレーカーと連携してノードを迅速に遮断します。発電所と送電網側を迅速に分離し、発電所全体と関連保守要員の生命の安全を確保します。

4.3 製品の紹介

5。結論

中国の太陽光発電産業の急速な発展に伴い、系統接続太陽光発電の設置容量と量は増加しており、系統の電力品質に大きな影響を与えています。したがって、系統連系太陽光発電が系統の電力品質に与える影響を検討する必要がある。本稿では、太陽光発電の基本原理と構造的特徴を分析し、系統連系型太陽光発電における高調波、電圧変動、フリッカ、DC注入、アイランド効果の原因を解明し、電力品質を改善するための実現可能な対策を提案する。太陽光発電の電力品質をさらに向上させるための一定の参考意義。

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