La generación de energía fotovoltaica, como método de generación de energía nuevo y libre de contaminación en la actualidad, ha aliviado en gran medida la demanda de energía eléctrica tradicional. Sin embargo, para el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red, debido a su aleatoriedad, volatilidad y características intermitentes inherentes, y el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red contiene una gran cantidad de componentes electrónicos de potencia no lineales, en comparación con los métodos tradicionales de generación de energía, La generación de energía fotovoltaica tiene un gran impacto en la calidad de la energía de la red.
1. Principios básicos de la generación de energía fotovoltaica
La generación de energía fotovoltaica utiliza el efecto fotovoltaico existente en la superficie de un semiconductor para emitir corriente continua a través de luz en ambos extremos del material semiconductor. Cuando la luz del sol incide sobre el nodo PN del semiconductor, se forman nuevos pares electrón-hueco. Después de que los fotones excitan los electrones del enlace covalente, los electrones fluyen hacia la región N y los huecos fluyen hacia la región P, generando así una diferencia de potencial a través del semiconductor. Una vez que el circuito en ambos extremos de la unión PN esté conectado, se formará una corriente que fluirá desde el área P al área N a través del circuito externo y emitirá energía eléctrica 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 consta principalmente de paneles solares (componentes), un controlador de seguimiento de alta potencia (MPPT) y un inversor CC-CA. Los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) se utilizan como elementos de conmutación del inversor fotovoltaico. . La potencia de CC producida por la celda solar aumenta el nivel de voltaje a través del convertidor CC-CC y luego convierte la energía CC en energía CA con la misma amplitud, frecuencia y fase que el voltaje de la red a través del inversor CC-CA, de modo que para ser integrado en la red o alimentado al aire acondicionado. La fuente de alimentación de carga y la estructura del sistema de generación de energía fotovoltaica se muestran en la siguiente imagen.
Según el modo de funcionamiento conectado a la red, los sistemas de generación de energía fotovoltaica se pueden dividir en tres formas: conectados a la red con contracorriente, conectados a la red sin contracorriente y conectados a la red conmutada. El sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red está directamente conectado a la red y no requiere baterías de almacenamiento de energía, lo que ahorra espacio y reduce en gran medida los costos de configuración. El déficit de potencia de carga se compensa con la red. Por lo tanto, los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red son la principal dirección de desarrollo de la generación de energía solar y también son los nuevos métodos de generación de energía más prometedores en esta etapa.
3. El impacto de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red en la calidad de la energía de la red
La generación de energía fotovoltaica es un tipo de generación de energía energética emergente. Los cambios aleatorios, volátiles e intermitentes en las condiciones externas, como la luz y la temperatura, son los principales factores que afectan la red eléctrica. Entre ellos, el inversor CC-CA es uno de los componentes principales del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red. La calidad del inversor fotovoltaico determina en cierta medida si la calidad de la energía de la generación de energía fotovoltaica puede cumplir con los requisitos de conexión a la red. Cuando la generación de energía fotovoltaica se conecta a la red, se producirán problemas como armónicos, fluctuaciones y parpadeos de voltaje, inyección de CC y efectos de isla, que degradarán la calidad de la energía de la red eléctrica y afectarán negativamente a la red eléctrica. En casos severos, interrumpirá el sistema de suministro de energía y el equipo de generación de energía fotovoltaica. propio funcionamiento seguro y estable.
3.1 Influencia armónica
La generación de energía fotovoltaica convierte la energía solar en corriente continua a través de módulos fotovoltaicos y luego convierte la corriente continua en corriente alterna a través de un inversor conectado a la red para lograr la conexión a la red. En los sistemas de generación de energía fotovoltaica, los inversores son el principal equipo generador de armónicos. La aplicación extensiva de componentes electrónicos de potencia dentro del inversor conectado a la red ha mejorado la informatización y el procesamiento inteligente del sistema, pero también ha agregado una gran cantidad de cargas no lineales, causando distorsión de la forma de onda y aportando una gran cantidad de armónicos al sistema. El retraso en la velocidad de conmutación del inversor también afectará la salida del rendimiento dinámico general dentro del sistema de red eléctrica y producirá una pequeña gama de armónicos. Si el clima (irradiancia, temperatura) cambia mucho, el rango de fluctuación de los armónicos también será mayor. Aunque los armónicos de la corriente de salida de un único inversor conectado a la red son pequeños, cuando se conectan varios inversores conectados a la red en paralelo, los armónicos de la corriente de salida se superpondrán, lo que hará que los armónicos de la corriente de salida excedan el estándar. Además, los inversores conectados en paralelo son propensos a producir resonancia paralela, lo que a su vez conduce a fenómenos de resonancia acoplada, provocando la expansión de corrientes armónicas específicas conectadas a la red y provocando el problema de un contenido excesivo de armónicos de corriente conectada a la red.
Ante los problemas de calidad de la energía tras el acceso fotovoltaico, se proponen métodos eficaces para suprimir los armónicos:
1) Partiendo de la fuente de generación de armónicos, transformando la fuente de armónicos para reducir la inyección de armónicos.
2) Instalar filtros activos o pasivos para absorber corrientes armónicas de determinados órdenes específicos.
3) Instalar dispositivos adicionales de compensación de armónicos .
3.2 Fluctuación de voltaje y parpadeo
En las redes de distribución tradicionales, los cambios en la potencia activa y reactiva a lo largo del tiempo provocarán fluctuaciones en el voltaje del sistema. Para la generación de energía fotovoltaica, los cambios en la potencia activa del sistema de generación de energía fotovoltaica son los principales factores que causan fluctuaciones de voltaje y parpadeos en el punto de acceso. El punto de alta potencia del panel fotovoltaico, el componente central del sistema de generación de energía fotovoltaica, está estrechamente relacionado con factores como la intensidad de la irradiación, el clima, la estación, la temperatura, etc. Los cambios aleatorios en estos factores naturales provocan grandes cambios en la potencia de salida. causando que la potencia de carga cambie con frecuencia dentro de un cierto rango. Esto provoca fluctuaciones de tensión y parpadeos en los terminales de carga de los usuarios conectados a la red.
Las soluciones actuales a los problemas de fluctuación de tensión y parpadeo fotovoltaico incluyen principalmente:
1) Optimizar la estrategia de control de inversores fotovoltaicos conectados a la red para mejorar la estabilidad del voltaje;
2) Incrementar la capacidad de cortocircuito del bus de la subestación;
3) Cuando se determina la capacidad de la central fotovoltaica en determinadas circunstancias, se mejora su factor de potencia para aumentar la cantidad total de potencia activa, reduciendo así el cambio en la potencia reactiva y cumpliendo los requisitos límite para las fluctuaciones de voltaje.
3.3 Problema de inyección de CC
Otro tema clave que debe resolverse urgentemente en los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red: la inyección de CC. La inyección de CC afecta la calidad de la energía de la red eléctrica y también trae efectos adversos a otros equipos de la red eléctrica. IEEEStd929-2000 e IEEEStd547-2000 estipulan claramente que el componente de corriente CC inyectado a la red por un dispositivo de generación de energía conectado a la red no puede exceder el 0,5% de la corriente nominal del dispositivo. Las principales razones para la inyección de CC son:
1) La dispersión de los dispositivos electrónicos de potencia y la inconsistencia y asimetría del circuito de accionamiento;
2) La deriva del punto cero y la no linealidad de los dispositivos de medición internos del controlador de alta potencia;
3) La inconsistencia de la impedancia de línea de cada dispositivo de conmutación. Simetría, la influencia de parámetros parásitos y campos electromagnéticos parásitos, etc.
En la actualidad, los principales métodos para suprimir la inyección de CC incluyen:
1) método de detección y compensación;
2) diseño optimizado de la estructura conectada a la red del inversor;
3) aislamiento de CC del condensador;
4) método del condensador virtual;
5) instalación de transformador de aislamiento, etc.
3.4 Impacto del efecto isla
El efecto isla se refiere al fenómeno en el que el suministro de energía de la red se interrumpe debido a factores humanos o factores naturales, pero cada sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red no detecta a tiempo el estado de corte de energía de la red, por lo que la energía fotovoltaica El sistema de generación y la carga conectada a él siguen funcionando de forma independiente. A medida que la tasa de penetración de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red continúa expandiéndose, la probabilidad de efecto isla también aumenta gradualmente. La formación del efecto isla tiene efectos adversos en la calidad de la energía de toda la red de distribución, incluyendo principalmente:
1) Cuando se produce el efecto de 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 se ven afectados por la red eléctrica. El control puede causar daños al equipo eléctrico del sistema y fallas de reconexión, y también puede causar riesgos de seguridad personal para el personal de mantenimiento de la red eléctrica.
2) Durante el proceso de restauración del suministro de energía, se generará sobrecorriente debido a fases de voltaje asíncronas, lo que puede causar que la forma de onda de la red eléctrica caiga instantáneamente.
3) Después de que se produce el efecto de isla en el sistema de generación de energía fotovoltaica, si el modo de suministro de energía original es un modo de suministro de energía monofásico, puede causar un problema de asimetría de carga trifásica en la red de distribución, reduciendo así la calidad general de consumo de energía para otros usuarios.
4) Cuando la red de distribución cambia al modo isla y depende únicamente del sistema de generación de energía fotovoltaica para suministrar energía eléctrica, si la capacidad del sistema de suministro de energía es demasiado pequeña o no hay ningún dispositivo de almacenamiento de energía instalado, puede causar inestabilidad de voltaje. y problemas de parpadeo en las cargas de usuarios.
Para el impacto del efecto isla, existen principalmente las siguientes soluciones:
1) Optimizar el método de detección de islas de los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red, analizar el impacto de la generación de energía fotovoltaica en la magnitud, dirección y distribución de la corriente de falla en la red de distribución y mejorar la velocidad de deslastre de carga y la tecnología de selección de islas bajo falla. condiciones.
2) Mejorar la confiabilidad de la tecnología de detección de islas, configurar funciones de protección anti-islas rápidas y efectivas, determinar con precisión el estado de islas en circunstancias anormales e interrumpir rápida y efectivamente la conexión a la red.
