ارزیابی تاثیر سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic) بر کیفیت توان برق در شبکه توزیع

خلاصه. این مقاله ویژگی یک سیستم فتوولتائیک Photovoltaic (PV) با عملکرد یو پی اس، مجهز به باتری ذخیره انرژی AQUION ENERGY 25 کیلووات ساعت و سیستمی برای نظارت و مدیریت جریان انرژی را ارائه می دهد. نتایج و تجزیه و تحلیل آنها برای اندازه‌گیری‌های کیفیت انرژی انجام شده در نقطه اتصال سیستم PV به شبکه برق، ارائه شده است که در طول یک هفته جمع‌آوری شده است.

کلمات کلیدی: سیستم های فتوولتائیک; کیفیت قدرت؛ ذخیره انرژی
Słowa kluczowe: systemy fotowoltaiczne, jakość energii elektrycznej, magazynowanie energii

معرفی

قیمت برق دائماً افزایش می یابد و در عین حال فناوری ساخت پانل های فتوولتائیک کارآمد به طور فزاینده ای در حال پیشرفت است. سیستم های PV زیادی در بازار موجود است که بسیاری از آنها می توانند توسط مصرف کنندگان انرژی نیز استفاده شوند که قصد دارند انرژی اضافی را به شبکه توزیع عرضه کنند که اکنون رایگان است و نیازی به مجوز خاصی ندارد. باید انجام شود برای ثبت ارتباط با شرکت توزیع. علاوه بر این، می توان از برنامه های ویژه برای تأمین مالی سرمایه گذاری در منابع انرژی تجدیدپذیر، بودجه دریافت کرد. همه اینها تقاضای زیاد برای سیستم های PV مجهز به اینورتر، سیستم های کنترل و حفاظت را توضیح می دهد. تا پایان ماه مه ۲۰۱۸، تخمین زده می شود که توان تمام سیستم های PV در لهستان حدود ۳۰۰ مگاوات باشد، اما می تواند تا پایان سال ۲۰۲۰ به ۱٫۲ گیگاوات برسد [۱].

سیستم های PV با استفاده از انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) هستند که ماده ۲ بند ۲۲ قانون [۱۱] در مورد آن اعمال می شود. قانون [۱۱] دسته‌های RES زیر را برمی‌شمارد: نیروگاه‌های ریز تولید با توان کل تا ۴۰ کیلو وات، متصل به شبکه برق با ولتاژ کمتر از ۱۱۰ کیلو ولت یا با توان حرارتی ترکیبی تا ۱۲۰ کیلو وات. نیروگاه های تولید کوچک با توان ۴۰ کیلووات تا ۲۰۰ کیلو وات، متصل به شبکه برق با ولتاژ کمتر از ۱۱۰ کیلو ولت یا توان حرارتی ترکیبی ۱۲۰ کیلووات تا ۶۰۰ کیلو وات. طبق بند ۱ ماده ۷ الف قانون انرژی [۱۰] نیروگاه‌های تولید و کلیه دستگاه‌های مرتبط برای اتصال به شبکه باید استانداردهای فناوری و بهره‌برداری را رعایت کنند. استانداردها ایمنی سیستم قدرت را تضمین می کند که باید در برابر آسیب احتمالی ناشی از عملکرد نادرست یک نیروگاه تولید محافظت شود.

افزایش سریع تعداد نیروگاه های ریز تولید می تواند مشکلات قابل توجهی در شبکه های توزیع از جمله بدتر شدن کیفیت انرژی ایجاد کند. برای جلوگیری از این امر، شرکت های توزیع خاص دستورالعمل های دقیقی را صادر می کنند، به عنوان مثال [۲] [۳]، مطابق با استانداردها و مقررات عمومی [۴، ۵، ۹] شرایطی را که باید توسط نیروگاه های ریز تولید و نیروگاه های تولید کوچک متصل به شبکه رعایت شود. .

اگر مقدار انرژی الکتریکی تولید شده توسط یک پروسه مصرف کننده بیشتر از مصرف خود باشد، انرژی مازاد را می توان به شبکه برق وارد کرد و در مورد نیروگاهی با توان بالای ۱۰ کیلو وات یا به نسبت ۱ به ۰٫۸ اینچ به نسبت ۱ به ۰٫۷ شمارش کرد. در مورد نیروگاه زیر ۱۰ کیلو وات – همانطور که در ماده ۴، بند ۱ قانون [۱۱] تصریح شده است. مصرف کننده همچنین می تواند ذخیره انرژی را در سیستم خود بگنجاند و در نتیجه مصرف انرژی خود تولید شده را بهینه کند.

در ادامه، این مقاله ویژگی های یک سیستم PV با ذخیره انرژی را ارائه می دهد. همچنین نتایج منتخب اندازه گیری کیفیت انرژی تولید شده توسط این نیروگاه را ارائه می دهد و انرژی را برای دستگاه های متصل به مدارهای جداگانه تامین می کند.

ویژگی های سیستم PV

سیستم PV شامل ۷۶ پنل خورشیدی است که هر کدام ۲۵۰ Wp قدرت دارند. آنها به یک اینورتر فتوولتائیک سه فاز Goodwe نوع GW 17K-DT با توان اسمی ۱۷٫۰ کیلووات متصل می شوند که قادر به کار با اضافه بار ۲۰٪ و بازدهی تا ۹۸٫۲٪ هستند. اینورتر مجهز به دو ماژول MPPT و یک قطع کننده سوئیچ است. سیستم PV همچنین مجهز به عناصر حفاظتی از جمله دستگاه حفاظتی Ziehl کنترل کننده ولتاژ و فرکانس، نوع UFR1001E است.

مدارهای خروجی سیستم فتوولتائیک به سه اینورتر تک فاز Victron Energy از نوع MultiPlus 48/5000/70 با طرح سه فاز کار می کنند و مجهز به کنترل کننده شارژ باتری میکروپروسسوری، با شارژ تطبیقی ​​و با تامین انرژی مداوم گیرنده های AC (یو پی اس با عملکرد). اولین اینورتر نصب شده در فاز L1 نقش Master را بازی می کند و دو نفر دیگر به عنوان Followers کار می کنند. اینورترهای MultiPlus 48/5000/70 در شکل ۱ ارائه شده است. اینورترهای MultiPlus با باتری ذخیره انرژی AQUION ENERGY 25 کیلووات ساعت، نوع M110-LS83 همکاری می کنند. کل سیستم توسط پنل Color Control GX توسط Victron Energy کنترل می شود که به اینترنت دسترسی دارد و از Victron Remote Management پشتیبانی می کند. کاربران و سرپرستان ثبت نام شده از رایانه های شخصی و دستگاه های تلفن همراه از راه دور به سیستم دسترسی دارند. این پنل شارژ ذخیره‌سازی انرژی را کنترل می‌کند، مصرف انرژی فعلی، توان به‌دست‌آمده از سیستم PV و همچنین برق تامین‌شده و مصرف‌شده از شبکه را کنترل می‌کند. سیستم PV همراه با پنل Color Control GX تضمین می کند که ذخیره انرژی همیشه به طور کامل شارژ می شود، مدار گیرنده بدون وقفه تامین می شود و انرژی اضافی از سیستم PV به ذخیره انرژی هدایت می شود تا برای مصرف شخصی استفاده شود. ذخیره انرژی علاوه بر این توسط سیستم مانیتورینگ باتری Aquion Energy BMS-200 نظارت می شود. مدار گیرنده بدون وقفه تامین می شود و انرژی اضافی از سیستم PV به ذخیره انرژی هدایت می شود تا برای مصرف خود استفاده شود. ذخیره انرژی علاوه بر این توسط سیستم مانیتورینگ باتری Aquion Energy BMS-200 نظارت می شود. مدار گیرنده بدون وقفه تامین می شود و انرژی اضافی از سیستم PV به ذخیره انرژی هدایت می شود تا برای مصرف خود استفاده شود. ذخیره انرژی علاوه بر این توسط سیستم مانیتورینگ باتری Aquion Energy BMS-200 نظارت می شود.

شکل ۲ باتری ۲۵ کیلووات ساعتی AQUION ENERGY نوع M110-LS83 را نشان می دهد و شکل ۳ نمونه ای از نمای صفحه نمایش به دست آمده از مدیریت از راه دور Victron را با اطلاعاتی در مورد جریان انرژی تولید شده توسط سیستم PV ارائه می دهد.

اندازه گیری کیفیت انرژی تولید شده توسط سیستم PV

جدای از مشخصات فنی و معیارهای دقیق در مورد اتصال نیروگاه های ریز تولید به شبکه برق، که توسط شرکت های توزیع صادر شده است (به عنوان مثال [۳])، ارزیابی تأثیر نیروگاه بر پارامترهای کیفیت انرژی در گره ای که نیروگاه در آن قرار دارد، از اهمیت حیاتی برخوردار است. متصل به شبکه (نقطه اتصال مشترک – PCC). بنابراین لازم است که دستگاه هایی که جزء اجزای سیستم های PV هستند برای انطباق با استانداردها و دستورالعمل های جاری صادر شده توسط مؤسسات تحقیقاتی تأیید شده باشند.

مطابقت یک سیستم PV با الزامات و استانداردهای مربوط به کیفیت انرژی در PCC همانطور که در [۳، ۴، ۵، ۹] توضیح داده شده است، می تواند بر اساس اندازه گیری های انجام شده به عنوان مثال در [۶، ۷، ۸، ۹] تأیید شود. چنین اندازه گیری هایی شامل انحراف و تغییر ولتاژ، عدم تعادل ولتاژ، هارمونیک ها و بین هارمونیک ها، سوسو زدن، نویز کموتاسیون و نویز انتقال سیگنال می باشد.

در زیر نتایج منتخبی از اندازه‌گیری پارامترهای کیفیت انرژی، مربوط به انرژی تولید شده توسط یک سیستم PV با ذخیره انرژی، تامین برق مدارهای جداگانه در یک جسم ارائه شده است. اندازه‌گیری‌ها در PCC انجام شد، جایی که سیستم PV با ذخیره انرژی به شبکه داخلی متصل است. اندازه‌گیری‌ها از یک تحلیلگر کیفیت انرژی PQ-Box 200 استفاده کردند که استاندارد [۸] برای کلاس A را برآورده می‌کرد. آزمایش در تابستان، در زمان اوج قدرت تولید شده توسط سیستم انجام شد.

نتایج ارائه شده در این مقاله شامل پارامترهای توان و پارامترهای کیفیت انرژی، با اندازه‌گیری‌های انجام شده در مدت یک هفته است. زمان تجمیع داده ها t _A = ۶۰۰ ثانیه بود.

شکل ۴ مقادیر rms جریان را نشان می دهد. حداکثر مقدار rms جریان I _max = ۱۷٫۲ A بود و حداکثر مقدار rms جریان برای زمان تجمع t _A = ۰٫۲ s I _{max 0.2s} = ۲۱٫۴ A بود. عدم تقارن بار نیز تأیید شد که به دلیل عملکرد بسیاری از وسایل تک فاز در مدارهای گیرنده جسم.

شکل ۵ منحنی توان های فعال PL1، PL2، PL3 را نشان می دهد که در طول دوره هفته _{مشاهده ثبت} شده اند _.

توان اکتیو حاصل از انتقال به شبکه تحت شرایط واقعی با در نظر گرفتن شارژ ذخیره انرژی و عملکرد گیرنده ها در مدارهای عرضه شده توسط سیستم PV به دست آمد. آنها PL1 _min = -۳٫۷۴ kW، P _{L2 min} = -۴٫۱۴ kW، P _{L3 min} = -۴٫۰۴ kW بودند (شکل ۵). توان سه فاز P _min = -۱۱٫۶۷ کیلو وات بود. حداکثر توان مصرفی از شبکه برق P _max = ۴٫۴۳ کیلو وات بود.

هیچ تغییر شکل ولتاژ قابل توجهی، و نه همبستگی بین چنین تغییر شکل و سطح تولید برق توسط سیستم PV در PCC تحت بررسی مشاهده نشد. مقادیر فاکتورهای THD برای ولتاژ در بازه THD U ∈ 〈۱٫۸۷, ۳٫۱۱〉% بوده و استانداردهای مربوطه را برآورده می کند [۴، ۹]. شکل ۶ مقادیر جریان لحظه ای ثبت شده در توان P _min = -۱۱٫۶۷ کیلووات را نشان می دهد.

ارزیابی محتوای هارمونیک جریان بالاتر مطابق با استاندارد [۵] و الزامات مشخص شده در [۳] انجام شد. برای این منظور، مقدار ضریب اتصال کوتاه برای PCC تعیین شد

بر اساس توان اتصال کوتاه S _kPCC در PCC و توان ظاهری S _{Emax که توسط} نیروگاه قابل دستیابی است، R _kPCC = ۳۳ به دست می آید . سیستم PV، بر اساس اندازه گیری ها به دست آمد. سپس مقدار rms پایه جریان مرجع I _{۱ ref} تعیین شد. با در نظر گرفتن مقادیر rms اندازه گیری شده هارمونیک های جریان بالاتر، فاکتورهای THD I و PWHD I محاسبه شدند:

مقادیر نسبی هارمونیک های جریان بالاتر از مرتبه n = ۲,…,۴۰ پیدا شد و به مرجع اصلی I _۱ ارجاع شد . هیچ تغییر قابل توجهی در درجه تغییر شکل جریان یافت نشد که وابسته به تغییر توان تولید شده توسط سیستم PV باشد – شکل. ۷٫ افزایش شدید THD I تا ۱۲٫۸۹% قابل مشاهده در شکل ۷ ناشی از جریان دریافت شده توسط منابع غیرخطی نور است که در طول شب روشن شده و از مدار فاز L2 تامین می شود. شکل ۸ مقادیر نسبی هارمونیک های جریان تعیین شده در Pmin _را نشان می دهد . همانطور که این مقادیر نشان می دهد، جریان های فاز فقط تا حدی تغییر شکل می دهند. هارمونیک های مرتبه n = ۳، ۵، ۷، ۹ غالب هستند.

جدول ۱ حداکثر مقادیر هارمونیک های جریان را با ارجاع به I _۱ ref ارائه می کند. جدول ۲ حداکثر مقادیر فاکتورهای THD I و PWHD I را نشان می دهد .

می توان مشاهده کرد که مقادیر فاکتورهای THD I و PWHD I از حد تجاوز نمی کند – ر.ک. جدول ۲٫ از سوی دیگر، محتوای هارمونیک های ۹٫ و ۱۳٫ در فاز L2 نسبتاً کمی فراتر رفته است، به دلیل منابع نور غیرخطی تامین شده از مدارهای خروجی سیستم PV – رجوع کنید به. میز ۱٫

شکل ۹ منحنی ضریب ولتاژ را نشان می دهد. مقادیر ضریب عدم تعادل ولتاژ در بازه ۰٫۰۹٪ تا ۰٫۴۳٪ بود، یعنی بسیار کمتر از حد ۲٪. مقدار ولتاژ rms نیز در محدوده ها تغییر می کند.

شکل های ۱۰ و ۱۱ به ترتیب تغییرات شاخص های P _st و P _lt را نشان می دهند . وقوع مقادیر حدی شاخص‌های P _st = ۱٫۰ و Plt = 0.65 _تنها یک بار و تنها در یکی از مراحل در طول دوره هفتگی آزمایش تأیید شد.

نتیجه گیری

سیستم PV مجهز به ذخیره انرژی و یک سیستم پیشرفته برای نظارت و مدیریت جریان انرژی راهی را برای استفاده از انرژی برای مصرف خود و در عین حال تضمین تامین مداوم ارائه می دهد. همانطور که این مطالعه نشان می دهد، سیستم تحت بررسی باعث بدتر شدن کیفیت انرژی بیش از حد مجاز نمی شود. بنابراین، علی‌رغم وجود یک بار مقادیر حدی شاخص‌های P _st و Plt تعریف‌شده در [۳]، انرژی الکتریکی در گره مورد بررسی در این مطالعه، تمام الزامات کیفیت مشخص‌شده در [۴، ۹] را برآورده کرد _.

منابع

[۱] بازار فتوولتائیک در لهستان. مؤسسه انرژی‌های تجدیدپذیر (Rynek fotowoltaiki w Polsce. Instytut Energetyki Odnawialnej)، ورشو، ژوئن ۲۰۱۸٫
[۲] دستورالعمل‌ها برای ترافیک شبکه توزیع و بهره‌برداری قابل اجرا از ۰۱٫۰۱٫۲۰۱۴، TAURON Dystrybucrycjat. TAURON Dystrybucja SA obowiązująca od dnia 01.01.2014 r.).
[۳] معیارهای اتصال و الزامات فنی برای نیروگاه‌های تولید ریز و نیروگاه‌های تولید در مقیاس کوچک متصل به شبکه توزیع LV (Kryteria przyłączania oraz wymagania techniczne dla mikroinstalacji i małych installacji przyłączanych do sieci dystrybucyjnej niskiegoTAURON, ژوئیه ۱، ژوئیه، ژوئیه ۱، ۲۰۱۳) ۲۰۱۶٫
[۴] EN 50160: مشخصات ولتاژ برق عرضه شده توسط سیستم توزیع عمومی.
[۵] IEC 61000-3-12:2011 سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) – قسمت ۳-۱۲: محدودیت ها – محدودیت ها برای جریان های هارمونیک تولید شده توسط تجهیزات متصل به سیستم های ولتاژ پایین عمومی با جریان ورودی > 16 A و ≤ ۷۵ A در هر فاز .
[۶] IEC 61000-4-7:2002+A1:2008 سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) – قسمت ۴-۷: تست و تکنیک های اندازه گیری – راهنمای کلی در مورد اندازه گیری هارمونیک ها و بین هارمونیک ها و ابزار دقیق، برای سیستم های منبع تغذیه و تجهیزات متصل به آنها.
[۷] IEC 61000-4-15:2010 سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) – قسمت ۴-۱۵: تکنیک های تست و اندازه گیری – فلیکر متر – مشخصات عملکردی و طراحی.
[۸] IEC 61000-4-30:2015 سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) – قسمت ۴-۳۰: تست و تکنیک های اندازه گیری – روش های اندازه گیری کیفیت توان.
[۹] فرمان وزارت اقتصاد در مورد شرایط دقیق عملیات سیستم قدرت، مجله قوانین سال ۲۰۰۷، شماره ۹۳، بند ۶۲۳ با اصلاحات بعدی elektroenergetycznego, Dz. U. z 2007 r., nr 93, poz. 623 z późn. zm.).
[۱۰] قانون قانون قدرت ۱۰ آوریل ۱۹۹۷، مجله قوانین ۱۹۹۷ شماره ۵۴، بند ۳۴۸، با اصلاحات بعدی (Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne, Dz. U. z 1997 r., nr 54, poz. 348 z późn. zm.).
[۱۱] قانون منابع انرژی تجدیدپذیر ۲۰ فوریه ۲۰۱۵، مجله قوانین سال ۲۰۱۵، مورد ۴۷۸ (Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. z 2015 r., 8).

---

نویسنده: dr inż. Marek Gała، Politechnika Częstochowska، Wydział Elektryczny، ۴۲-۲۰۰ Częstochowa، Al. Armii Krajowej 17، پست الکترونیکی: m.gala@el.pcz.czest.pl
dr inż. Andrzej Jąderko، Politechnika Częstochowska، Wydział Elektryczny، Al. Armii Krajowej 17, 42-200 Częstochowa، پست الکترونیکی: aj@el.pcz.czest.pl

---

منبع و شناسه مورد ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 94 NR 12/2018. doi:10.15199/48.2018.12.35