Güç sisteminde, enerji depolama cihazlarının entegrasyonu, özellikle bazı işletim senaryolarında, ızgaranın güç faktörü üzerinde bir etkiye sahip olabilir, bu da güç faktöründe bir azalmaya yol açabilir ve elektrik tüketen işletmeler için para cezalarına neden olabilir. Bu, enerji depolamasının ekonomik faydaları ve işletmelerin elektrik tüketimi için zararlıdır. Peki enerji depolama entegrasyonu neden güç şebekesinin güç faktörünü azaltır ve nasıl ele alınmalıdır?
1 Enerji depolama entegrasyonunun neden olduğu düşük güç faktörünün temel nedeni
Güç faktörü, bir güç sistemindeki aktif gücün toplam güce oranını ölçmek için önemli bir göstergedir. Güç faktörü=p\/s, burada P aktif güç ve S görünen güçtür. Enerji depolama sistemi bağlandıktan sonra güç faktörü azalır, esas olarak aşağıdaki faktörlerle ilişkilidir:
1. Enerji Depolama İnvertörlerinin Reaktif Güç Özellikleri (PC'ler)
Enerji depolama sistemleri genellikle enerji depolama invertörleri aracılığıyla ızgaraya bağlanır. PC'ler aslında çalışma sırasında aşağıdaki sorunları üretebilecek bir güç elektronik dönüştürücüdür:
Anahtarlama cihazlarının ideal olmayan özellikleri:IGBT ve diğer anahtarlama cihazları, komütasyon işlemi sırasında geçici reaktif güç talebine sahiptir, bu da PC'lerin ızgaraya reaktif gücü enjekte etmesine veya emmesine neden olabilir.
Kontrol stratejisinin etkisi:PC'ler reaktif gücün kapalı döngü regülasyonu olmadan "sabit aktif güç kontrolü" benimserse, güç faktörü 1'den sapabilir. Örneğin, sistemin aktif güç dalgalanmalarına hızlı bir şekilde yanıt vermesi gerektiğinde, PC'ler mevcut döngü bant genişliği sınırlamaları nedeniyle gecikme reaktif gücü geçici olarak emebilir ve bu da anlık güç faktöründe bir azalmaya neden olabilir.
Harmonik kirlilik:PC'lerin PWM modülasyonu, sistemin görünür gücünü artıran ve dolaylı olarak güç faktörünü azaltan harmonik akımlar (5. ve 7. harmonikler gibi) üretir.
2. Enerji depolama sisteminin çalışma modu anahtarlanması
Enerji depolama sistemi şarj ve deşarj modları arasında geçtiğinde, reaktif güçte dalgalanmalar olabilir:
Şarj Modu:Enerji depolama sistemi, gecikmeli reaktif gücü emebilen bir "endüktif yük" e eşdeğerdir (özellikle akımın büyük olduğu ve faz geciktiği pil şarjının erken aşamalarında).
Deşarj modu:PCS kontrolü uygunsuzsa, gelişmiş reaktif güç çıkarabilir (akü deşarj olduğunda, invertör DC voltaj dalgalanmaları nedeniyle kapasitif çalışma alanına girebilir).
Geçici Süreç:Mod anahtarlama sırasında, PC'lerin faz kilitli döngüsü (PLL), güç şebekesindeki voltaj dalgalanmaları nedeniyle kilidi kaybedebilir, bu da reaktif akımın kontrol kaybına ve güç faktörünün kısa süreli düşürülmesine neden olur.
3. Izgara empedansı ve sistem rezonansı
Enerji depolama sistemi dağıtım ağına bağlandığında, ızgarada endüktif empedans varsa (uzun çizgiler, transformatör sızıntısı reaktansı gibi), enerji depolama sisteminin filtreleme kapasitörü ile bir LC rezonant devresi oluşturabilir:
Rezonans, spesifik bir frekansın harmonik akımlarını güçlendirir, bu da reaktif güçte bir artışa ve güç faktörünün bozulmasına yol açar. Enerji depolama sisteminin çıkış filtresi kapasitörü, belirli bir harmonik frekansta ızgara endüktansı ile yankılandığında, harmonik akım nominal akımın birkaç katına ulaşabilir ve görünen güç S'yi önemli ölçüde artırabilir
4. Çoklu enerji depolama biriminin sinerjik etkisi
Büyük ölçekli enerji depolama santrallerinde, şebekeye paralel olarak bağlanan çoklu enerji depolama üniteleri (pil kümeleri gibi) aşağıdaki nedenlerden dolayı güç faktörü sorunlarını şiddetlendirebilir:
Parametre tutarsızlık:Her PC'nin kontrol parametreleri (PI regülatör parametreleri ve ölü zaman gibi) küçük farklılıklara sahiptir, bu da paralel bağlantı sırasında reaktif akımın eşit olmayan dağılımına ve bazı birimlerin aşırı yüklenmesine neden olur.
Dolaşım akım problemi:Paralel PC'ler, büyük miktarda reaktif güç bileşeni içeren ve sistemin genel güç faktörünü daha da azaltan voltaj fazı veya genlik farklılıkları nedeniyle dolaşım akımı üretebilir.
2 Güç faktörü bozulmasının etkisi
1. Güç ızgarası kayıpları:Reaktif güç, iletim hatlarında ve transformatörlerde artan bakır kayıplarına yol açarak sistem verimliliğini azaltar.
2. Azalan voltaj stabilitesi:Gecikme reaktif güç, özellikle dağıtım ağının sonunda, diğer yüklerin normal çalışmasını etkileyebilecek güç şebekesinde bir voltaj düşüşüne neden olabilir.
3. Elektrik cezası riski:Çoğu Power Grid şirketi, kullanıcı tarafı güç faktörü için değerlendirme gereksinimlerine sahiptir (0. 9 aşağıdaki güç faktörü para cezaları gibi). Enerji depolama bağlandıktan sonra güç faktörü standardı karşılamazsa, işletme maliyetlerini artırabilir.
4. Kısaltılmış ekipman ömrü:Harmonikler ve reaktif akımlar, transformatörler ve kablolar gibi ekipmanların ısıtılmasına neden olabilir ve yalıtım yaşlanmasını hızlandırabilir.
3 Güç Faktörü Optimizasyonu için Çözüm
Enerji depolama erişiminin neden olduğu güç faktörü sorununu ele almak için, "Ekipman Geliştirme+Kontrol Optimizasyonu+Sistem İşbirliği" nin kapsamlı bir stratejisi benimsenebilir:
1. Statik Var Jenerator (SVG)
SVG, bir voltaj kaynağı invertör aracılığıyla gerçek zamanlı olarak gerekli reaktif akımı (gecikme veya lider) üretir ve enerji depolama sisteminin reaktif güç talebini hızlı bir şekilde telafi eder (yanıt süresi MS seviyesine ulaşabilir). Dinamik ayar aralığı geniş (-1 ila +1 güç faktörü), aynı anda harmonikleri baskılayabilen ve yüksek güç dalgalanma senaryoları (yeni enerji dağılımı ve depolama sistemleri gibi) için uygundur.
Yapılandırma yöntemi, enerji depolama güç istasyonunun ızgara bağlantı noktasına merkezi SVG'yi kurmak veya yerinde reaktif güç telafisini elde etmek için her PCS modülüne dağıtılmış küçük kapasiteli SVG'yi entegre etmektir.
2. Enerji Depolama Dönüştürücüsünün Kontrol Optimizasyonu (PCS)
PC'lerin kontrol stratejisine reaktif bir güç dış döngüsü ekleyin ve ızgara voltajını ve akımı tespit ederek gerekli reaktif güç referans değerini gerçek zamanlı olarak hesaplayın, böylece PC'ler reaktif gücü aktif olarak çıkarabilir veya emebilir ve 1 güç faktörünü koruyabilir.
3. Donanım tasarımı ve parametre eşleştirme
Filtreleme parametrelerini optimize edin:Rezonans frekanslarından kaçınarak güç şebekesinin empedans özelliklerine dayanarak PCS filtresi parametreleri (endüktans ve kapasitans değerleri gibi);
Yüksek Güç Faktörü Cihazlarını Seçin:Anahtarlama kayıplarını ve reaktif güç gereksinimlerini azaltmak için silikon karbür (SIC) ve galyum nitrür (GAN) gibi geniş bant aralığı yarı iletken cihazları kullanın;
Dağıtılmış enerji depolama için dağıtılmış tazminat:Dağıtılmış enerji depolama (kullanıcı tarafı fotovoltaik depolama sistemleri gibi) için, güç şebekesindeki reaktif gücün iletimini azaltmak için her bir enerji depolama ünitesine yerinde küçük reaktif güç telafisi cihazları (tristör anahtarlama kapasitörleri TSC gibi) kurulabilir.
4 Uygulama Önerileri
1. büyük ölçekli enerji depolama santralleri
"İnvertör Reaktif Güç Kontrolü+SVG Dinamik Tazminat+Aktif Filtre Harmonik Kontrolü" kombinasyon şemasının benimsenmesi.
2. Kullanıcı tarafı enerji depolama sistemi (endüstriyel ve ticari enerji depolama)
Statik reaktif güç telafisi için küçük kapasitör bankalarıyla birlikte inverter kontrol stratejisinin (sabit güç faktörü değeri ayarlaması gibi) optimize edilmesine öncelik verilmelidir.
3. Mikrogrid senaryosu
Sarkık kontrol ve uyarlanabilir reaktif güç telafisinin benimsenmesi, 0}.
5 Sonuç
Enerji depolama sistemlerinin güç şebekesine entegrasyonu, güç faktöründe bir azalmaya yol açar, bu da aslında reaktif güç özelliklerinin, harmonik kirliliğin ve güç elektronik ekipmanlarının sistem parametresi eşleştirme sorunlarının birleşik etkilerinin sonucudur. Dinamik reaktif güç telafisi cihazları (SVG gibi) kullanarak, PCS kontrol stratejilerini optimize ederek ve güç şebekesi planlamasını koordine ederek güç faktörü etkili bir şekilde geliştirilebilir.