Стабилизация напряжения в сети инверторами фотоэлектрической станции

СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ
ИНВЕРТОРАМИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
А.Н. Гаевская
НТУУ «Киевский политехнический институт
им. Игоря Сикорского»

Промоделирована в рамках двухузловой схемы работа фотоэлектрической станции (ФЭС), подключенной к энергосистеме (ЭС) через линию с ограниченной пропускной способностью. Узел подключения к ЭС представлен PV генератором, а точка подключения ФЭС к сети - инвертором с функцией компенсации реактивной мощности. Рассмотрено поведение системы при изменении нагрузки в точке подключения ФЭС и возможность поддержания напряжения в допустимых пределах путем регулирования угла мощности, выдаваемой инвертором. Определены возможные диапазоны регулирования с помощью инвертора при разных коэффициентах мощности нагрузки.


Решение задачи энергосбережения и гарантированного электроснабжения потребителей при минимальных по-терях в сетях является частью энергетической стратегии Украины. Одним из возможных решений этой задачи мо-жет быть использование фотоэлектрических станций (ФЭС) в узлах нагрузки. Особенно актуально это для изо-лированных потребителей, подключенных к концу ради-альной распределительной сети. Подключение в узел нагрузки дополнительной мощности ФЭС решает задачи энергоснабжения потребителя и резервирования. Кроме того, варьирование в допустимых пределах активной и реактивной мощности с помощью инвертора стабилизирует напряжение в узле подключения на заданном уровне и приводит к снижению потерь в передающей линии [1 – 3].
Модель содержит узел S (Sending) – шины мощной подстанции с фиксированным напряжением (PV-узел) и узел R (Receiving) – узел подключения нагрузки и ФЭС. Узлы S и R соединяются ЛЭП с ограниченной пропускной способностью, определяемой продольным импедансом . Поперечные проводимости не учитываются, при этом задача определения напряжения в узле ФЭС при различных уровнях нагрузки имеет точное аналитическое решение. Учет поперечных проводимостей не представ-ляет труда при численном расчете.
Напряжение на нагрузке (узел R), находится путем составления уравнений для потоков мощности в узлах S и R [4]. Выражение для модуля получается как решение биквадратного уравнения при наложении очевидных ограничений на угол и имеет вид [5]:
bi quadrat

где и – активная и реактивная мощности нагрузки, PPV и QPV - активная и реактивная мощности ФЭС, выда-ваемой в сеть.
Как известно, при отсутствии дополнительной генерации от ФЭС напряжение в узле подключения снижается с ростом мощности нагрузки . Активная и реактивная мощности на выходе инвертора регулируются изменением угла мощности инвертора в допустимых пределах.

VL fi SL 
Результаты расчета зависимостей (рис.1а), полученные для различных углов нагрузки , показывают наличие протяженных интервалов стабилизации за счет изменения угла (плоские участки на рис. 1б). При малой нагрузке наблюдается подъем напряжения . При этом, если не превышает допустимое значение, ФЭС может выдавать энергию в сеть или запасать в акку-мулирующей батарее. Это напряжение при дальнейшем повышении стабилизируется на уровне о.е. Считалось, что угол мощности инвертора может из-меняться от 0 до - 40о для активно-индуктивной нагрузки. Имеется зависимость между диапазоном стабилизации и углом нагрузки: с ростом от 0 до 40о этот диапазон уменьшается на 40%. Эффект регулирования становится более заметным с увеличением мощности ФЭС, при этом диапазон стабилизации пропорционально расширяется.
Таким образом, моделирование на основе аналитического решения для двухузловой модели "ЭС – ЛЭП – ФЭС/ нагрузка", выполненное в MATLAB, позволило оце-нить диапазон стабилизации напряжения в узле нагрузки за счет изменения угла мощности инвертора ФЭС. Стаби-лизация напряжения на нагрузке в заданных пределах снижает потери в линии. Кроме того, полученные резуль-таты дают возможность оценить диапазон изменения мощности нагрузки при допустимых технических парамет-рах оборудования, без нарушения профиля напряжения сети, а также сформулировать закон регулирования угла мощности на выходе инвертора.

1. Delfino F., Procopio V, Rossi M. et al. Integration of large-size photovoltaic systems into the distribution grids: a P–Q chart ap-proach to assess reactive support capability / IET Renew. Power Gener. – 2010. - Vol.4, N4. - pp. 329–340. - doi: 10.1049/iet-rpg.2009.0134.
2. Гаевский А.Ю., Голентус И.Э. Стабилизация напряжения в сети путем компенсации реактивной мощности инверторами ФЭС / Відновлювана енергетика ХХІ століття: XІV Міжнародна науково-практична конференція. – Крим, 2013. – с. 243 – 247.
3. Яндульський О.С., Труніна Г.О. Визначення зон ефективного регулювання напруги джерелами розосередженої генерації з ін-верторним приєднанням у розподільній електричній мережі / На-укові праці Вінницького НТУ, 2014. - № 4, с.62 – 64.
4. Kothari D.P., Nagrath I.J. Modern Power System Analysis / New Delhi: Tata McGraw-Hill, 2003. – 694 p.
5. Гаєвський О.Ю. Конспект лекцій з дисципліни «Робота ВДЕ в мережах» /Київ: НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2016.

 Источник: А. Гаевская