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Cómo configurar científicamente Generadores de variables estáticas (SVG) y Filtros de potencia activos (APF) en plantas de energía fotovoltaica (PV).
La gestión de la calidad de la energía de las plantas fotovoltaicas comparte similitudes con la de los parques eólicos, pero presenta sus propios enfoques. La lógica fundamental es: Los inversores fotovoltaicos son en sí mismos fuentes armónicas y requieren soporte de potencia reactiva, mientras que la red tiene requisitos estrictos de potencia reactiva y armónicos en el punto de acoplamiento común.
Problemas de potencia reactiva (objetivo principal para la mitigación de SVG) :
Capacidad limitada de potencia reactiva del inversor :Aunque los inversores fotovoltaicos modernos tienen una capacidad inherente de regulación de potencia reactiva (normalmente capaces de ajustar el factor de potencia dentro de un rango de ±0,8), esta capacidad viene a expensas de la potencia activa de salida El uso de inversores para proporcionar energía reactiva significa reducir la generación de energía, lo que impacta directamente en los ingresos del propietario.
Consumo de potencia reactiva de línea y transformador :Los transformadores elevadores y las líneas colectoras son inductivos y consumen energía reactiva.
Requisitos de despacho de la red Según las normas de la red nacional (p. ej., el "Reglamento Técnico para la Conexión de Centrales Fotovoltaicas al Sistema Eléctrico" de China), las centrales fotovoltaicas deben tener capacidad de compensación dinámica de potencia reactiva. Deben poder controlar la tensión y el factor de potencia en el Punto de Acoplamiento Común (PCC) según las órdenes de despacho (normalmente se requiere un valor entre 0,98 en adelanto y 0,98 en atraso). Esto es... requisito obligatorio .
Problemas armónicos (objetivo principal para la mitigación del APF) :
Fuente armónica principal Los inversores fotovoltaicos (CC-CA) son las principales fuentes de armónicos. Los armónicos que generan son principalmente... armónicos de orden superior , como 13, 17, 19, 23, 25 , etc., así como algunos armónicos de frecuencia de conmutación (por ejemplo, 1150 Hz, 2350 Hz).
Amplificación armónica de fondo La red a la que está conectada la planta fotovoltaica puede tener armónicos de fondo. Los inversores pueden interactuar con ellos, lo que podría causar resonancia y amplificar órdenes armónicas específicas.
Problema de retroalimentación nocturna Por la noche, cuando el sistema fotovoltaico no genera energía, la energía de servicio de la central se obtiene de la red. Durante este tiempo, los equipos de la central, como los transformadores y los sistemas SAI, pueden convertirse en fuentes de armónicos, inyectándolos a la red.
Fluctuaciones de voltaje y parpadeo :
Los cambios en la intensidad de la luz (por ejemplo, el paso de nubes) pueden provocar fluctuaciones rápidas en la potencia de salida fotovoltaica, lo que genera fluctuaciones de voltaje y parpadeos en el PCC.
El principio principal de la configuración es: En primer lugar, cumplir con los requisitos obligatorios de potencia reactiva de la red, luego mitigar los armónicos para proteger los equipos de la propia planta y garantizar la seguridad.
1. Posicionamiento de roles: Soporte de potencia reactiva dinámica primaria y regulación de voltaje
La función principal del SVG es actuar como un
Potente suplemento y principal proveedor
De potencia reactiva, independiente de los inversores. Permite un ajuste rápido, fluido y continuo de la potencia reactiva sin sacrificar la generación de potencia activa, satisfaciendo así los requisitos de despacho de la red y estabilizando la tensión del PCC.
2. Ubicación de la instalación: Punto de acoplamiento común (PCC) de la planta fotovoltaica
El SVG debe estar instalado centralmente en el lado de bajo voltaje (lado de 35 kV, 10 kV o 400 V) del transformador elevador principal.
La mitigación en esta ubicación permite el ajuste centralizado directo del factor de potencia del PCC, la respuesta a los comandos de despacho de la red y proporciona soporte de energía reactiva para toda la planta fotovoltaica.
3. Cálculo de la capacidad (paso crítico)
:
La capacidad del SVG debe satisfacer el valor máximo de los siguientes requisitos:
a. Cumplir con los requisitos de despacho de la red (factor dominante) :De acuerdo con las normas nacionales, la capacidad del SVG debe ser 20% ~ 30% de la capacidad nominal de la planta de energía fotovoltaica.
Ejemplo: Una planta fotovoltaica de 50 MW normalmente requiere un SVG con una capacidad de ±10 Mvar a ±15 Mvar .
b. Compensar el déficit de potencia reactiva interna :Calcular el consumo de potencia reactiva de los transformadores elevadores y las líneas de recolección, y considerar la demanda de potencia reactiva de las cargas de servicio de la estación durante la noche.
c. Soporte de voltaje durante fallas del sistema :Asegurarse de que el SVG pueda proporcionar suficiente potencia reactiva para soportar el voltaje durante fallas en la red, logrando así un recorrido de bajo voltaje (LVRT).
Conclusión: La capacidad de SVG generalmente está determinada por los códigos de red y es una "característica estándar" para las plantas de energía fotovoltaica.
1. Posicionamiento de roles: mitigación de armónicos de alto orden y supresión de resonancia
La función principal del APF es filtrar con precisión los armónicos de alto orden generados por los inversores fotovoltaicos, evitando que se inyecten en la red pública más allá de los límites, y
suprimir la resonancia armónica potencial
, protegiendo equipos de la planta como transformadores y condensadores.
2. Ubicación de la instalación: Principalmente centralizada, complementada con mitigación localizada
Opción A (más común): Instalación centralizada en el PCC
Ubicación :Se instala junto al SVG en el lado de bajo voltaje del transformador elevador principal.
Ventajas :Instalación conveniente, administración centralizada, mitiga eficazmente la corriente armónica total inyectada a la red por toda la planta, asegurando que el contenido armónico del PCC cumpla con los estándares nacionales (por ejemplo, GB/T 14549).
Aplicabilidad :Adecuado para la gran mayoría de plantas fotovoltaicas a gran escala.
Opción B (casos específicos): Instalación distribuida en el lado de baja tensión del transformador elevador del inversor
Ubicación :Instalar APF de menor capacidad en el lado de bajo voltaje de los transformadores de caja combinadora para cada uno o varios módulos de generación de energía (por ejemplo, unidades de 2 MW) en plantas grandes.
Ventajas :Una mitigación más exhaustiva evita que las corrientes armónicas fluyan en las líneas de recolección causando pérdidas y puede suprimir de manera más efectiva la resonancia local.
Desventajas :Mayor costo, más puntos de mantenimiento.
Aplicabilidad : Adecuado para plantas de gran tamaño, plantas con líneas excepcionalmente largas o plantas con problemas armónicos particularmente graves.
3. Cálculo de capacidad :
Método de medición (recomendado) Realice mediciones de calidad de energía en el PCC o en el lado de baja tensión de los transformadores de caja combinadora para obtener datos reales de corriente armónica. Este es el método más preciso.
Método de estimación
: Capacidad del APF
I_APF ≥ Corriente nominal de la planta fotovoltaica × THDi de corriente × Factor de simultaneidad
El THDi en la salida del inversor normalmente se controla por debajo del 1,5%~3% (incluidos los filtros internos), pero se debe considerar la superposición de múltiples unidades y los armónicos de fondo.
Factor de simultaneidad :Teniendo en cuenta que no todos los inversores funcionan a plena carga simultáneamente y que las fases armónicas se cancelan parcialmente entre sí, se puede utilizar un factor de 0,6 ~ 0,8.
Recomendación :Realice siempre mediciones de campo, ya que las características armónicas están estrechamente relacionadas con los modelos de inversor y la impedancia de la red.
Una arquitectura estándar de mitigación de la calidad de la energía para una planta de energía fotovoltaica está estructurada conceptualmente de la siguiente manera:
Paneles fotovoltaicos :Varios grupos de conjuntos fotovoltaicos se conectan a inversores.
Inversor y unidad elevadora Los inversores de cadena/centrales (las fuentes de armónicos) alimentan los transformadores de caja combinadora. Opcionalmente, APF distribuidos Se puede instalar aquí para la supresión de resonancia específica y el control de armónicos.
Transformador elevador principal :Aumenta el voltaje para la conexión a la red.
Capa de mitigación de punto de acoplamiento común (PCC) Ubicado en el PCC, en el lado de baja tensión del transformador principal. Esta capa alberga:
Un grande SVG centralizado para soporte de potencia reactiva dinámica masiva y estabilidad de voltaje, respondiendo a comandos de la red.
A APF centralizado (opción principal) para filtrar armónicos totales.
Bancos de condensadores/reactores pasivos para compensación básica de potencia reactiva.
Esquema recomendado :
SVG :Instalado centralmente en el bus LV principal, con capacidad dimensionada entre el 20% y el 30% de la capacidad total de la planta.
APF :Priorizar una mitigación centralizada esquema, instalado en el mismo bus que el SVG.
Control coordinado :El SVG y el APF deben integrarse en la planta fotovoltaica. Sistema de control de acceso controlado (SCADA) Sistema para recibir comandos de despacho de red y habilitar la operación automatizada. SVG y APF pueden operar de forma independiente o integrarse en un dispositivo unificado (APF híbrido).
El entorno de las plantas fotovoltaicas es especial y exige especificaciones elevadas para los equipos:
Clasificación de protección :La instalación en exteriores requiere al menos IP54 y resistencia a la corrosión clase C4 o superior para soportar altas temperaturas, humedad, viento, arena y condiciones salino-alcalinas.
Nivel de voltaje :Debe coincidir directamente con el nivel de voltaje de la planta (por ejemplo, 0,4 kV, 10 kV, 35 kV).
Velocidad de respuesta :Debe ser extremadamente rápido (<5 ms) para responder a las fluctuaciones de energía causadas por el paso de las nubes.
Amplia capacidad de adaptación de voltaje :El rango de fluctuación del voltaje de la red puede ser grande; el equipo debe operar normalmente dentro de un amplio rango de voltaje.
Capacidad de disipación de calor :El diseño de disipación de calor es crucial en entornos de alta temperatura.
Configurar SVG y APF para una planta de energía fotovoltaica es una decisión técnico-económica crítica:
SVG es obligatorio :Su capacidad está determinada por normas nacionales obligatorias Es el equipo principal para satisfacer los requisitos de despacho de potencia reactiva de la red y soporte de voltaje; es el "pase" para la conexión a la red.
Se recomienda encarecidamente el APF. :Su necesidad depende de datos armónicos medidos en campo y el fondo de la red. Es un "seguro" para garantizar el funcionamiento eficiente de la planta, evitar penalizaciones por excedencias de armónicos y prevenir daños a los equipos.
Retorno de la inversión (ROI) :Esta inversión no es sólo un costo de cumplimiento sino un gasto necesario para proteger los ingresos por generación de energía (evitando la reducción del inversor debido al despacho de potencia reactiva), mejorar la confiabilidad operativa de la planta , y prolongar la vida útil del equipo .
Durante las primeras etapas del proyecto, es muy recomendable realizar un análisis detallado evaluación y simulación de la calidad de la energía y encargar a agencias profesionales mediciones de campo Esto ayudará a desarrollar el plan de mitigación más económico, eficiente y confiable, asegurando la maximización de los beneficios del ciclo de vida de la planta.
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