L'impact de la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau sur la qualité de l'énergie et les solutions

Résumé：La production d’énergie photovoltaïque, en tant que nouvelle méthode de production d’énergie sans pollution, a considérablement réduit la demande d’énergie électrique traditionnelle.Cependant, pour le système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau, en raison de son caractère aléatoire, de sa volatilité et de ses caractéristiques intermittentes, le système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau contient un grand nombre de composants électroniques de puissance non linéaires, par rapport aux méthodes de production d'énergie traditionnelles, la production d'énergie photovoltaïque a un impact important sur la qualité de l'énergie du réseau.Cet article analyse les harmoniques, les fluctuations et scintillement de tension, l'injection de courant continu, l'effet d'îlotage et d'autres problèmes causés par la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau électrique, et étudie et discute des mesures réalisables pour améliorer la qualité de l'énergie.

0 Introduction

Avec l'accélération du processus d'internationalisation, le développement rapide de l'économie mondiale, la consommation d'énergie a également augmenté et l'épuisement progressif de l'énergie traditionnelle et les problèmes environnementaux sont de plus en plus graves, l'énergie solaire en tant qu'énergie renouvelable propre et sans pollution a été prêté une attention particulière par les gens.Ces dernières années, la capacité installée de production d'énergie photovoltaïque a continué de croître et l'électricité du réseau a également augmenté d'année en année, mais en raison des caractéristiques de sa capacité installée, elle est généralement petite, la configuration du site est relativement dispersée et la La fluctuation de la puissance de sortie est importante, elle a également eu un impact important sur la qualité de l'énergie du réseau.Il est donc très important d’étudier l’influence de la production d’énergie photovoltaïque sur la qualité de l’énergie afin de promouvoir la production d’électricité et le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.

1 Principe de base de la production d'énergie photovoltaïque

La production d'énergie photovoltaïque utilise l'effet photovoltaïque présent à la surface du semi-conducteur pour envoyer un courant continu à travers la lumière aux deux extrémités du matériau semi-conducteur.Lorsque le soleil brille sur le nœud PN du semi-conducteur, une nouvelle paire électron-trou se forme et, après que le photon ait excité l'électron de la liaison covalente, l'électron s'écoule vers la région N et le trou s'écoule vers la région P, ce qui entraîne un différence de potentiel entre les deux extrémités du semi-conducteur.Une fois que le circuit aux deux extrémités de la jonction PN est connecté, un courant sera formé, circulant de la zone P vers la zone N à travers le circuit externe, et l'énergie électrique sera transmise à la charge.

2 Structure et classification de la production d’électricité photovoltaïque connectée au réseau

Le système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau est principalement composé d'un panneau solaire (module), d'un contrôleur de suivi haute puissance (MPPT), d'un onduleur DC-AC en plusieurs parties, utilisant un transistor bipolaire à grille isolée (IG-BT) comme élément de commutation de l'onduleur photovoltaïque.La sortie CC de la cellule solaire est augmentée par le convertisseur DC-DC pour augmenter le niveau de tension, puis le DC est converti en courant alternatif avec la même amplitude, fréquence et phase de la tension du réseau électrique via le DC-AC. onduleur, afin de réaliser l'intégration dans le réseau électrique ou de fournir de l'énergie à la charge CA.La structure du système de production d’énergie photovoltaïque est illustrée à la figure 1.

Figure 1 : Structure du système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau

Selon le mode de fonctionnement connecté au réseau, le système de production d'énergie photovoltaïque peut être divisé en trois formes : connecté au réseau à contre-courant, connecté au réseau sans contre-courant et connecté au réseau de commutation.Le système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau est directement connecté au réseau électrique, ne nécessite pas de batteries de stockage d'énergie, économise la surface au sol, réduit considérablement le coût de configuration et le déficit de puissance de charge est complété par le réseau électrique.Par conséquent, le système de production d’énergie photovoltaïque connecté au réseau est la principale direction de développement de la production d’énergie solaire, et c’est également une nouvelle méthode potentielle de production d’énergie à ce stade.

• L'influence de la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau sur la qualité de l'énergie du réseau

La production d'énergie photovoltaïque en tant que nouvelle production d'énergie, l'éclairage, la température et d'autres conditions externes aléatoires, volatiles et changeantes intermittentes sont les principaux facteurs d'impact de la production d'énergie photovoltaïque sur le réseau.Parmi eux, l'onduleur DC-AC est l'un des principaux dispositifs du système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau, et la qualité de l'onduleur photovoltaïque détermine si la qualité de l'énergie de la production d'énergie photovoltaïque peut répondre dans une certaine mesure aux exigences du système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau.Lorsque la production d'énergie photovoltaïque est connectée au réseau, des problèmes tels que les harmoniques, les fluctuations et scintillement de tension, l'injection de courant continu et l'effet d'îlot se produiront, ce qui réduira la qualité de l'énergie du réseau et entraînera des effets néfastes sur le réseau.Dans les cas graves, cela perturbera le fonctionnement sûr et stable du système d’alimentation électrique et des équipements de production d’énergie photovoltaïque eux-mêmes.

3.1Influence harmonique

La production d'énergie photovoltaïque consiste à convertir l'énergie solaire en courant continu via des modules photovoltaïques, puis via l'onduleur connecté au réseau pour convertir le courant continu en courant alternatif afin d'obtenir une connexion au réseau.Dans le système de production d’énergie photovoltaïque, l’onduleur est le principal équipement permettant de produire des harmoniques.Le grand nombre d'applications de composants électroniques de puissance dans les onduleurs connectés au réseau a amélioré l'information et le traitement intelligent du système, mais il augmente également un grand nombre de charges non linéaires, provoquant une distorsion de la forme d'onde et apportant un grand nombre d'harmoniques au système.Le retard de la vitesse de commutation de l'onduleur affectera également la sortie des performances dynamiques globales au sein du système électrique, ce qui entraînera une petite plage d'harmoniques.Si le temps (irradiation, température) change considérablement, la plage de fluctuation des harmoniques deviendra également plus large.Bien que les harmoniques de courant de sortie d'un seul onduleur connecté au réseau soient faibles, les harmoniques de courant de sortie de plusieurs onduleurs connectés au réseau seront superposées après leur connexion en parallèle, ce qui entraînera un phénomène d'harmoniques de courant de sortie dépassant la norme.De plus, la connexion parallèle des onduleurs produit facilement une résonance parallèle, ce qui conduit au phénomène de résonance de couplage, entraînant l'expansion du courant harmonique spécifique et le problème du contenu harmonique excessif du courant connecté au réseau.

Visant le problème de qualité de l’énergie après accès photovoltaïque, les méthodes efficaces de suppression des harmoniques sont proposées :

• En partant de la source de génération d'harmoniques, la source d'harmoniques est reformée pour réduire l'injection d'harmoniques.
• Dispositif de filtres actifs ou passifs pour absorber un certain nombre spécifique de courants harmoniques.
• Installez des dispositifs de compensation d'harmoniques supplémentaires.

3.2 Fluctuations de tension et scintillement

Dans le réseau de distribution traditionnel, le changement de puissance active et de puissance réactive avec le temps entraînera une fluctuation de la tension du système.Pour la production d'énergie photovoltaïque, le changement de puissance active du système de production d'énergie photovoltaïque est le principal facteur qui provoque la fluctuation de tension et le scintillement du point d'accès.Le point de puissance élevé des panneaux photovoltaïques, composants essentiels du système de production d'énergie photovoltaïque, est étroitement lié à l'intensité du rayonnement, aux conditions météorologiques, à la saison, à la température et à d'autres facteurs, et les changements aléatoires de ces facteurs naturels entraînent une modification considérable de la puissance de sortie, ce qui entraîne Cela entraîne des changements fréquents de la puissance de charge dans une certaine plage, entraînant des fluctuations de tension et des scintillements du côté charge de l'utilisateur connecté au réseau.

À l’heure actuelle, les solutions aux problèmes de fluctuation de tension photovoltaïque et de scintillement sont les suivantes :

• Optimisez la stratégie de contrôle des onduleurs photovoltaïques connectés au réseau pour améliorer la stabilité de la tension.

2) Augmenter la capacité de court-circuit du bus de la sous-station.

3) Lorsque la capacité de la centrale photovoltaïque est déterminée, son facteur de puissance est augmenté pour augmenter la puissance active totale, réduisant ainsi la quantité de changement de puissance réactive et répondant aux exigences limites des fluctuations de tension.

3.3 Problème d'injection DC

Un autre problème clé à résoudre dans les systèmes de production d’énergie photovoltaïque connectés au réseau est l’injection de courant continu.L’injection de courant continu affecte la qualité de l’énergie du réseau et a également des effets néfastes sur les autres équipements du réseau.IEEEStd929-2000 et IEEEStd547-2000 stipulent clairement que la composante de courant continu injectée dans le réseau par le dispositif de production d'électricité connecté au réseau ne peut pas dépasser 0,5 % du courant nominal de l'appareil.Les principales raisons de l’injection DC sont :

La dispersion du dispositif électronique de puissance lui-même et l'incohérence et l'asymétrie du circuit de commande ;2) Dérive nulle et non-linéarité des appareils de mesure dans les contrôleurs haute puissance ;3) Asymétrie d'impédance de ligne de chaque appareil de commutation, influence de paramètres parasites et de champs électromagnétiques parasites, etc.

À l'heure actuelle, les principales méthodes pour supprimer l'injection de courant continu comprennent : 1) la méthode de compensation de détection ;2) Optimiser et concevoir la structure connectée au réseau de l'onduleur ;3) Séparation droite du condensateur ;4) Méthode de capacité virtuelle ;5) Transformateur d'isolement de l'appareil.

3.4 L'effet de l'effet d'îlot

L'effet d'îlotage fait référence au phénomène selon lequel l'alimentation électrique du réseau est interrompue en raison de facteurs humains ou naturels, mais chaque système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau ne parvient pas à détecter l'état de panne du réseau électrique à temps, de sorte que le système de production d'énergie photovoltaïque et la charge connectée fonctionne toujours indépendamment.Avec l’expansion continue du taux de pénétration de l’accès à la production d’énergie photovoltaïque connectée au réseau, la probabilité d’un effet d’îlot augmente progressivement.La formation de l’effet d’îlot a des effets néfastes sur la qualité de l’énergie électrique de l’ensemble du réseau de distribution, notamment :

• à l'endroit où l'effet d'îlot se produit, la tension et la fréquence fluctuent considérablement, ce qui réduit la qualité de l'énergie, et la tension et la fréquence dans l'îlot ne sont pas contrôlées par le réseau électrique, ce qui peut endommager l'équipement électrique du système et provoquer des défauts de réenclenchement. , et peut également présenter des risques pour la sécurité personnelle du personnel de maintenance du réseau électrique.
• Lors du processus de récupération de l'alimentation électrique, un courant d'appel sera généré en raison de l'asynchronisme entre les phases de tension, ce qui peut entraîner une chute instantanée de la forme d'onde du réseau.
• Après l'effet d'îlot du système de production d'énergie photovoltaïque, si le mode d'alimentation d'origine est le mode d'alimentation monophasé, il est possible de provoquer le problème de l'asymétrie de charge triphasée dans le réseau de distribution, puis de réduire la qualité globale de l'électricité. consommation des autres utilisateurs.
• Lorsque le réseau de distribution passe en mode îlot et s'appuie uniquement sur le système de production d'énergie photovoltaïque pour fournir de l'électricité, si la capacité du système d'alimentation est trop petite ou si aucun dispositif de stockage d'énergie n'est installé, cela peut provoquer une instabilité de tension et des problèmes de scintillement chez l'utilisateur. charger.

Pour l’impact de l’effet d’îlot, il existe principalement les solutions suivantes :

• Optimiser la méthode de détection des îlots du système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau, analyser l'influence de la production d'énergie photovoltaïque sur la taille, la direction et la répartition du courant de défaut dans le réseau de distribution et améliorer la technologie de sélection de la vitesse de coupe de charge et de la division des îlots dans des conditions de défaut. .
• Améliorez la fiabilité de la technologie de détection des îlots, configurez une fonction de protection anti-îlot rapide et efficace, jugez avec précision l'état de l'îlot dans des circonstances anormales et interrompez rapidement et efficacement la connexion au réseau.

4Solutions

4.1 Surveillance en ligne de la qualité de l’énergie

Le dispositif de surveillance en ligne de la qualité de l'énergie APView500 adopte une plate-forme multicœur hautes performances et un système d'exploitation intégré, et mesure les indicateurs de qualité de l'énergie selon les méthodes de mesure spécifiées dans la norme IEC61000-4-30 « Technologie de test et de mesure – Méthodes de mesure de la qualité de l'énergie ». .Il intègre l'analyse harmonique, l'échantillonnage de forme d'onde, la baisse/montée/interruption de tension, la surveillance du scintillement, la surveillance du déséquilibre de tension, l'enregistrement des événements, le contrôle des mesures et d'autres fonctions.L'appareil a atteint la norme de classe IEC61000-4-30A en matière de normalisation des méthodes de mesure des paramètres de l'indice de qualité de l'énergie, de la précision de mesure du paramètre d'indice, de la synchronisation de l'horloge, de la fonction de marquage des événements et d'autres aspects, et peut répondre aux exigences de surveillance de la qualité de l'énergie. de 110 kV et moins pour les systèmes d’alimentation.

4.2 Dispositif de protection anti-îlot

Lorsque le dispositif de protection anti-îlot détecte qu'il existe des données anormales telles qu'une puissance inverse, une mutation de fréquence, etc., c'est-à-dire lorsque le phénomène d'îlot se produit, le dispositif peut coopérer avec le disjoncteur pour couper rapidement le nœud, de sorte que la centrale et le côté réseau électrique sont rapidement séparés et assurent la sécurité de la vie de l'ensemble de la centrale électrique et du personnel de maintenance associé.

4.3 Présentation du produit

5. Conclusion

Avec le développement rapide de l'industrie chinoise de production d'énergie photovoltaïque, la capacité installée et la quantité d'énergie photovoltaïque connectée au réseau augmentent, ce qui a grandement affecté la qualité de l'énergie du réseau.Il est donc nécessaire d’étudier l’influence de la production d’énergie photovoltaïque connectée au réseau sur la qualité de l’énergie du réseau.Cet article analyse le principe de base et les caractéristiques structurelles de la production d'énergie photovoltaïque, expose les causes des harmoniques, des fluctuations et du scintillement de tension, de l'injection de courant continu et de l'effet d'îlot dans la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau, et propose des mesures réalisables pour améliorer la qualité de l'énergie, ce qui a une certaine importance de référence pour améliorer encore la qualité de l'énergie de la production d'énergie photovoltaïque.

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