Fhasorien käyttö uusiutuvan energian järjestelmissä

Koska fasorit pysyvät paikallaan vakaassa tilassa sinuoidiolosuhteissa, ne mahdollistavat suoran vertailun jännitteitä ja virtauksia samalla taajuudella. Niiden vaiheero osoittaa, onko kuorma resistentti, induktiivinen tai kapasitiivinen.

Phasorsin rooli verkkopohjaisissa uusiutuvan energian järjestelmissä

Uusiutuvat energialähteet.Pääosin tuuli- ja aurinko-käyttöinen AC-sähköverkon kanssa inverttereiden kautta. Näiden sähköisten muuntimien on tuotettava sinuoiditeho, jonka taajuus, vaihe ja amplitudi vastaavat verkon nimellisiä olosuhteita. Phasor-teoria tukee lähes jokaista ohjausalgoritmia ja seurantatekniikkaa, joita käytetään tämän synkronoinnin saavuttamiseksi.

Tehovirran ja tehokkuuden analyysi

Kaikissa vaihtovirtajärjestelmissä todellinen teho (P) ja loisteho (Q) ilmaistaan käyttäen fasoreja: P = ...V..................................................................................................................................................................................................................................

Invertteriohjaus ja vaihelukitut silmukkatyhjiöt

Grid-sidotut invertterit luottavat vaihelukittuihin silmukoihin (PLL) synkronoidakseen hyötyjännitteen kanssa. PLL arvioi jatkuvasti verkkojännitteen. PPL-tiedoston vaihekulma ja -taajuus.Nämä reitit toimivat vertailusignaalina invertterille. Kaikki vääristymät johtavat virtapiikkeihin, harmonisiin ruiskutuksiin tai jopa saariin liittyviin riskeihin. Nykyaikaiset PLL-algoritmit, kuten synkronoitu vertailukehys PLL (SRF-PLL), käyttävät phasor-muunnoksia (kuten Clarke- ja Park-muunnokset), jotka ovat suoria laajennuksia fasor-teoriassa. Nämä algoritmit tarjoavat nopean ja tarkan seurannan jopa vääristyneissä verkko-olosuhteissa, mikä varmistaa saumattoman tehon ruiskutuksen aurinkosähkö- ja tuuliturbiinien avulla.

Synkronointi virtaverkon kanssa

Uusiutuvan laitoksen liittäminen siirto- tai jakeluverkkoon edellyttää, että generaattorin jännitefasor on linjattava verkkoon. Jos kaksi fasoria eroavat merkittävästi suuresta, taajuudesta tai vaiheesta, suuret kiertovirrat voivat virtautua, trip-proteiineja tai vahingoittaa laitteita. []Phasor-mittayksiköt (PMU) asennetaan avainsolmuihin, jolloin saadaan korkea resoluutio, aikaleimatut fasor-tiedot (synkrophasorit) järjestelmäoperaattoreille. PMU-näytteet ja -virrat on säilytettävä vaiheittaisina 30....120 näytteistä sekunnissa ja niiden on oltava positiivisia-sefansseja, jotta lähettäjät voivat vertailla vaiheita eri alueilla. Tämä kyky on välttämätön maantieteellisesti hajautettun uusiutuvan omaisuuden integroimiseksi esimerkiksi tuulipuistoille syrjäisillä alueilla.

Vian havaitseminen ja suojaaminen

Phasor-analyysi mahdollistaa nopean ja valikoivan vian havaitsemisen. Suojareleet vertaavat esivika- ja vikatilan phasoreja määrittääkseen häiriön tyypin, sijainnin ja vakavuuden, kuten line-to-ground-vikoja tai avoimia johtimia. Jännitevakaus ja -turvotukset tunnistetaan helposti, kun niiden suuruus ja vaihekulma poikkeavat nimellisistä fasor-arvoista. Uusiutuvissa ja rikkaissa verkoissa vikavirrat voivat olla pienempiä kuin tavanomaisissa verkoissa, koska ne eivät perustu pelkästään vikavirtaan. Etäisyydet, jotka käyttävät impedanssia (phasor) -suojausta, joka vertaa suojavyöhykkeelle tulevien ja sieltä poistuvien virtojen fasor-määriä, ovat edelleen tehokkaita, koska ne eivät ole riippuvaisia pelkästään vikavirtaa rajoittavasta määrästä.

Aurinkovalojärjestelmien phasorit

Aurinkosähköjärjestelmät (PV) toimivatko kattorakenteet tai hyötymittayksiköt AC:n DC-tehoa muuntavien vaihtosuuntaajien kautta. Vaihtovirtageneraattorin ohjausjärjestelmä käyttää phasor-mittauksia jännitteen ja taajuuden säätelemiseksi. Normaalissa käytössä PV-muuntimen on ruiskutettava tietty määrä aktiivista tehoa (joka perustuu säteilyyn) ja tuettava jännitettä antamalla tai absorboimalla reaktiivista tehoa. Muuntimen ja verkkofasorin välinen suhde määrittää tehonsiirron klassisen yhtälön P = (...[_]1[[]]2[[]].].].

Phasor-mittaus auttaa myös laskeutumiseneston havaitsemisessa. Kun apuohjelma katkeaa, paikallinen PV-invertteri voi jatkaa jakelulinjan osan energisoimista. Vertaamalla invertterijännitteen vaihekulmaa viiteen (esim. synkrophasorista sähköasemalla), invertteri voi nopeasti havaita saarien ja lopettaa toiminnan, mikä suojaa linjatyöntekijöitä ja laitteita.

Tuulienergiajärjestelmien phasorit

Tuuliturbiinit, erityisesti kaksin verroin ohjatuilla induktiogeneraattoreilla (DFIG) tai täystehoisilla muuntimilla varustetut, tukeutuvat voimakkaasti fasor-kontrolliin. Turbiinia ja roottoria irrotetaan verkkotaajuudesta sähköelektroniikan avulla. Verkko-sivumuuntimen on tuotettava verkon jännitteen phasoreja sekä mittakaavassa että suunnassa. Muuntimen virtafasoria säännellään tuottamaan oikea määrä reaktiivista energiaa joko virtakertoimen asetuspisteen saavuttamiseksi tai jännitteen säätelyyn osallistumiseksi.

Matalajännitekäyttöisten läpiajotapahtumien aikana (esim. lähivika) fasor-ohjausjärjestelmän on syötettävä reaktiivinen virta verkkojännitteen palautuksen tueksi. Standardit kuten IEEE 1547 edellyttävät tarkkaa reaktiivivirta-asennuksia suhteessa jännitteen poikkeamaan.Tällainen vaatimus on mahdollista vain jatkuvan fasor-palautteen avulla. Lisäksi koska tuulivoima vaihtelee tuulen nopeudella, fasor-pohjaiset tila-estimaatit auttavat operaattoreita seuraamaan sähkövirran marginaaleja ja ennakoimaan lämpöylikuormitusta siirtolinjoissa, jotka yhdistävät tuulivoimaisia alueita kuormaajiin.

Mikrogridejä ja saarilla tapahtuvaa toimintaa koskevat phasorit

Mikrogridit. Paikalliset sähköjärjestelmät, jotka voivat irrottaa pääverkosta, voivat irrottaa toisistaan ainutlaatuiset fasor-haasteet. Verkkoyhteydessä olevan tilan mikrogridijännitteen ja -taajuuden sanelee apuohjelma; saaritilassa yhdestä tai useammasta hajautetusta generaattorista tulee viite. Droopin ohjaus, yhteinen menetelmä kuorman jakamiseksi rinnakkaisten inverttereiden kesken ilman kommunikaatiota, käyttää fasor-suhteita: jokaista invertteriä ohjataan säätämällä sen jännitetaajuutta (P-f-droop), kun taas reaktiivista tehoa säännellään jännitteen suuruudella (Q-V-droop). Tämä järjestelmä on luonnostaan phasor-pohjainen tekniikka, koska jännitteen phasorin taajuus ja suuruus ovat säätömuuttujia.

Siirtyminen verkkoon liitettyjen ja saarilla sijaitsevien moodien välillä edellyttää nopeita fasormittauksia saareketapahtuman havaitsemiseksi (usein kahden syklin kuluessa) ja uudelleensynkronoimiseksi pääverkon palauttamisen yhteydessä. Yhteiseen kytkimeen asennettujen mikroverkkopisteiden PMU-järjestelmät mahdollistavat saumattoman uudelleenkytkennän sovittamalla mikroaaltojen fasorin verkkofasoriin ennen kuin tasauskytkin suljetaan.

Edut ja tulevaisuuden trendit

Fashoriteknologian hyödyt uusiutuvan energian järjestelmissä ovat merkittäviä ja ulottuvat perussynkronoinnin ulkopuolelle:

• Lisätty verkon vakaus ja luotettavuus[ . Laaja-alaiset seurantajärjestelmät (WAMS) synkrophasoreihin perustuvat havaitsevat alueidenvälisiä värähtelyjä ja jännitevakautta ennen kuin ne laajenevat, mikä mahdollistaa ennalta ehkäisevät valvontatoimet.
• Tehonmuuntamisen parempi tehokkuus [ ... ......................................................................................................................................................................................................................................
• : Vaihteleva uusiutuva energia [ .
• Reaaliaikainen järjestelmän seuranta ja valvonta [ . ... ... ...............................................................................................................................................................................................................................

Tulevaisuudessa []fasor-tiedonkeräinten [ ja koneoppimisalgoritmien käyttöönotto, jotka sulattavat synkrophasor-virtoja, mahdollistaa itseparannusverkkojen käyttöönoton. Ennustava analytiikka voi ennakoida ohimeneviä vakausongelmia ja automaattisesti muokata verkon topologiaa. Käännännäisvalmistajat upottavat PMU-toiminnon suoraan muuntajiksi, muuntavat kaikki uusiutuvat generaattorit mittaussolmukkeeksi. Uusiutuvien energialähteiden osuuden kasvaessa fasorien roolista tulee välttämätön kestävien, hiilivapaan sähköjärjestelmän rakentamiseksi.

Lisätietoja saa : IEEE Power & Energy Society[:lta, kun kyseessä ovat synkrophasor-sovelluksia koskevat standardit, tai :]:n kansallisen uusiutuvan energian laboratorion (NREL) [:lta. Perustava viite on oppikirja []:Phasor Measurement Units for Power Systems , joka kattaa sekä teorian että käytännön toteutuksen.