ככל שהאנרגיה העולמית דורשת התגברות והדחף לעצימות פחמן, רשת החשמל עוברת טרנספורמציה עמוקה.בלב האבולוציה הזו נמצאת המיקרוגרידי – מערכת אנרגיה מקומית המסוגלת לפעול באופן עצמאי או בתיאום עם רשת החשמל הראשית. בעוד מיקרו-צמחונים מציעים יתרונות מדהימים מבחינת חוסן, יעילות, ואינטגרציה אנרגיה מתחדשת, הם גם רגישים להפרעות אנרגיה כגון הפרעות חשמל מתקדמות, כגון הפרעות יעילות, ופעולות יעילות של פעילות גופנית.

הבנת מיקרוגרידים ואתגרי איכות כוח

מיקרוגרייד היא מערכת אנרגיה דיסקרטית המשלבת משאבי אנרגיה מבוזרים (DERs) - כגון photovoltaics סולארי, טורבינות רוח, אחסון סוללות, גנרטורים דיזל - לצד עומסים שניתן לשלוט בהם.זה יכול לפעול במצב המחובר לרשת, שבו הוא מחליף כוח עם השירות הראשי, או במצב האי, שבו הוא מתפקד באופן אוטונומי.

עם זאת, המאפיינים שהופכים מיקרו-צמחים גמישים גם מציגים אתגרים משמעותיים באיכות כוח.איכות הכוח מתייחסת לדרגה שבה המתח, התדר ועיוות החשמל המסופק תואם לסטנדרטים מבוססים כגון IEEE 519 או IEC 61000.

  • (FLT:0) דיסטורציה הארי:FLT:1 מטענים לא-לינאריים - כגון כוננים בתדר משתנה, ממריצים, תאורה LED - הזרמת זרמים הרמוניים למערכת.
  • (FLT:0)Voltage Sags ו Swells:veFLT ( 1 פתאומי שינויים בעומס או בדור, במיוחד ממתחדשים לסירוגין כמו השמש והרוח, יכול לגרום לירידה זמנית (sags) או עלייה (swells) במתח.
  • (FLT:0)Voltage Flicker:FearLT:1 תנודות מהירות במתח, לעתים קרובות בשל פיזור של פלט מתחדשים או מנוע גדול מתחיל, יכול לגרום לזייף גלוי של אורות ולצמצם את חוויית המשתמש.
  • (FLT:0) עומסים לא מאוזנים: 1FLT:1 לטעון חד-phase מחובר מיקרוגריד שלוש-phase יכול ליצור חוסר איזון מתח, המוביל לצמצום יעילות המנועים והפסדים מוגברים.
  • (FLT:0) כוח אימזון: 1.10LT:1 תומך בכוח פעיל יעיל יכול לגרום לאי יציבות מתח, במיוחד במהלך פעולה איתנה כאשר הרשת העיקרית אינה זמינה.

התייחסות לנושאים אלה חיונית לא רק להגנה על ציוד, אלא גם לשמירה על האמינות והכדאיות הכלכלית של מסננים מיקרוגריד. פאסיביים – מחנכים וכנפיים המתכוונים לתדרים ספציפיים – שימשו באופן מסורתי, אך הם מוגבלים על ידי פיצוי קבוע, גודל גדול, ורגישות להדהד עם הרשת.

תפקיד מסננים פעילים ב- Mitigating Power Quality Issues

מסננים פעילים הם ממירים אלקטרוניים כוח המשתמשים באלגוריתם של זמן אמת ושליטה כדי להזריק זרמים או מתחים למערכת.בניגוד לסננים פסיביים, הם יכולים להגיב באופן דינמי לתנאים משתנים, ביטול מספר הרמוניים בו זמנית, מתן תמיכה כוח תגובתית או עומסי איזון.מרכיבים הליבה שלהם כוללים מקור מסובך (VSI), DC-link-link-Fytor, ו-SRF) כגון אלגוריתמים (cosonatexicial) או אלגוריתמים).

בתצורה טיפוסית, המסנן הפעיל מחובר בנקודה של הפיכה משותפת (PCC) בין המיקרוגרריד לבין עומסיו או מקורות הדור שלה.חיישנים מודדים את המתח ואת הגלפורים הנוכחיים, והבקר מפיץ את הרכיבים הרמוניים ופעולתיים כדי ליצור אות התייחסות.ה-VI יוצר זרם מגובש המבטל את הרכיבים הלא רצויים, וכתוצאה מכך כמעט סימנואיד, תהליך הגל המאוזן הזה הוא חוזר על פני אלפי פעמים.

יעילותם של מסננים פעילים תואמת במחקרים רבים ובמתקנים בעולם האמיתי.לדוגמה, מחקר שפורסם ב-FLT:0IEEE עסקאות על Power ElectronicsFLT:1 מדגים כי מסננים פעילים יכולים להפחית את עיוות ההרמוני הכולל (THD) ל-5%, עמידה בסטנדרטים המחמירים של IEEE 519 גם בתנאי עומס לא לינאריים.

סוגים של Actives Filter

מסננים פעילים מגיעים במספר התנצלות, כל אחד מתאים ליישומים ספציפיים בתוך מיקרו-צמחונים.הבנת הסוגים הללו חיונית לפריסה יעילה.

(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇

מסננים פעילים שוסט (SAFs) קשורים במקביל לעומס.הם הסוג הנפוץ ביותר ומשמשים בעיקר לפצות על זרמים הרמוניים וכוח תגובתי.על ידי הזרקת זרמים שווים בגודל אך בניגוד בשלב לרכיבים הרמוניים, SAFs ביעילות מבטל אותם.הם יכולים גם לספק איזון ונפיחות.

(ב) [15] [15]

מסננים פעילים סדרה (SeAFs) מוכנסים בסדרה עם הקו, בדרך כלל באמצעות הפיכה משתנים.הם פועלים כמקור מתח מבוקר, מכווצים להפרעות מתח כגון סדקים, swells, ו הרמוניות.SAFs יעילים במיוחד מיקרו-grids שבו איכות המתח במחשב C הוא קריטי, כגון במתקנים עם ציוד רפואי רגיש או ייצור, הם יקרים יותר ופילטרים מלאים, אשר חייב להתמודד עם גודלם הנוכחי שלהם.

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד

מסננים פעילים היברידיים (HAFs) משלבים רכיבים פעילים ופסיביים כדי למנף את נקודות החוזק של שניהם.בדרך כלל, סדרה או מסנן פעיל שנון משולב עם מסנן פסיבי מכוון לתדירות הרמונית דומיננטית.הפילטר הפסיבי מטפל במרבית הפיצויים עבור תדירות זו, בעוד שכתובות המסנן הפעילות שנותרו הרמוניות ומספקות תגובה דינמיות זו יכולות להפחית את דירוג החשמל ואת העלות של ביצועים פעילים תוך שמירה על מסנן גבוה.

אסטרטגיות בקרה עבור Active Filters

הביצועים של מסנן פעיל תלויים במידה רבה באלגוריתם הבקרה שלו.אסטרטגיות בקרה מתקדמות מאפשרות פיצוי מדויק ומהיר.

  • (FLT:0) תאוריה p-q תאוריה של ⁇ (אנ') ידועה גם כתיאורית Akagi-Nabae, שיטה זו הופכת שלושה מתחים וזרמים למסגרת ההתייחסות α-β.זה מפרידה את הכוח האמיתי המיידי (p) ואת הכוח הדמיוני (q) ל- DC ורכיבי AC מייצגים נזקי חשמל הרמוניים ואקטיביים, אשר משמש לפשטות.
  • (FLT:0Synchronous Reference Frame (SRF) Control:FLT) 1 טכניקה זו משתמשת טרנספורמציה פארק כדי להמיר כמויות AC לתוך רוטטציה של מסגרות התייחסות D-q מסונכרנות עם התדר הבסיסי.הסימנים המתקבלים מסומנים כדי לחלץ רכיבים הרמוניים, אשר משמשים כדי ליצור קידוד זרמים.
  • (FLT:0)Model Predictive Control (MPC): ההרחבה 1 (גישה מודרנית יותר, MPC צופה את ההתנהגות העתידית של המערכת המבוססת על מודל מתמטי ובחירת מצבי המעבר האופטימליים של המהפך כדי להשיג את הפיצוי הרצוי.הוא מציע תגובה חולפת מהירה ויכול להתמודד עם מגבלות, אך דורש כוח חישובי משמעותי.
  • (FLT:0) Gigital Hysteresis Control: ibph:1) שיטה פשוטה זו משתמשת להקה היסטריה סביב זרם ההתייחסות כדי ליצור אותות מעבר.זה חזק וקל ליישום אבל יכול להוביל לתדירות המשתנה והפסדים גבוהים יותר.

המחקר ממשיך לטכניקות בקרה חכמות, כולל לוגיקה ורשתות עצביות, להסתגל לתנאים המשתנים ביותר במיקרו-צמחונים.

היתרונות של קידוד Active Filter Deployment ב Smart Grid Microgrids

השילוב של מסננים פעילים למיקרו-צמחונים ברשת חכמה מספק מגוון רחב של יתרונות המשתרעים מעבר לתיקון איכות חשמל בסיסי. היתרונות האלה הם קריטיים להשגת מצוינות תפעולית ולתמוך במטרות הרחבות יותר של התפתחות רשת חכמה.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

היתרון העיקרי הוא ההפחתה משמעותית של עיוות הרמוני.על ידי שמירה על THD בתוך גבולות שנקבעו על ידי סטנדרטים כגון IEEE 519 (בדרך כלל 58% עבור מתח ו 10-20% עבור זרם), מסננים פעילים למנוע חימום יתר של משתנים וכבלים, להפחית את ההפסדים מוטוריים, ולהבטיח את הפעולה אמינה של אלקטרוניקה רגישה.

(ב) ,0) הוכחו כי ניתן ליישב את ה-Valstration of the Power and RegulationveFLT:1

מסננים פעילים מספקים פיצוי אנרגיה תגובתי דינמי, אשר מסייע לשמור על מתח בטווחים מקובלים במהלך שינויים עומס ואירועים פגומים.זה חשוב במיוחד מיקרוגרואידים אי שבו הרשת הראשית אינה זמינה לספק תמיכה במתח. מחקרים מראים כי מסננים פעילים יכולים לשפר פרופילי מתח על ידי 10-20% בהשוואה למערכות ללא פיצוי, צמצום הסיכון להתמוטטות מתח.

(ב) ,0) ,החלות של מערכת הבריאות והחוסנות (RelimentmentalnessFLT)

על ידי מיגדיל טראנסים והפרעות, מסננים פעילים להפחית את הלחץ על ציוד חשמלי, המוביל פחות החוצהמות לא מתוכננות וחיי נכסים ארוכים יותר.במיקרוגרריד כי חייב לפעול באופן אוטונומי לתקופות ארוכות, אמינות זו חיונית. לדוגמה, במהלך רשת, מסננים פעילים יכולים לחלק את המעבר למצב האי ולשמור על כוח יציב עבור עומסים קריטיים.

(ב) ,0) ,התנדבות של ציוד רגישה 1

הפסדים פיננסיים ותפעוליים של ציוד פגומים יכול להיות משמעותי.פילטרים פעילים להגן מפני בעיות איכות כוח נפוצות כגון מתח חבלי מתח, אשר יכול לגרום בקרים לוגיים סבירים (PLCs) ותדירות משתנה מניעים כדי תקלה. במיקרואורגניזמים תעשייתיים, הגנה זו מתורגמת ישירות להפחתה של עלויות תחזוקה.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מקורות מתחדשים כמו השמש והרוח הם משתנים מטבעם ויכולים להזריק הרמוניות דרך המדפים שלהם.פילטרים פעילים יכולים לפצות על הרמוניות אלה ולספק תמיכה במתח, המאפשר חדירה גבוהה יותר של מתחדשים ללא איכות כוח מבוזרת.זה מאפשר מפתח עבור מיקרו-צמחים שמטרתם להשיג רמות גבוהות של קיימות.

(ב) רפורמת כוח תגובתית ו-Power Factor CorrectionFLT:1

מסננים פעילים יכולים לספק או לספוג כוח תגובתי כנדרש, שמירה על גורם כוח כמעט בלתי אחיד.זה מפחית את ההאשמות של צריכת חשמל תגובתית ומצמצם את ההפסדים ברשת ההפצה.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסננים פעילים מודרניים הם מודולריים וניתן לדרג אותם כדי לענות על הדרישות הגדלות של מיקרוגרריד.הם יכולים גם להיות מופצים באמצעות עדכוני תוכנה, המאפשרים להם להסתגל לשינויים במאפיינים של עומס או בסטנדרטים חדשים.

אתגרים מעשיים ושיקולים

למרות היתרונות ברורים שלהם, פריסת מסננים פעילים במיקרו-grids אינה ללא אתגרים. אלה חייבים להיות מוערכים בקפידה במהלך שלב התכנון והיישום.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסננים פעילים יקרים יותר מפילטרים פסיביים בשל אלקטרוניקה, חיישנים ומערכות בקרה מעורבים.עבור מיקרוגרואידים קטנים או אלה עם תקציבים מוגבלים, ההשקעה מעלה יכולה להיות מונעת.עם זאת, העלות הכוללת של הבעלות - כולל חיסכון מהפחתה וההרחבה של חיי הציוד - לעתים קרובות רק אם העלות. ניתוח עלות-תועלת ספציפית לפרופיל המיקרוגרידי הוא חיוני.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הביצועים של מסנן פעיל תלוי תחכום של בקר שלה. אלגוריתמים מחוננים בצורה גרועה יכולים להוביל לבעיות כגון חוסר יציבות, התחדשות עם אלקטרוניקה כוח אחר, או פיצוי לא מספק. integrating פילטרים פעילים עם רכיבים אחרים ברשת חכמה - כמו מערכות ניהול אנרגיה, מופנים, ומטענים סוללות - דורש תקשורת זהירה ותיאום.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסננים פעילים מכילים מכשירים למחצה ו capacitors שיכולים להידרדר לאורך זמן.ניהול התרמומלי, קירור הולם ותחזוקה סדירה הם הכרחיים כדי להבטיח אמינות לטווח ארוך.במיקרואורגניזמים מרוחקים או לא מעודכנים, זה יכול להיות אתגר לוגיסטי. תצורה רדונדנט או אבחון מובנה יכול להקטין את הבעיות האלה.

(ב) ,0) ,החזרות ההוריקן עם מטרות פאסיביות

כאשר מסננים פעילים פרוסים במיקרו-צמחים שכבר יש להם מסננים פסיביים או קפיאנט כבל משמעותי, יש סיכון של התחדשות הרמונית.זה יכול להוביל להעלאת נזקי מסוימים במקום ביטול.מערכת נכונה מודלים באמצעות כלים כמו ניתוח סריקות תדירות נדרש כדי להבטיח הפעלה ללא התחדשות.

(ב) ◄ [17]

במהלך המעבר מרשת המחוברת למצב האי, מיקרו-צמחים חווים מתח משמעותי וזמני תדר.פילטרים פעילים חייבים להיות מהירים מספיק כדי להגיב במילימטרים כדי לשמור על איכות כוח. אלגוריתמים אשר להסתגל לשתי המישורים הם עדיין תחום של מחקר פעיל.ה-FLT:0 (IEC) אלקטרו-טכניקנל 1FLT מספק הנחיות לבדיקות פעיל בתנאים אלה, אך משתנים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

התחום של פריסת סינון פעילה מתפתח במהירות, מונע על ידי התקדמות באלקטרוניקה כוח, תיאוריה שליטה ואינטליגנציה מלאכותית. כמה מגמות מעצבות את העתיד של טכנולוגיה זו במיקרו-צמחונים ברשת חכמה.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

אלגוריתמים של בינה מלאכותית ומכונה מפותחים כדי להתאים את השליטה במסננים פעילים בזמן אמת.לדוגמה, רשתות עצביות יכולות לחזות התנהגות ולהתאים את הפרמטרים של פיצוי באופן פרואקטיבי, צמצום זמני התגובה ושיפור היעילות.למידה של חיזוק יכול לאפשר לסננים ללמוד דפוסי מעבר אופטימליים ללא כוונון ידני.מערכות חכמות אלה הן בעלות ערך מיוחד מיקרו-grids עם דור מתחדש מאוד.

שילוב עם מערכות אחסון אנרגיה

מסננים פעילים משולבים יותר ויותר עם מערכות אחסון אנרגיה סוללה (BESS) כדי לספק יכולות רב-תפקודיות.הקישור של מסנן פעיל יכול להיות מחובר לבנק סוללות, ומאפשר את אותו אלקטרוניקה כוח לבצע הן תיקון איכות כוח והן שינוי זמן אנרגיה.זה מקטין את העלות הכוללת של המערכת ואת טביעת הרגל תוך שיפור גמישות מיקרוגריבית.

מהפך מודולרי ורב-דרג

ממירים רב-דרגתיים מודולריים (MMCs) מציעים יכולת קשקשים ו אדמוניות עבור מסננים פעילים.הם יכולים להתמודד עם מתחים גבוהים יותר וזרמים עם פלט הרמוני נמוך יותר בעצמם. כמו מיקרו-צמחונים גדלים בגודל ומורכבות, מסננים פעילים מבוססי MMC יהפכו נפוצים יותר, במיוחד עבור יישומים בינוניים-וולנטים כגון פארקים תעשייתיים או מופץ של דורות.

בקרה אלחוטית ומפולגת

במיקרואורגניזמים גדולים עם מסננים פעילים מרובים, שליטה מרכזית יכולה להיות צוואר בקבוק. דיסטריוט ארכיטקטורות שליטה, שבו כל מסנן מתקשר עם שכנים באמצעות קישורים אלחוטיים, נחקרים.מערכות אלה משפרות אמינות ומאפשרות שילוב Plug-and-play של מסננים חדשים.

תקנים והתאמה

כפילטרים פעילים הופכים לחלקיים לרשתות חכמות, הגופים הסטנדרטיים מפתחים פרוטוקולים להתאמה.תקן IEC 61850, למשל, כולל מודלים למכשירים איכותיים של חשמל. Compliance עם סטנדרטים אלה יבטיחו כי מסננים פעילים יכולים לתקשר בצורה חלקה עם נכסים חכמים אחרים, המאפשרים אי מתתואם, תגובה ואופטימיזציה בזמן אמת.

מחקרים: הטמעה יעילה של מסנן במיקרוגרואידים

כדי להמחיש את ההשפעה המעשית של מסננים פעילים, לשקול שני תרחישים נציג.בקמפוס האוניברסיטה microgrid בקליפורניה, מסנן פעיל shunt הותקנה בדירקטוריון ההפצה הראשי.הקמפוס היה תערובת של ציוד מעבדה, מיזוג אוויר, תאורה, המוביל לרמות THD מעל 12%. לאחר התקנת סינון, THD צנח ל 4.5%, ותנודות מתח במהלך שעות שיא היו מופחתים על ידי 80%.

באי מרוחק מיקרוגריד באי הקריביים, מסנן פעיל היברידי עם אחסון סוללות הוצב לתמוך חדירה גבוהה של PV השמש.הפילטר סיפק פיצוי הרמוני ורגולציה מתח במהלך מעברי ענן, מניעת טיול תכופים של מופנים.ההסתמכות של האי על גנרטורים דיזל צנחה ב-30%, ואיכות הכוח פגשה דרישות שירות מקומיות עבור חיבורים עם הרשת הראשית.

מסקנה

פריסת מסננים פעילים בתוך מיקרו-צמחים ברשת חכמה היא צעד טרנספורמטיבי לקראת השגת איכות כוח מעולה ויציבות תפעולית.על ידי עיוות הרמוני דינמי, תנודות מתח וחוסר איזון של כוח תגובתי, מכשירים אלה מאפשרים מיקרו-צמחים לפעול באופן אמין, להגן על ציוד רגיש, ולשלב מקורות אנרגיה מתחדשת יעילים בקנה מידה.