Wat zijn Phasors?

Een phasor is een beknopte wiskundige weergave van een sinusvormige golfvorm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Omdat phasors stationair blijven onder steady-state sinusoïdale omstandigheden, maken ze directe vergelijking van spanning en stromen met dezelfde frequentie mogelijk. Hun faseverschil geeft aan of een belasting resistent, inductief of capacitief is een eigenschap die essentieel is voor het beheersen van de stroomkwaliteit en efficiëntie in hernieuwbare energiesystemen.

De rol van phasors in raster-verbindingen van hernieuwbare systemen

Hernieuwbare energiebronnen .Prima wind en zonne-energieinterface met het wisselstroomnet door inverters . Deze stroom elektronische converters moeten een sinusvormige output genereren waarvan de frequentie, fase en amplitude overeenkomen met het net nominale omstandigheden . Phasor theorie ondersteunt bijna elke controle algoritme en monitoring techniek gebruikt om deze synchronisatie te bereiken .

Energiestroom- en efficiëntieanalyse

In elk wisselstroomsysteem worden de werkelijke stroom (P) en reactieve vermogen (Q) uitgedrukt met behulp van phasors: P =

Inverter control en Phase-Locked Loops

Een PLL-inverters vertrouwen op gefaseerde loops (PLL's) om te synchroniseren met de utility voltage. Een PLL stelt continu de rasterspanning in beeld en de fasehoek en frequentie van de omvormer. Elke foute inverter leidt tot stroompieken, harmonische injectie of zelfs eilandrisico's. Moderne PLL-algoritmen, zoals het synchrone referentieframe PLL (SRF‐PLL), gebruiken phasortransformaties (zoals de Clarke en Park transformeert) die directe extensies van de phasortheorie zijn. Deze algoritmen bieden snelle, nauwkeurige tracking, zelfs onder verstoorde rasteromstandigheden, waardoor naadloze stroominjectie van fotovoltaïsche arrays en windturbines gewaarborgd is.

Synchronisatie met het Power Grid

Om een hernieuwbare installatie aan het transmissie- of distributienet te verbinden, moet de generator een spanningsphasor met het net aanpassen. Als de twee phasors aanzienlijk verschillen in omvang, frequentie of fase, kunnen grote circulatiestromen stromen, beschermende relais struikelen of schadelijke apparatuur. [Phasor meeteenheden (PMT)[] geïnstalleerd op sleutelknooppunten leveren hoge resolutie, tijd-gestempelde phasor gegevens (synchrophasors) aan systeemoperators. P › sample voltages en stromingen op 30

Detectie en bescherming van fouten

De analyse van de Phasor maakt snelle, selectieve foutdetectie mogelijk. Beschermende relais vergelijken de phasors van pre-faill en post-faill omstandigheden om het type, de locatie en de ernst van storingen zoals line-to-ground storingen of open geleiders te bepalen. Spanningszakken en de zwellingen zijn gemakkelijk te identificeren wanneer hun omvang en fasehoek afwijken van nominale phasorwaarden. In hernieuwbare netwerken kunnen foutstromen lager zijn dan in conventionele netwerken als gevolg van omvormerfoutstroombeperking, waardoor traditionele overstroombescherming minder betrouwbaar wordt. Op phasor gebaseerde differentiële bescherming, die de phasor sommen stroom die een beschermde zone binnenkomen of verlaten, vergelijkt, blijft effectief omdat het niet uitsluitend afhankelijk is van de huidige omvang van de fout. Ook kunnen afstandsrelais die impedantie-phasor berekeningen gebruiken, worden aangepast om rekening te houden met de variabele kortsluiten bijdragen van hernieuwbare bronnen.

Phasors in zonne-voltaïsche systemen

Zon fotovoltaïsche (PV) systemen . .of dak-arrays of utility-schaal planten . . werken door middel van inverters die DC vermogen omzetten naar AC. De omvormer . s besturingssysteem maakt gebruik van phasor metingen om uitgangsspanning en frequentie te reguleren . Tijdens normale werking , de PV omvormer wordt opgedragen om een bepaalde hoeveelheid actief vermogen (gebaseerd op bestraling) te injecteren en om de spanning te ondersteunen door het leveren of absorberen van reactieve vermogen . De relatie tussen de omvormer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

De meting van de phasor helpt ook bij de detectie van de omvormer. Wanneer het nut wordt losgekoppeld, kan de lokale PV-omvormer een deel van de distributielijn blijven activeren. Door de fasehoek van de omvormerspanning te vergelijken met een referentie (bijv. van een synchronisatie-inverter op het substation), kan de omvormer snel eilanding detecteren en de werking staken, lijnwerkers en apparatuur beschermen.

Geheugen in Windenergiesystemen

Windturbines, met name die uitgerust met dubbel gevoede inductiegeneratoren (DFIG's) of full-power converters, zijn sterk afhankelijk van de phasor control. De rotor van de turbines wordt door middel van stroomelektronica losgekoppeld van de rasterfrequentie. De netzijde converter moet spanningsmeters produceren die in zowel omvang als richting overeenkomen met de netwerkphasors. De converter current phasor is gereguleerd om de juiste hoeveelheid reactief vermogen te leveren, hetzij om een powerfactor setpoint te voldoen of om deel te nemen aan spanningsregeling.

Tijdens de doorgaande laagspanningsrit (bv. een nabijgelegen storing) moet het phasor-besturingssysteem reactieve stroom injecteren om het spanningsherstel van het net te ondersteunen. Normen zoals IEEE 1547 vereisen nauwkeurige reactieve stroominjectie evenredig met de spanningsafwijking.Een vereiste die alleen mogelijk is met continue feedback van de phasor. Bovendien, omdat windkracht fluctueert met windsnelheid, helpen phasor-gebaseerde state estimates de operators bij het bijhouden van stroommarges en anticiperen op thermische overbelasting op transmissielijnen die wind-rijke gebieden verbinden met laadcentra.

Gehasors in Microgrids en Islanded Operatie

Microgrids .lokaliseerde stroomsystemen die kunnen loskoppelen van het hoofdnetwerk .pose unieke phasor uitdagingen . In grid-gekoppelde modus , de microgrids spanning en frequentie worden bepaald door het hulpprogramma; in de eiland modus , een of meer gedistribueerde generatoren worden de referentie . droop control , een gemeenschappelijke methode voor het delen van lading tussen parallelle omvormers zonder communicatie , maakt gebruik van phasor relaties: elke omvormer active power output wordt gecontroleerd door het aanpassen van zijn spanningsfrequentie (P‐f droop), terwijl reactieve vermogen is geregeld via spanningsomvang (Q‐V droop). Dit schema is inherent een op phasor gebaseerde techniek , omdat de frequentie en de omvang van de spanning phasor zijn de regelvariabelen .

De overgangen tussen de netwerk- en eilandmodi vereisen snelle phasormetingen om de eilanding te detecteren (vaak binnen twee cycli) en om te hersynchroniseren wanneer het hoofdnet is hersteld. PMU's die op het microgridpunt van de gemeenschappelijke koppeling zijn geplaatst, maken een naadloze herverbinding mogelijk door de microgrid-phasor aan te passen aan de rasterphasor voordat de stropdasschakelaar wordt gesloten.

De voordelen van de technologie van de phasor in hernieuwbare energiesystemen zijn aanzienlijk en reiken verder dan de basissynchronisatie:

  • Verbeterde stabiliteit en betrouwbaarheid van het net . . . Breed-gebiedcontrolesystemen (WAM) gebaseerd op synchrofasoren detecteren inter-gebiedsoscillaties en spanningsinstabiele voordat ze escaleren, waardoor preventieve controlemaatregelen mogelijk zijn.
  • Verbeterde efficiëntie van de energieconversie . . . maximale maximale maximale maximale maximale tracking van het elektriciteitspunt (MPPT) en reactieve algoritmen voor de overdracht van energie maximaliseren de energieoogst terwijl verliezen worden geminimaliseerd.
  • Betere integratie van variabele hernieuwbare bronnen . . . Phasor-gegevens informeren geavanceerde prognose- en verzendingsinstrumenten, waardoor de beperking wordt verminderd en hogere penetratieniveaus mogelijk worden.
  • Real-time systeembewaking en -besturing . . . De exploitanten ontvangen sub-seconde updates over fasehoeken, zodat zij de productieportefeuilles kunnen aanpassen en de transformators reageren.

Vooruitblikkend zullen de inzet van fasors voor dataconcentrators en machine learning algoritmes die synchrophasor streams verteren, zelfhelende netwerken mogelijk maken. Voorspelbare analyses kunnen anticiperen op tijdelijke stabiliteitsproblemen en automatisch netwerktopologie herconfigureren. Inverter fabrikanten inbedding PMU functionaliteit direct in converters, waardoor elke hernieuwbare generator in een meetknooppunt verandert. Naarmate het aandeel van hernieuwbare energie toeneemt, zal de rol van phasors absolute fundamentele .. onmisbaar worden voor het bouwen van veerkrachtige, koolstofvrije energiesystemen.

Voor meer informatie, raadpleeg de IEEE Power & Energy Society[ voor normen voor synchrophasortoepassingen, of ontdek technische gidsen van het National Renewable Energy Laboratory (NREL)[]. Een basisreferentie is het leerboek ]Phasor Meeteenheden voor elektriciteitssystemen[, dat zowel theorie als praktische implementaties omvat.