Ce sunt Phasorii?

Un phasor este o reprezentare matematică concisă a unei forme sinusoidale de undă m[[[ωt + φ], unde V[m[]m[] este amplitudinea maximă, ω este frecvența unghiulară, iar φ este schimbarea de fază. Analiza phasor transformă acest semnal oscilant într-o constantă: mm[m[. Această hartă [[FLT:] și formula de vector rotativă în cadrul unui sistem de analiză, Vm[FLT:] [FLT] [[FLT]j. Această cartografiere și conceptul de vector de sistem de calcul al unui sistem de calcul al sistemului de calcul al energiei electrice, care să permită înlocuirea cu un circuit diferențial (ACAc) care să înlocuiascăe cu un sistem de calcul diferențial.

Deoarece fazerele rămân staţionare în condiţii sinusoidale stabile, ele permit compararea directă a tensiunilor şi curenţilor cu aceeaşi frecvenţă. Diferenţa lor de fază indică dacă o sarcină este rezistentă, inductivă sau capacitivă. Proprietatea este esenţială pentru controlul calităţii şi eficienţei energiei din surse regenerabile.

Rolul Phasorilor în sistemele regenerabile conectate la rețea

Surse de energie regenerabile de energie, în primul rând vânt și solar Interface cu rețeaua de energie AC prin invertoare. Aceste convertoare electronice de putere trebuie să genereze o ieșire sinusoidală a cărei frecvență, fază, și amplitudine se potrivesc cu condițiile nominale grilă. Teoria Phasor stă la baza aproape fiecare algoritm de control și tehnică de monitorizare utilizate pentru a realiza această sincronizare.

Analiza fluxului de putere și a eficienței

În orice sistem AC, puterea reală (P) și puterea reactivă (Q) sunt exprimate folosind faze: P =

Controlul inversorului și loops cu blocare în fază

Invertoarele cu grilă se bazează pe bucle cu blocare în fază (LPL) pentru a sincroniza cu tensiunea de utilitate. O PLL estimează continuu tensiunea grilă țipă phasori unghiul de fază și frecvența ți generează un semnal de referință pentru ieșirea invertorului. Orice abatere duce la supratensiuni curente, injecție armonică sau chiar riscuri de insulare. Algoritmi moderni PLL, cum ar fi cadrul sincron de referință PLL (SRF-PLL), utilizează transformările de phasor (cum ar fi Clarke și parc transforma) care sunt extensii directe ale teoriei phasor. Acești algoritmi oferă o urmărire rapidă, precisă chiar și în condiții de rețea distorsionate, asigurând injecția fără sudură de energie din array-uri fotovoltaice și turbine eoliene.

Sincronizare cu rețeaua de putere

Conectarea unei centrale regenerabile la rețeaua de transport sau distribuție necesită alinierea cu phasorul de tensiune al generatorului și a sistemului de referință al acestuia la punctul de cuplare comună. Dacă cele două faze diferă semnificativ în magnitudine, frecvență sau fază, curenții circulanți mari pot curge, decuplând relee de protecție sau echipamente dăunătoare. Unități de măsurare a parametrilor (PMU) instalate la noduri cheie furnizează informații de înaltă rezoluție, cu ștampilă de timp (sincrofazoare) operatorilor de sistem.Toltările și curenții PMU la 30 de 2016/13120 de eșantioane pe secundă și calculează phasorii pozitivi de secvență, permițând dispensorilor să compare fazele din zone largi. Această capacitate este indispensabilă pentru integrarea activelor regenerabile distribuite geografic.De exemplu, fermele eoliene din regiuni îndepărtate care trebuie să rămână în faza cu centre de încărcare îndepărtate.

Detectarea și protecția defectelor

Analiza profilului permite detectarea rapidă, selectivă a defectelor. Releele de protecţie compară fazele condiţiilor pre-fault şi post-fault pentru a determina tipul, localizarea şi severitatea perturbaţiilor, cum ar fi defectele de linie la sol sau conductorii de deschidere. Sags de tensiune şi umflari sunt uşor de identificat atunci când magnitudinea şi unghiul lor de fază se abat de la valorile phasor nominale. În reţelele bogate în energie regenerabilă, curenţii de defect pot fi mai mici decât în reţelele convenţionale datorită limitării curentului de defectare a inversorului, făcând ca protecţia tradiţională supracurentă să fie mai puţin fiabilă. Protecţia diferenţială bazată pe Phasor, care compară valorile phasor ale curenţilor care intră şi părăsesc o zonă protejată, rămâne eficientă deoarece nu se bazează numai pe magnitudinea curentă a defectelor. În mod similar, releele de distanţă care utilizează calculele phasorului impedance pot fi adaptate pentru a ţine cont de contribuţiile variabile ale scurtcircuitelor din surse regenerabile.

Phasors in Solar Photovoltaic Systems

Sisteme fotovoltaice solare (PV) . În timpul funcționării normale, invertorului fotovoltaic i se ordonă să injecteze o cantitate specificată de energie activă (pe baza iradianței) și să suporte tensiunea prin alimentarea sau absorbția puterii reactive. Relația dintre phasorul de ieșire al invertorului și phasorul de rețea determină transferul de putere în funcție de ecuația clasică P = (V]1[FLT:]]:]V2]]]X] sin δ, unde δ este diferența de unghi.

Măsurarea profilului ajută şi la detectarea anti-insuliţiei. Când utilitarul se deconectează, invertorul fotovoltaic local poate continua să energizeze o secţiune a liniei de distribuţie. Comparând unghiul de fază al tensiunii inversorului cu o referinţă (de exemplu, de la un synchophhasor la substaţie), invertorul poate detecta rapid insularea şi opri funcţionarea, protejând lucrătorii de linie şi echipamente.

Phasore în sisteme de energie eoliană

Turbinele eoliene, în special cele echipate cu generatoare de inducţie alimentate cu două ori mai multe prize (DFIG) sau convertoare de putere maximă, se bazează foarte mult pe controlul fazelor. rotorul de largare este decuplat de la frecvenţa reţelei prin intermediul electronicelor de putere. Convertorul de reţea trebuie să producă fazere de tensiune care să corespundă cu fazele de reţea atât în magnitudine cât şi în direcţie. Phasorul curent de suprastor este reglat pentru a furniza cantitatea corectă de energie reactivă, fie pentru a satisface un punct de reglare a tensiunii sau pentru a participa la reglarea tensiunii.

În timpul evenimentelor de joasă tensiune (de exemplu, o eroare de tensiune), sistemul de control al hasorului trebuie să injecteze curent reactiv pentru a sprijini recuperarea tensiunii de rețea. Standarde precum IEEE 1547 necesită injecţie de curent reactiv precis proporţională cu deviaţia de tensiune de numai o cerinţă posibilă cu feedback continuu cu phasor. În plus, deoarece puterea eoliană fluctuează cu viteza vântului, stimuloarele de stat bazate pe fazele de curent ale fazelor de acţiune ale operatorilor urmăresc marjele de putere şi anticipează supraîncărcarea termică a liniilor de transmisie care conectează zonele bogate în vânt către centrele de încărcare.

Phasors in Microgrids and Islanded Operation

Microgrid-uri de energie locală care pot deconecta de la grila principală pune provocări unice phasor. În modul conectat la rețea, tensiunea și frecvența microgrid-uri sunt dictate de utilitate; în modul insulat, unul sau mai mulți generatoare distribuite devin de referință. Controlul de la sol, o metodă comună pentru partajarea sarcinii între invertoare paralele fără comunicare, utilizează relații phasor: fiecare putere activă de invertor este controlată prin ajustarea frecvenței sale de tensiune (P-f demol), în timp ce puterea reactivă este reglată prin magnitudinea tensiunii (Q-V de la sol). Acest sistem este inerent o tehnică pe bază de phasor, deoarece frecvența și magnitudinea phasorului de tensiune sunt variabilele de control.

Tranziţiile între modurile conectate la reţea şi cele insulare necesită măsurători ale fazelor de mare viteză pentru a detecta evenimentul de insulare (de multe ori în două cicluri) şi pentru a resincroniza când reţeaua principală este restaurată. PMU-urile plasate la punctul de microgrilă al cuplării comune permit reconectarea fără probleme prin corelarea cu phasorul microgrid cu phasorul gridului înainte de a închide întrerupătorul de cravată.

Avantaje şi tendinţe viitoare

Beneficiile tehnologiei phasor în sistemele de energie regenerabilă sunt substanțiale și se extind dincolo de sincronizarea de bază:

  • Stabilitatea și fiabilitatea îmbunătățită a rețelei
  • Imoveded eficient of power conversion
  • O mai bună integrare a surselor regenerabile variabile
  • Monitorizarea și controlul sistemului în timp real [Taverage primi actualizări sub-secunde pe unghiuri de fază, permițându-le să regleze portofoliile de generare și să atingă transformatoarele în schimbare reactivă.

Privind înainte, implementarea centratorilor de date cu phasor și algoritmilor de învățare a mașinilor care digeră fluxurile de sincrofasor va permite retele autovindecatoare. Analizele predictive pot anticipa problemele tranzitorii de stabilitate și pot reconfigura automat topologia rețelei. Producătorii de inversoare încorporează funcționalitatea PMU direct în convertoare, transformând fiecare generator din surse regenerabile într-un nod de măsurare. Pe măsură ce ponderea surselor regenerabile crește, rolul phasors ținând cont de elementele fundamentale va deveni indispensabil pentru construirea sistemelor de energie fără emisii de carbon.

Pentru o citire ulterioară, consultaţi IEEE Power & Energy Society pentru standardele privind aplicaţiile sincrofasorului sau exploraţi ghidurile tehnice ale Laboratorul Naţional pentru Energie Regenerabilă (NREL). O referinţă fundamentală este manualul Unităţi de măsurare a parametrilor pentru sistemele electrice, care acoperă atât teoriile, cât şi implementarea practică.