اتصال سیستم فتوولتائیک به شبکه

اتصال سیستم فتوولتائیک به شبکه:
تقاضای رو به رشد برق، تولید انرژی الکتریکی را تقریباً به حد ظرفیت آن افزایش داده است. با این حال، حاشیه اطمینان تولید توان موجود در نیروگاه های برق باید در سطح مناسبی حفظ شود.

در حال حاضر، به دلیل انتقال حجم عظیمی از توان، سیستم های انتقال، به حداکثر ظرفیت خود رسیده اند.

بنابراین، نیروگاه های برق باید هزینه زیادی را برای گسترش امکانات خود جهت پاسخگویی به تقاضای روزافزون توان و ارائه منبع تغذیه بدون وقفه به مشتریان صنعتی و تجاری سرمایه گذاری کنند.

افزوده شدن واحدهای تولید پراکنده مبتنی بر فتوولتائیک (PVDG) در سیستم توزیع مزایای متعددی مانند پشتیبانی ولتاژ، بهبود کیفیت توان، کاهش تلفات، تعویق ایجاد زیرساخت های توزیع و انتقال جدید و بهبود قابلیت اطمینان سیستم دارد.

سیستم PVDG، تولید متصل به شبکه - صرف نظر از ظرفیت توان آن - در نزدیکی مصرف کنندگان و راهی جایگزین برای پشتیبانی تقاضای توان و غلبه بر محدودیت ظرفیت خطوط انتقال است.

ادغام سیستم فتوولتائیک با یک سیستم توزیع، بسته به ویژگی های عملکرد سیستم توزیع و مشخصات PVDG، تأثیرات مثبت یا منفی به دنبال خواهد داشت.

اگر PVDG حداقل الزامات بنیادی چشم انداز عملیاتی سیستم و طراحی فیدر را برآورده کند، ارزشمند خواهد بود.

اثر PVDG بر کیفیت توان به رابطه آن با سیستم تولید، اندازه واحد DG، ظرفیت کل PVDG نسبت به سیستم، مقدار تولید نسبت به بار در نقطه اتصال و عمل تنظیم ولتاژ فیدر بستگی دارد.

شکل 3 طرح کلی سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه را نشان می دهد که معمولاً شامل یک آرایه فتوولتائیک، یک خازن لینک DC، یک اینورتر با فیلتر، ترانسفورماتور افزاینده و شبکه برق است.

توان DC تولیدی آرایه فتوولتائیک، خازن لینک DC را شارژ می کند. اینورتر، توان DC را به توان AC که ولتاژ آن سینوسی و فرکانس آن مانند شبکه است، تبدیل می کند.

دیود جریان معکوس در آرایه را مسدود می کند.

ترانسفورماتور، ولتاژ اینورتر را به مقدار نامی ولتاژ شبکه افزایش می دهد و سیستم فتوولتائیک و شبکه را از نظر الکتریکی از هم ایزوله می کند. فیلتر هارمونیک نیز مؤلفه های هارمونیکی غیر از فرکانس الکتریکی پایه را حذف می کند.

شکل 3: شکل کلی سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه

یکی از نگرانی های روزافزون درباره کیفیت توان که عملکرد سیستم های توان را تضعیف می کند، اعوجاج هارمونیکی است.

اعوجاج هارمونیکی ناشی از گسترش دستگاه های مبتنی بر الکترونیک قدرت مانند کامپیوتر، تلویزیون، لامپ های کم مصرف، درایوهای تنظیم سرعت، کوره های قوس الکتریکی و مبدل های قدرت است.

اعوجاج هارمونیکی به دلیل غیرخطی بودن تجهیزاتی مانند ماشین های دوار و ترانسفورماتور نیز ایجاد می شود.

این جریان های هارمونیکی باعث ایجاد تلفات بیشتری در بار می شود که منجر به کاهش توان نامی بار، افزایش دمای هادی خنثی، گرمای بیش از حد ترانسفورماتور و اختلال در عملکرد دستگاه های حفاظتی خواهد شد.

یکی دیگر از مشکلات مربوط به کیفیت توان که با اتصال اینورترهای فتوولتائیک به شبکه رخ می دهد، پدیده تشدید هارمونیکی است.

تشدید هارمونیکی در فرکانس تشدید رخ می دهد که در آن، مؤلفه سلفی برابر با مؤلفه خازنی است. تشدید هارمونیکی یک مشکل متداول در اتصال بین اینورترهای PVDG و شبکه است. وقوع این پدیده بستگی به تعداد واحدهای فتوولتائیک دارد.

اثر تشدید هارمونیکی نه تنها سبب کاهش شدید کیفیت توان می شود، ممکن است به خطای دستگاه های حفاظت و آسیب تجهیزات حساس منجر شود.

از سوی دیگر، می دانیم که PVDG را باید در سطح سیستم توزیع شبکه برق و در نزدیکی مرکز بار قرار نصب کرد. معمولاً قبل از اتصال سیستم فتوولتائیک به سیستم توزیع، مطالعاتی برای بررسی اثر آن بر اعوجاج هارمونیکی، اتلاف توان، پروفیل ولتاژ، جریان اتصال کوتاه و قابلیت اطمینان سیستم قدرت انجام می شود.

برای کاهش تلفات توان، بهبود ولتاژ سیستم و کاهش اعوجاج هارمونیک کل ولتاژ (THDv)، برنامه ریزی مناسب سیستم قدرت در حضور تولید پراکنده ضروری است.

برای این امر، باید ملاحظات متعددی مانند تعداد و ظرفیت واحدهای PVDG، محل مطلوب آن ها و نوع اتصال شبکه را درنظر گرفت.

نصب واحدهای PVDG در مکان های نامناسب و با اندازه غیربهینه موجب افزایش تلفات توان، مشکلات نوسان ولتاژ، ناپایداری سیستم و افزایش هزینه های عملیاتی می شود.