Como exatamente o problema do poder reativo capacitivo excessivo em novas usinas energéticas é resolvido？

Impulsionada pelas metas de "dupla carbono", a capacidade instalada da China de nova geração de energia energética excedeu 700 milhões de quilowatts, representando mais de 30% da capacidade total instalada do país. Com a integração em larga escala de fontes de energia intermitentes, como energia fotovoltaica e eólica, surgiu um novo desafio técnico no sistema de energia - energia reativa capacitiva excessiva. Esse problema não apenas ameaça a operação segura e estável da rede elétrica, mas também afeta diretamente os benefícios econômicos de novas usinas de energia. A Geyue Electric, como fabricante especializada em compensação de energia reativa por 15 anos, no texto a seguir, exploraremos profundamente uma solução sistemática para esse problema teimoso da perspectiva da prática de engenharia.

O mecanismo de geração do excesso de potência reativa capacitiva

Novos equipamentos de geração de energia energética têm diferenças fundamentais dos geradores síncronos tradicionais. Os inversores fotovoltaicos são conectados à grade através de dispositivos eletrônicos de potência, e suas características de trabalho determinam que, ao gerar energia ativa, a potência reativa indutiva será inevitavelmente produzida. Através de medições extensas, descobrimos que um único inversor fotovoltaico de 2,5 MW, em sua saída nominal, naturalmente gera até 600 kvar de potência reativa capacitiva. Para geradores de turbinas eólicas de direção direta que usam conversores de potência completa, também existem características de potência reativa semelhantes.

Essa característica é particularmente proeminente em áreas com novas usinas de energia concentradas. No ano passado, os dados de teste de uma certa base fotovoltaica em Qinghai com os quais colaboramos mostraram que, durante o período mais forte da luz solar no meio do dia, a potência reativa capacitiva de toda a usina atingiu 28% do total de capacidade instalada, causando a tensão de conexão da grade a aumentar em 8,3% em comparação com o valor classificado. Durante o período de baixa carga à noite, o problema do excesso de energia reativa no agrupamento do parque eólico foi ainda mais grave. Uma certa base de energia eólica de 500 MW registrou um evento de violação de limite de tensão que durou 72 horas.

Uma análise sistemática dos riscos do excesso

O excesso de tensão limite é a manifestação mais direta de dano. Quando a tensão do barramento excede o limite superior de +7% especificado em GB/T 12325, o inversor fotovoltaico ativará a proteção de sobretensão e a desconectará da grade. Analisamos estatisticamente os dados de operação de 20 usinas fotovoltaicas na região noroeste e descobrimos que a perda anual de geração média de energia causada por problemas de tensão atingiu 1,8%.

Os danos mais graves estão nos danos progressivos ao isolamento do equipamento. Quando um transformador opera continuamente a 1,1 vezes a tensão nominal, a taxa na qual o grau de polimerização de seu documento de papel de isolamento diminui é três vezes que em condições normais. Esse dano latente é frequentemente descoberto apenas quando o equipamento falha repentinamente. Por exemplo, uma usina fotovoltaica de 200MW já sofreu com a quebra do enrolamento do transformador principal devido à sobretensão a longo prazo, resultando em perdas econômicas diretas de mais de 3 milhões de yuan.

A sobretensão ressonante é outra grande ameaça. Quando a saída capacitiva da nova estação de energia de energia corresponde aos parâmetros indutivos da linha de transmissão, pode causar fenômenos de amplificação harmônica perigosos. Observamos em um projeto complementar eólico-solar em Xinjiang que, em um modo operacional específico, a taxa de distorção da 2,5ª tensão harmônica aumentou repentinamente para 12%, resultando em superaquecimento e danos aos enrolamentos de várias caixas de transformador.

Avanços tecnológicos em compensação dinâmica

Atualmente, o Gerador Var estático (SVG) é a solução mais eficaz. Nosso SVG inteligente de terceira geração, equipado com componentes de potência de carboneto de silício, atinge um tempo de resposta ultra-rápido de menos de 5 milissegundos. O design modular exclusivo permite a expansão flexível da capacidade, com uma única unidade capaz de atingir até 10 mvar. A aplicação de SVG em uma certa tensão ultra-alta que apoia o parque eólico na Mongólia interna mostrou que, após a configuração de um SVG de 60 mvar, a flutuação da tensão no ponto de conexão foi reduzida de 8% para 2%.

De acordo com diferentes cenários, desenvolvemos uma série de produtos. Para usinas fotovoltaicas distribuídas, o SVG compacto montado na parede pode economizar 60% do espaço de instalação; Para grandes usinas terrestres, a solução integrada contêiner simplifica bastante o processo de construção. Um projeto fotovoltaico plano costeiro adotou nosso SVG anticorrosão e operava continuamente por três anos sem falhas em um ambiente de spray de sal.

Estratégia de controle colaborativo do sistema

O efeito de compensação de um único dispositivo é limitado, uma solução no nível do sistema deve ser estabelecida. O sistema de controle "distribuído", desenvolvemos coordenadas a operação de vários SVGs por meio de uma rede de comunicação de alta velocidade. Na base de demonstração de energia renovável de Hebei Zhangbei, esse sistema alcançou coordenação de energia reativa para 7 novas usinas de energia, aumentando a taxa de qualificação de tensão regional para 99,9%.

A introdução da tecnologia de inteligência artificial melhorou significativamente a precisão do controle. O algoritmo preditivo baseado no aprendizado profundo pode prever a tendência da capacidade de energia reativa muda com 30 minutos de antecedência. Depois de introduzir o algoritmo de inteligência artificial em uma certa usina fotovoltaica em Ningxia, o requisito de capacidade de reserva de SVG diminuiu 35%e a perda de equipamentos caiu 25%. A aplicação da tecnologia gêmea digital alcançou depuração virtual, reduzindo o tempo de depuração no local em 70%.

Análise de caso típica

O projeto de renovação de uma usina fotovoltaica de 200MW em Qinghai tem um valor significativo de demonstração. Este projeto adotou o nosso "Svg + Reator"Solução híbrida, com um investimento total de 8,9 milhões de yuans. Após sua operação, aumentou a geração anual de energia em 46 milhões de kWh, e o período de retorno de investimento foi de apenas 2,3 anos. Mais importante, resolveu o problema do limite de tensão que causou por muito tempo a central de energia, e nenhum incidente de energia causado por problemas de tensão ocorreu novamente.

Um certo projeto complementar de agricultura fotovoltaico de peixes na província de Shandong criou um novo modelo de aplicativo. Ao integrar o sistema de refrigeração do SVG com a circulação da área de agricultura de peixes, ele não apenas resolveu o problema de dissipação de calor do equipamento, mas também manteve a temperatura estável da água, formando um modelo de renda composta de "regulamentação de eletricidade + peixe". Esse projeto aumentou a taxa interna de retorno do projeto em 2,3 pontos percentuais.

Perspectivas futuras de tecnologia

A profunda integração da inteligência artificial e eletrônica de energia é uma direção clara. O sistema de tomada de decisão autônomo que estamos desenvolvendo pode otimizar automaticamente parâmetros de controle por meio da análise de dados em tempo real. Testes de laboratório mostraram que esse sistema pode aumentar a velocidade da regulação da tensão em três vezes.

A combinação de semicondutores amplos de banda e tecnologia supercondutora pode levar a um avanço revolucionário. O SiC-SVG de baixa temperatura desenvolvido em colaboração com o Instituto de Tecnologia de Massachusetts alcança uma densidade de potência três vezes a do equipamento convencional a uma temperatura de trabalho de 77k. Espera -se que essa tecnologia resolva o problema da transmissão de energia para energia eólica offshore em águas profundas.

Resolver o problema da capacidade de energia reativa excessiva requer uma combinação de inovação tecnológica e pensamento sistemático. A Geyue Electric sugere que novas usinas energéticas devem considerar totalmente os requisitos reativos de equilíbrio de energia durante o estágio de planejamento e design e os fornecedores de equipamentos selecionados com recursos abrangentes de solução. Acreditamos que, ao estabelecer um sistema de remuneração de energia reativa com "previsão precisa, resposta rápida e operação confiável", ele fornecerá suporte sólido para sistemas de energia de energia renovável. Se o artigo acima não tiver respondido a suas dúvidas sobre a solução do problema da capacidade excessiva de energia reativa, consulte ainda mais um dos engenheiros elétricos da Geyue Electric eminfo@gyele.com.cn, estamos sempre dispostos a fazer o nosso melhor por você.