Управление реактивной мощностью больше не является обязательным для солнечной энергии, подключенной к сети. Поскольку рынки солнечной энергии с высоким уровнем проникновения в Австралии, Германии, Испании и на Ближнем Востоке ужесточают свои сетевые нормы, EPC и системные интеграторы должны понять, что такое реактивная мощность, какие режимы управления Q применимы к их рынку и как их правильно настроить на инверторах Sungrow — до прибытия инспектора DNO на место.
Реальная мощность против реактивной мощности: краткий обзор
Мощность переменного тока течет в трех взаимосвязанных количествах. Реальная мощность (кВт) — это компонент, выполняющий полезную работу — вращение двигателей, освещение зданий, запуск процессов. Реактивная мощность (квар) не работает в сети в течение полного цикла, но необходим для поддержания уровней напряжения, которые позволяют реальной мощности эффективно течь через сеть. Полная мощность (кВА) представляет собой векторную сумму обоих: кВА = √(кВт² + кВАр²). Отношение активной мощности к полной – это коэффициент мощности (PF = кВт/кВА), где единица (1,0) представляет собой чисто резистивную нагрузку, а более низкие значения представляют собой возрастающую реактивную нагрузку.
Что делает солнечные инверторы особенно полезными для управления реактивной мощностью, так это то, что они полностью электронные — современная цепочка или центральный инвертор Sungrow может генерировать или поглощать реактивную мощность в любой пропорции относительно ее активной выходной мощности, вплоть до предела номинальной полной мощности (кВА), почти мгновенно. Это дает сетевым операторам быстрый и контролируемый ресурс реактивной мощности, с которым не могут сравниться традиционные банки конденсаторов с фиксированной ёмкостью. Солнечные инверторы могут даже обеспечивать реактивную мощность даже при полном отсутствии солнечного света, используя энергию сети для поддержания внутренней шины постоянного тока — возможность, обсуждаемая в разделе «ВАр» в ночное время ниже.
Почему операторам сетей нужна реактивная энергия от солнечной энергии
Крупные солнечные электростанции создают характерную проблему: во время пиковой выработки электроэнергии в середине дня они передают значительную реальную мощность в локальную сеть. Поскольку большинство распределительных фидеров имеют немаловажное резистивно-реактивное сопротивление, этот поток мощности повышает местное напряжение в точке подключения и вдоль фидера. Если напряжение возрастает слишком сильно, автоматические регуляторы напряжения сетевого оператора отключаются, но в зонах с высокой степенью проникновения обычные переключатели ответвлений не могут реагировать достаточно быстро или с достаточной степенью детализации, чтобы предотвратить кратковременные события перенапряжения.
Решение состоит в том, чтобы потребовать от солнечных инверторов поглощать реактивную мощность (работать с запаздывающим коэффициентом мощности с точки зрения сети) при высоком локальном напряжении, возвращая напряжение к номинальному. И наоборот, когда напряжение снижается (что часто случается в пасмурные периоды или при тяжелых промышленных нагрузках), инверторы могут подавать реактивную мощность для поддержания напряжения. Возможность динамической поддержки напряжения – это именно то, что делает сетевые коды такими, как АС/НЗС 4777,2, VDE-AR-N 4105и Требования ENTSO-E к генераторам (RfG) обязательны кривые реагирования конкретной реактивной мощности от подключенных к сети солнечных установок, размеры которых превышают пороговые значения.
Для EPC практическим следствием является то, что мощность реактивной мощности и ее правильная конфигурация не являются второстепенной задачей при вводе в эксплуатацию — они должны быть включены в выбор инвертора, определение мощности в кВА и соглашение о подключении к сети с самого начала. Недостаточная номинальная мощность инвертора в кВА может помешать станции выполнить свои обязательства по реактивной мощности при номинальной выходной активной мощности.
Режимы управления реактивной мощностью
Современные инверторы, такие как коммерческая серия SG-CX от Sungrow и гибридная серия SH, поддерживают несколько режимов управления реактивной мощностью. Правильный режим определяется нормами местной сети или договором о подключении DNO. В таблице ниже приведены наиболее распространенные режимы и их типичные применения.
| Режим | Описание | Типичное использование |
|---|---|---|
| Фиксированный коэффициент мощности | PF установлен на постоянное значение (например, 0,95 с запаздыванием или опережением) независимо от выходного сигнала. | Простое соответствие нормам сети, где требуется фиксированное смещение. |
| потому что φ(P) | Коэффициент мощности изменяется в зависимости от выходной активной мощности по определенной кривой. | Требования немецкого VDE-AR-N 4105 по умолчанию выше 4,6 кВА |
| Вопрос (У) | Выходная реактивная мощность (вар) варьируется в зависимости от измеренного напряжения сети. | Расширенная поддержка динамического напряжения; AS/NZS 4777,2 вольт-вар, отклик |
| К(П) | Реактивная мощность зависит от выходной активной мощности | системы, соответствующие ENTSO-E RfG; кривые диспетчеризации, определяемые коммунальными предприятиями |
| Фиксированный Q | Постоянное заданное значение вар независимо от активной мощности | Специальные приложения для диспетчеризации коммунальных предприятий или замены конденсаторных батарей. |
| Скорость изменения | Постепенное изменение выходного напряжения Q, чтобы избежать резких перепадов напряжения во время переходов. | Диспетчерское управление коммунальными службами; интеграция с заводской SCADA или EMS |
На практике большинство коммерческих солнечных проектов в Германии работают с потому что φ(P) в качестве режима по умолчанию, с коэффициентом мощности, изменяющимся от единицы при низкой выходной мощности до 0,95 с задержкой при активной мощности выше 50 % от номинального максимума (Pmax). В Австралии Вопрос (У) Кривая отклика вольт-вар является более распространенным требованием, поскольку инвертор запрограммирован на следование определенной форме кривой, определенной в соглашении о подключении. Проекты, осуществляющие поставки на рынки ENTSO-E (Франция, Испания, Италия, Польша), все чаще сталкиваются как с cos φ(P) в качестве локального значения по умолчанию, так и с динамической отправкой заданных значений от TSO, требующей интеграции Modbus или SCADA.
Требования к сетевым нормам по регионам
Понимание того, какие требования к реактивной мощности применимы к конкретному проекту, является задачей предварительного проектирования, а не задачей ввода в эксплуатацию. Ключевыми региональными рамками являются:
- Германия — VDE-AR-N 4105: Требуется режим cos φ(P) для всех подключенных к сети генераторов мощностью выше 4,6 кВА. Коэффициент мощности должен достигать 0,95 (запаздывание, поглощение ВАр) при выходной активной мощности выше 50 % от Pmax. Стандарт также определяет форму характеристики cos φ(P) и позволяет DNO предъявлять более жесткие требования посредством договора о техническом присоединении.
- Австралия — AS/NZS 4777.2: Требуется функция отклика вольт-вар (кривая Q(U)) для инверторов, превышающих пороговое значение, специфичное для рынка. Параметры кривой — зона нечувствительности, наклон и пределы реактивной мощности — определены в стандарте и могут быть скорректированы поставщиком сетевых услуг. Реактивная мощность в ночное время явно не обязательна, но признается некоторыми поставщиками сетевых услуг.
- Великобритания — G99: Требуется реактивная способность в диапазоне коэффициента мощности ±0,95 от 20% до 100% номинальной выходной активной мощности. Динамическое распределение реактивной мощности через SCADA требуется для более крупных предприятий. DNO может указать конкретную уставку Q или режим управления в письме о принятии заявки G99.
- ENTSO-E RfG — Категории B, C, D: Электростанции этих категорий (пороговые значения различаются в зависимости от страны) должны отслеживать распределение реактивной мощности коммунальных предприятий в режиме реального времени. Для этого требуется Modbus TCP, IEC 61850 или аналогичный интерфейс связи между контроллером установки и SCADA оператора системы передачи.
Компенсация реактивной мощности в ночное время
Одной из наиболее мощных (и часто упускаемых из виду) возможностей современных инверторов Sungrow является их способность обеспечивать компенсацию реактивной мощности в ночное время, когда солнечная генерация не производится. В этом режиме инвертор потребляет небольшое количество активной мощности из сети для поддержания своей внутренней силовой электроники и шины постоянного тока, а затем использует эту находящуюся под напряжением шину для подачи или поглощения реактивной мощности через свой выход переменного тока, эффективно функционируя как СТАТКОМ (Статический синхронный компенсатор).
Эта возможность имеет коммерческое значение для нескольких типов проектов. Ветровые электростанции с совмещенными солнечными инверторами можно использовать инверторы солнечной электростанции для обеспечения поддержки реактивной мощности в ночное время, избегая специальной установки STATCOM. Промышленные объекты с большими нагрузками на двигатели, которые потребляют реактивную мощность в ночную смену, можно использовать мощность солнечного инвертора в вар для корректировки коэффициента мощности и избежать штрафов за коммунальные услуги круглосуточно, а не только в дневное время. Обязательства коммунальных предприятий по реактивной мощности которые распространяются на круглосуточную доступность, что становится все более распространенным на рынках ENTSO-E, могут быть достигнуты с помощью парка солнечных инверторов, а не дополнительного оборудования.
Sungrow Серия SG-CX Коммерческие сетевые инверторы поддерживают режим реактивной мощности в ночное время (иногда называемый «реактивной мощностью в ночное время» или «режимом STATCOM» в iSolarCloud) с номинальной реактивной мощностью при нулевой активной мощности. Точная мощность в квар, доступная в ночное время, представляет собой номинальную полную мощность инвертора (кВА), поскольку реальный запас мощности не потребляется. Прежде чем переходить к проекту, основанному на вар в ночное время, это должно быть подтверждено в соответствии с техническим описанием конкретной модели и графиком обязательств по реактивной мощности в соглашении о подключении к сети.
Настройка реактивной мощности на инверторах Sungrow
Настройки реактивной мощности на инверторах Sungrow серии SG-CX и SH можно настроить двумя способами: iSolarCloud веб-портал и мобильный портал для сайтов с активным подключением к облаку или Модбус TCP регистрация записывает данные для объектов с использованием локальной SCADA или контроллера установки. Оба маршрута обеспечивают доступ к полному меню управления реактивной мощностью.
Путь настройки iSolarCloud: Настройки → Параметры сети → Управление реактивной мощностью. В этом меню оператор выбирает активный режим управления (Фиксированный коэффициент мощности, cos φ(P), Q(U), Q(P) или Фиксированный Q), вводит необходимые заданные значения или загружает файл определения кривой и подтверждает изменения. Для кривых Q(U) портал принимает табличные данные заданных значений напряжения и соответствующих целевых значений реактивной мощности, которые Sungrow преобразует во внутренние характеристики инвертора. В этом меню также можно настроить пределы скорости изменения реактивной мощности.
Для интеграции Modbus TCP компания Sungrow публикует документ протокола связи (доступный через Econo Solar по запросу), который сопоставляет выбор режима реактивной мощности, запись заданных значений и обратное считывание состояния с конкретными адресами регистров. Это позволяет EMS или SCADA предприятия изменять режим и заданные значения реактивной мощности в режиме реального времени без вмешательства оператора — основа для участия в рынках вспомогательных услуг и программах реактивной мощности, управляемых DNO.
Важное практическое примечание: настройки реактивной мощности входят в число параметров, которые некоторые DNO блокируют после первоначального утверждения подключения к сети — их изменение после ввода в эксплуатацию требует официального уведомления или повторного утверждения. Перед завершением документации по вводу в эксплуатацию всегда согласовывайте процедуру DNO по изменению настроек реактивной мощности с инженером проекта Econo Solar и записывайте введенные в эксплуатацию настройки реактивной мощности в пакете передачи по эксплуатации и техническому обслуживанию для дальнейшего использования.