Quản lý công suất phản kháng không còn là tùy chọn đối với năng lượng mặt trời nối lưới. Khi các thị trường năng lượng mặt trời có mức độ thâm nhập cao ở Úc, Đức, Tây Ban Nha và Trung Đông thắt chặt quy tắc lưới điện, các EPC và nhà tích hợp hệ thống phải hiểu công suất phản kháng là gì, chế độ điều khiển Q nào áp dụng cho thị trường của họ và cách cấu hình chúng một cách chính xác trên bộ biến tần Sungrow — trước khi thanh tra DNO đến hiện trường.
Công suất thực và công suất phản kháng: Tóm tắt nhanh
Dòng điện xoay chiều có ba đại lượng liên quan đến nhau. Công suất thực (kW) là thành phần thực hiện công việc hữu ích - động cơ quay, chiếu sáng tòa nhà, quy trình vận hành. Công suất phản kháng (kVAr) không có mạng nào hoạt động trong toàn bộ chu kỳ nhưng cần thiết để duy trì các mức điện áp cho phép nguồn điện thực truyền qua mạng một cách hiệu quả. Công suất biểu kiến (kVA) là tổng vectơ của cả hai: kVA = √(kW² + kVAr²). Tỉ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến là hệ số công suất (PF = kW / kVA), với đơn vị (1,0) biểu thị tải điện trở thuần và các giá trị thấp hơn biểu thị nhu cầu phản ứng ngày càng tăng.
Điều làm cho bộ biến tần năng lượng mặt trời đặc biệt hữu ích cho việc quản lý công suất phản kháng là chúng hoàn toàn bằng điện tử - chuỗi Sungrow hiện đại hoặc bộ biến tần trung tâm có thể tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng theo bất kỳ tỷ lệ nào so với công suất tác dụng của nó, lên đến giới hạn công suất biểu kiến định mức (kVA), gần như ngay lập tức. Điều này mang lại cho các nhà khai thác mạng một nguồn công suất phản kháng nhanh, có thể điều khiển được mà các bộ tụ điện cố định truyền thống không thể sánh được. Bộ biến tần năng lượng mặt trời thậm chí có thể cung cấp công suất phản kháng khi hoàn toàn không có ánh sáng mặt trời, sử dụng nguồn điện lưới để duy trì bus DC bên trong của chúng - một khả năng được thảo luận trong phần VAr vào ban đêm bên dưới.
Tại sao các nhà vận hành lưới điện cần công suất phản kháng từ năng lượng mặt trời
Các nhà máy năng lượng mặt trời lớn tạo ra một vấn đề đặc trưng: trong thời gian phát điện cao điểm vào giữa ngày, chúng đẩy lượng điện năng thực đáng kể vào mạng lưới địa phương. Bởi vì hầu hết các nguồn điện phân phối đều có trở kháng phản kháng không đáng kể nên dòng điện này làm tăng điện áp cục bộ tại điểm kết nối và dọc theo nguồn điện. Nếu điện áp tăng quá cao, bộ điều chỉnh điện áp tự động của nhà điều hành mạng sẽ giảm hoạt động — nhưng ở những khu vực có mật độ thâm nhập cao, bộ chuyển đổi vòi thông thường không thể phản ứng đủ nhanh hoặc có đủ độ chi tiết để ngăn chặn các sự kiện quá điện áp nhất thời.
Giải pháp là yêu cầu các bộ biến tần năng lượng mặt trời hấp thụ công suất phản kháng (hoạt động ở hệ số công suất trễ theo quan điểm của lưới điện) khi điện áp cục bộ cao, kéo điện áp trở lại danh định. Ngược lại, khi điện áp giảm - thường gặp trong thời gian nhiều mây hoặc tải công nghiệp nặng - bộ biến tần có thể bơm công suất phản kháng để hỗ trợ điện áp. Khả năng hỗ trợ điện áp động này chính xác là điều làm cho mã lưới trở nên giống như NHƯ/NZS 4777.2, VDE-AR-N 4105và Yêu cầu của ENTSO-E đối với Máy phát điện (RfG) bắt buộc phải có các đường cong phản ứng công suất phản kháng cụ thể từ việc lắp đặt năng lượng mặt trời nối lưới trên kích thước ngưỡng.
Đối với EPC, hậu quả thực tế là công suất công suất phản kháng và cấu hình chính xác của nó không phải là vấn đề cần cân nhắc sau khi vận hành thử - chúng phải được thiết kế phù hợp với việc lựa chọn bộ biến tần, định cỡ kVA và thỏa thuận kết nối lưới ngay từ đầu. Định mức kVA biến tần quá nhỏ có thể khiến nhà máy không đáp ứng được nghĩa vụ về công suất phản kháng ở công suất tác dụng định mức.
Các chế độ điều khiển công suất phản kháng
Các bộ biến tần hiện đại như dòng chuỗi thương mại SG-CX của Sungrow và dòng SH hybrid hỗ trợ nhiều chế độ điều khiển công suất phản kháng. Chế độ chính xác được chỉ định bởi mã lưới cục bộ hoặc thỏa thuận kết nối của DNO. Bảng dưới đây tóm tắt các chế độ phổ biến nhất và các ứng dụng điển hình của chúng.
| Chế độ | Mô tả | Sử dụng điển hình |
|---|---|---|
| Hệ số công suất cố định | PF được đặt thành giá trị không đổi (ví dụ: 0,95 trễ hoặc dẫn đầu) bất kể đầu ra | Tuân thủ mã lưới đơn giản trong đó yêu cầu bù cố định |
| cos φ(P) | Hệ số công suất thay đổi theo hàm của công suất đầu ra hoạt động theo một đường cong xác định | Yêu cầu mặc định VDE-AR-N 4105 của Đức trên 4,6 kVA |
| Q(U) | Công suất phản kháng (VAr) thay đổi theo hàm số của điện áp lưới đo được | Hỗ trợ điện áp động nâng cao; Phản hồi AS/NZS 4777.2 volt-VAr |
| Q(P) | Công suất phản kháng thay đổi theo công suất tác dụng | Hệ thống tuân thủ ENTSO-E RfG; đường cong công văn do tiện ích chỉ định |
| Đã sửa lỗi Q | Điểm đặt VAr không đổi bất kể công suất hoạt động | Các ứng dụng điều phối tiện ích cụ thể hoặc thay thế tụ điện |
| Tốc độ tăng tốc | Thay đổi dần dần đầu ra Q để tránh sự thay đổi điện áp đột ngột trong quá trình chuyển đổi | Kiểm soát công văn tiện ích; tích hợp với SCADA hoặc EMS của nhà máy |
Trong thực tế, hầu hết các dự án năng lượng mặt trời thương mại ở Đức đều hoạt động với cos φ(P) làm chế độ mặc định, với hệ số công suất cong từ đơn vị ở đầu ra thấp đến độ trễ 0,95 ở công suất hoạt động trên 50% mức tối đa định mức (Pmax). Ở Úc, Q(U) Đường cong đáp ứng volt-VAr là yêu cầu phổ biến hơn, với biến tần được lập trình để tuân theo hình dạng đường cong cụ thể được xác định trong thỏa thuận kết nối. Các dự án cung cấp cho thị trường ENTSO-E (Pháp, Tây Ban Nha, Ý, Ba Lan) ngày càng phải đối mặt với cả cos φ(P) làm mặc định cục bộ và gửi điểm đặt động từ TSO, yêu cầu tích hợp Modbus hoặc SCADA.
Yêu cầu về mã lưới theo khu vực
Hiểu được yêu cầu công suất phản kháng nào áp dụng cho một dự án cụ thể là nhiệm vụ thiết kế trước, không phải là nhiệm vụ vận hành thử. Các khuôn khổ khu vực chính là:
- Đức — VDE-AR-N 4105: Yêu cầu chế độ cos φ(P) cho tất cả các máy phát điện nối lưới trên 4,6 kVA. Hệ số công suất phải đạt 0,95 (độ trễ, hấp thụ VAr) ở mức công suất tác dụng trên 50% Pmax. Tiêu chuẩn cũng quy định hình dạng của đặc tính cos φ(P) và cho phép DNO áp đặt các yêu cầu chặt chẽ hơn thông qua thỏa thuận kết nối kỹ thuật.
- Úc - AS/NZS 4777.2: Yêu cầu hàm phản hồi volt-VAr (đường cong Q(U)) cho các bộ biến tần trên ngưỡng dành riêng cho thị trường. Các tham số đường cong - dải chết, độ dốc và giới hạn công suất phản kháng - được xác định trong tiêu chuẩn và có thể được điều chỉnh bởi nhà cung cấp dịch vụ mạng. Công suất công suất phản kháng vào ban đêm không được quy định rõ ràng nhưng được một số NSP công nhận.
- Vương quốc Anh - G99: Yêu cầu khả năng phản kháng trong phạm vi hệ số công suất ± 0,95 từ 20% đến 100% công suất tác dụng định mức. Cần điều phối công suất phản kháng động qua SCADA cho các nhà máy lớn hơn. DNO có thể chỉ định điểm đặt Q hoặc chế độ điều khiển cụ thể trong thư chấp nhận ứng dụng G99.
- ENTSO-E RfG — Loại B, C, D: Các nhà máy thuộc các hạng mục này (ngưỡng thay đổi tùy theo quốc gia) phải tuân theo việc điều phối công suất phản kháng của tiện ích trong thời gian thực. Điều này yêu cầu Modbus TCP, IEC 61850 hoặc giao diện liên lạc tương tự giữa bộ điều khiển nhà máy và SCADA của người vận hành hệ thống truyền tải.
Bù công suất phản kháng vào ban đêm
Một trong những khả năng mạnh mẽ hơn - và thường bị bỏ qua - của bộ biến tần Sungrow hiện đại là khả năng bù công suất phản kháng vào ban đêm, khi không có hoạt động sản xuất năng lượng mặt trời. Ở chế độ này, biến tần lấy một lượng nhỏ công suất thực từ lưới điện để duy trì các thiết bị điện tử công suất bên trong và bus DC, sau đó sử dụng bus mang điện đó để bơm hoặc hấp thụ công suất phản kháng thông qua đầu ra AC của nó - hoạt động hiệu quả như một STATCOM (Bộ bù đồng bộ tĩnh).
Khả năng này có ý nghĩa thương mại đối với một số loại dự án. Trang trại gió với các bộ biến tần năng lượng mặt trời đặt cùng vị trí có thể sử dụng bộ biến tần của nhà máy năng lượng mặt trời để cung cấp hỗ trợ công suất phản kháng vào ban đêm, tránh phải lắp đặt STATCOM chuyên dụng. Khu công nghiệp với tải động cơ lớn tiêu thụ công suất phản kháng trong ca đêm, có thể sử dụng công suất VAr của biến tần năng lượng mặt trời để điều chỉnh hệ số công suất và tránh bị phạt tiện ích suốt ngày đêm, không chỉ vào ban ngày. Nghĩa vụ công suất phản kháng hữu ích kéo dài đến mức khả dụng 24 giờ - ngày càng phổ biến ở các thị trường ENTSO-E - có thể được đáp ứng bằng bộ biến tần năng lượng mặt trời thay vì thiết bị bổ sung.
của Sungrow Dòng SG-CX Bộ biến tần chuỗi thương mại hỗ trợ chế độ công suất phản kháng vào ban đêm (đôi khi được gọi là "công suất phản kháng vào ban đêm" hoặc "chế độ STATCOM" trong iSolarCloud) với công suất phản kháng định mức ở công suất tác dụng bằng 0. Công suất kVAr chính xác có sẵn vào ban đêm là công suất biểu kiến định mức (kVA) của biến tần, do không có khoảng trống công suất thực nào được tiêu thụ. Điều này cần được xác nhận dựa trên bảng dữ liệu của mô hình cụ thể và lịch biểu nghĩa vụ công suất phản kháng của thỏa thuận kết nối lưới trước khi cam kết thiết kế dựa vào VAr vào ban đêm.
Cấu hình công suất phản kháng trên biến tần Sungrow
Có thể cấu hình cài đặt công suất phản kháng trên bộ biến tần dòng Sungrow SG-CX và SH thông qua hai tuyến: iSolarCloud cổng thông tin web và di động dành cho các trang web có kết nối đám mây đang hoạt động hoặc Modbus TCP đăng ký ghi cho các trang web sử dụng SCADA cục bộ hoặc bộ điều khiển nhà máy. Cả hai tuyến đều cung cấp khả năng truy cập vào menu điều khiển công suất phản kháng đầy đủ.
Đường dẫn cấu hình iSolarCloud là: Cài đặt → Thông số lưới → Điều khiển công suất phản kháng. Từ menu này, người vận hành chọn chế độ điều khiển tích cực (PF cố định, cos φ(P), Q(U), Q(P) hoặc Q cố định), nhập các điểm đặt cần thiết hoặc tải lên tệp định nghĩa đường cong và xác nhận các thay đổi. Đối với các đường cong Q(U), cổng chấp nhận mục nhập dạng bảng gồm các điểm đặt điện áp và mục tiêu công suất phản kháng tương ứng, mà Sungrow chuyển thành đặc tính bên trong của bộ biến tần. Giới hạn tốc độ tăng dần cho quá trình chuyển đổi công suất phản kháng cũng có thể được cấu hình từ menu này.
Để tích hợp Modbus TCP, Sungrow xuất bản tài liệu giao thức truyền thông (có sẵn qua Econo Solar theo yêu cầu) ánh xạ lựa chọn chế độ công suất phản kháng, ghi điểm đặt và đọc lại trạng thái tới các địa chỉ đăng ký cụ thể. Điều này cho phép EMS hoặc SCADA của nhà máy thay đổi chế độ công suất phản kháng và các điểm đặt trong thời gian thực mà không cần sự can thiệp của nhà điều hành - cơ sở để tham gia vào các thị trường dịch vụ phụ trợ và các chương trình công suất phản kháng do DNO điều động.
Một lưu ý thực tế quan trọng: cài đặt công suất phản kháng nằm trong số các tham số mà một số DNO khóa sau khi phê duyệt kết nối lưới ban đầu - việc thay đổi chúng sau khi vận hành thử cần có thông báo chính thức hoặc phê duyệt lại. Luôn xác nhận quy trình của DNO về các thay đổi cài đặt công suất phản kháng với kỹ sư dự án Econo Solar của bạn trước khi hoàn thiện tài liệu vận hành và ghi lại các cài đặt công suất phản kháng đã được ủy quyền trong gói bàn giao O&M để tham khảo trong tương lai.