Проблеми забезпечення якості електроенергії в мікромережах на основі гібридних систем живлення з фотоелектричними станціями

Abstract

The quality of electric energy (EE) in microgrids with hybrid photovoltaic (PV) power plants was investigated in terms of compliance with current regulatory documents and the identification of recommendations for their improvement to take into account the peculiarities of the operation of such plants. Information and measuring unit (IMU) was developed on the basis of the existing hybrid PV power plant, which made it possible to obtain data on grid parameters with high accuracy, using modern measuring devices Metrel and Seaward companies. The measurements, conducted in real conditions allowed to identify the characteristic features of voltage formation at the output of inverters operating in different modes, as well as to identify t main NPS problems during the autonomous operation of hybrid PV power plants. During the experiment, main indicators of electric power quality (EPQ) in microgrids with hybrid PV systems under different operating conditions were investigated in accordance with paragraphs 11.4.7—11.4.12 [1]. In particular, the change in quality indicators in different modes of inverter operation (autonomous and synchronous operation) during idle operation and with different types and capacities of connected loads. In addition, the quality of voltage inverters of different topology and cost was tested. As a result of the study, graphical dependences of the operation of DC/AC inverters in synchronous and autonomous operation modes with the United Energy System of Ukraine (UES-U) were obtained. The degrees of EE degradation were determined, which manifested themselves in harmonic distortion, frequency deviations, and increase in the flicker level. The limitations of current regulatory documents, in particular, standards and methodologies in terms of the operation of hybrid inverters in autonomous mode and the use of equipment with a transformerless topology and a modified sine wave, are revealed. Experimentally, we determined the permissible levels of reactive-active load, the excess of which can lead to an increase in the error of measuring devices. In addition to metering devices, harmonic voltage distortion directly affects energy losses during electricity transportation, the operation of electrical installations, and the level of insulation degradation in the power grid.Досліджено якість електричної енергії (ЯЕ) в мікромережах з гібридними фотоелектричними станціями (ФЕС), стосовно відповідності чинним нормативним документам та визначення рекомендацій щодо їх удосконалення для врахування особливостей роботи ФЕС. Розроблено інформаційно-вимірювальну установку (ІВУ) на базі діючої гібридної ФЕС, яка дала змогу за допомогою сучасних вимірювальних приладів від компаній Metrel та Seaward отримати дані про параметри мережі з високою точністю. Вимірювання, проведені в реальних умовах, дозволили виявити характерні особливості формування напруги на виході інверторів, що працюють у різних режимах, а також виявити основні проблеми з ЯЕ у разі автономної роботи гібридних ФЕС. Під час проведення експерименту досліджено основні (згідно з пунктами 11.4.7—11.4.12 [1]) показники якості електричної енергії (ПЯЕ) в мікромережах з гібридними ФЕС за різних умов роботи. Зокрема зміну показників якості в різних режимах роботи інвертора (у разі автономної та синхронної робіт) під час неробочого ходу та за різного за типом та потужністю підключеного навантаження. Додатково перевірено якість напруги від інверторів різної топології та вартості. За результатами дослідження отримано графічні залежності роботи DC/AC інверторів в синхронному та автономному режимі роботи з Об’єднаною енергетичною системою України (ОЕС-У). Визначено ступені погіршення ЯЕ, які проявлялися у гармонічних спотвореннях, відхиленнях частоти та збільшенні рівня флікера. Виявлено обмеження чинних нормативних документів зокрема стандартів та методик в частині роботи гібридних інверторів у автономному режимі та використання обладнання з безтрансформаторною топологією і модифікованою синусоїдою. Експериментально визначено допустимі рівні реактивно-активного навантаження, перевищення якого може спричиняти збільшення похибки вимірювальних приладів. Окрім приладів обліку, гармонічні спотворення напруги безпосередньо впливають на втрати енергії під час транспортування електроенергії, роботу електроустановок та рівень деградації ізоляції електромережі.