德國韋特海姆的陶伯蘭太陽能公園于2010年上線。在東、西施工階段完成的設(shè)備總共產(chǎn)生約22兆瓦(峰值),目前為相當(dāng)于9000戶家庭提供電力。
在最后的建設(shè)階段后,太陽能公園的計(jì)劃功率為72MWp,它不僅是歐洲大的光伏系統(tǒng)之一,也是現(xiàn)代和有效的系統(tǒng)(見圖1)
在陶伯蘭將陽光轉(zhuǎn)化為電能將減少每年5600噸的二氧化碳排放量。這個(gè)數(shù)量相當(dāng)于一個(gè)中型燃煤電廠的年排放量。系統(tǒng)占地面積85萬平方米(超過900萬平方英尺),包括來自不同制造商的大約18萬個(gè)模塊(見圖2)。
整個(gè)系統(tǒng)鋪設(shè)了大約4000公里(2500英里)的通信線路和電力電纜,將模塊和各個(gè)站點(diǎn)相互連接起來。110/20千伏的變壓器向?qū)儆谶\(yùn)營公司EnBW的高壓電網(wǎng)供電。
該變壓器的額定功率為40 MVA,并在2010年更換了一個(gè)臨時(shí)解決方案。電流規(guī)劃規(guī)定,在最終施工階段完成后,總共將使用兩臺(tái)變壓器向電網(wǎng)供電(圖3)。
項(xiàng)目成本約為1億歐元,由政府組織和私人投資者提供資金。
從西部工程向電網(wǎng)供電是由四臺(tái)總額定功率為8兆瓦的逆變器提供的。(圖4)。
逆變器配有電壓監(jiān)測繼電器。如果超過±10%的極限值,繼電器將跳閘并斷開逆變器與電網(wǎng)的連接。2011年的特點(diǎn)是貨幣收益率高,但也有許多逆變器故障的特點(diǎn)。
尤其是在云量變化的日子里,施工期西側(cè)的四個(gè)單元都會(huì)偶爾和隨機(jī)發(fā)生停工。逆變器花了5分鐘才恢復(fù)工作。在此期間,該系統(tǒng)處于停滯狀態(tài),運(yùn)營公司蒙受了利潤損失。
每年的經(jīng)濟(jì)損失約為40萬歐元,于是運(yùn)維公司委托兩個(gè)獨(dú)立機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量,以查明停產(chǎn)的原因。除其他儀器外,HBS箱是由HBS Steuerungstechnik制造的便攜式功率干擾分析儀,以及主要部件包括GOSSEN METRAWATT的MAVOSYS 10和MAVOWATT 70功率干擾分析儀(見圖5a,b)用于分析。
在中低壓端進(jìn)行了一系列測量后,專家們發(fā)現(xiàn)了原因:逆變器相互影響。逆變器的運(yùn)行造成了電源污染。重要的是,15和25次諧波非常明顯??傊C波失真為4.4%,這被認(rèn)為是相當(dāng)高的值(圖6)。借助上述電能質(zhì)量分析儀,確定了由于變壓器電感和電纜電容,產(chǎn)生了大約1000赫茲(諧振頻率)的諧振電路。所以向電網(wǎng)輸送諧波電流,產(chǎn)生了非常高的20次諧波。
由于高電流值和高線路阻抗,整個(gè)系統(tǒng)的TRMS電壓值超過極限閾值,保護(hù)裝置跳閘,逆變器與電網(wǎng)斷開。在電壓水平下降到規(guī)定水平后,逆變器再次連接到電網(wǎng)。根據(jù)天氣情況,逆變器每天與電網(wǎng)斷開幾次(見圖7)。
在確定故障原因后,安裝了一個(gè)總補(bǔ)償功率為174kvar的無源諧波濾波器。濾波器由幾個(gè)中性點(diǎn)連接的阻尼電容組成(見圖8)。
電諧振電路中的這些頻率敏感電阻對不期望頻率的電流產(chǎn)生窄帶“吸收效應(yīng)”,并使其熄滅。同時(shí),最大阻抗衰減。其結(jié)果是,饋入電網(wǎng)的諧波電流降到最小,諧波電壓保持在“正常”值內(nèi)。濾波器投入運(yùn)行后,電壓質(zhì)量立即得到改善,自安裝濾波器以來,TRMS電壓值一直保持在公差范圍內(nèi)。正如所預(yù)測的那樣,帶濾波電路的逆變器不間斷地運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)其目的,即把太陽能產(chǎn)生的電力供應(yīng)到電網(wǎng)。
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