Nghiên cứu trường hợp hiệu chỉnh hệ số công suất PV phân tán: Cách nâng cấp SVG giải quyết các vấn đề về hệ số công suất trong một dự án năng lượng mặt trời công nghiệp
Càng nhiều nhà máy, khu công nghiệp, vùng ngoại quan, và các cơ sở hậu cần lắp đặt quang điện phân tán (PV) hệ thống, nhiều nhà khai thác đang phát hiện ra sự cố không mong muốn sau khi kết nối lưới: hệ số công suất của họ bắt đầu không đạt yêu cầu đánh giá tiện ích.
Thoạt nhìn, điều này có thể gây nhầm lẫn. Hệ mặt trời dường như đang hoạt động bình thường. Cơ sở đang sản xuất điện, giảm mức tiêu thụ tiện ích, và giảm chi phí năng lượng. Trong nhiều trường hợp, dàn tụ điện hoặc tủ bù công suất phản kháng nguyên bản vẫn đang hoạt động. Tuy nhiên, bất chấp tất cả những điều này, địa điểm bắt đầu nhận các hình phạt về hệ số công suất hoặc tiền phạt công suất phản kháng từ công ty điện lực.
Trường hợp này cho thấy một khu công nghiệp ở Tây An, Trung Quốc, đã giải quyết chính xác vấn đề đó thông qua nâng cấp bù công suất phản kháng SVG hoàn chỉnh, kết hợp với phản chiếu dữ liệu đồng hồ, mạng không dây, và giám sát từ xa.
Kết quả là sự cải thiện đáng kể về hiệu năng hệ thống, với hệ số công suất thời gian thực đạt 0.999 và hệ số công suất tích lũy tăng lên 0.95, đáp ứng thành công các tiêu chuẩn đánh giá tiện ích.
Tổng quan dự án
Tên dự án
Dự án cải thiện hệ số điện PV phân tán
Vị trí
Khu ngoại quan toàn diện căn cứ hàng không Tây An, Trung Quốc
Ứng dụng
Hệ thống phân phối điện công nghiệp với thế hệ quang điện phân tán
Thử thách cốt lõi
Hệ số công suất thấp và các hình phạt tiện ích sau khi kết nối lưới điện PV phân tán
Vấn đề: Tại sao hệ số công suất giảm sau khi lắp đặt năng lượng mặt trời?
Dự án này diễn ra trong một hệ thống phân phối điện công nghiệp lớn, nơi nguồn điện 10kV cung cấp cho nhiều máy biến áp trên toàn khu vực. Hệ thống bao gồm 7 máy biến áp, và máy biến áp số. 7 được kết nối với hệ thống phát điện quang điện phân tán
Trước khi hệ thống PV được lắp đặt, địa điểm đã có tủ bù công suất phản kháng điện áp thấp thông thường đang hoạt động. Trong điều kiện tải chỉ dùng lưới truyền thống, thiết lập đó nói chung là đủ.
Tuy nhiên, sau khi hệ mặt trời phân tán được kết nối, khách hàng bắt đầu phải đối mặt với một vấn đề mới và tốn kém:
- Hệ số công suất tại điểm đo tiện ích giảm xuống dưới tiêu chuẩn yêu cầu
- Trang web không đạt được đánh giá tiện ích hàng tháng
- Khách hàng liên tục phải chịu các hình phạt về công suất phản kháng/hệ số công suất
- Hệ thống bù tụ điện ban đầu không còn có thể đáp ứng hiệu quả
- Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn khi việc sản xuất PV tăng lên
Đây là vấn đề thường gặp trong các ứng dụng năng lượng mặt trời công nghiệp, đặc biệt khi việc tính phí tiện ích và đánh giá hệ số công suất dựa trên điểm đo chung.
Tại sao hệ thống PV phân tán có thể gây ra hệ số công suất thấp
Để hiểu vấn đề, điều quan trọng là phải kiểm tra xem hệ thống PV phân tán làm thay đổi dòng điện trong cơ sở như thế nào.
Trong cơ cấu tự tiêu dùng với thặng dư xuất khẩu điển hình, thế hệ năng lượng mặt trời lần đầu tiên được sử dụng bởi tải bên trong của cơ sở. Chỉ có năng lượng dư thừa được xuất trở lại lưới điện.
Điều đó nghe có vẻ lý tưởng từ góc độ tiết kiệm năng lượng, nhưng nó tạo ra thách thức cho việc quản lý công suất phản kháng.
Đây là lý do tại sao:
Một hệ thống quang điện chủ yếu cung cấp năng lượng hoạt động (kW).
Nhưng hầu hết các tải công nghiệp—chẳng hạn như động cơ, máy bơm, máy nén, người hâm mộ, hệ thống HVAC, và thiết bị sản xuất—vẫn cần công suất phản kháng (bên trái).
Vì vậy, khi sản lượng của hệ mặt trời tăng lên:
- Cơ sở này sử dụng ít năng lượng hoạt động hơn từ tiện ích
- Nhưng nó vẫn có thể yêu cầu công suất phản kháng tương tự từ lưới điện
Điều này làm thay đổi mối quan hệ giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng tại điểm đo.
Kết quả là:
- Hệ số công suất đo bằng đồng hồ đo giảm
- Trong một số điều kiện hoạt động, trang web thậm chí có thể gặp phải dòng điện hoạt động ngược
- Bồi thường dựa trên tụ điện truyền thống thường trở nên không ổn định hoặc không hiệu quả
Điều này đặc biệt có vấn đề khi:
- Sản lượng PV gần với nhu cầu tải của cơ sở
- Sản lượng PV vượt quá tải tại chỗ, và năng lượng được xuất khẩu
- Nhu cầu phụ tải và sản xuất năng lượng mặt trời biến động cùng lúc
Tại sao bù tụ điện truyền thống không còn đủ nữa
Cơ sở ban đầu dựa vào hệ thống bù dàn tụ điện chuyển mạch từng bước thông thường.
Trong khi loại hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở công nghiệp, nó thường không lý tưởng cho các ứng dụng năng lượng mặt trời phân tán.
Hạn chế chính của tụ điện truyền thống:
1. Bồi thường theo bước không đủ chính xác
Các dàn tụ điện thông thường bù theo các bước cố định thay vì bù liên tục. Điều đó có nghĩa là chúng không thể đáp ứng chính xác nhu cầu công suất phản kháng đang thay đổi nhanh chóng..
2. Phản ứng chậm trong điều kiện dao động
Khi sản lượng năng lượng mặt trời và phụ tải công nghiệp đều thay đổi thường xuyên, hệ thống bồi thường phải phản ứng rất nhanh. Chuyển đổi tụ điện cơ học thường quá chậm đối với loại môi trường động này.
3. Chuyển đổi thường xuyên làm giảm tuổi thọ thiết bị
Trong điều kiện nguồn điện không ổn định, tụ điện có thể bật và tắt liên tục. Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến:
- contactor mặc
- suy thoái tụ điện
- giảm hiệu suất bồi thường
- vấn đề về độ tin cậy của tủ
4. Khả năng thích ứng kém dưới dòng điện ngược
Khi hệ thống PV xuất điện dư thừa trở lại lưới điện, bộ điều khiển công suất phản kháng truyền thống có thể không diễn giải chính xác hướng công suất, đặc biệt nếu chúng không được thiết kế để hoạt động ở bốn góc phần tư.
Đối với các cơ sở có PV phân tán, điều này thường có nghĩa là một điều:
Tủ bù công suất phản kháng ban đầu không còn được thiết kế phù hợp với điều kiện vận hành thực tế của công trường.
Đó là lý do tại sao khách hàng trong dự án này yêu cầu một giải pháp tiên tiến hơn và linh hoạt hơn.
Giải pháp: Bù công suất phản kháng động dựa trên SVG
Để giải quyết vấn đề, nhóm dự án đã thực hiện nâng cấp hoàn chỉnh tập trung vào điểm đo tiện ích thực tế, thay vì chỉ bù cục bộ ở phía điện áp thấp.
Giải pháp cuối cùng bao gồm bốn thành phần chính:
1. Nâng cấp tủ tụ điện gốc lên SVG
Bước đầu tiên là trang bị thêm tủ bù công suất phản kháng 400V hiện có dưới ba máy biến áp.
Thiết bị tụ điện và cuộn kháng nguyên bản bên trong tủ đã được tháo bỏ và thay thế bằng Máy phát điện Var tĩnh (SVG) thiết bị.
Công suất lắp đặt
- SVG CoEpower 200kVar × 3 bộ
Nâng cấp này cải thiện đáng kể hiệu suất bù của hệ thống.
Không giống như các dàn tụ điện thông thường, SVG cung cấp:
- bù động liên tục
- phản ứng nhanh
- độ chính xác cao
- bù công suất phản kháng hai chiều
- sự phù hợp tốt hơn cho môi trường PV biến động
Nói một cách đơn giản, SVG có thể theo dõi nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống theo thời gian thực và đưa ra chính xác những gì cần thiết, thay vì chuyển đổi bù theo bước lớn.
Điều đó làm cho nó đặc biệt hiệu quả đối với:
- hệ thống năng lượng mặt trời phân tán
- điều kiện tải không ổn định
- cơ sở công nghiệp bị phạt hệ số công suất
- các trang web yêu cầu hiệu suất chất lượng điện năng cao
Thiết kế trang bị thêm tủ để lắp đặt tại chỗ hiệu quả
Để giảm sự phức tạp khi trang bị thêm và duy trì việc lắp đặt thực tế, cấu trúc tủ bồi thường ban đầu đã được tái sử dụng.
Đã bao gồm nâng cấp:
- lỗ thông gió ở cửa trước và cửa sau của tủ
- tối ưu hóa luồng không khí cho cửa hút gió phía trước và ống xả phía sau
- cấu trúc hỗ trợ nội bộ để cài đặt mô-đun SVG
- bảo quản các bộ phận cửa trước nguyên bản đã chọn khi thích hợp
Loại trang bị thêm này có giá trị cao đối với các khu công nghiệp hiện có vì nó giảm thiểu:
- thời gian ngừng hoạt động
- công trình dân dụng
- thay đổi cấu trúc
- tổng chi phí nâng cấp
Đối với nhiều người sử dụng nhà máy và nhà máy, đây là con đường thực tế hơn là thay thế toàn bộ hệ thống tủ từ đầu.
2. Thêm đồng hồ đo đa chức năng ở vị trí đo điện áp cao ban đầu
Một trong những phần quan trọng nhất của dự án này không phải là SVG, nhưng dữ liệu bồi thường đến từ đâu.
Hình phạt về hệ số công suất của khách hàng dựa trên điểm đo điện áp cao, không chỉ đơn giản là về điều kiện tải điện áp thấp cục bộ.
Điều đó có nghĩa là hệ thống bù cần phải “nhìn thấy” hành vi điện tương tự mà đồng hồ tiện ích đang sử dụng để đánh giá.
Để đạt được điều này, một máy đo đa chức năng mới đã được thêm vào.
Công tơ được lắp đặt song song với điểm đo cao áp ban đầu và dùng làm nguồn đo phản chiếu.
Điều này cho phép hệ thống tạo tham chiếu dữ liệu thời gian thực có thể sử dụng được mà không can thiệp vào đồng hồ tiện ích ban đầu.
Dữ liệu được nhân đôi đó sau đó được truyền đến hệ thống kiểm soát bù SVG, cho phép logic bù dựa trên điểm đo sáng được đánh giá thực tế.
Đây là nguyên tắc thiết kế quan trọng đối với những dự án như thế này:
Nếu tiện ích đang đánh giá hệ số công suất tại một thời điểm, việc bồi thường phải được tối ưu hóa dựa trên cùng một điểm đó.
Đó là một trong những lý do chính khiến dự án này đạt được kết quả thành công
3. Xây dựng mạng truyền thông không dây cục bộ với LoRa
Địa điểm được chia thành tám phòng phân phối riêng biệt, bao gồm:
- 1 Phòng phân phối điện cao thế 10kV
- 7 phòng phân phối hạ thế 0,4kV
Bởi vì các phòng này được tách biệt về mặt vật lý và một số đường liên lạc sẽ yêu cầu hệ thống cáp ngoài trời, mạng truyền thông có dây thông thường sẽ đắt tiền và bất tiện khi cài đặt.
Vì vậy, thay vì kết nối mọi thứ lại với nhau, dự án đã sử dụng giải pháp mạng không dây LoRa.
Cấu trúc truyền thông:
- Các thiết bị cục bộ giao tiếp qua RS485
- Dữ liệu được thu thập thông qua các đơn vị truyền tải LoRa DTU
- Các phòng phân phối được kết nối qua mạng không dây LoRa
- Dữ liệu được tổng hợp và tải lên nền tảng
Cách tiếp cận này mang lại một số lợi ích thiết thực:
- giảm công việc đi cáp
- trang bị thêm dễ dàng hơn ở các khu công nghiệp hiện có
- độ phức tạp cài đặt thấp hơn
- liên lạc ổn định giữa các phòng điện riêng biệt
Đối với cơ sở lớn, vùng ngoại quan, và các khu công nghiệp, Kiểu kiến trúc không dây này có thể hiệu quả hơn nhiều so với việc xây dựng lại cơ sở xung quanh hệ thống cáp truyền thông mới.
4. Giám sát đám mây để truy cập từ xa và hiển thị hệ thống
Để cải thiện việc quản lý hệ thống lâu dài, dự án cũng bao gồm giám sát từ xa dựa trên đám mây.
Tất cả dữ liệu vận hành chính từ trang web có thể được tải lên thông qua nền tảng đám mây 4G, cho phép người vận hành truy cập thông tin hệ thống từ xa.
Điều này mang lại cho cả người dùng cuối và nhà cung cấp dịch vụ khả năng hiển thị tốt hơn:
- Trạng thái hoạt động của SVG
- dữ liệu đo sáng
- hiệu quả bồi thường
- xu hướng hiệu suất hệ thống
Dành cho khách hàng công nghiệp hiện đại, khả năng hiển thị từ xa không còn chỉ là sự tiện lợi mà nó thường là một phần cần thiết trong việc quản lý tài sản điện hiệu quả.
Kết quả cuối cùng: Đã đạt đến hệ số công suất theo thời gian thực 0.999
Sau khi cài đặt hệ thống, tích hợp truyền thông, và vận hành đầy đủ, dự án đã đi vào hoạt động ổn định.
Theo số liệu dự án, tất cả các giá trị sau đều được căn chỉnh và hoạt động chính xác:
- Đo lường nội bộ SVG
- đồng hồ đo đa chức năng mới được thêm vào
- máy đo hệ thống gốc
- nền tảng giám sát nền
Kết quả thực hiện cuối cùng:
- Đã đạt đến hệ số công suất thời gian thực 0.999
- Hệ số công suất tích lũy đạt 0.95 sau đó 15 ngày tự nhiên hoạt động
Điều này đã xác nhận rằng:
- logic lấy mẫu là chính xác
- liên lạc đã ổn định
- Bù SVG đã có hiệu quả
- chiến lược điều khiển theo định hướng điểm đo đã hoạt động thành công
Quan trọng nhất, cơ sở này đã có thể giải quyết vấn đề tuân thủ hệ số công suất tiện ích và loại bỏ rủi ro phạt định kỳ được mô tả trong tài liệu dự án
Trường hợp này chứng minh rằng đối với các ứng dụng năng lượng mặt trời phân tán, Việc hiệu chỉnh hệ số công suất hiệu quả thường đòi hỏi nhiều thứ hơn là chỉ đơn giản là “bổ sung thêm tụ điện”.
Thay vì, nó có thể yêu cầu một hệ thống thông minh hơn kết hợp:
- bù SVG động
- logic dữ liệu điểm đo sáng
- tích hợp truyền thông
- khả năng giám sát từ xa
Đó là điều làm cho dự án này có giá trị, không chỉ là cài đặt thành công, mà là một giải pháp kỹ thuật có thể lặp lại.
Ứng dụng được đề xuất cho giải pháp này
Một giải pháp tương tự đặc biệt thích hợp cho:
- nhà máy công nghiệp có năng lượng mặt trời trên mái nhà
- khu ngoại quan và khu công nghiệp
- cơ sở hậu cần và kho bãi
- nhà máy sản xuất
- hệ thống điện nhiều máy biến áp
- các trang web có hình phạt hệ số công suất tiện ích
- cơ sở gặp hệ số công suất thấp sau khi lắp đặt năng lượng mặt trời
- các dự án mà các dàn tụ điện nguyên bản không còn hoạt động hiệu quả
Nếu trang web của bạn gặp phải bất kỳ vấn đề nào sau đây sau khi cài đặt hệ thống PV phân tán:
- hệ số công suất giảm đột ngột
- dàn tụ điện chuyển đổi quá thường xuyên
- tiền phạt tiện ích hàng tháng
- hành vi bù không ổn định
- chất lượng điện kém sau khi tích hợp năng lượng mặt trời
thì việc nâng cấp bù công suất phản kháng dựa trên SVG có thể là bước tiếp theo phù hợp.
Tóm lại, hệ thống quang điện phân tán có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể nhưng chúng cũng thay đổi hoạt động điện của hệ thống điện công nghiệp theo những cách mà các phương pháp bù truyền thống thường không thể xử lý được..
Trường hợp này từ Tây An cho thấy một giải pháp được thiết kế phù hợp có thể khôi phục hiệu suất hệ thống và đưa trang web trở lại trạng thái tuân thủ như thế nào.
Bằng cách kết hợp:
- Bù công suất phản kháng động SVG
- phản chiếu dữ liệu đo điện áp cao
- Truyền thông không dây LoRa
- giám sát từ xa dựa trên đám mây
dự án đã giải quyết thành công vấn đề hệ số công suất thấp trong thế giới thực do sản xuất năng lượng mặt trời phân tán gây ra.
Dành cho người dùng công nghiệp, Nhà thầu EPC, nhà tích hợp hệ thống, và kỹ sư chất lượng điện năng, dự án này cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về cách cải thiện hệ số công suất trong các hệ thống PV phân tán—không chỉ về mặt lý thuyết, nhưng trong hoạt động thực tế tại hiện trường.
Cần một giải pháp hiệu chỉnh hệ số công suất cho dự án quang điện phân tán của bạn?
Nếu hệ thống năng lượng mặt trời công nghiệp của bạn gây ra hệ số công suất thấp, phạt công suất phản kháng, hoặc hiệu suất bù không ổn định, chúng tôi có thể giúp bạn thiết kế một giải pháp phù hợp hơn dựa trên cấu trúc đo lường thực tế và điều kiện địa điểm của bạn.
Liên hệ với chúng tôi để thảo luận về dự án của bạn, hoặc gửi cho chúng tôi sơ đồ đường đơn của bạn để đánh giá kỹ thuật.
Tags: Hiệu chỉnh hệ số công suất PV phân tán, Bù công suất phản kháng SVG, giải pháp hệ số công suất quang điện, hệ số công suất thấp sau khi lắp đặt năng lượng mặt trời, bù công suất phản kháng công nghiệp, giải pháp xử phạt hệ số công suất, SVG cho hệ thống năng lượng mặt trời phân tán, bù công suất phản kháng cho hệ thống PV, trường hợp dự án máy phát điện var tĩnh, Cải thiện hệ số công suất cho năng lượng mặt trời công nghiệp, nâng cấp tủ bù công suất phản kháng, giải pháp chất lượng điện mặt trời phân tán, đo sáng không dây để hiệu chỉnh hệ số công suất, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, công ty, Trung Quốc, bán buôn, mua, giá , Trích dẫn, số lượng lớn, Để bán, công ty, Cổ phần, trị giá.
