¿Cómo se puede resolver exactamente el problema de la potencia reactiva capacitiva excesiva en las nuevas centrales energéticas？

Impulsado por los objetivos de "doble carbono", la capacidad instalada de China de la nueva generación de energía energética ha superado los 700 millones de kilovatios, lo que representa más del 30% de la capacidad instalada total del país. Con la integración a gran escala de fuentes de energía intermitentes, como la energía fotovoltaica y eólica, ha surgido un nuevo desafío técnico en el sistema de energía: potencia reactiva capacitiva excesiva. Este problema no solo amenaza la operación segura y estable de la red eléctrica, sino que también afecta directamente los beneficios económicos de las nuevas centrales energéticas. Geyue Electric, como fabricante especializado en una compensación de energía reactiva durante 15 años, en el siguiente texto, exploraremos profundamente una solución sistemática a este obstinado problema desde la perspectiva de la práctica de ingeniería.

El mecanismo de generación del exceso de potencia reactiva capacitiva

El nuevo equipo de generación de energía energética tiene diferencias fundamentales con respecto a los generadores sincrónicos tradicionales. Los inversores fotovoltaicos están conectados a la cuadrícula a través de dispositivos electrónicos de potencia, y sus características de trabajo determinan que al generar potencia activa, inevitablemente la potencia reactiva inevitablemente se producirá. A través de mediciones extensas, hemos encontrado que un solo inversor fotovoltaico de 2.5MW, en su salida nominal, genera naturalmente hasta 600 kVar de potencia reactiva capacitiva. Para los generadores de turbinas eólicas de tracción directa que utilizan convertidores de potencia completa, también existen características de potencia reactiva similares.

Esta característica es particularmente prominente en áreas con nuevas centrales energéticas concentradas. El año pasado, los datos de prueba de una determinada base fotovoltaica en Qinghai con la que colaboramos mostraron que durante el período de luz solar más fuerte en la mitad del día, la potencia reactiva capacitiva de toda la estación de energía alcanzó el 28% de la capacidad instalada total, lo que provocó que el voltaje de la conexión de la cuadrícula aumente en un 8.3% en comparación con el valor calificado. Durante el período de carga baja por la noche, el problema del exceso de energía reactiva en el grupo de parques eólicos fue aún más severo. Una cierta base de energía eólica de 500MW registró un evento de violación de límite de voltaje que duró 72 horas.

Un análisis sistemático de los peligros del exceso

El exceso de voltaje es la manifestación más directa del daño. Cuando el voltaje del bus excede el límite superior de +7% especificado en GB/T 12325, el inversor fotovoltaico activará la protección de sobrevoltaje y se desconectará de la cuadrícula. Hemos analizado estadísticamente los datos de operación de 20 estaciones de energía fotovoltaica en la región noroeste, y encontramos que la pérdida anual de generación de energía promedio causada por problemas de voltaje alcanzó el 1,8%.

El daño más grave radica en el daño progresivo al aislamiento del equipo. Cuando un transformador funciona continuamente a 1.1 veces el voltaje nominal, la velocidad a la que disminuye el grado de polimerización de su cartón de aislamiento es tres veces que en condiciones normales. Tal daño latente a menudo solo se descubre cuando el equipo falla repentinamente. Por ejemplo, una estación de energía fotovoltaica de 200MW una vez sufrió la descomposición del devanado principal del transformador debido a la sobrevoltaje a largo plazo, lo que resultó en pérdidas económicas directas de más de 3 millones de yuanes.

La sobrevoltaje resonante es otra gran amenaza. Cuando la salida capacitiva de la nueva estación de energía energética coincide con los parámetros inductivos de la línea de transmisión, puede causar fenómenos de amplificación armónica peligrosa. Observamos en un proyecto complementario solar de viento en Xinjiang que, bajo un modo de funcionamiento específico, la velocidad de distorsión del 2.5 ° voltaje armónico aumentó repentinamente al 12%, lo que resultó en sobrecalentamiento y daños a los devanados de múltiples cajas de transformadores.

Avances tecnológicos en compensación dinámica

El generador de var estático (SVG) es actualmente la solución más efectiva. Nuestro SVG inteligente de tercera generación, equipado con componentes de potencia de carburo de silicio, logra un tiempo de respuesta ultra rápido de menos de 5 milisegundos. El diseño modular único permite una expansión de capacidad flexible, con una sola unidad capaz de alcanzar hasta 10 MVAR. La aplicación de SVG en un cierto parque eólico de soporte de voltaje ultra alto en Mongolia interna ha demostrado que después de configurar un SVG de 60 MVAR, la fluctuación de voltaje en el punto de conexión se ha reducido del 8% al 2%.

Según diferentes escenarios, hemos desarrollado una serie de productos. Para las estaciones de alimentación fotovoltaica distribuida, el SVG montado en la pared compacto puede ahorrar el 60% del espacio de instalación; Para las grandes centrales eléctricas de tierra, la solución integrada en contenedores simplifica enormemente el proceso de construcción. Un proyecto fotovoltaico plano de marea costera adoptó nuestro SVG anticorrosión, y funcionó continuamente durante tres años sin fallas en un entorno de sal de sal.

Estrategia de control de colaboración del sistema

El efecto de compensación de un solo dispositivo es limitado, se debe establecer una solución a nivel de sistema. El sistema de control "Distribuido Centralizado" que desarrollamos coordina el funcionamiento de múltiples SVG a través de una red de comunicación de alta velocidad. En la base de demostración de energía renovable Hebei Zhangbei, este sistema logró la coordinación de potencia reactiva para 7 nuevas centrales energéticas, elevando la tasa de calificación de voltaje regional a 99.9%.

La introducción de la tecnología de inteligencia artificial ha mejorado significativamente la precisión de control. El algoritmo predictivo basado en el aprendizaje profundo puede predecir la tendencia de la capacidad de potencia reactiva cambia con 30 minutos de anticipación. Después de introducir el algoritmo de inteligencia artificial en una determinada estación de energía fotovoltaica en Ningxia, el requisito de capacidad de reserva de SVG disminuyó en un 35%, y la pérdida de equipo disminuyó en un 25%. La aplicación de la tecnología gemela digital ha logrado la depuración virtual, reduciendo el tiempo de depuración en el sitio en un 70%.

Análisis de casos típico

El proyecto de renovación de una estación de energía fotovoltaica de 200MW en Qinghai tiene un valor de demostración significativo. Este proyecto adoptó nuestro "SVG + Reactor"Solución híbrida, con una inversión total de 8.9 millones de yuanes. Después de su operación, aumentó la generación anual de energía en 46 millones de kWh, y el período de recuperación de la inversión fue de solo 2.3 años. Lo más importante, resolvió el problema límite de voltaje que había afectado durante mucho tiempo la estación de energía, y no hubo incidentes de apagón causados por problemas de voltaje nuevamente.

Un cierto proyecto complementario de agricultura de peces fotovoltaicos en la provincia de Shandong ha creado un nuevo modelo de aplicación. Al integrar el sistema de enfriamiento de SVG con la circulación del área de la piscicultura, no solo resolvió el problema de disipación de calor del equipo, sino que también mantuvo la temperatura estable del agua, formando un modelo de ingresos compuestos de "regulación eléctrica + peces". Este diseño aumentó la tasa interna de rendimiento del proyecto en 2.3 puntos porcentuales.

Perspectiva tecnológica futura

La profunda integración de la inteligencia artificial y la electrónica de potencia es una dirección clara. El sistema de toma de decisiones autónomo que estamos desarrollando puede optimizar automáticamente los parámetros de control a través del análisis de datos en tiempo real. Las pruebas de laboratorio han demostrado que este sistema puede aumentar la velocidad de la regulación de voltaje en tres veces.

La combinación de semiconductores de banda ancha y tecnología superconductora puede conducir a un avance revolucionario. El SIC-SVG de baja temperatura se desarrolló en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts logra una densidad de potencia tres veces mayor que la de los equipos convencionales a una temperatura de trabajo de 77k. Se espera que esta tecnología resuelva el problema de la transmisión de energía para la energía eólica marina en aguas profundas.

Resolver el problema de la capacidad de potencia reactiva excesiva requiere una combinación de innovación tecnológica y pensamiento sistemático. Geyue Electric sugiere que las nuevas centrales energéticas de energía deberían considerar completamente los requisitos de equilibrio de potencia reactiva durante la etapa de planificación y diseño y a los proveedores de equipos seleccionados con capacidades integrales de solución. Creemos que al establecer un sistema de compensación de potencia reactiva con "predicción precisa, respuesta rápida y operación confiable", proporcionará un soporte sólido para sistemas de energía energética de alto renovable. Si el artículo anterior no ha respondido a sus dudas sobre resolver el problema de la capacidad de potencia reactiva excesiva, consulte aún más a uno de los ingenieros eléctricos de Geyue Electric eninfo@gyele.com.cn, siempre estamos dispuestos a hacer nuestro mejor esfuerzo por usted.