Anwendungsbeispiel der Blindleistungskompensation im Bereich der Photovoltaik-Stromerzeugung

I. Projekthintergrund

Chinas „duale Klimaschutzziele“ eröffnen der Photovoltaikbranche neue Wachstumschancen und vielversprechende Perspektiven. Der Staatsrat hat eine Bekanntmachung zum Aktionsplan für die Reduzierung der CO₂-Emissionen bis 2030 veröffentlicht. Darin wird klar festgelegt, dass die installierte Wind- und Solarenergiekapazität bis 2030 1,2 Milliarden Kilowatt übersteigen soll. Da dezentrale Photovoltaikanlagen in Industriegebieten, Gewerbegebieten und Wohnsiedlungen immer häufiger zum Einsatz kommen, werden die ökologischen Vorteile netzgekoppelter Solarenergie zunehmend deutlich.

Das Problem des niedrigen Leistungsfaktors, das durch die Netzeinspeisung entsteht, hat sich jedoch für viele Anwender als häufige Herausforderung erwiesen. Faktoren wie die natürliche Leistung von Solaranlagen können den Leistungsfaktor in Stromkreisen verringern. Auch eine unzureichende Blindleistungsanpassung im Netz kann den Leistungsfaktor reduzieren.

Die Nichteinhaltung der Bewertungsrichtlinien der Energieversorger führt zu zusätzlichen Strafzahlungen für den Leistungsfaktor. Diese Strafzahlungen erhöhen die Betriebskosten für die Verbraucher und beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen. In schwerwiegenden Fällen können diese Probleme sogar den stabilen und effizienten Betrieb von Stromnetzen gefährden.

II. Branchenstatus

Gemäß den „Maßnahmen zur Anpassung der Stromkosten an den Leistungsfaktor“ müssen allgemeine Industriekunden einen monatlichen durchschnittlichen Leistungsfaktor von mindestens 0,9 einhalten, um Strafgebühren zu vermeiden. Derzeit nutzen die meisten Fabriken herkömmliche Kondensatorschaltungen zur Blindleistungskompensation.

Wenn PV-Anlagen nicht vor Ort installiert sind, bezieht das Netz eine große Menge Wirkleistung. Die Kondensatorkompensation hat ihre Grenzen, daher ist die Blindleistungskompensation nicht vollständig. Diese ist jedoch im Vergleich zum Wirkleistungsverbrauch des Netzes vernachlässigbar. Folglich kann das System dennoch einen Leistungsfaktor von über 0,9 gewährleisten.

Nach der Installation von PV-Anlagen vor Ort ist die Solarstromerzeugung jedoch oft hoch. Dies kann die von den an das Netz angeschlossenen Verbrauchern verbrauchte Wirkleistung deutlich reduzieren.

In diesem Szenario wird die Kondensatorkompensation entscheidend, um die verbleibende Blindleistung mit dem Netzbedarf in Einklang zu bringen.

Gleichzeitig erzeugen Transformatoren und Übertragungsleitungen zusätzliche Blindleistung, wodurch der Blindleistungsüberschuss auf der Hochspannungsseite weiter ansteigt.

Dies führt zu einem starken Abfall des Leistungsfaktors vor Ort und kann hohe Stromkosten nach sich ziehen. Diese Kosten können erhebliche Verluste für Endverbraucher und PV-Hersteller verursachen.

III. Lösung „Hohe Extraktion und niedrige Kompensation“

Aktuell führen Energieversorgungsunternehmen die Strommessung üblicherweise auf der Hochspannungsseite durch. Bei der Berechnung der Blindleistung berücksichtigen sie die Blindleistung von Niederspannungsverbrauchern, Transformatoren und Übertragungsleitungen.

Konventionelle Maßnahmen zur Blindleistungskompensation auf der Niederspannungsseite können lediglich die von den Verbrauchern erzeugte Blindleistung ausgleichen. Sie sind nicht wirksam gegen die von Transformatoren und Übertragungsleitungen erzeugte Blindleistung.

Bei PV-Kraftwerksanlagen darf die von Transformatoren und Übertragungsleitungen erzeugte Blindleistung nicht außer Acht gelassen werden.

Daher haben wir eine Produktanwendungslösung mit „hoher Abtastung und geringer Kompensation“ entwickelt. Dabei wird die Abtastung am Hochspannungseingang vorgenommen und anschließend auf der Niederspannungsseite kompensiert. So wird eine Blindleistungskompensation sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niederspannungsseite erreicht.

Im Vergleich zu herkömmlichen Hochspannungs-Blindleistungskompensationsgeräten senkt die Lösung „Hohe Ausbeute, geringe Kompensation“ die Kosten deutlich. Sie zeichnet sich zudem durch einfache Installation und Wartung aus.

1. Kernkomponentenauswahl: Hohe Kompensationsgenauigkeit und schnelle Reaktionsgeschwindigkeit

In PV-Kraftwerken ist aufgrund des minimalen Wirkleistungsverbrauchs eine extrem hohe Kompensationsgenauigkeit für das Blindleistungsmanagement unerlässlich. Herkömmliche Kondensatorkompensatoren erfüllen diese Anforderungen aufgrund ihres stufenweisen Kompensationsmodus und ihrer begrenzten Ansprechzeit nicht.

Der SVG-Generator für statische Variablen Es nutzt das Prinzip des spannungsgeführten Wechselrichters. Mithilfe von IGBTs werden Amplitude und Phase der Wechselspannung des Wechselrichters gesteuert. Dadurch werden invertierte Blindleistungskompensationsströme erzeugt, die sich mit den Blindströmen des Netzes aufheben und so eine effektive Blindleistungskompensation ermöglichen.

Da IGBTs mit Frequenzen im Bereich von zehn kHz schalten, können SVG-Systeme reaktive Lasten schnell in 5 ms oder weniger kompensieren.

Sie gewährleisten eine hohe Präzision von 99 % oder mehr.

2. Einsatzplan: Hochdruckprobenahme mit Niederdruckkompensation 1

Bei der Blindleistungskompensation in PV-Anlagen muss die Kompensation auf der Niederspannungsseite erfolgen. Die Berücksichtigung der von Transformatoren und Hochspannungskabeln erzeugten Blindleistung ist ebenfalls wichtig. Die korrekte Behandlung der verbleibenden Blindleistung auf der Hochspannungsseite ist entscheidend. Dies erfordert Messungen auf der Hochspannungsseite. Ingenieure verwenden im Wesentlichen zwei Messmethoden: die direkte Strommessung auf der Hochspannungsseite und die Messung mit Multifunktionsmessgeräten. Direkte Strommessung auf der Hochspannungsseite: Der Strom auf der Hochspannungsseite wird direkt gemessen. Der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom wird mithilfe des Transformatormodells eingestellt. Anschließend wird die Blindleistung auf der Hochspannungsseite berechnet. Danach erfolgt die Blindleistungskompensation auf der Niederspannungsseite. Das Schaltbild ist unten dargestellt.

Multifunktionszähler-Abtastung: Installieren Sie einen Multifunktionszähler auf der Hochspannungsseite. Dieser erfasst die Sekundärspannungs- und Stromsignale und berechnet anschließend die Blindleistung.

Das System sendet die berechnete Blindleistung über RS485 zur Kompensation an den statischen Blindleistungsgenerator SVG. Das Schaltbild ist unten dargestellt:

3. Installationsauswahl: Flexible Konfiguration mit Synergie zwischen neuen und alten Systemen

Das Modell „Hohe Ausbeute, geringe Kompensation“ ist mit bestehenden Vor-Ort-Kompensationssystemen kompatibel. Seine Kapazität wird hauptsächlich über die Restblindleistung auf der Hochspannungsseite eingestellt.

Das Gerät bietet flexible Installationsmöglichkeiten, darunter Wandmontage, Schrankmontage und containerisierte Außenkonfigurationen, und passt sich so unterschiedlichen Feldbedingungen an.

Prüfen Sie während der Installation, ob der Kompensationsstrom des Systems „High Harvest Low Compensation“ die Probenahme beeinträchtigt.

Stellen Sie sicher, dass es die Abtastung durch vorhandene Kompensationsvorrichtungen nicht beeinträchtigt. Dies trägt zu deren normalem Betrieb bei.

Dieser Ansatz ermöglicht es der Einheit „High Harvest Low Compensation“, eine Restblindleistungskompensation bereitzustellen und so eine hochpräzise Blindleistungskompensation bei reduzierten Kosten zu erreichen.

IV. Anwendungsergebnisse

Shanghai New Energy Technology Co., Ltd. ist ein Energiedienstleister mit umfassender Expertise. Das Unternehmen ist spezialisiert auf energetische Sanierungen, Energietechnik und die Erzeugung sauberer Energie. Darüber hinaus unterstützt es die Integration verschiedener Energieformen und die Entwicklung von Mikronetzen. Nach der Installation von Photovoltaikanlagen in einem Werk in Xi'an sank der Leistungsfaktor vor Ort drastisch. Dies führte zu Stromkosten, die monatlich über 10.000 Yuan erreichten.

Um die Stromkosten zu senken, nutzte der Standort eine Lösung nach dem Prinzip „Hoher Ertrag, geringe Vergütung“. Es wurde ein 200 kVAr SVG Blindleistungskompensationsgerät Das Gerät kompensiert Blindleistung auf der Hochspannungsseite. Nach der Intervention verbesserte sich der Leistungsfaktor deutlich, und es fielen keine weiteren Stromkosten mehr an.

1. Die Blindleistung wird deutlich reduziert

Hochspannungsmessdaten zeigen, dass die Blindleistung nachts vor der Behandlung bei etwa 20 kvar lag. Tagsüber stieg sie in den Hochspannungssystemen des Standorts auf über 60 kvar.

Nach der Behandlung sank die Blindleistung deutlich und blieb während der meisten Betriebsperioden bei etwa 0 kvar stabil.

Blindleistung auf der Hochspannungsseite vor der Regelung

Blindleistung auf der Hochspannungsseite nach der Regelung

2. Deutliche Verbesserung des Leistungsfaktors

Nach Umsetzung der Sanierungsmaßnahmen verbesserte sich der Leistungsfaktor vor Ort. Er stieg auf der Stromrechnung des Nutzers von 0,77 auf 0,94. Der Nutzer vermied nicht nur Strafgebühren, sondern erhielt auch eine Gutschrift auf seine Stromrechnung.

V. Zusammenfassung des Falls und Werbewert

Das Verfahren mit hoher Blindleistungsentnahme und geringer Kompensation ist heute die gängigste Lösung. Es adressiert Probleme mit niedrigem Leistungsfaktor, die nach dem Anschluss von PV-Anlagen an das Stromnetz auftreten. Das Verfahren nutzt präzise Anpassung und effiziente Regelung. Abgestimmt auf die Betriebsmerkmale von Netzen nach der Integration, verwendet dieser Ansatz differenzierte Datenerfassungs- und Kompensationsstrategien. Durch die genaue Erkennung von Blindleistungsdefiziten und Laständerungen ermöglicht er eine gezielte, dynamische Blindleistungsanpassung. Dadurch werden Verluste schnell ausgeglichen und der Gesamtwirkungsgrad kontinuierlich verbessert. Dies gewährleistet die dauerhafte Einhaltung der Leistungsfaktorvorschriften, hilft, Bußgelder zu vermeiden und senkt die Betriebskosten der Nutzer.

Die Lösung maximiert die Rentabilität von PV-Kraftwerksprojekten. Sie zeichnet sich durch hervorragende Kompatibilität und Synergie mit bestehenden PV-Anlagen aus und ermöglicht deren nahtlose Integration und synchronen Betrieb ohne größere Änderungen an der Anlage. Zu den zahlreichen Vorteilen zählen einfache Installation, stabile Leistung, unkomplizierte Wartung, kontrollierte Investitionskosten und erhebliche Energieeinsparungen.

Einerseits optimiert es die Netzqualität durch die Reduzierung von Blindleistungsverlusten und die Steigerung der Übertragungseffizienz und gewährleistet so eine stabile PV-Stromversorgung. Andererseits hilft es Nutzern, finanzielle Risiken zu minimieren und die Rentabilität von PV-Projekten zu steigern. Es schafft ein Gleichgewicht zwischen wirtschaftlichen Vorteilen für die Nutzer und Netzstabilität. Dieser Ansatz führt zu einer Win-Win-Situation für die Erzeugung grüner Energie und einen gesetzeskonformen Stromverbrauch.