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Zusammenfassung
In diesem Artikel wird eine Methode zur kurzfristigen Prognose der Photovoltaik (PV)-Erzeugung vorgestellt. Die vorgeschlagene Methode fällt in die Kategorie der physikalischen Methoden und basiert auf numerischen Wettervorhersagen. Die Prognose wurde durch die Verwendung eines PV-Quellenmodells in der OpenDSS-Software erreicht. Die berechneten Ergebnisse wurden mit tatsächlichen Messungen an in Betrieb befindlichen PV-Mikroanlagen verglichen. Darüber hinaus untersucht der Artikel, wie aktive harmonische Filter (AHFs) in PV-Systemen eingesetzt werden können, um die Stromqualität zu verbessern, harmonische Verzerrungen zu reduzieren und einen stabilen Netzbetrieb sicherzustellen.
W artykule zaproponowano metodÄ krótkoterminowego prognozowania generacji fotowoltaicznej (PV). Metoda ta należy do grupy fizycznych metod i opiera siÄ na prognozach pogody numerycznej. Erstellen Sie ein neues PV-Modell mit OpenDSS-Programmen. Wyniki obliczeÅ porównano z wynikami pomiarów z funkcjonujÄcych mikroinstalacji PV. Daher ist es wichtig, die harmonische Filterwirkung (AHF) des PV-Systems mit der benötigten Energie zu analysieren, die Harmonik zu reduzieren und die Temperatur zu stabilisieren.
Schlüsselwörter: Photovoltaikquelle, Prosumer, Erzeugungsvorhersage, physikalische Methode, numerische Wettervorhersage, aktive harmonische Filter, OpenDSS
Einführung
Die zunehmende Durchdringung erneuerbarer Energiequellen, insbesondere Prosumer-PV-Mikroanlagen, verändert die Betriebsbedingungen der Stromnetze erheblich. Betreiber von Verteilnetzen stehen vor wachsenden Herausforderungen, wie z. B. Spannungsspitzen über zulässige Grenzen hinaus, umgekehrter Stromfluss vom Niederspannungsnetz (LV) zum Mittelspannungsnetz (MV), erhöhter Spannungsasymmetrie und überlasteten Netzelementen. Diese Probleme sind in Gebieten mit einer hohen Konzentration an PV-Mikroanlagen am stärksten ausgeprägt. Die Integration großer Mengen Solarstrom in das Niederspannungsnetz ohne angemessene Abhilfemaßnahmen erhöht das Risiko, dass die normalen Netzbetriebsgrenzen überschritten werden. Darüber hinaus gilt: Je höher die PV-Kapazität, desto größer sind die Auswirkungen auf Prosumer in Zeiten maximaler Solarproduktion, was zu Spannungsanstiegen und Wechselrichterabschaltungen führt, die sich negativ auf die Energieproduktion auswirken. Abbildung 1 zeigt ein visuelles Beispiel für dieses Vorkommnis.
Zusätzlich zur Netzmodernisierung, die kostspielig und zeitintensiv sein kann, kann die Erhöhung des lokalen Energieverbrauchs bei der PV-Erzeugung dazu beitragen, diese Probleme zu mildern. Dies kann durch Energiespeicherung und die entsprechende Planung des Energieverbrauchs von Haushaltsgeräten erreicht werden. Die Prognose der PV-Erzeugung ist für die Optimierung dieses Prozesses von entscheidender Bedeutung.
Die Netzintegration von PV-Systemen bringt jedoch auch eine weitere Herausforderung mit sich: harmonische Verzerrungen. Mit zunehmender Größe und Anzahl von PV-Anlagen nehmen die Oberschwingungspegel im Netzwerk tendenziell zu, insbesondere durch Wechselrichter, die nicht immer unter idealen Bedingungen arbeiten. Harmonische Verzerrungen können die Effizienz von Energiesystemen verringern und zu Fehlfunktionen der Geräte führen. In diesem Zusammenhang können aktive Harmonische Filter (AHFs) eine entscheidende Rolle bei der Minderung der durch PV-Systeme eingeführten Oberschwingungen spielen und so ein stabileres und effizienteres Stromnetz gewährleisten.
Aktive Oberwellenfilter in der Photovoltaikindustrie
In PV-Anlagen ist die Integration von Wechselrichtern unerlässlich, um den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom aus Gründen der Netzkompatibilität in Wechselstrom umzuwandeln. Allerdings können Wechselrichter zu erheblichen harmonischen Verzerrungen führen, insbesondere bei schwankenden Einstrahlungsbedingungen, beispielsweise an bewölkten Tagen. Oberschwingungen im Stromnetz können zu ineffizienter Energieübertragung, erhöhten Verlusten, Überhitzung von Geräten und sogar vorzeitigen Ausfällen elektrischer Komponenten führen.
Aktive Harmonische Filter (AHFs) sind eine wirksame Lösung zur Bewältigung dieser Probleme. AHFs überwachen kontinuierlich den Oberwellengehalt des Netzwerks und speisen Ausgleichsströme ein, um die schädlichen Oberwellen auszulöschen. Auf diese Weise verbessern AHFs nicht nur die Qualität der Stromversorgung, indem sie die Gesamtharmonische Verzerrung (THD) reduzieren, sondern tragen auch zur Optimierung der Leistung der PV-Anlage bei. Zu den Vorteilen der Verwendung von AHFs in PV-Systemen gehören:
Modell einer PV-Quelle
Das PV-Quellenmodell in OpenDSS wird verwendet, um die Leistungsabgabe basierend auf Einstrahlungsstärke und Temperatur zu simulieren. Die vom Wechselrichter abgegebene Wirk- und Blindleistung wird unter Berücksichtigung der Effizienz des Wechselrichters und der Umgebungsbedingungen berechnet.
Dieses Modell wurde anhand von Daten einer PV-Anlage an der Schlesischen Technischen Universität validiert und kann um die AHF-Integration zur Oberwellenkompensation in Echtzeit erweitert werden.
Validierung des PV-Quellenmodells
Das PV-Quellenmodell wurde anhand realer Daten getestet und die Ergebnisse zeigten eine hohe Schätzgenauigkeit (Abbildungen 10 und 11). Dieses Modell kann auch an die Integration von AHF-Systemen angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Oberschwingungspegel innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben, was die Genauigkeit von Leistungsvorhersagen und die Systemzuverlässigkeit weiter verbessert.
Numerische Wettervorhersagen und PV-Erzeugungsprognosen
Numerische Wettervorhersagen von zwei Plattformen wurden verwendet, um kurzfristige Prognosen zur PV-Erzeugung zu erstellen. Diese Prognosen wurden mit tatsächlichen Messungen verglichen, um die Genauigkeit zu beurteilen.
PV-Erzeugungsprognose für Prosumer-Installationen
Die gleiche Methode wurde auf Prosumer-PV-Anlagen an verschiedenen Standorten angewendet und für jeden Standort Prognosen erstellt. Die Ergebnisse belegen die Genauigkeit der Prognosemethode und die potenziellen Verbesserungen der Systemleistung in Kombination mit AHF-Systemen
Schlussfolgerungen
In diesem Artikel wurde eine Methode zur kurzfristigen Vorhersage der PV-Erzeugung mithilfe numerischer Wettervorhersagen vorgestellt, die durch Vergleich mit realen Daten validiert wurde. Darüber hinaus wurde die entscheidende Rolle aktiver harmonischer Filter bei der Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit von PV-Systemen hervorgehoben. AHFs bieten erhebliche Vorteile bei der Reduzierung harmonischer Verzerrungen, der Einhaltung von Netzstandards und der Verlängerung der Lebensdauer elektrischer Komponenten, was sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug bei der Integration erneuerbarer Energien in moderne Stromnetze macht. Durch die Gewährleistung einer besseren Stromqualität tragen AHFs auch zu einer effizienteren Energienutzung bei, sodass PV-Anlagen ihr volles Potenzial ausschöpfen und gleichzeitig Störungen im Netz minimieren können.
IPv6-Netzwerk unterstützt
