Оценка эффективности регулирования выходной мощности фотоэлектрических преобразователей для повышения качества электроэнергии

Введение. В статье рассматривается влияние объектов микрогенерации на базе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на показатели качества электроэнергии, связанные с положительным и отрицательным отклонением напряжения, а также влияние технического устройства регулирования выходной мощности на данные показатели.

Цель – определение влияния объектов микрогенерации на базе ФЭП на показатели качества электроэнергии, связанные с медленными изменениями напряжения, и исследование на математической модели технического решения по регулированию выходной мощности ФЭП посредством установки систем позиционирования.

Материалы и методы. В работе использовался имитационный подход, в соответствии с которым был применен метод математического моделирования.

Результаты и обсуждение. При рассмотрении случаев различного уровня внедрения объектов микрогенерации на базе ФЭП выявлена вероятность негативного воздействия объектов микрогенерации на значения напряжения в узлах электрической сети.

Заключение. По итогам проведенного исследования можно сделать вывод о том, что изменение выходной мощности фотоэлектрических преобразователей позволяет нивелировать недостатки внедрения объектов микрогенерации, связанные с повышенным напряжением, и повысить качество электроэнергии в распределительных электрических сетях низкого напряжения.

1. Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности: Постановление Правительства Российской Федерации от 17.06.2015 № 600. URL: https://government.ru/docs/all/102323/ (дата обращения: 26.09.2023).

2. О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности: Постановление Правительства Российской Федерации от 10.11.2015 № 1210. URL: https://government.ru/docs/all/104143/ (дата обращения: 26.09.2023).

3. Об утверждении Доктрины энергетической безопасности Российской Федерации: Указ Президента Российской Федерации от 13.05.2019 № 216. URL: https://government.ru/docs/all/121866/ (дата обращения: 26.09.2023).

4. Информационный бюллетень: рынок возобновляемой энергетики России: Текущий статус и перспективы развития. URL: https://drive.google.com/file/d/1GmXQmNKYo84YE4WfpsT-0RzqsTbS6mup/view (дата обращения: 26.09.2023).

5. О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации: Федеральный закон от 23 марта 2019 г. № 471-ФЗ. URL: https://www.consultant.ru/law/doc/3781962/ (дата обращения: 26.09.2023).

6. О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации в части определения особенностей правового регулирования отношений по функционированию объектов микрогенерации: Постановление Правительства Российской Федерации от 2 марта 2021 г. № 299. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/74087425/ (дата обращения: 26.09.2023).

7. Энергетика и промышленность России. Текущая ситуация с развитием микрогенерации в России. URL: https://www.eprussia.ru/news/base/2022/9853042.htm (дата обращения: 26.09.2023).

8. Кугучева Д. К. Некоторые решения по оценке потенциала и повышению эффективности использования энергии солнца на примере Калининградской области // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2021. № 5(86). С. 7-17.

9. Alam M. J. E., Muttaqi K. M., & Sutanto D. A comprehensive assessment tool for solar PV impacts on low voltage three phase distribution networks // Proceedings of the 2nd International Conference on the Developments in Renewable Energy Technology (ICDRET), 2012. P. 1-5.

10. Walling R. A., Saint R., Dugan R. C., Burke J. & Kojovic L. A. Summary of distributed resources impact on power delivery systems // IEEE Transactions on Power Delivery. 2008. No. 23. Р. 1636-1644.

11. Ruifeng Y., & Saha T. K. Voltage variation sensitivity analysis for unbalanced distribution networks due to photovoltaic power fluctuations // IEEE Transactions on Power Systems. 2012. No. 27. Р. 1078-1089.

12. Voltage Unbalance - A Technical Note. University of Wollongong. (2002). URL: https://www.elec.uow.edu.au/apqrc/content/technotes/technote6.pdf (дата обращения: 26.09.2023).

13. Katiraei F., & Aguero J. R. Solar PV integration challenges // IEEE Power & Energy Magazine. 2011. No. 9. Р. 62-71.

14. Ahsan S. M., Khan H. A., Hussain A., Tariq S., Zaffar N. A. Harmonic Analysis of Grid-Connected Solar PV Systems with Nonlinear Household Loads in Low-Voltage Distribution Networks // Sustainability. 2021. No. 13. Р. 3709.

15. Sharma S. K., Chandra A., Saad M., Lefebvre S., Asber D., Lenoir L. Voltage Flicker Mitigation Employing Smart Loads With High Penetration of Renewable Energy in Distribution Systems // IEEE Trans. Sustain. Energy. 2017. No. 8. Р. 414-424.

16. Shayani R. A., de Oliveira M. A. G. Photovoltaic Generation Penetration Limits in Radial Distribution Systems // IEEE Transactions on Power Systems. 2011. Vol. 26. No. 3. P. 1625-1631.

17. Liu Y., Bebic J., Kroposki B., de Bedout J., Ren W. Distribution System Voltage Performance Analysis for High- Penetration PV, 2008 // IEEE Energy 2030 Conference, Atlanta, GA, USA. 2008. P. 1-8.

18. Ahmed E. E. E., Demirci A. Assessment of overvoltage and power losses in low voltage distribution networks with high photovoltaics penetration based on prosumers' self-consumption 2022 // International Congress on Human-Computer Interaction, Optimization and Robotic Applications (HORA). Ankara, Turkey. 2022. P. 1-4.

19. Zulu Esau, Hara Ryoichi, Kita Hiroyuki. A flexible stochastic PV hosting capacity framework considering network over-voltage tolerance // Energy Reports. Vol. 9. Supplement 1, 2023. P. 529-538.

20. Shahnia, F., Majumder, R., Ghosh, A., Ledwich, G., & Zare, F. Sensitivity analysis of voltage imbalance in distribution networks with rooftop PVs // IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2010. P. 1-8.

21. Xiangjing S., Masoum M. A. S., & Wolfs P. J. Optimal PV inverter reactive power control and real power curtailment to improve performance of unbalanced four-wire LV distribution networks // IEEE Trans Sustain Energy. 2014. No. 5. Р. 967-977.

22. Tang N. C., Chang G. W. A stochastic approach for determining PV hosting capacity of a distribution feeder considering voltage quality constraints // Proceedings of the International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP (Ljubljana 13-16 May 2018). Ljubljana, Slovenia, 2018. P. 1-5.

23. Bereczki B., Hartmann B. LV Grid Voltage Control with Battery Energy Storage Systems // Proceedings of the EEEIC / I&CPS Europe International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2020 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC/I&CPS Europe) Madrid, Spain, 9-12 June 2020. Madrid, Spain, 2020. P. 1-5.

24. Anita Y., Solanki, Dr. Sanjay R. Vyas. A Review on Power Quality Enhancement Using Custom Power Devices // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) 2021.Vol. 08 Is. 02.

25. Nouri A., Keane A. Planning of OLTC Transformers in LV Systems under Conservation Voltage Reduction Strategy // Proceedings of the 2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT-Europe), Bucharest, 29 September - 2 October 2019. Bucharest, Romania, 2019. P. 1-5.

26. Bruno S., Dellino G., La Scala M., Meloni C. A. Microforecasting module for energy management in residential and tertiary buildings // Energies. 2019. No. 12. Р. 1006.

27. Vadavathi A. R., Hoogsteen G. and Hurink J. L. PV Inverter Based Fair Power Quality Control // IEEE Transactions on Smart Grid. https://doi.org/10.1109/TSG.2023.3244601.

28. Харитонов М. С., Кугучева Д. К. Исследование влияния объектов микрогенерации на уровень напряжения в электрических сетях низкого напряжения // Электроэнергия. Передача и распределение. 2024. № 1(82).

29. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200104301

30. Кугучева Д. К., Харитонов М. С. Влияние солнечной микрогенерации на параметры режима распределительной сети // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы XIII Международной научно-технической конференции, Красноярск, 23-27 октября 2023 года. Казань: Сибирский федеральный университет, 2023.

31. Kugucheva D., Kharitonov M. (2023). A New Approach to Increase the Efficiency of Solar Generation Through the Use of the Soltrack System / eds by N. Kostrikova // Energy Ecosystems: Prospects and Challenges: Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 626. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-24820-7_2

32. Кугучева Д. К., Харитонов М. С. Система позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды «Солтрек» // Балтийский морской форум: материалы X Международного Балтийского морского форума: в 7 т., Калининград, 26 сентября - 01 2022 года. Т. 1. Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2022. С. 471-476.

33. Photovoltaic geographical information system. URL: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ (дата обращения: 26.09.2023).

34. David Jason & Crawford Matthew. Cause and effect of overvoltage on the LV network. 2017. Р. 1-6. 10.1109 // Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), Melbourne, VIC, Australia, 2017. P. 1-6. https://doi.org/10.1109/AUPEC.2017.8282441.

35. David J., Ciufo P., Elphick S., Robinson D. Preliminary Evaluation of the Impact of Sustained Overvoltage on Low Voltage Electronics-Based Equipment // Energies. 2022. No. 15. Р. 1536. https://doi.org/10.3390/en15041536 (дата обращения: 26.09.2023).