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La configuración de la compensación de potencia reactiva del nec de almacenamiento solar es fundamental para su funcionamiento estable. Las pérdidas de potencia reactiva en los transformadores de caja, líneas colectoras, transformadores elevadores y líneas de alimentación de las instalaciones fotovoltaicas y de almacenamiento se calculan en relación con la configuración del sistema de la nec solar y de almacenamiento.
Tomando como ejemplo el proyecto nec solar y de almacenamiento real, el cálculo de la capacidad de compensación de energía reactiva se lleva a cabo junto con la configuración real del proyecto y otras circunstancias, y los problemas que requieren especial atención en el cálculo de la capacidad de energía reactiva. Se proponen dispositivos de compensación de potencia en la estación elevadora nec solar y de almacenamiento, así como los requisitos específicos para los dispositivos de compensación de potencia reactiva.
Responder activamente al cambio climático y esforzarse por construir un sistema energético limpio, bajo en carbono, seguro y eficiente es una decisión importante y un despliegue realizado por el Comité Central del Partido y el Consejo de Estado. Para implementar el objetivo del pico de carbono y la neutralidad de carbono, el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento de energía se toma como un paso importante para mejorar la capacidad de regulación de los sistemas de energía y apoyar la construcción de nuevos sistemas de energía.
En la actualidad, para mejorar la capacidad de las energías renovables, todas las provincias y ciudades han propuesto equipar nuevos proyectos de energías renovables conectados a la red basados en el mercado con cierta capacidad de dispositivos de almacenamiento de energía.
La construcción de proyectos nec solares y de almacenamiento no es solo una forma concreta de alcanzar el objetivo del “doble carbono”, sino también de mejorar la capacidad de consumo de la fotovoltaica. Los proyectos nec solares y de almacenamiento tienen un impacto negativo en la calidad de la energía y en la seguridad y estabilidad de la red. La compensación de potencia reactiva del nec solar y de almacenamiento es fundamental para el funcionamiento estable de la central.
Durante el funcionamiento normal de una central fotovoltaica, la energía eléctrica generada se conecta a la red a través de los transformadores tipo cajón, líneas colectoras, transformadores elevadores principales y líneas de impulsión de la submatriz fotovoltaica, por lo que existen pérdidas de potencia reactiva en los transformadores y líneas de la central fotovoltaica en todos los niveles, y existen pérdidas de potencia reactiva en los transformadores de caja y líneas colectoras del dispositivo de almacenamiento de energía.
El dispositivo de compensación de potencia reactiva debe poder compensar las pérdidas de potencia reactiva del equipo relevante, lograr una regulación continua dinámica, tener la capacidad de controlar el voltaje de la red, y la velocidad de regulación debe poder satisfacer las necesidades de la regulación del voltaje de la red. Por lo tanto, las necesidades solares y de almacenamiento necesitan instalar dispositivos de compensación de potencia reactiva centralizados para la compensación.
En este documento, de acuerdo con la composición de pérdida de potencia reactiva de la energía solar y el almacenamiento nec, se lleva a cabo el cálculo de compensación de potencia reactiva, y su análisis y cálculo de pérdida de potencia reactiva se combinan con la situación de ingeniería real y la conclusión de la configuración de capacidad de compensación de potencia reactiva. es dibujado.
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El sistema nec solar y de almacenamiento consta principalmente de una sección de generación de energía fotovoltaica y una sección de almacenamiento de energía.
El sistema nec solar y de almacenamiento consta de una serie de módulos fotovoltaicos, convertidores, inversores y elevadores de tensión, etc. El sistema nec solar y de almacenamiento consta de un sistema de baterías de almacenamiento de energía, transformadores, líneas colectoras, equipos eléctricos secundarios y equipos auxiliares.
La sección de generación de energía fotovoltaica consta de varios módulos fotovoltaicos e inversores centralizados conectados en serie y en paralelo para formar varias unidades de generación de energía fotovoltaica. Cada unidad de generación de energía fotovoltaica está equipada con un transformador tipo caja de 35 kV para aumentar el voltaje a 35 kV, que está conectado al lado de 35 kV de la estación de refuerzo del campo fotovoltaico a través de varios conjuntos de líneas colectoras.
La sección de almacenamiento de energía consta de una serie de baterías de almacenamiento de energía y convertidores de almacenamiento de energía que forman nodos de almacenamiento de energía, cada 4 nodos de almacenamiento de energía forman 1 unidad de almacenamiento de energía, cada unidad de almacenamiento de energía está equipada con un transformador tipo caja incrementado hasta 35 kV y conectado al lado de 35 kV de la estación de refuerzo de campo fotovoltaico a través de varios juegos de líneas colectoras. El lado de baja tensión del transformador principal de la estación de refuerzo de campo fotovoltaico es de 35 kV.
El método de incremento se determina de acuerdo con la capacidad instalada del proyecto nec solar y de almacenamiento y el nivel de voltaje conectado a la red. Si el nivel de voltaje conectado a la red es de 35 kV, solo se necesitan transformadores tipo caja en el campo para aumentar el voltaje y conectarse a la red.
Si el nivel de voltaje conectado a la red es de 110 kV o 220 kV, el transformador tipo caja y el transformador principal se intensificarán por separado. El voltaje de salida del inversor se incrementará a 35 kV a través del transformador tipo caja y luego se conectará al transformador principal a través de múltiples líneas colectoras de 35 k V para aumentar a 110 k V/220 k V. Luego, el inversor se conectará a la red usando las líneas de alimentación.
La pérdida de potencia reactiva de la energía solar y del almacenamiento nec proviene principalmente de la pérdida de potencia reactiva de los transformadores de caja fotovoltaica, las líneas de colectores fotovoltaicos, los transformadores principales, las líneas de suministro, los transformadores de caja de almacenamiento, las líneas de colectores de almacenamiento, etc. la reactancia de los cables es mucho mayor que la resistencia, la potencia de carga es mucho mayor que la pérdida de potencia reactiva, por lo que para las líneas colectoras solo se considera su potencia de carga. Para la capacidad de compensación de potencia reactiva de la energía solar y de almacenamiento nec, la pérdida de potencia reactiva capacitiva y la pérdida de potencia reactiva inductiva deben tenerse en cuenta después de deducir la potencia de carga.
Los equipos eléctricos involucrados en las pérdidas de potencia reactiva en solar y almacenamiento nec son los siguientes
a) Transformador de caja fotovoltaica. Los transformadores de caja aumentan el voltaje fotovoltaico de 800 V a 35 kV, cada matriz fotovoltaica está equipada con un transformador de caja, las capacidades comúnmente utilizadas son 3150 kV-A, 4000 kV-A, 5000 kV-A, determinadas de acuerdo con la economía integral del diseño del campo fotovoltaico.
b) Líneas colectoras fotovoltaicas. La energía generada por la planta fotovoltaica es aumentada por el transformador de caja y enviada al lado de baja tensión de 35 kV del transformador principal en la estación de refuerzo a través de la línea colectora de 35 kV; la cantidad de circuitos y la longitud de la línea de colectores fotovoltaicos varían según la capacidad instalada y la topografía del sitio.
c) Transformador de caja de almacenamiento de energía. El transformador de caja de almacenamiento de energía aumenta el voltaje en el nodo de almacenamiento de energía de 0,36 V a 35 kV. Cada unidad de almacenamiento está equipada con un transformador de caja, cuya capacidad está determinada por la capacidad de almacenamiento de energía y el esquema de agrupación, en su mayoría 2520kV-A.
d) Línea colectora de almacenamiento de energía. La capacidad de almacenamiento de energía que pasa por el transformador de caja se envía a la barra de 35 kV de la estación de refuerzo.
e) Transformador de refuerzo. La capacidad del transformador principal generalmente se determina de acuerdo con la capacidad instalada del proyecto ncop solar y de almacenamiento.
f) Línea de envío. La energía generada después del paso a paso se conecta a la red a través de la línea de alimentación.
Una planta de energía fotovoltaica solar y de almacenamiento nec con una capacidad fotovoltaica total instalada de 250 MW se usa como ejemplo para la investigación y el análisis, y el 10% de la capacidad instalada está equipada con almacenamiento de energía. De acuerdo a la capacidad instalada, la situación actual del sistema eléctrico y la planificación, se propone lanzar una línea de 220kV.
Los principales equipos y parámetros relevantes son los siguientes: el transformador principal es un transformador regulador bajo carga de doble devanado y doble ramal con devanado balanceado de capacidad 250 MV-A. La relación del transformador regulador en carga es 220±8×1.25%/37+10 y el porcentaje de tensión de impedancia Ud=18%.
Transformadores fotovoltaicos tipo caja utilizando 79 transformadores caja de doble devanado de 3,15 MV-A con una relación de 37±2×2,5%/0,8 y un porcentaje de tensión de impedancia Ud=7%; Líneas de colectores fotovoltaicos utilizando en su mayoría cables del tipo ZC-YJLHY23-26/35kV-3×500, con un total de 79 km.
Transformadores de caja de almacenamiento de energía utilizando 10 transformadores de caja de doble devanado de 2,5 MV-A de capacidad, con una relación de 37±2×2,5/0,36; porcentaje de tensión de impedancia Ud=6%.
La línea colectora de almacenamiento de energía utiliza principalmente el cable tipo ZC-YJLHY23-26/35k V3-×120mm2, la línea de transmisión total de 8 km 220k V es 2×JL/G1A-300, 19 km. La compensación de energía reactiva requerida para cada sección de bus se calcula de acuerdo con las pérdidas de la línea del colector y del transformador de la caja de almacenamiento de energía y fotovoltaica y las pérdidas prorrateadas del transformador principal y las pérdidas prorrateadas de la línea reunidas por cada sección del bus. El cableado eléctrico principal de la estación de refuerzo del proyecto se muestra en la Figura 1.
Las pérdidas de potencia reactiva se calculan según las fórmulas de cálculo pertinentes de la bibliografía.
En la ecuación. (1)-Ec. (2), XT es el famoso valor de la reactancia del transformador, Ω; Ue es la tensión nominal del transformador, kV; Se es la capacidad nominal del transformador, MVA; Uk es el porcentaje de voltaje de impedancia.
ΔQT es la pérdida de potencia reactiva del transformador, Mvar; n es el número de transformadores funcionando en paralelo; P es la potencia activa pasada, MW; Q es la potencia reactiva pasada, Mvar; U es el voltaje terminal del transformador, kV; I0 es el porcentaje de corriente sin carga del transformador.
En este ejemplo, un solo transformador fotovoltaico tipo caja P=3.125MW, Se=3.150MV-A, n=1, Uk=7%, la pérdida de potencia reactiva de un solo transformador fotovoltaico tipo caja se calcula como 0.217Mvar; un único transformador tipo caja de almacenamiento de energía P=2.5MW, Se=2.5MV-A, n=1, Uk=6%.
Sustituyendo en la fórmula (2), la pérdida de potencia reactiva del transformador tipo caja de almacenamiento de energía individual se calcula como 0,15 Mvar; cada sección del bus de 35kV en la estación de refuerzo recoge 40 transformadores tipo caja fotovoltaicos y 5 transformadores tipo caja de almacenamiento de energía, y la pérdida total de potencia reactiva del transformador tipo caja de cada sección del bus de 35kV es de 9,43 Mvar.
3.2.2 Cálculo de la pérdida de potencia reactiva en las líneas del colector
La potencia de la unidad de generación de energía fotovoltaica es invertida y potenciada por el inversor y el transformador de caja y luego enviada a la estación de refuerzo a través de la línea colectora. Las líneas colectoras de las centrales fotovoltaicas generalmente utilizan cables, y la reactancia de los cables es mucho menor que la resistencia, por lo que solo se considera la potencia de carga de los cables. La potencia de carga se calcula mediante la fórmula:
En la fórmula (3), Qc es la potencia de carga, Mvar; qc es la potencia de carga por kilómetro, Mvar/km; L es la longitud del cable, km.
Para la línea de colectores fotovoltaicos con una sección transversal de 3×500 mm2, qc es 0,098 Mvar/km; para la línea de colectores de almacenamiento de energía con una sección transversal de 3×120 mm2, qc es 0.060 Mvar/km. para el cable de sección 3×120mm2 utilizado para la línea de colectores de almacenamiento de energía, el valor de qc es 0.060Mvar/km.
Sustituya las variables anteriores en la fórmula (3), la potencia de carga calculada de la línea colectora principal de 35 kV-Ⅰ es 4,16 Mvar, y la potencia de carga de la línea colectora principal de 35 kV-Ⅱ es 4,20 Mvar.
3.2.3 Cálculo de pérdidas de potencia reactiva del transformador elevador
La potencia fotovoltaica captada por la línea colectora de 35k V necesita ser potenciada por el transformador elevador. La pérdida de potencia reactiva del transformador elevador se calcula de la siguiente manera.
donde se considera que el voltaje no cambia, tomando U ≈ Ue, que se puede simplificar como:
donde el valor de I0 es pequeño y la ecuación (5) se puede simplificar como:
En la fórmula (4) – fórmula (6), S es la capacidad de paso total del transformador, MV-A; n=1, Uk=18%, I0=100%; S=Se=250MV-A; U = Ue. La pérdida de potencia reactiva de un solo transformador principal de 250MV-A es de 45Mvar, y la pérdida de potencia reactiva asignada a cada sección de barra de 35kV es de 22,5Mvar.
3.2.4 Cálculo de la pérdida de potencia reactiva de la línea de transmisión
Una vez que se ha intensificado el transformador principal, la energía finalmente se conecta a la red a través de la línea de transmisión.
donde las pérdidas de potencia reactiva se pueden simplificar como
En la ecuación. (7)-Ec. (8), ΔS es la pérdida de potencia aparente, MV-A; ΔP es la pérdida de potencia activa, MW; ΔQ es la pérdida de potencia reactiva de la línea emisora, Mvar.
U’ es el voltaje de la línea emisora, kV.
R es la resistencia de la línea de envío, Ω
X es la reactancia de línea, Ω.
S’ es la capacidad de rendimiento total de la línea emisora, MV-A.
Teniendo en cuenta el papel del dispositivo de almacenamiento de energía solar y de almacenamiento nec para la regulación máxima, se considera que el dispositivo de almacenamiento está cargando cuando el PV está en plena potencia; cuando la salida fotovoltaica es de 0 MW en el pico de la tarde, el dispositivo de almacenamiento está generando estado, por lo que la capacidad de transmisión máxima que puede ocurrir en la línea de transmisión es cuando el fotovoltaico está en plena potencia.
Para 250MW de capacidad fotovoltaica instalada, teniendo en cuenta el factor de potencia de 1, Q para tomar 0Mvar, P = 250MW, modelo de cable de 220kV 2 × JL/G1A-300, su reactancia de longitud unitaria de 0,309 Ω/km, longitud de línea de 19 km, se puede derivar de X = 5.87Ω, U ‘= 220kV.
Sustituya los parámetros anteriores en la fórmula (8), la pérdida de potencia reactiva sin considerar la potencia de carga de la línea es de 7,58 Mvar. Considerando la existencia de potencia de carga de la línea aérea, su potencia de carga por unidad de longitud qc = 0.19Mvar/km, L = 19km; sustituir en la fórmula (3), la potencia de carga es 3.61Mvar.
Después de deducir la potencia de carga de la pérdida de potencia reactiva de la línea de transmisión, la pérdida de potencia reactiva de la línea es de 3,97 Mvar y la potencia de carga es de 3,61 Mvar cuando se entrega una capacidad de 250 MW, y esto debe convertirse a cada sección de bus de 35 kV.solar y almacenamiento nec
De acuerdo con la sección 6.2.3 de la literatura [2], para centrales fotovoltaicas conectadas a la red a través de niveles de tensión de 110 (66) kV y superiores, la configuración de la capacidad de potencia reactiva deberá cumplir los siguientes requisitos.
a) la capacidad de potencia reactiva capacitiva puede compensar la suma de la potencia reactiva inductiva de las líneas convergentes en la estación, el transformador principal y la mitad de la potencia reactiva inductiva de las líneas de transmisión de la central eléctrica FV cuando la central eléctrica FV está en generación completa.
b) La compensación de potencia reactiva inductiva compensa la suma de la potencia de carga de la propia capacidad de la central fotovoltaica y la mitad de la potencia de carga de la línea de envío de la central fotovoltaica.
Para la distribución de la potencia de carga de la línea de envío, debido a la potencia de carga de la línea de envío y la potencia reactiva de la potencia transmitida, no se debe distribuir la mitad de la potencia de carga de la línea de envío a cada sección del bus de 35 kV después de ella. se tiene en cuenta de acuerdo con la especificación.
Por lo tanto, la potencia de carga de cada barra de 35 kV debe considerarse por separado para la potencia de carga de la línea colectora y la suma de la mitad de la potencia de carga de la línea emisora.
Después del cálculo anterior, cuando la planta fotovoltaica está completamente desarrollada, las pérdidas inductivas de los dispositivos fotovoltaicos y de almacenamiento, las líneas colectoras, el transformador principal y la mitad de las pérdidas de potencia inductiva de las líneas emisoras se tienen en cuenta y se convierten a cada 35 kV. barra, la pérdida total de potencia reactiva de la barra 35k VI es 29,75 Mvar y la pérdida total de potencia reactiva de la barra 35kV-II es 29,71 Mvar.
Cuando la salida de la planta de energía fotovoltaica es de 0MW, se tienen en cuenta la potencia de carga de la línea colectora y la mitad de la potencia de carga de la línea de transmisión, la potencia de carga total del bus de 35kV-I es 5,96Mvar y la potencia de carga total la potencia de carga del bus 35k V II es de 6.00Mvar.
Por lo tanto, el bus 35kVI y el bus II en el lado de BT del transformador principal deben estar equipados con dispositivos de compensación de potencia reactiva dinámicos y continuamente ajustables con una capacidad de compensación efectiva de no menos de 30Mvar (capacitivo) a 6Mvar (inductivo). El tiempo de respuesta de la potencia reactiva dinámica de la central fotovoltaica no debe superar los 30 ms.
El cálculo de la capacidad de compensación de potencia reactiva se ha realizado en conjunto con el proyecto actual de nec solar y de almacenamiento, lo que sirve de guía para la configuración de la capacidad de compensación de potencia reactiva de proyectos similares.
En particular, la capacidad de compensación de potencia reactiva del nec solar y de almacenamiento debe poder compensar las pérdidas de potencia reactiva del equipo eléctrico y el dispositivo de compensación de potencia reactiva debe poder lograr una regulación continua dinámica para controlar y controlar el voltaje de la red. , y la velocidad de regulación debe ser capaz de satisfacer las necesidades de regulación de tensión de la red, por lo que es recomendable equipar dispositivos de compensación dinámica de potencia reactiva. Para energía solar y almacenamiento ncop, se calcula la pérdida de potencia reactiva de la línea de entrega, debido al efecto de pico del almacenamiento de energía, cuando la energía fotovoltaica está completamente desarrollada, la estación de energía de almacenamiento está en estado de carga o de espera, la potencia de transmisión máxima que puede ocurrir en la línea de entrega está la capacidad de desarrollo total de PV.
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