Atunci când numărul de invertoare din centralele fotovoltaice crește de la zeci la sute, tradiționalul mod „Control independent de mașină” nu mai este capabil să răspundă nevoilor de reglementare rafinate ale rețelei electrice pentru energie nouă. Tehnologia „cluster inteligent” conectează invertoarele dispersate într -un întreg organic prin Internet of Things, obținând optimizarea globală a distribuției puterii, a diagnosticului de erori și a răspunsului la rețea, modernizarea centralelor fotovoltaice de la „generarea de energie pasivă” la resurse flexibile și reglabile care participă activ la interacțiunea rețelei. Această transformare este redimensionarea logicii operaționale a noilor centrale energetice.
1 Arhitectura de bază a controlului clusterului: interconectarea datelor și colaborarea deciziei
Construirea unui „centru neural” pentru rețelele de comunicare distribuite. Folosind rețeaua de plasă industrială Ethernet (Profinet) sau Wireless Mesh, datele operaționale ale unui singur invertor (tensiune, curent, putere și alte parametri 30+) sunt încărcate în timp real la controlerul de cluster, cu o rată de transmisie de 100Mbps și o întârziere controlată în 50ms. Sistemul de cluster al unei centrale fotovoltaice de 1GW din China a obținut sincronizarea datelor la nivel de milisecunde a 2000 de invertoare prin intermediul tehnologiei de feliere 5G, oferind o bază în timp real pentru luarea deciziilor globale.
Mecanismul ierarhic de luare a deciziilor echilibrează eficiența și fiabilitatea. Invertorul de nivel de jos este responsabil pentru răspunsul rapid local (cum ar fi suprimarea fluctuației tensiunii), controlerul regional de nivel mediu gestionează alocarea puterii la nivel de 100 de unități, iar interfețele controlerului central de nivel superior cu instrucțiuni de expediere a grilei. Această arhitectură „piramidă” îmbunătățește eficiența de execuție a instrucțiunilor de control cu 40%. Când o anumită stație electrică participă la rasarea vârfului grilei, viteza de răspuns a clusterului este scurtată de la 2 secunde pentru controlul unei singure mașini la 0,8 secunde, îndeplinind cerințele grilei pentru „sursa care urmărește încărcarea”.
2 Actualizarea funcției: de la „lupta independent” la „inteligența colectivă”
Alocarea dinamică a puterii elimină „efectul butoiului”. Controlerul de cluster evaluează starea de sănătate și potențialul de generare a puterii fiecărui invertor prin algoritmi și prioritizează reducerea producției de invertoare ineficiente (cum ar fi componente umbrite) în timpul restricțiilor de putere, îmbunătățind astfel eficiența generală de generare a energiei electrice a centralei electrice cu 5%. Cazul unui cluster fotovoltaic pe acoperiș în Germania arată că această strategie de „raționare a puterii diferențiate” crește generarea anuală de energie a sistemului cu 200000 kWh, echivalentă cu reducerea a 300 de tone de emisii de carbon.
Diagnosticul de defecțiune colaborativă reduce costurile de operare și întreținere. Când un singur invertor se confruntă cu o anomalie (cum ar fi temperatura IGBT fiind prea mare), sistemul de cluster localizează rapid cauza defecțiunii (fie că este vorba de o problemă componentă sau de o defecțiune a invertorului în sine), comparând datele de funcționare ale dispozitivelor adiacente, cu o rată de precizie de 92%. După ce o anumită echipă de operare și întreținere a adoptat această tehnologie, timpul de depanare a fost scurtat de la o medie de 4 ore la 1 oră, iar costurile anuale de operare și întreținere a unei singure centrale a fost redusă cu 300000 de yuani.
Prietenia rețelei electrice îmbunătățește capacitatea de acceptare a energiei noi. Sistemul de cluster poate regla în mod uniform puterea reactivă a puterii invertorului, stabilizând factorul de putere general al centralei de peste 0,95 și evitând fluctuațiile de putere reactivă în timpul controlului unic al mașinii. În rețelele de energie rurală cu fluctuații frecvente de tensiune, un anumit cluster fotovoltaic folosește „tensiunea de putere reactivă” pentru a controla abaterea tensiunii la punctul de conectare a rețelei în termen de ± 2%, ceea ce este cu 60%mai bun decât controlul descentralizat și crește capacitatea fotovoltaică a rețelei de putere locală cu 20%.
3 Implementarea scenariului: descoperire bidirecțională între centralele mari și clusterele distribuite
Aplicarea grupurilor pe scară largă de stații de alimentare la sol. O bază fotovoltaică 2GW din provincia Qinghai adoptă o arhitectură de cluster a „1 Controller central +20 controlere regionale +2000 invertoare” pentru a obține o ajustare precisă a puterii active/reactive. Atunci când rețeaua electrică necesită o reducere de 20% a producției, sistemul completează alocarea puterii a tuturor invertoarelor într -un minut, cu o rată de abatere mai mică de 3%, îndeplinind cerințele rețelei de energie electrică din nord -vestul energiei „măsurabile, controlabile și reglabile”.
Modelul „Planta electrică virtuală” de fotovoltaice distribuite. „Clusterul fotovoltaic pe acoperiș” din Europa participă la tranzacțiile pe piața electrică prin agregarea invertoarelor conectate la rețea din mii de gospodării . 500 gospodării fotovoltaice distribuite într -o comunitate din Olanda, în conformitate cu planificarea unui sistem de cluster, eliberează colectiv 1 MW de putere activă în timpul consumului de vârf de electricitate. Veniturile din serviciul auxiliar obținute sunt împărțite de utilizatori în funcție de cantitatea de energie electrică generată, cu o creștere medie anuală de 150 de euro pe gospodărie. Acest model face din fotovoltaica mică dispersată o „sursă de putere virtuală” fiabilă pentru rețeaua electrică.
Gruparea invertoarelor conectate la rețea este în esență evoluția noilor stații de energie energetică de la „agregarea echipamentelor” la „sisteme inteligente”. Odată cu integrarea gemenilor digitali, a calculatoarelor de margine și a altor tehnologii, viitorul sistem de cluster va putea prezice fluctuațiile de generare în termen de 24 de ore, să formuleze planuri de energie în avans și să răspundă la cererea de rețea în coordonare cu energia eoliană și stocarea energiei. Apariția acestei „inteligențe colective” va oferi un sprijin mai fiabil și economic stabil pentru rețelele de energie regenerabilă cu proporție ridicată.