Когато броят на инверторите във фотоволтаичните електроцентрали се увеличава от десетки до стотици, традиционният режим на „единична машина за независим контрол“ вече не е в състояние да отговори на изисканите нужди на регулацията на електрическата мрежа за нова енергия. Технологията „Интелигентен клъстер“ свързва разпръснатите инвертори в органично цяло чрез Интернет на нещата, постигайки глобална оптимизация на разпределението на мощността, диагностика на повреди и реакция на мрежата, модернизиране на фотоволтаичните електроцентрали от „пасивно производство на енергия“ до гъвкави и регулируеми ресурси, които активно участват във взаимодействието на решетката. Тази трансформация променя оперативната логика на новите енергийни електроцентрали.
1 Основната архитектура на контрола на клъстера: взаимосвързаност и сътрудничество с решения
Изграждане на „невронна център“ за разпределени комуникационни мрежи. Използвайки индустриална Ethernet (profinet) или безжична мрежа, работещите данни на един инвертор (напрежение, ток, мощност и други параметри 30+) се качват в реално време в рамките на 50ms. Клъстерната система на 1GW фотоволтаична електроцентрала в Китай е постигнала синхронизация на данни за милисекундно ниво от 2000 инвертора чрез 5G технология за нарязване, осигурявайки основа в реално време за вземане на решения.
Йерархичният механизъм за вземане на решения балансира ефективността и надеждността. Инверторът на долното ниво е отговорен за локалната бърза реакция (като потискане на колебанието на напрежението), регионалният контролер на средно ниво обработва разпределението на мощността на ниво 100 единици, а централният контролер от най -високо ниво се интерфейсира с инструкции за изпращане на мрежата. Тази архитектура на „пирамида“ подобрява ефективността на изпълнението на инструкциите за контрол с 40%. Когато определена електроцентрала участва в бръсненето на върховете на мрежата, скоростта на реакция на клъстера се съкращава от 2 секунди за управление на единична машина до 0,8 секунди, отговаряща на изискванията на мрежата за „източник след натоварване“.
2 Надстройка на функцията: От „борба независимо“ до „колективна интелигентност“
Динамичното разпределение на мощността елиминира „ефекта на цевта“. Клъстерният контролер оценява здравословното състояние и потенциала за генериране на енергия на всеки инвертор чрез алгоритми и дава приоритет на намаляването на изхода на неефективните инвертори (като засенчени компоненти) по време на ограниченията на мощността, като по този начин подобрява общата ефективност на производството на електроенергия на електроцентралата с 5%. Случаят с фотоволтаичен клъстер на покрива в Германия показва, че тази „диференцирана стратегия за нормиране на мощността“ увеличава годишното производство на електроенергия на системата с 200000 kWh, еквивалентна на намаляване на 300 тона въглеродни емисии.
Диагностицирането на съвместни неизправности намалява разходите за експлоатация и поддръжка. Когато един инвертор изпита аномалия (като IGBT температурата е твърде висока), клъстерната система бързо локализира причината за повредата (независимо дали е проблем с компонента или грешка на самия инвертор), като сравнява оперативните данни на съседни устройства, със скорост на точност от 92%. След като определен екип за експлоатация и поддръжка прие тази технология, времето за отстраняване на неизправности беше съкратено от средно 4 часа до 1 час, а годишните разходи за експлоатация и поддръжка на една електроцентрала беше намалена с 300000 юана.
Свържеността на силовата мрежа повишава капацитета за приемане на новата енергия. Клъстерната система може равномерно да регулира реактивната мощност на инвертора, като стабилизира общия коефициент на мощност на електроцентралата над 0,95 и избягва колебанията на реактивната мощност по време на управление на единична машина. В селските енергийни мрежи с чести колебания на напрежението, определен фотоволтаичен клъстер използва "реактивно напрежение на мощността", за да контролира отклонението на напрежението в точката на свързване на мрежата в рамките на ± 2%, което е с 60%по-добър от децентрализираното управление и увеличава фотовоичния капацитет на локалната енергийна решетка с 20%.
3 Изпълнение на сценария: двупосочен пробив между големи електроцентрали и разпределени клъстери
Прилагането на мащабни клъстери на наземните електроцентрали. 2GW фотоволтаична база в провинция Qinghai приема клъстерна архитектура на „1 централен контролер +20 регионални контролери +2000 инвертори“ за постигане на прецизно регулиране на активната/реактивна мощност. Когато електрическата мрежа изисква 20% намаляване на продукцията, системата завършва разпределението на мощността на всички инвертори само за една минута, със скорост на отклонение под 3%, отговаряйки на изискванията на северозападната електрическа мрежа за „измерима, контролируема и регулируема“ нова енергия.
Моделът на „Виртуална електроцентрала“ на разпределените фотоволтаици. "Фотоволтаичният клъстер на покрива" в Европа участва в транзакции на пазара на електроенергия, като обобщава мрежата, свързана с мрежата от хиляди домакинства . 500, разпределени фотоволтаични домакинства в общност в Холандия, под планирането на клъстерна система, като колективно освобождава 1 MW от активна власт по време на разходването на пик на електричеството. Получените приходи от помощни услуги се споделят от потребителите според количеството генерирана електроенергия със средно годишно увеличение от 150 евро на домакинство. Този модел прави диспергираните малки фотоволтаици надежден "виртуален източник на захранване" за захранващата мрежа.
Клъстеризирането на свързаните с мрежата инвертори е по същество развитието на новите енергийни електроцентрали от „агрегация на оборудването“ към „интелигентни системи“. С интегрирането на цифровите близнаци, крайните изчисления и други технологии, системата на бъдещите клъстери ще може да предвиди колебанията на генерирането в рамките на 24 часа, да формулира предварително планове за енергия и да реагира на търсенето на мрежата в координация с вятърната енергия и съхранението на енергия. Появата на тази „колективна интелигентност“ ще осигури по -надеждна и икономична стабилна подкрепа за високопропорция възобновяеми енергийни мрежи.