Trong làn sóng tăng tốc chuyển đổi cấu trúc năng lượng toàn cầu sang năng lượng tái tạo, các bộ biến tần kết nối lưới, như là thiết bị chính để đạt được chuyển đổi năng lượng và kết nối lưới, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và sự ổn định của kết nối lưới năng lượng thông qua phát triển công nghệ và nâng cấp ứng dụng. Từ các nguồn năng lượng mới như quang điện và năng lượng gió đến các hệ thống microgrid, các bộ biến tần kết nối lưới liên tục đổi mới công nghệ của chúng để thúc đẩy tích hợp lưới điện lên tầm cao mới.
Công nghệ chuyển đổi năng lượng hiệu quả: Chìa khóa để cải thiện hiệu quả kết nối lưới
Chức năng cốt lõi của các bộ biến tần kết nối lưới là chuyển đổi dòng điện trực tiếp thành dòng điện xoay chiều đáp ứng các yêu cầu của lưới điện và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của chúng là một chỉ số quan trọng để đo hiệu suất. Các bộ biến tần kết nối lưới sớm thường sử dụng các cấu trúc cấu trúc liên kết hai cấp truyền thống, mặc dù cấu trúc đơn giản, có vấn đề như hàm lượng điều hòa cao và hiệu quả chuyển đổi hạn chế. Với sự phát triển của công nghệ, các cấu trúc cấu trúc liên kết ba cấp và đa cấp đã dần trở thành xu hướng. Ví dụ, lấy cấu trúc liên kết NPC (kẹp trung tính) ba cấp độ, nó làm tăng số lượng mức để làm cho dạng sóng điện áp đầu ra gần hơn với sóng hình sin, giảm hiệu quả hàm lượng điều hòa và giảm ứng suất điện áp trên các thiết bị chuyển đổi, do đó cải thiện hiệu quả của bộ biến đổi. Trong một trạm điện quang điện lớn, một biến tần được kết nối với cấu trúc liên kết ba cấp đạt hiệu quả chuyển đổi là 98,5%, là 2-3 điểm phần trăm cao hơn bộ biến tần hai cấp truyền thống và cải thiện đáng kể doanh thu phát điện của nhà ga.
Trong khi đó, việc áp dụng các thiết bị bán dẫn điện mới cũng cung cấp hỗ trợ để cải thiện hiệu quả chuyển đổi. So với các thiết bị dựa trên silicon truyền thống, các thiết bị silicon cacbua (sic) và gallium nitride (GAN) có điện trở thấp hơn và tần suất chuyển đổi cao hơn. Các bộ biến tần được kết nối lưới bằng các thiết bị SIC có thể hoạt động ở tần số cao, giảm tổn thất chuyển mạch và cải thiện hơn nữa hiệu quả chuyển đổi năng lượng. Trong một số dự án kết nối lưới điện gió cao cấp, các bộ biến tần kết nối lưới dựa trên các thiết bị SIC đã tăng hiệu quả hệ thống tổng thể lên 99%, giảm hiệu quả chi phí phát điện và tăng cường khả năng cạnh tranh thị trường của việc tạo năng lượng tái tạo.
Công nghệ điều khiển thông minh: đạt được kết nối lưới chính xác và hoạt động ổn định
Các bộ biến tần kết nối lưới hiện đại áp dụng rộng rãi công nghệ điều khiển thông minh để đạt được hoạt động phù hợp và ổn định chính xác với lưới điện. Bằng cách giới thiệu các bộ xử lý tín hiệu số (DSP) và bộ vi điều khiển (MCU), bộ biến tần kết nối lưới có thể thu thập các tham số thu thập thời gian thực như điện áp, tần số và pha của lưới điện và điều chỉnh các đặc tính đầu ra của chúng dựa trên các tham số này. Ví dụ, khi điện áp của lưới điện dao động, các thuật toán điều khiển thông minh có thể nhanh chóng điều chỉnh biên độ và pha của điện áp đầu ra của biến tần để đảm bảo kết nối ổn định giữa năng lượng điện đầu ra và lưới điện, tránh sự cố kết nối lưới hoặc tác động lên lưới điện do điện áp gây ra.
Việc áp dụng các thuật toán thông minh trong điều khiển theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) cũng liên tục nâng cấp. Các thuật toán MPPT truyền thống như phương pháp quan sát nhiễu loạn và phương pháp gia tăng độ dẫn chịu tốc độ phản ứng chậm và tính nhạy cảm với Optima cục bộ. Thuật toán MPPT thông minh mới, kết hợp với trí tuệ nhân tạo và công nghệ học máy, có thể tìm thấy nhanh chóng và chính xác điểm công suất tối đa của các mô -đun quang điện dựa trên những thay đổi trong các yếu tố môi trường như cường độ ánh sáng và nhiệt độ, cải thiện hiệu quả phát điện của hệ thống quang điện. Trong các điều kiện ánh sáng phức tạp, các bộ biến tần kết nối lưới sử dụng các thuật toán MPPT thông minh có thể làm tăng sự phát điện của các nhà máy điện quang điện bằng 5-10%, cải thiện hiệu quả hiệu quả sử dụng năng lượng.
Ngoài ra, các bộ biến tần kết nối lưới cũng có khả năng đi qua các lỗi lưới điện. Khi các lỗi như giảm điện áp và dao động tần số xảy ra trong lưới điện, công nghệ điều khiển thông minh có thể giữ cho biến tần chạy trong một khoảng thời gian nhất định và bơm sức mạnh phản ứng vào lưới, giúp khôi phục sự ổn định và tăng cường khả năng chống can thiệp của lưới.
Mở rộng kịch bản ứng dụng: Từ việc tạo năng lượng mới đến hệ thống microgrid
Các ứng dụng cốt lõi trong lĩnh vực phát điện quang điện
Trong các hệ thống phát điện quang điện, các bộ biến tần kết nối lưới là thiết bị chính để đạt được kết nối lưới điện của năng lượng điện. Cả hai nhà máy điện quang điện tập trung quy mô lớn và các dự án phát điện quang điện phân phối đều dựa vào sự hỗ trợ của các bộ biến tần kết nối lưới. Trong các nhà máy điện quang điện quy mô lớn, các bộ biến tần lưới Megawatt được kết nối chuyển đổi dòng điện trực tiếp được tạo ra bởi một số lượng lớn các mô-đun quang điện thành dòng điện xen kẽ và kết nối nó với lưới thông qua các máy biến đổi bước lên để đạt được truyền tải điện quy mô lớn. Trong các kịch bản phát điện quang điện phân tán, chẳng hạn như quang điện trên tầng thượng công nghiệp và thương mại, quang điện dân cư, v.v., các bộ biến tần kết nối lưới chuyển đổi năng lượng quang điện phân tán và kết nối nó với mạng phân phối gần nhất để đạt được mức tiêu thụ điện tại chỗ. Với sự gia tăng liên tục về khả năng cài đặt của việc phát điện quang điện, các yêu cầu về hiệu suất, độ tin cậy và trí thông minh của các bộ biến tần kết nối lưới cũng đang tăng lên, thúc đẩy sự đổi mới liên tục và phát triển các bộ biến tần kết nối lưới trong lĩnh vực phát điện quang điện.
Hỗ trợ quan trọng cho hệ thống phát điện gió
Trong các hệ thống phát điện gió, các bộ biến tần kết nối lưới cũng đóng một vai trò quan trọng. Công suất AC được tạo ra bởi các tuabin gió thường cần được chỉnh sửa và chuyển đổi thành nguồn DC, sau đó được chuyển đổi thành nguồn AC đáp ứng các yêu cầu của lưới thông qua các bộ biến tần kết nối lưới để đạt được truyền điện kết nối lưới. Do tính chất không liên tục và dao động của việc phát điện gió, các yêu cầu cao hơn được đặt trên khả năng thích ứng và tính ổn định của các bộ biến tần kết nối lưới. Các bộ biến tần được kết nối lưới cần có thể nhanh chóng phản ứng với các thay đổi về tốc độ gió, điều chỉnh công suất đầu ra và đảm bảo kết nối ổn định giữa phát điện gió và lưới. Đồng thời, trong điều kiện làm việc cực độ như tốc độ gió thấp hoặc cao, các bộ biến tần kết nối lưới phải có khả năng hoạt động đáng tin cậy để đảm bảo việc phát điện bình thường của hệ thống phát điện gió. Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng gió ngoài khơi, nhu cầu về các bộ biến tần có độ tin cậy cao có thể thích nghi với môi trường biển khắc nghiệt đã tăng lên đáng kể, thúc đẩy hơn nữa việc nâng cấp công nghệ của các bộ biến tần kết nối trong lĩnh vực phát điện gió.
Các thành phần cốt lõi của hệ thống microgrid
Là một hệ thống năng lượng thông minh và thu nhỏ, microgrids có thể đạt được sự sử dụng toàn diện và kiểm soát tự trị của nhiều nguồn năng lượng. Các bộ biến tần kết nối lưới đóng vai trò thành phần cốt lõi trong các hệ thống microgrid. Họ không chỉ chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng điện được tạo ra bởi các nguồn năng lượng phân tán (như quang điện, năng lượng gió, lưu trữ năng lượng, v.v.) trong microgrid và kết nối nó với lưới chính, mà còn để đạt được hoạt động trên đảo của microgrid trong trường hợp lỗi lưới chính, đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho tải trọng quan trọng trong microgrid. Trong các hệ thống microgrid, các bộ biến tần kết nối lưới cần phải phối hợp với các thiết bị khác như hệ thống lưu trữ năng lượng, hệ thống quản lý năng lượng, v.v., để đạt được lập lịch tối ưu hóa và phân bổ năng lượng hợp lý trong microgrid thông qua kiểm soát thông minh, do đó cải thiện tính ổn định và độ tin cậy của microgrid. Ví dụ, trong một dự án microgrid trong một khu công nghiệp, các bộ biến tần kết nối lưới được kết hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium để giải phóng năng lượng được lưu trữ trong quá trình tiêu thụ điện cao điểm và lưu trữ năng lượng trong quá trình phát điện dư thừa, đạt được sự tự túc và sử dụng năng lượng hiệu quả trong công viên và giảm sự phụ thuộc vào lưới điện chính.