Khi số lượng biến tần trong các nhà máy điện quang điện tăng từ hàng chục đến hàng trăm, chế độ "điều khiển độc lập máy đơn" truyền thống không còn có thể đáp ứng nhu cầu quy định tinh chế của lưới điện cho năng lượng mới. Công nghệ "cụm thông minh" kết nối các bộ biến tần phân tán thành một tổng thể hữu cơ thông qua Internet of Things, đạt được tối ưu hóa toàn cầu về phân phối năng lượng, chẩn đoán lỗi và phản ứng lưới, nâng cấp các nhà máy điện quang điện từ "phát điện thụ động" để điều chỉnh các tài nguyên linh hoạt và điều chỉnh tích cực tham gia vào tương tác lưới. Sự chuyển đổi này đang định hình lại logic hoạt động của các nhà máy năng lượng mới.
1 Kiến trúc cốt lõi của kiểm soát cụm: Kết nối dữ liệu và cộng tác quyết định
Xây dựng một "trung tâm thần kinh" cho các mạng truyền thông phân tán. Sử dụng mạng lưới Ethernet (Profinet) hoặc mạng lưới không dây, dữ liệu hoạt động của một biến tần đơn (điện áp, dòng điện, nguồn và các tham số 30+ khác) được tải lên trong thời gian thực cho bộ điều khiển cụm, với tốc độ truyền 100mbps và độ trễ được điều khiển trong vòng 50ms. Hệ thống cụm của nhà máy điện quang điện 1GW ở Trung Quốc đã đạt được sự đồng bộ hóa dữ liệu cấp độ mili giây của 2000 biến tần thông qua công nghệ cắt 5G, cung cấp cơ sở thời gian thực cho việc ra quyết định toàn cầu.
Cơ chế ra quyết định phân cấp cân bằng hiệu quả và độ tin cậy. Biến tần cấp dưới chịu trách nhiệm phản ứng nhanh cục bộ (như triệt tiêu dao động điện áp), bộ điều khiển khu vực cấp trung xử xử lý phân bổ nguồn ở cấp 100 đơn vị và giao diện bộ điều khiển trung tâm cấp cao nhất với hướng dẫn điều phối lưới. Kiến trúc "kim tự tháp" này cải thiện hiệu quả thực hiện của các hướng dẫn kiểm soát bằng 40%. Khi một trạm điện nhất định tham gia cạo râu, tốc độ phản hồi của cụm được rút ngắn từ 2 giây để điều khiển máy đơn thành 0,8 giây, đáp ứng các yêu cầu của lưới cho "Nguồn sau tải".
2 Nâng cấp chức năng: Từ "chiến đấu độc lập" đến "trí thông minh tập thể"
Phân bổ công suất động loại bỏ 'hiệu ứng thùng'. Bộ điều khiển cụm đánh giá tình trạng sức khỏe và tiềm năng phát điện của mỗi biến tần thông qua các thuật toán và ưu tiên giảm đầu ra của bộ biến tần không hiệu quả (như các thành phần bóng mờ) trong các hạn chế điện, do đó cải thiện hiệu quả phát điện tổng thể của trạm điện. Trường hợp của một cụm quang điện trên sân thượng ở Đức cho thấy chiến lược "phân phối công suất khác biệt" này làm tăng sự phát điện hàng năm của hệ thống năm 2000 KWh, tương đương với việc giảm 300 tấn khí thải carbon.
Chẩn đoán lỗi hợp tác làm giảm chi phí vận hành và bảo trì. Khi một biến tần duy nhất trải qua sự bất thường (chẳng hạn như nhiệt độ IGBT quá cao), hệ thống cụm nhanh chóng định vị nguyên nhân của lỗi (cho dù đó là vấn đề thành phần hay lỗi của chính bộ biến tần) bằng cách so sánh dữ liệu vận hành của các thiết bị liền kề, với tỷ lệ chính xác là 92%. Sau khi một nhóm hoạt động và bảo trì nhất định thông qua công nghệ này, thời gian khắc phục sự cố đã được rút ngắn từ trung bình 4 giờ xuống còn 1 giờ và chi phí hoạt động và bảo trì hàng năm của một nhà máy điện duy nhất đã giảm 300000 nhân dân tệ.
Sự thân thiện của lưới điện giúp tăng cường khả năng chấp nhận năng lượng mới. Hệ thống cụm có thể điều chỉnh đồng đều đầu ra công suất phản ứng của biến tần, ổn định hệ số công suất tổng thể của trạm điện trên 0,95 và tránh dao động công suất phản ứng trong quá trình điều khiển máy đơn. Trong các lưới điện nông thôn với dao động điện áp thường xuyên, một cụm quang điện nhất định sử dụng điều khiển vòng kín "điện áp điện phản ứng" để kiểm soát độ lệch điện áp tại điểm kết nối lưới trong phạm vi ± 2%, tốt hơn 60%so với kiểm soát phi tập trung và tăng công suất quang điện của lưới điện cục bộ lên 20%.
3 Triển khai kịch bản: Đột phá hai chiều giữa các nhà máy điện lớn và các cụm phân tán
Việc áp dụng các cụm quy mô lớn của các trạm điện mặt đất. Một cơ sở quang điện 2GW ở tỉnh Qinghai áp dụng kiến trúc cụm của "1 bộ điều khiển trung tâm +20 Bộ điều khiển khu vực +2000 biến tần" để đạt được điều chỉnh chính xác công suất hoạt động/phản ứng. Khi lưới điện yêu cầu giảm 20% sản lượng, hệ thống hoàn thành việc phân bổ năng lượng của tất cả các bộ biến tần chỉ trong một phút, với tỷ lệ sai lệch dưới 3%, đáp ứng các yêu cầu của lưới điện Tây Bắc đối với năng lượng mới "có thể điều khiển được, có thể điều khiển và điều chỉnh".
Mô hình "Nhà máy điện ảo" của quang điện phân tán. "Cụm quang điện trên sân thượng" ở châu Âu tham gia vào các giao dịch thị trường điện bằng cách tổng hợp các bộ biến tần kết nối lưới từ hàng ngàn hộ gia đình . 500 các hộ gia đình quang điện phân phối trong một cộng đồng ở Hà Lan, theo lịch trình của một hệ thống cụm, phát hành chung 1 mW trong quá trình tiêu thụ điện cực cao. Doanh thu dịch vụ phụ trợ thu được được chia sẻ bởi người dùng theo lượng điện được tạo ra, với mức tăng trung bình hàng năm là 150 euro mỗi hộ gia đình. Mô hình này làm cho photovoltais nhỏ phân tán trở thành một "nguồn năng lượng ảo" đáng tin cậy cho lưới điện.
Việc phân cụm các biến tần kết nối lưới về cơ bản là sự phát triển của các trạm năng lượng năng lượng mới từ "tập hợp thiết bị" sang "hệ thống thông minh". Với việc tích hợp các cặp song sinh kỹ thuật số, tính toán cạnh và các công nghệ khác, hệ thống cụm tương lai sẽ có thể dự đoán biến động của thế hệ trong vòng 24 giờ, xây dựng các kế hoạch năng lượng trước và đáp ứng nhu cầu lưới phối hợp với năng lượng gió và lưu trữ năng lượng. Sự xuất hiện của 'trí thông minh tập thể' này sẽ cung cấp hỗ trợ ổn định đáng tin cậy và kinh tế hơn cho các lưới năng lượng tái tạo tỷ lệ cao.