Fator de Potência e Compensação de Potência Reativa em Usinas de Energia

Um sistema fotovoltaico é um sistema de geração de energia que emite corrente contínua e não possui problemas com potência reativa ou fator de potência. No entanto, após a conversão da geração fotovoltaica em uma rede elétrica de corrente alternada por um inversor, ele gera uma série de problemas ao se ajustar à rede elétrica, e o problema da potência reativa é um dos principais.

Os métodos de conexão das usinas fotovoltaicas variam bastante, resultando em diferenças significativas nos problemas de potência reativa. Atualmente, os sistemas de geração fotovoltaica podem ser divididos em usinas fotovoltaicas de grande porte conectadas ao lado da rede de alta tensão e usinas fotovoltaicas distribuídas conectadas ao lado do usuário. Devido aos diferentes métodos de acesso e condições de carga dentro da rede elétrica, os problemas de potência reativa refletidos e as exigências de compensação de potência reativa também são completamente diferentes, sendo necessário tomar medidas conforme a situação real.

Usinas fotovoltaicas grandes conectadas ao lado da rede de alta tensão. Normalmente, esse tipo de usina adota um projeto de linha dedicada, que conecta diretamente a energia da estação ao transformador da subestação de nível superior. Portanto, o problema de potência reativa de tais usinas é relativamente pequeno e simples. Durante o dia, quando as usinas fotovoltaicas geram eletricidade, devido à ausência de outras cargas entre a usina fotovoltaica e a subestação, a indutância do transformador de elevação de nível superior é o principal fator da potência reativa dentro da rede. No entanto, devido à grande quantidade de eletricidade gerada durante o dia, o transformador opera quase com carga total, resultando em uma proporção relativamente pequena de potência reativa. A maioria das usinas fotovoltaicas pode atender aos requisitos da rede. No entanto, à noite, o inversor da usina fotovoltaica está em estado de parada. No entanto, devido à constante conexão do transformador à rede de alta tensão, o transformador da estação torna-se uma carga indutiva, o que não apenas consome alguma potência ativa sem carga, mas também gera perda de potência reativa no circuito de alta tensão da estação e na subestação de nível superior. As linhas de cabo externas e os transformadores principais das grandes usinas fotovoltaicas geram potência reativa durante a operação em carga leve. Normalmente, um conjunto de compensadores de potência reativa pode ser adicionado ao barramento de alta tensão para absorver a potência reativa gerada pela linha noturna, de modo que o fator de potência noturno da usina fotovoltaica atenda aos requisitos da rede.

Usinas fotovoltaicas distribuídas conectadas ao lado do usuário. O problema do fator de potência reativo tem sido uma questão importante enfrentada por usinas fotovoltaicas distribuídas nos últimos anos, especialmente para usinas fotovoltaicas industriais e comerciais construídas em fábricas e empresas. Devido ao fato de que tais usinas geralmente estão conectadas à rede interna de baixa ou média tensão da empresa, há muitos equipamentos elétricos conectados à rede, especialmente motores e outras cargas indutivas. Quando o sistema de geração fotovoltaica não estava originalmente instalado, o sistema de compensação de potência reativa na rede ajustava-se automaticamente e compensava com base na potência ativa fornecida e na potência reativa na rede. Portanto, o problema de potência reativa na rede pode ser compensado automaticamente através dos equipamentos de compensação de potência reativa instalados na rede, garantindo que o problema de potência reativa na rede atenda aos requisitos da rede.

No entanto, quando um sistema de geração fotovoltaica é conectado à rede, significa que há uma segunda ou até várias fontes de energia na rede. Quando há luz solar suficiente ao meio-dia, o sistema de geração fotovoltaica emitirá uma forte eletricidade, reduzindo consideravelmente a carga de fornecimento de energia da rede. A taxa de potência ativa exibida pelo medidor de eletricidade diminuirá à medida que a potência do sistema fotovoltaico aumentar, e pode até gerar a situação de excesso de geração fotovoltaica sendo transmitido. Nesse ponto, se a carga na rede permanecer constante, especialmente quando a carga indutiva for relativamente grande, o sistema original de compensação de potência reativa da rede fará instruções e ações incorretas com base na carga de fornecimento de energia e na carga de consumo da grande rede, resultando no aumento da proporção de potência reativa na rede e na diminuição do fator de potência.

Nos últimos anos, muitas empresas de instalação fotovoltaica foram multadas pela empresa da rede devido ao fator de potência da rede do lado do usuário não atender aos requisitos da empresa de rede. O método específico da multa é que a empresa de rede cobrará altas taxas de regulação de potência.

Para resolver esse problema, além de garantir que o dispositivo original de compensação de potência reativa da rede esteja configurado corretamente, instalado corretamente e operando bem. Para sistemas de geração fotovoltaica com uma capacidade correspondente superior a 50% da capacidade do transformador, e com uma grande quantidade de cargas indutivas, como motores, na rede, deve-se prestar atenção especial à seleção dos pontos de conexão fotovoltaica. Se as condições permitirem, o ponto de conexão para a geração fotovoltaica deve ser colocado na extremidade anterior do equipamento original de compensação de potência reativa. Esse método de conexão pode utilizar totalmente o sistema original de compensação de potência reativa e reduzir os investimentos.

No entanto, se o local de construção da usina fotovoltaica estiver distante da extremidade anterior, ou devido a outras razões, não puder ser conectado à extremidade anterior e precisar ser conectado em outras partes, o ponto de amostragem do equipamento original de compensação de potência reativa pode perceber a situação de potência reativa na rede, mas se refere ao fornecimento de energia da rede e não pode perceber a potência de saída da geração fotovoltaica, o que pode não ser possível ou totalmente atender à função de ajustar corretamente a potência reativa. Para resolver esse problema, é necessário instalar equipamentos dedicados de compensação de potência reativa para este sistema de geração fotovoltaica. Normalmente, esse conjunto de equipamentos de compensação de potência reativa deve ser instalado no lado de saída da usina fotovoltaica para suplementar a falta de capacidade de compensação de potência reativa no sistema de geração fotovoltaica e atender às necessidades da rede elétrica.

A maioria dos inversores fotovoltaicos industriais e comerciais tem uma capacidade de regulação de fator de potência em torno de 20%. Para sistemas com capacidade instalada pequena para geração fotovoltaica na rede e menos cargas indutivas na rede, o problema do equipamento de compensação de potência reativa pode ser evitado, e uma parte da compensação de potência reativa pode ser fornecida através dos inversores. No entanto, quando a potência reativa na rede for grande demais para exceder a capacidade de suporte e regulação do inversor, configurar uma quantidade apropriada de equipamento de compensação de potência reativa é o principal meio para melhorar a eficiência da rede e a geração eficaz de energia das usinas fotovoltaicas.

Do ponto de vista da estabilidade da operação do sistema fotovoltaico, também é recomendável escolher o ponto de conexão da rede para a geração fotovoltaica o mais próximo possível do transformador. Quanto mais próximo o transformador estiver, mais estável será a tensão. Quanto mais distante o transformador estiver do final da rede elétrica, maior será a flutuação de tensão. Flutuações frequentes de tensão e potência podem causar falhas ou mau funcionamento dos dispositivos de compensação de potência reativa.

O problema do fator de potência é um dos problemas importantes em muitas usinas fotovoltaicas, especialmente em usinas fotovoltaicas industriais e comerciais. É necessário considerar completamente o transformador existente, o dispositivo de compensação de potência reativa, o cabo de transmissão, o tipo de carga e a potência no processo de projeto. Para usinas fotovoltaicas industriais e comerciais conectadas à rede do lado do usuário, deve-se prestar atenção à localização dos pontos de acesso para garantir que os dispositivos de compensação de potência reativa possam funcionar normalmente, e a qualidade da energia atenda aos requisitos da rede elétrica, garantindo assim a operação eficiente e estável das usinas fotovoltaicas e alcançando os maiores benefícios econômicos.