Compensation insuffisante de la puissance réactive du réacteur ?

—Guide des algorithmes de régulation dynamique et d'extension de capacité

1. Trois causes profondes du déficit de puissance réactive

● Fluctuations de charge et réponse retardée

Les réseaux modernes sont confrontés à des fluctuations de puissance éolienne et solaire pouvant atteindre ± 30 % par minute. Les réacteurs traditionnels (TCR/MCR) réagissent en quelques secondes à quelques minutes, provoquant des chutes du facteur de puissance en dessous de 0.8 lorsque les variations de charge dépassent la réponse du dispositif. Les conséquences sont les suivantes :

(1) Fluctuations de tension :Des écarts de ±10 % déclenchent des arrêts d'équipement (dépassant la limite de ±61000 % de la norme IEC 4-30-5).

(2) Pertes supplémentaires : Les pertes de ligne augmentent de 1.2 % pour chaque baisse de facteur de puissance de 0.01 (formule IEEE 141).

Étude de cas:Un parc éolien californien a encouru des amendes de 120 500 $ par trimestre en raison du retard de XNUMX ms du TCR provoquant des violations de tension.

● Synergie de pollution harmonique 

L'électronique de puissance génère des harmoniques 5e/7e (la norme IEEE 519 limite le THD à < 5 %), interagissant avec l'impédance du réacteur :

(1) Amplification harmonique :L'impédance chute à proximité des fréquences de résonance, provoquant des surcharges de courant harmonique.

(2) Cas : Les onduleurs d'une usine automobile ont déclenché une résonance de la 5e harmonique, augmentant les besoins de compensation de 40 %.

● Conception de capacité inadaptée 

(1) Planification de la capacité statique : Conçu pour les charges de pointe (souvent sous-utilisées à 60 %).IEC 61439-2 recommande des plages dynamiques de 20 à 100 %.

(2) Coûts d’expansion cachés : L'ajout d'une capacité de 10 Mvar augmente les coûts du terrain/refroidissement de$80 120 à XNUMX XNUMX (marchés émergents).

2. Régulation dynamique : contrôle en boucle fermée de la prédiction à la réponse

● Problème de base 

Les méthodes traditionnelles s’appuient sur des données en temps réel, mais sont en retard par rapport à l’inertie du réseau (par exemple, l’énergie éolienne est retardée de 5 à 10 secondes après les changements de vitesse du vent).

● Solution

Les réseaux à mémoire à long terme (LSTM) de l'algorithme prédictif LSTM prévoient la demande de puissance réactive sur 5 minutes :

(1) Entrées :

A.Puissance réactive historique (résolution de 1 min)

B. Prévisions météorologiques (vent/irradiance ±3 % de précision)

C.Écarts de fréquence du réseau (± 0.05 Hz)

(2) Architecture : Les portes d'oubli/d'entrée/de sortie conservent les caractéristiques critiques des séries chronologiques.

(3) Performances :

A. Erreur de prédiction < 3 % (contre 8 à 15 % avec les méthodes traditionnelles)

B.Commandes émises 200 ms plus tôt pour éliminer les retards

● Résultats de test

3. Extension de capacité : solutions d'ingénierie aux limites matérielles

● Extension de la série IGBT : rupture des barrières de tension

(1) Problème :Les topologies IGBT à deux niveaux (1.7 kV max) limitent la capacité d'une seule unité à 50 Mvar, ce qui oblige à des configurations multi-appareils coûteuses.

(2) Résolution :

Topologie en pont en H en cascade (CHB)-

A.Mécanisme: 

·Les modules de pont en H connectés en série partagent la tension. 

·Le PWM déphasé garantit un déséquilibre de tension < 2 %.

B.Résultats:Capacité unitaire jusqu'à 300 Mvar (amélioration 6x).EtLes pertes ont été réduites de 1.8% à 0.9%.

(3) Cas :Le projet VSC de Zhangbei en Chine a atteint une capacité de 600 Mvar avec 51 % de pertes en moins.

● Expansion hybride : équilibre entre coûts et performances

(1) Problème :Le SVG pur coûte 5.6 M$/50 Mvar ; le TCR pur manque de vitesse.

(2) Résolution :Hybride SVG-TCR

·Synergie : a. SVG gère les fluctuations haute fréquence (0-100 Hz, réponse < 5 ms). b. TCR gère la charge de base, réduisant ainsi les besoins en capacité SVG.

·Économies:

-Coûts initiaux 35 % inférieurs par rapport au SVG pur.

-Coûts d’entretien sur 33 ans réduits de 10 %.

● Comparaison

En résumé

Les déficiences des réacteurs proviennent de réponses retardées, d'interactions harmoniques et de conceptions statiques. L'intégration de la prédiction LSTM (précision > 97 %), de la topologie CHB (300 Mvar/unité) et des systèmes hybrides (35 % d'économies) permet un contrôle intelligent de la puissance réactive, stabilisant les facteurs de puissance au-dessus de 0.95 et réduisant les pertes de 15 à 30 %. Conformes aux normes CEI 61850 et IEEE 1547, ces solutions augmentent les bénéfices des centrales renouvelables de 180 2 $/Mvar par an, avec un retour sur investissement inférieur à deux ans.

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