Quando il numero di inverter nelle centrali fotovoltaiche aumenta da decine a centinaia, la tradizionale modalità "Controllo indipendente della macchina" non è più in grado di soddisfare le esigenze di regolamentazione raffinata della rete elettrica per la nuova energia. La tecnologia "Cluster intelligente" collega gli inverter dispersi in un insieme organico attraverso l'Internet of Things, raggiungendo l'ottimizzazione globale della distribuzione dell'energia, la diagnosi dei guasti e la risposta alla griglia, aggiornando le centrali di energia fotovoltaica da "generazione di energia passiva" a risorse flessibili e regolabili che partecipano attivamente all'interazione della griglia. Questa trasformazione sta rimodellando la logica operativa delle nuove centrali energetiche.
1 L'architettura principale del controllo del cluster: interconnessione dei dati e collaborazione decisionale
Costruire un "centro neurale" per reti di comunicazione distribuita. Utilizzando Ethernet industriale (Profinet) o rete mesh wireless, i dati operativi di un singolo inverter (tensione, corrente, potenza e altri parametri 30+) vengono caricati in tempo reale al controller del cluster, con una velocità di trasmissione di 100 Mbps e un ritardo controllato entro 50 ms. Il sistema di cluster di una centrale fotovoltaica da 1GW in Cina ha raggiunto la sincronizzazione dei dati a livello di millisecondi di 2000 inverter attraverso la tecnologia di taglio 5G, fornendo basi in tempo reale per il processo decisionale globale.
Il meccanismo decisionale gerarchico bilancia l'efficienza e l'affidabilità. L'inverter di livello inferiore è responsabile della risposta rapida locale (come la soppressione della fluttuazione della tensione), il controller regionale di livello medio gestisce l'allocazione di potenza a livello di 100 unità e il controller centrale di alto livello si interfaccia con istruzioni di spedizione della griglia. Questa architettura "piramide" migliora l'efficienza di esecuzione delle istruzioni di controllo del 40%. Quando una determinata centrale elettrica partecipa alla rasatura del picco della griglia, la velocità di risposta del cluster viene ridotta da 2 secondi per il controllo della singola macchina a 0,8 secondi, soddisfacendo i requisiti della griglia per "fonte dopo il carico".
2 Aggiornamento della funzione: da "combattere indipendentemente" a "intelligenza collettiva"
L'allocazione dinamica del potere elimina l '"effetto a barilotto". Il controller cluster valuta lo stato di salute e il potenziale di generazione di energia di ciascun inverter attraverso gli algoritmi e dà la priorità alla riduzione dell'output di inverter inefficienti (come componenti ombreggiati) durante le restrizioni di potenza, migliorando così l'efficienza generale della generazione di energia del 5%. Il caso di un cluster fotovoltaico sul tetto in Germania mostra che questa strategia di "razionamento di potenza differenziata" aumenta la generazione annuale di energia del sistema di 200000 kWh, equivalente alla riduzione di 300 tonnellate di emissioni di carbonio.
La diagnosi di guasti collaborativa riduce i costi di funzionamento e manutenzione. Quando un singolo inverter sperimenta un'anomalia (come la temperatura di IGBT troppo elevata), il sistema del cluster individua rapidamente la causa del guasto (che si tratti di un problema dei componenti o di un guasto dell'inverter stesso) confrontando i dati operativi dei dispositivi adiacenti, con un tasso di accuratezza del 92%. Dopo che un determinato team di operazione e manutenzione ha adottato questa tecnologia, il tempo di risoluzione dei problemi è stato ridotto da una media di 4 ore a 1 ora e il costo annuale di funzionamento e manutenzione di una singola centrale elettrica è stato ridotto di 300000 yuan.
La cordialità della rete elettrica migliora la capacità di accettazione della nuova energia. Il sistema cluster può regolare uniformemente la potenza reattiva dell'inverter, stabilizzando il fattore di potenza complessivo della centrale elettrica superiore a 0,95 ed evitando fluttuazioni di potenza reattiva durante il controllo della singola macchina. Nelle griglie di alimentazione rurale con fluttuazioni di tensione frequenti, un determinato cluster fotovoltaico utilizza il controllo a circuito chiuso "tensione di potenza reattiva" per controllare la deviazione di tensione nel punto di connessione della griglia entro ± 2%, che è del 60%migliore del controllo decentralizzato e aumenta la capacità fotovoltaica della griglia locale del 20%.
3 Implementazione dello scenario: svolta bidirezionale tra grandi centrali elettriche e cluster distribuiti
L'applicazione di cluster su larga scala delle centrali elettriche a terra. Una base fotovoltaica da 2GW nella provincia di Qinghai adotta un'architettura cluster di "1 controller centrale +20 controller regionali +2000 inverter" per ottenere una regolazione precisa del potere attivo/reattivo. Quando la rete elettrica richiede una riduzione del 20% della produzione, il sistema completa l'allocazione di potenza di tutti gli inverter in un solo minuto, con un tasso di deviazione inferiore al 3%, soddisfacendo la nuova energia della rete elettrica nord -occidentale per una nuova energia "misurabile, controllabile e regolabile".
Il modello di "centrale elettrica virtuale" del fotovoltaico distribuito. Il "cluster fotovoltaico sul tetto" in Europa partecipa alle transazioni del mercato dell'elettricità aggregando gli invertitori collegati a griglia da migliaia di famiglie . 500 distribuite famiglie fotovoltaiche in una comunità nei Paesi Bassi, sotto la pianificazione di un sistema di cluster, rilasciando collettivamente 1 mw di potenza attiva durante il consumo di elettro di punta. Le entrate del servizio ausiliario ottenute sono condivise dagli utenti in base alla quantità di elettricità generata, con un aumento medio annuo di 150 euro per famiglia. Questo modello rende i piccoli fotovoltaici dispersi una "fonte di alimentazione virtuale" affidabile per la griglia di potenza.
Il clustering di inverter collegati alla griglia è essenzialmente l'evoluzione delle nuove stazioni di energia da "aggregazione delle apparecchiature" a "sistemi intelligenti". Con l'integrazione dei gemelli digitali, dei bordi e di altre tecnologie, il futuro sistema di cluster sarà in grado di prevedere le fluttuazioni di generazione entro 24 ore, formulare in anticipo i piani di energia e rispondere alla domanda di rete in coordinamento con energia eolica e conservazione dell'energia. L'emergere di questa "intelligenza collettiva" fornirà un supporto stabile più affidabile ed economico per reti energetiche rinnovabili ad alta proporzione.