هارمونیک‌های سیستم فتوولتائیک

سرویس انرژی های تجدیدپذیر برق نیوز،هارمونیک‌ها ولتاژ‌ها و یا جریان‌های سینوسی هستند که فرکانس آن‌ها مضرب صحیحی از فرکانس نامی سیستم است.شکل موج اعوجاج یافته را می‌توان توسط سری فوریه به مولفه‌ی فرکانس اصلی و تعدادی هارمونیک تجزیه نمود و مقدار دامنه و فاز هر مولفه‌ی فرکانسی شکل موج اعوجاج یافته را محاسبه نمود. تجهیزات مختلفی از جمله مبدل‌های الکترونیک قدرت، کوره‌های القایی و ... تولید جریان هارمونیکی می‌کنند. هارمونیک جریان تولید شده توسط تجهیزات مختلف باعث ایجاد افت ولتاژ هارمونیکی در دو سر امپدانس شبکه می‌شود. از طرف دیگر اتصال خازن‌های تصحیح کننده. ضریب قدرت ممکن است باعث ایجاد تشدید در فرکانس هارمونیک‌های تولید شده شود و باعث اضافه ولتاژ شود.

محدودیت هارمونیکی مربوط به هارمونیک‌های جریان و ولتاژ می‌باشد که در هر یک از این موارد بصورت محدودیت بر روی اعوجاج تکی هر هارمونیک و هم چنین اعوجاج کلی ارائه می‌شود. اعوجاج کلی ولتاژ یا جریان، که با THD نمایش داده می‌شود، طبق روابط زیر تعریف می‌شود؛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

که در روابط فوق Vh و Ih به ترتیب مولفه‌های هارمونیکی مرتبه h. جریان و ولتاژ و Vn و In به ترتیب جریان و ولتاژ نامی هستند. اعوجاج تکی ولتاژ یا جریان بصورت نسبت دامنه هریک از هارمونیک‌ها به دامنه هارمونیک اصلی بر حسب درصد تعریف می‌شود.

جدول ۱:نحوه عملکرد در صورت بروز خطای ولتاژ

در شرایط کار غیر عادی یعنی عدم رعایت استاندارد‌های فرکانس، سطوح ولتاژ شبکه و در صورت رخ دادن شرایط کارکرد جزیره ای، تزریق توان قطع می‌گردد؛ بنابراین سطح ولتاژ و فرکانس شبکه همواره باید توسط مبدل نمونه گیری شود. تغییر پارامتر‌های مربوط به پنجره مجاز فرکانس و ولتاژ توسط کاربران عادی امکان پذیر نمی‌باشد. در هر حالت پس از قطع تزریق توان، مبدل همچنان به نمونه گیری از شبکه ادامه می‌دهد. چنانچه خطا برطرف شده و به مدت پنچ دقیقه شرایط کار عادی برقرار باشد، مبدل شروع به تزریق توان به شبکه می‌نماید. پیش بینی روند راه اندازی نرم در مبدل‌های امروزی متداول است.

چنانچه از نمونه ولتاژ شبکه به عنوان مرجع تولید سینوسی استفاده شود، اغتشاش موجود در شبکه انعکاس یافته و به شبکه تزریق می‌شود. در صورت وجود تعداد زیادی مبدل، این امر منجر به تشدید اغتشاش و ناپایداری شبکه می‌شود. برای جلوگیری از این رخداد پیشنهاد می‌شود مرجع سینوسی جریان مبدل به صورت داخلی و به کمک یک جدول ذخیره شده تولید شود. همچنین فیلتر خروجی مبدل باید از امپدانس کافی متناسب با هارمونیک چهلم فرکانس خط برخوردار باشد. توصیه می‌گردد نمونه گیری‌ها از جریان شبکه در ترمینال خروجی مبدل صورت گیرد.

برای سیستم‌های فتوولتاییک، حدود مجاز هارمونیک‌ها باید مطابق جداول ۲ تا ۴ باشد. در صورتی که محاسبات اتصال کوتاه انجام نشده باشد آن گاه باید از الزامات هارمونیکی رده A. تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی با جریان کمتر از ۱۶ آمپر که در جدول ۴ نوشته شده و مورد تأیید استاندارد کیفیت برق ایران است، استفاده نمود.

 

هارمونیک‌های میانی
در فاصله بین هارمونیک‌های ولتاژ و جریان فرکانس قدرت، اغلب فرکانس‌های اضافی دیگری مشاهده می‌شوند که مضرب صحیحی از فرکانس اصلی سیستم نیستند. این فرکانس‌های اضافی ممکن است به صورت فرکانس‌های گسسته و یا یک طیف فرکانسی ظاهر شوند. به این هارمونیک ها، هارمونیک‌های میانی گفته می‌شود. منابع اصلی هارمونیک‌های میانی مبدل‌های فرکانسی ایستا، سیکلوکانورترها، زنجیره مبدل‌های زیرسنکرون، موتور‌های القایی، ماشین‌های جوشکاری (شبکه‌های فشارضعیف) و کوره‌های قوس الکتریکی (فقط شبکه‌های فشارمتوسط/فشارقوی) هستند.

هارمونیک‌های میانی اثرات نامطلوبی در موتور‌های الکتریکی می‌گذارند. در سیستم‌های فتوولتاییک حد مجاز برای هر هارمونیک میانی برابر ۰.۲ درصد ولتاژ نامی است.

 

جدول ۲:حدود مجاز اعوجاج ولتاژ برای سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه فشار ضعیف

جدول ۳:حدود مجاز هارمونیک‌های جریان سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه ۳۸۰ ولت

جدول ۴:حدود مجاز هارمونیک‌های جریان سیستم فتوولتاییک با جریان کمتر از ۱۶ آمپر

 

 

منبع:راهنمای طراحی سیستم های فتوولتائیک