Ключові слова
сонячна електростанція
фотоелектрична генерація
інвертор
регулювання напруги
реактивна потужність
комп’ютерне моделювання
Як цитувати
Анотація
Інтенсивний розвиток відновлюваної енергетики в Україні та світі зумовлює потребу у глибокому дослідженні процесів інтеграції сонячних електростанцій у розподільчі мережі середньої напруги. Збільшення частки децентралізованих джерел генерації змінює усталені режими роботи електричних систем, ускладнює балансування активної та реактивної потужності, впливає на рівень напруги у вузлах і створює додаткові вимоги до систем захисту та автоматики. Актуальність проблеми підсилюється тим, що мережі класу напруги 6–10 кВ спочатку проєктувалися для роботи у традиційному напрямку потоків потужності – від підстанції до споживачів, тоді як підключення сонячних станцій спричиняє появу зворотних потоків і нерівномірний розподіл навантаження. Метою даного дослідження є моделювання впливу фотоелектричних станцій на роботу розподільчих мереж та аналіз можливостей інверторів у підвищенні ефективності регулювання напруги й підтримки надійності електропостачання. Об’єктом дослідження є розподільча мережа 10/0.4 кВ з інтегрованою сонячною електростанцією потужністю 5 МВт, що відтворює типовий приклад сучасної системи з відновлюваними джерелами. Основна гіпотеза полягає в тому, що використання інверторів з алгоритмом регулювання реактивної потужності забезпечує стабільність режимів роботи та знижує негативні наслідки коливань сонячної генерації. У роботі застосовано комплексний підхід, що включає аналітичні методи розрахунку потокорозподілу потужності та комп’ютерне моделювання у програмному середовищі SICAD. Це дозволило відтворити роботу мережі у різних сценаріях: при нічному мінімумі навантаження, денному піку генерації, а також у перехідних режимах. Додатково досліджувались аварійні ситуації, серед яких раптове відключення сонячної електростанції та виникнення коротких замикань. Такий підхід дає можливість оцінити не лише штатні, але й аварійні умови функціонування системи. Наукова новизна роботи полягає у розробленні підходу до оцінювання впливу фотоелектричних електростанцій на режими роботи розподільних електричних мереж середньої напруги з урахуванням можливостей керування реактивною потужністю інверторів та змінного характеру сонячної генерації. Практична значущість результатів полягає у можливості їх використання для розробки методичних рекомендацій щодо інтеграції фотоелектричних станцій у мережі середньої напруги, а також для вдосконалення алгоритмів регулювання інверторів. Отримані висновки можуть бути корисними як операторам систем розподілу, так і проєктним організаціям при плануванні розвитку електричних мереж з урахуванням зростання частки відновлюваних джерел енергії.
Посилання
SiCAD powerline designing. [Online]. Available: https://app.sicad.org/
Y. Elomari, M. Norouzi, M. Marín-Genescà, A. Fernández, and D. Boer, “Integration of solar photovoltaic systems into power networks: A scientific evolution analysis,” Sustainability, vol. 14, no. 15, Jul. 2022, Art. no. 9249, doi: https://doi.org/10.3390/su14159249
I. B. Majeed and N. I. Nwulu, “Impact of reverse power flow on distributed transformers in a solar-photovoltaic-integrated low-voltage network,” Energies, vol. 15, no. 23, Dec. 2022, Art. no. 9238, doi: https://doi.org/10.3390/en15239238
P. Budanov, I. Kyrysov, K. Brovko, D. Rudenko, P. Vasiuchenko, and A. Nosyk, “Development of a solar element model using the method of fractal geometry theory,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 3, no. 8(111), pp. 75–89, Jun. 2021, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235882
I. B. Majeed and N. I. Nwulu, “Reverse power flow due to solar photovoltaic in the low voltage network,” IEEE Access, vol. 11, pp. 44741–44758, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/access.2023.3273483
М. Mahdavi, H. H. Alhelou, N. D. Hatziargyriou, and F. Jurado, “Reconfiguration of electric power distribution systems: Comprehensive review and classification,” IEEE Access, vol. 9, pp. 118502–118527, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3107475
D. Almeida, J. Pasupuleti, and J. Ekanayake, “Comparison of reactive power control techniques for solar PV inverters to mitigate voltage rise in low-voltage grids,” Electronics, vol. 10, no. 13, Jun. 2021, Art. no. 1569, doi: https://doi.org/10.3390/electronics10131569
L. Yao, Y. Wang, and X. Xiao, “Concentrated solar power plant modeling for power system studies,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 39, no. 2, pp. 4252–4263, Mar. 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2023.3301996
I. Frimannslund, T. Thiis, A. Aalberg, and B. Thorud, “Polar solar power plants – Investigating the potential and the design challenges,” Solar Energy, vol. 224, pp. 35–42, Aug. 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.05.069
N. Shorabeh, N. N. Samany, F. Minaei, H. K. Firozjaei, M. Homaee, and A. D. Boloorani, “A decision model based on decision tree and particle swarm optimization algorithms to identify optimal locations for solar power plants construction in Iran,” Renewable Energy, vol. 187, pp. 56–67, Mar. 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.01.011
M. E. Abdesselem, T. E. Boukelia, and M. S. Mecibah, “Comparative analysis of integrating different power cycles into a concentrated solar power plant,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 285, Jun. 2025, Art. no. 113534, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2025.113534
T. E. K. Zidane et al., “Grid-connected Solar PV power plants optimization: A review,” IEEE Access, vol. 11, pp. 79588–79608, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.1109/access.2023.3299815
X. Li et al., “Operation optimization of electrical-heating integrated energy system based on concentrating solar power plant hybridized with combined heat and power plant,” Journal of Cleaner Production, vol. 289, Mar. 2021, Art. no. 125712, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125712
Q. Wang, G. Pei, and H. Yang, “Techno-economic assessment of performance-enhanced parabolic trough receiver in concentrated solar power plants,” Renewable Energy, vol. 167, pp. 629–643, Nov. 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.11.132
H. Ami Ahmadi, N. Variji, A. Kaabinejadian, M. Moghimi, and M. Siavashi, “Optimal design and sensitivity analysis of energy storage for concentrated solar power plants using phase change material by gradient metal foams,” Journal of Energy Storage, vol. 35, Mar. 2021, Art. no. 102233, doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102233
F. Wang, Y. Gao, Z. Chen, X. Gong, D. Zhu, and W. Cong, “A path planning algorithm of inspection robots for solar power plants based on improved RRT*,” Electronics, vol. 12, no. 21, Oct. 2023, Art. no. 4455, doi: https://doi.org/10.3390/electronics12214455
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 Юлія Сергіївна Олійник, Костянтин Юрійович Бровко, Артем Михайлович Чернюк, Павло Вікторович Васюченко