إطار التحكم في الجهد الكهربائي متعدد المستويات الذكية

تحليل إطار التحكم في الجهد الكهربائي متعدد المستويات الذكية

أصبح تكامل الشبكة لموارد الطاقة الموزعة (DERs) على مستوى توزيع الجهد المتوسط ​أو المنخفض سائداً يوماً بعد يوم، بحيث يضم نظام الطاقة بشكل تدريجي عدداً متزايداً من الأنظمة الكهروضوئية (PV) على مستوى التوزيع، ومع ذلك لا تزال هناك عقبات كبيرة يجب التغلب عليها لجعل الاختراق العالي للطاقة الكهروضوئية ممكناً.

وبمعنى آخر، تحتاج الشبكة المستقبلية إلى أنظمة كهروضوئية صديقة للشبكة، حيث أن التحدي الأولي الذي يتبادر إلى الذهن هو البنية التحتية القديمة الحالية وتوافقها مع الأنظمة الكهروضوئية المضافة حديثاً بتقنيات مختلفة وطبيعة متقطعة، مما يجعل موثوقية الشبكة قضية حيوية.

كما يزيد عدد الأنظمة الكهروضوئية على مستوى التوزيع من بروز إدارة تدفق الطاقة التفاعلية لتثبيت جهد مجموعة الشبكة في نطاق محدد مسبقاً لضمان توصيل الطاقة لجميع المستهلكين بجودة وكمية مرضية تتوافق مع معايير الشبكة الكهربائية.

وفي نظام الطاقة التقليدي، يتم تنظيم الفولتية عبر شبكة التوزيع باستخدام محولات ذات إمكانية تغيير الحنفية المثبتة في المحطات الفرعية ومنظمات الجهد التدريجي ومصارف المكثفات، كذلك يتم تعديل هذه القطع من المعدات الإضافية بناءً على ظروف التوليد والاستهلاك لشبكة التوزيع ولاستخدام هذه الأجهزة عدة عيوب، مثل طلب استثمارات إضافية للأجهزة الإضافية واستجابتها البطيئة.

كما يتم تحديث الشبكة مع زيادة تغلغل (DERs) عبر الشبكة، لا سيما على مستوى التوزيع، كما أنه من المتوقع أن تتعرض الشبكة لما يقرب من (1300) جيجاوات من الأنظمة الكهروضوئية بحلول عام 2023م، وبالتالي على مستوى التوزيع يلعب الاختراق العالي لمحولات الطاقة الكهروضوئية الذكية (SPVI) دوراً مهماً في التحكم والموثوقية والأمان وجودة الطاقة للنظام، ونظراً لأن أنماط التحميل الكاملة لشبكة التوزيع سوف يمكن تغييرها.

ولتجنب تعريض موثوقية النظام بأكمله للخطر بسبب عدم استقرار الجهد، تم وضع بعض الرموز لتكامل الشبكة لـ (DERs)، على سبيل المثال يتطلب معيار (EN50160) الألماني أن يظل الجهد عبر الشبكة في حدود (± 10٪) من متوسط ​​قيمة (10) دقائق لجهد جذر متوسط ​​التربيع، ووفقاً لهذا المعيار، يجب أن تكون وحدات (DER) المصنفة بين (3.68 و 13.8) كيلو فولت أمبير أو (DERs) المتصلة بشبكة التوزيع عند مستوى الجهد المتوسط ​​قادرة على امتصاص الطاقة التفاعلية عند معامل قدرة (0.95).

تداعيات تكامل SPVI العالي على جهد الشبكة الكهربائية

زيادة عدد (SPVIs) على حافة الشبكة لها بعض التداعيات، وذلك مع زيادة مؤشرات (SPVI) المتصلة بالشبكة، تزداد هذه العواقب سوءاً، بحيث قد تصبح عقبة أمام عدد أكبر من (SPVI)، بحيث تؤثر هذه التأثيرات على المنفعة وجانب المستهلك في نفس الوقت، كما يتم التحقيق في التداعيات بإيجاز في هذا القسم.

ارتفاع أو انخفاض الجهد الكهربائي: في نظام الطاقة التقليدي الموجه نحو المصنع، ومع زيادة المسافة من المحطة الفرعية، بحيث ينخفض ​​الجهد على وحدة التغذية من جانب الجهد المنخفض، ومع ذلك مع الاختراق العالي لـ (SPVI)، وذلك أثناء ظروف التحميل الخفيف، بحيث يزداد الجهد عبر وحدة التغذية مع الابتعاد عن المحطة الفرعية.

كما يمكن أن يدفع ارتفاع الجهد (المتصور في الشكل التالي 1)، حيث أن (SPVIs) للانتقال إلى وضع الجزر إذا انتهكت نطاق الجهد المسموح به، كما أنه سيكون لهذه المشكلة عواقب على الشبكة حيث سيتم فقدان التوازن بين التوليد والاستهلاك، لذلك؛ فإن الشكل(2-a)، كما يوضح (mth SPVI)، كما تمثل الممانعة المسافة المادية بين (mth SPVI) والمغذي الرئيسي، كما يمكن حساب انخفاض الجهد الدقيق عبر الممانعة [(Rm + jXm)] على النحو التالي [انظر الشكل 2 (b)].

حيث أن:

(ΔVm): هو انخفاض الجهد الكهربائي.

(Pm ، Qm ، و Igrid ، m): هي القوة النشطة والقدرة التفاعلية والتيار الكهربائي الذي يتم حقنه بواسطة (mth SPVI) في الشبكة على التوالي، وعند حافة الشبكة حيث تكون نسبة (R / X) قيمة كبيرة، كما يمكن تقريب سعة (ΔVm) كما يلي [انظر الشكل 2 (c)].

لذلك إذا زادت الطاقة المحقونة بواسطة (mth SPVI)، ونظراً لأن الجهد على جانب الشبكة ثابت، بحيث سيزداد (VPCC ، m)، مما قد يتسبب في توقف (SPVI)، وذلك بسبب انتهاك حدود الجهد، ولتجنب ذلك يجب أن يمتص (SPVI) القدرة التفاعلية (Qm السلبية).

وعلى العكس من ذلك، إذا بدأ (Pm) في التناقص (أي بسبب الظروف البيئية)؛ فإن حقن الطاقة التفاعلية سيبقي جهد (PCC)، وذلك ضمن النطاق المسموح به في (IEEE 1547-2018)، خاصةً إذا كانت الطاقة التفاعلية القابلة للحقن غير كافية، بحيث يجب أن تقوم وحدة التحكم التعاونية بعمل محولات قريبة لحقن الطاقة التفاعلية لضمان اتصال الشبكة لجميع (SPVIs).

تذبذبات الجهد الكهربائي: بسبب العشوائية للأنظمة الكهروضوئية (أي التظليل الجزئي)، تحدث تذبذبات الجهد عند خرج (SPVI)، مما يؤدي إلى تدهور جودة الطاقة، علاوة على ذلك ولأغراض الاستقرار، يجب أن يكون لمؤشرات (SPVI) نطاقات أعرض على منحنيات الفولت-فار الأكثر انحداراً، والتي تؤدي إلى حدود جهد أضيق عند حافة الشبكة، وبالتالي يمكن لهذه الاختلافات في الجهد أن تدفع (SPVIs) إلى وضع الجزر.

محولات الطاقة الكهروضوئية الذكية عند حافة الشبكة

تتمتع (SPVIs) بقدرات الاتصال عبر المستويات العليا من إطار التحكم لضبط نقاط التشغيل بشكل تعاوني وفقًا لمتطلبات مجموعة الشبكة وتوفير خدمات إضافية متقدمة عند حافة الشبكة، كما يقومون بالإبلاغ عن ظروف التشغيل الخاصة بهم، أي الجهد والتيار ودرجة الحرارة والقوى النشطة أو التفاعلية المحقونة وما إلى ذلك.

كما يتم جمع هذه المعلومات في سحابة جنباً إلى جنب مع القياسات الأخرى القادمة من العدادات الذكية ووحدات قياس الطور والمحولات الكهربائية الذكية والأحمال الذكية وما إلى ذلك، وهي على استعداد لتحليلها من قبل الطبقات العليا، كما تستشعر (SPVI) جهد الشبكة وتستخرج زاوية الشبكة باستخدام حلقة مغلقة الطور (PLL) وتحقن طاقة نشطة متزامنة مع الشبكة.

كذلك توجد طرق (PLL) مختلفة في الدراسات، ومع ذلك ونظراً لإجراءات الضبط المعقدة الخاصة بها للحصول على أداء دقيق وعدم خطية متأصلة فيها؛ فإنها تمثل مشكلة في التنفيذ لأنها قد تؤدي إلى أداء عابر عابر، وفي هذه المقالة تتحقق وظيفة المزامنة الخاصة بـ (SPVI) من خلال خوارزمية بسيطة تعتمد على وحدة التكامل المعمم من الدرجة الثانية (SOGI) المقترحة، والتي أثبتت أنها تتمتع بقدرة رفض التشوه التوافقي.

كما تكمن المشكلة الرئيسية لهذه المحولات في حقيقة أن إنتاجها يعتمد بشكل مكثف على الوكالات البيئية، أي الإشعاع ودرجة الحرارة في الأنظمة الكهروضوئية، أيضاً يمكن ملاحظة هذا الاعتماد في طاقة الخرج لـ (SPVI)، والتي تؤدي بالتتابع إلى تذبذب في جهد الشبكة، ونظراً لأن رموز الشبكة الجديدة تسمح لـ (SPVIs) بحقن أو امتصاص الطاقة التفاعلية من وإلى الشبكة؛ فإن تنظيم الطاقة التفاعلية بواسطة أسطول (SPVIs) في مجموعة الشبكة يحتاج إلى مزيد من الدراسة.