أهمية التحكم في الجهد الكهربائي وتحسين معامل القدرة

 

يعد تنظيم الجهد معياراً مهماً لأي نظام طاقة من خلال تنظيم الجهد الكهربائي، بحيث يمكن أن يوفر نظام الطاقة أدنى تغير في مقدار الجهد حيث يتغير الحمل على نظام الطاقة مع مرور الوقت في شبكات توزيع الطاقة، كما يتم تنظيم الجهد باستخدام مغير الصنبور عند التحميل (OLTC) المدمج في ملفات الجهد العالي لمحول الطاقة الكهربائية.

 

ونظراً لأن (OLTC) يتم وضعه في المحطة الفرعية؛ فإنه يحافظ على تنظيم مستويات الجهد بشكل جيد من خلال الحفاظ على مقدار جهد قضبان التوصيل الثابتة وفقاً لجهد مرجع (OLTC) محدد مسبقاً وثابت، كما يعد الحفاظ على حجم جهد المحطة الفرعية ثابتاً فعالاً في شبكات توزيع الطاقة السلبية بدون توصيل المولدات الموزعة (DGs)، ونظراً لأن شبكة توزيع الطاقة السلبية دائماً ما يكون لها أعلى حجم جهد في المحطة الفرعية.

 

ومع ذلك؛ فإن استراتيجية تنظيم الجهد المركزي لـ (OLTC) تتأثر سلباً بتوصيل (DGs) على شبكة توزيع الطاقة، وذلك لأن تدفق الطاقة العكسي المفرط يخلق شبكة لم يعد فيها شريط ناقل المحطة الفرعية هو موقع أعلى جهد للجهد بعد الآن، ونظراً لأن فعالية فلسفة تنظيم الجهد التقليدي (OLTC) تعتمد على أن جهد المحطات الفرعية هو الأعلى؛ فإن النتائج عند توصيل (DGs) ستكون اختلافات كبيرة في مقادير الجهد ومقادير عالية الجهد الكهربائي.

 

هذا يجعل من الصعب للغاية التحكم في مقادير جهد شبكة توزيع الطاقة عند توصيل (DGs)، بحيث يعد تدفق الطاقة العكسي السبب الرئيسي لأحجام الجهد العالي، حيث يبدأ توليد (DG) في تجاوز حمل التغذية، كما ويبدأ الجهد في الارتفاع بشكل مفرط، ومن ناحية أخرى تحدث اختلافات الجهد بسبب الطبيعة المتقطعة للـ (DGs) لأن توليد الطاقة النشط لمعظم (DGs) مرتبط بالطقس.

 

تؤثر مقادير الجهد العالي والتباين في مقادير الجهد على موثوقية الشبكة الكهربائية حيث تعمل ملايين الأجهزة المتصلة بنظام الطاقة على كفاءات عندما يتم تنظيم الجهد ضمن حدود مقبولة، ونظراً لأن فلسفة تنظيم الجهد التقليدية (OLTC) لا يمكنها كبح مقادير الجهد العالي أو تقييد تقلبات الجهد التي تسببها (DGs)، فمن الأهمية بمكان تقديم استراتيجية فعالة وغير مركزية لتنظيم الجهد للتعامل مع شبكة توزيع الطاقة النشطة التي لديها العديد من (DGs) المتصلة بها.

 

استراتيجيات تنظيم الجهد الكهربائي بهدف تحسين (PF)

 

تم اقتراح استراتيجيات تنظيم الجهد التي تهدف إلى تحسين فلسفة تنظيم الجهد عند توصيل (DGs) في الدراسات ومع ذلك، كما تظهر الدراسات أيضاً أن بعض هذه الاستراتيجيات تعمل على تحسين تنظيم الجهد مع تقليل عامل قدرة نظام الطاقة، كما تم اقتراح طريقة تجمع بين مقادير الجهد للمغذيات والطاقة النشطة التي تولدها محطة الطاقة الشمسية لحساب موضع صنبور (OLTC) المطلوب على أساس كل ساعة.

 

أيضاً يتم حساب نقطة الضبط أو موضع نقر (OLTC) كل ساعة فيما يتعلق بأحجام جهد شبكة التوزيع وتوليد الطاقة النشطة لمحطة الطاقة الشمسية، وفي الوقت نفسه تستخدم محطة الطاقة الشمسية أيضاً قدرة الطاقة التفاعلية للحفاظ على مقدار جهد ثابت عند نقطة اتصالها (POC).

 

كما تم اقتراح استراتيجية تستخدم الاستجابة السريعة لـ (DGs) لمنع تغيرات الجهد المفرط في المغذيات وبالتالي منع تشغيل (OLTC) المفرط، بحيث تستخدم (DGs) قدرة الطاقة التفاعلية للحد من أي زيادة أو انخفاض في مقادير الجهد داخل وحدة التغذية، كما تستخدم الاستراتيجية أيضاً بنوكاً مكثفة لتلبية متطلبات الطاقة التفاعلية طويلة المدى لوحدة التغذية أثناء استخدام استراتيجية تنظيم الجهد التقليدية (OLTC).

 

فلسفة التحكم في الجهد التقليدي (OLTC ، DGs) ومعامل القدرة

 

عملية (OLTC) التقليدية: يتم تحقيق تنظيم الجهد في شبكات توزيع الطاقة من خلال العديد من المعدات، ومع ذلك؛ فإن (OLTC) هو الأكثر شيوعاً وفعالية، بحيث تنبع فعالية (OLTC) من قدرته على تنظيم جهد المغذيات المتعددة عن طريق الحفاظ على الجهد الثانوي لمحول الطاقة ثابتاً مع اختلاف الحمل الكهربائي.

 

لذلك، ومع تغير حمل الشبكة الكهربائية يحافظ (OLTC) على ثبات الجهد الثانوي  أو جهد قضيب التوصيل عن طريق تغيير نسبة لف المحول، كما يوضح الشكل التالي (1) تشغيل (OLTC) مع الحفاظ على جهد قضيب ناقل ثابت ويوضح الشكل التالي (2) تشغيل (OLTC) أثناء التشغيل باستخدام (LDC) (تعويض انخفاض الخط) حيث يقدر جهد الموقع البعيد ويحافظ على الجهد المقدر عند مقدار جهد ثابت.

 

 

 

أيضاً يمكن تعريف المحول باستخدام (OLTC) بالمعادلة (1)، حيث أن (V2) هو الجهد الثانوي للمحول، كذلك (V1) هو “الجهد الأساسي للمحول”، أيضاَ (a) هو نسبة المحول القابل للتعديل و (I2) هو تيار المحول الثانوي و [ZT (a)] هو مقاومة المحول الكهربائي.

 

 

تنظيم الجهد و(DGs): أدى إدخال توليد طاقة عالية النشط بواسطة (DG) إلى نظام توزيع الطاقة إلى خلق العديد من التحديات، كما وتشمل هذه التحديات زيادة مقادير الجهد فوق الحدود المرضية وتغيرات الجهد المتكررة وتدفق الطاقة العكسي، بحيث يمكن إثبات التأثير باستخدام المعادلات الرياضية.

 

حيث (ΔV) هو “الفرق في الجهد” بين نقطتين، (R) هي مقاومة الخط، (PL) هي القوة النشطة التي يسحبها حمل الشبكة الكهربائية، (QL) هي حمل الطاقة التفاعلية للشبكة، (X) هو مفاعلة الخط و (VOLTC) هو جهد قضيب المحطات الفرعية، (VG) هو جهد طرف المولد، (QG) هو خرج الطاقة التفاعلية لـ (DG)، (PG) هو توليد الطاقة النشط لـ (DG).

 

معامل القدرة و(DGs): تتطلب معظم رموز اتصال الشبكة للمولدات الموزعة بما في ذلك رمز الشبكة الجنوب أفريقي لمحطات الطاقة المتجددة الآن أن يكون لدى (DG) قدرة طاقة تفاعلية لأغراض التحكم في الجهد الكهربائي، لذلك يمكن أن تمتص (DGs) الطاقة التفاعلية لتقليل الجهد أو حقن الطاقة التفاعلية لزيادة حجم الجهد.

 

كما سيؤثر امتصاص وحقن الطاقة التفاعلية بواسطة (DGs) على عامل قدرة نظام الطاقة، بحيث يُحسب عامل القدرة على أساس مقدار الطاقة النشطة والمتفاعلة التي تتدفق عبر نظام الطاقة كما هو موضح في المعادلة التالية، حيث أن (Cos) هو معامل القدرة، (P) هي القوة النشطة، (S) هي القدرة الظاهرة و (Q) هي القدرة التفاعلية.

 

 

وفقًا للمعادلة السابقة؛ فإن نظام القدرة الذي يحتوي على قدر كبير من القدرة التفاعلية سيكون له عامل قدرة منخفض، بحيث تشمل عواقب معامل القدرة المنخفضة على نظام الطاقة فقد الطاقة العالية وضعف تنظيم الجهد، وبسبب ذلك يضع مهندسو أنظمة الطاقة معدات تعويض الطاقة التفاعلية في المواقع ذات الطلب العالي على الطاقة التفاعلية.

 

ولضمان توفير الطاقة التفاعلية المطلوبة بالقرب من نقطة الطلب ولا تتدفق لمسافات طويلة عبر نظام الطاقة، ونظراً لأن (DGs) يمكن أن تستخدم الطاقة التفاعلية للتحكم في الجهد؛ فإنها ستزيد من طلب الطاقة التفاعلية للشبكة وبالتالي تقلل عامل الطاقة، لذلك سيتم تضمين تقنية تعويض القدرة التفاعلية في نظام التحكم لضمان التشغيل الأمثل لنظام الطاقة.