أهمية التحكم في شبكات التوزيع الريفية باستخدام الطاقة الكهروضوئية
مع تنفيذ “الخطة الخمسية الثالثة عشرة لتنمية الطاقة” وسياسات “التخفيف من حدة الفقر الكهروضوئية” نما عدد الخلايا الكهروضوئية في شبكة توزيع الجهد المنخفض في الصين بسرعة، لا سيما في غرب الصين، بسبب وفرة موارد الطاقة الشمسية والتضاريس عالية الارتفاع، ومع ذلك مع وصول الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع إلى شبكات الطاقة الريفية؛ فإن التقلبات العشوائية للطاقة الكهروضوئية لها تأثير خطير على الجهد الكهربائي.
كما تعتبر مشكلة الجهد الزائد الناتجة عن التدفق العكسي والتقلبات المتكررة الناتجة عن عدم اليقين في ناتج الطاقة الكهروضوئية بارزة، مما يؤثر على التشغيل الاقتصادي والآمن لشبكة الطاقة، لذلك لا تؤثر المشاكل المذكورة أعلاه على التشغيل الآمن والمستقر للخط فحسب؛ بل تؤثر أيضاً بشكل مباشر على كفاءة تشغيل الطاقة الكهروضوئية الموزعة وقدرة شبكة التوزيع الريفية على امتصاص الطاقة الكهروضوئية التي تخفف من حدة الفقر.
لذلك؛ فإن كيفية الحد بشكل فعال من الآثار الضارة التي تسببها الطاقة الكهروضوئية وضمان التشغيل الاقتصادي والآمن للشبكة الكهربائية، وجعل طريقة التحكم في الجهد مع نسبة عالية من الكهروضوئية ذات أهمية كبيرة، وبسبب مشاكل الجهد المذكورة أعلاه؛ فإنه تم إجراء العديد من الدراسات في الوقت الحاضر.
كذلك استخدم (Agalgaonkar) مغير الصنبور عند التحميل (OLTC) ومنظم الجهد الخطي (LVR) لضبط جهد العقدة، لكن القدرة التنظيمية لهذه الطريقة كانت عادةً محدودة بسبب موضع الصنبور والاقتصاد السيئ، و غالباً ما يتم استخدام أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية الإضافية، ولكن تكلفة الاستثمار الأولية وتكرار الصيانة مرتفعان.
كما تتميز محولات الطاقة الكهروضوئية بمزايا المرونة العالية في تعديل الطاقة التفاعلية وسرعة الاستجابة السريعة والاستثمار المنخفض، ومن خلال الاستفادة من إمكانات تعديل القدرة التفاعلية لمحولات الكهروضوئية لتحقيق تحكم مستقر في جهد العقدة؛ فقد حظوا باهتمام واسع النطاق، كما اقترح (Stetz) استراتيجية تنظيم الجهد المستقل بناءً على القوة التفاعلية لمحولات الكهروضوئية التي لا تتطلب أي شكل من أشكال اتصال البيانات بين العاكس وبيئته.
لذلك قام “ديميروك” بتجزئة منحنى الفولت فار إلى حد معين وخفض تدفق القدرة التفاعلية في الخط، بحيث ينقسم التحكم في العاكس الحالي بشكل أساسي إلى نوعين، الأول هو التحسين العالمي، والذي يحسن اقتصاديات النظام الكهربائي، وهو نوع آخر هو التحكم المحلي، وذلك من خلال القياس في الوقت الفعلي، كما يقوم بضبط الناتج التفاعلي في الوقت الفعلي وفقًا لمنحنى التحكم الكهربائي في (droop volt-var).
تحسين شبكات التوزيع الكهربائية الريفية
غالبًا ما يستخدم التحسين العالمي تحكماً مركزياً، بحيث فضل “أوليفييه”، كذلك استخدام القوة التفاعلية كما وتم استخدام تقليل الطاقة النشط فقط كملاذ أخير، ومع ذلك؛ فإن الدمج الواسع النطاق للطاقة الكهروضوئية للتخفيف من حدة الفقر في شبكات الكهرباء الريفية قد جلب تحديات كبيرة للسيطرة المركزية.
كما أن الإخراج الكهروضوئي متقطع نسبياً، لذلك من الصعب تحسين التحكم المركزي في الوقت الفعلي بحيث يعد نموذج شبكة الطاقة الريفية الذي يتضمن الخلايا الكهروضوئية الموزعة على نطاق واسع معقداً ويصعب حله، كما وستقبل وحدة التحكم المركزية كميات هائلة من المعلومات، والتي ستؤدي بسهولة إلى تأخيرات خطيرة في الاتصال وتؤثر على موثوقية التحسين العالمي.
وللتحكم المحلي؛ فقد حدد “فالفيردي” مقدار القطع للطاقة النشطة الكهروضوئية عندما كانت العقدة ذات جهد زائد عن طريق الضبط المسبق لمعامل دروب فولت- فار، ومع ذلك؛ فإن نقص معلومات التفاعل تحت السيطرة المحلية يجعل من الصعب تنسيق القوة التفاعلية ولا يمكن تحقيق التحسين العالمي.
وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم العقد المختلفة منحنى تحكم فولت-فار موحد بمعدل ثابت ويختلف نطاق تذبذب الجهد للعقد المختلفة على الخط بشكل كبير والحدود العليا والسفلى لتقلبات الجهد لبعض العقد تكون أقل بكثير من مصنفة، كما تؤدي طريقة التحكم التقليدية إلى إهدار استخدام الطاقة التفاعلية للعاكس.
خصائص الطاقة الكهروضوئية التخفيف من حدة الخسارة
عادة ما يكون لشبكات الطاقة الريفية طوبولوجيا شعاعية واحدة، وذلك عندما يتم توصيل الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع لتخفيف حدة الفقر بشبكات الطاقة الريفية، كما يظهر نموذج الشبكة في الشكل التالي (1).
نظراً لأن (R / X) للشبكة الريفية كبير، كما يمكن تجاهل تأثير (X) عند دراسة مشكلة الجهد الزائد والجهد في أي عقدة (p) هو:
حيث أن:
(UN): هي جهد العقدة عند رأس الخط.
(PLi): هي الطاقة النشطة التي يستهلكها الحمل المتصل بالعقدة.
(i ، PPVi): هي الطاقة الناتجة عن (PV) المتصلة بالعقدة.
(Rk): هي مقاومة الخط.
(k ،n): هي عدد العقد.
لذلك إذا كانت العقدة (i) غير متصلة بـ (PV)؛ فإن الطاقة تعتبر (0)، ثم فرق الجهد الكهربائي بين العقدة (p) والعقدة (p -1) هو:
من خلال تحليل العلاقة السابقة؛ فإنه يمكن الحصول على أنه عندما يكون [∑ (PLi − PPVi)> 0]، أي أن مجموع كل الطاقة الكهروضوئية من العقدة (p) إلى نهاية وحدة التغذية أقل من مجموع قوة الحمل، بحيث ينخفض الجهد عندما [∑ (PLi − PPVi) <0]، كما يكون مجموع كل الطاقة الكهروضوئية من العقدة (p) إلى نهاية وحدة التغذية أكبر من مجموع طاقة الحمل، يزداد الجهد.
عادة ما يتم توزيع الكهروضوئية للتخفيف من حدة الفقر على جميع العقد في شبكة الكهرباء الريفية، كما أنه من المحتمل أن يتسبب عدم التوازن بين الطاقة الكهروضوئية العالية والحمل المنخفض في حدوث تدفق عكسي للتيار الكهربائي، كما سيؤدي التيار العكسي على وحدة التغذية إلى زيادة جهد النقطة المتصلة بالشبكة الكهروضوئية أو حتى تجاوز الحد وزيادة فقدان الشبكة.
إلى جانب ذلك؛ فإن خصائص استهلاك الطاقة للحمل الكهربائي الريفي غير متوافقة مع خصائص توليد الطاقة الكهروضوئية للتخفيف من حدة الخسارة، بحيث تحدث “التحولات الذروة” خلال ساعات الذروة للحمل الريفي وساعات الذروة للتخفيف من حدة الفقر الكهروضوئية، مما أدى إلى ظروف زيادة الجهد الشديدة أثناء مرحلة توليد الطاقة الكهروضوئية الثقيلة عند الظهر وظروف انخفاض الجهد أثناء فترات الحمل الثقيل في الليل.
طريقة التحكم بطبقتين volt-var
من خلال تبني فكرة التحكم النطاقي في نظام الطاقة، وبناءً على التقسيم، تم اقتراح طريقة تحكم في الجهد من طبقتين تتمثل في “التحكم الموزع بين الأقسام والتحكم المحلي في الأقسام”، بحيث يظهر إطار التحكم في الشكل التالي (2)، وفي عنصر التحكم الموزع الأول؛ فإنه يتم جمع معلومات الحالة لكل عقدة في المنطقة ومعلومات التشغيل لكل (PV) والحمل في مقياس الدقائق (5 دقائق)، كما ويكون الحد الأدنى لفقدان الشبكة هو تهدف إلى تحسين منحنى (volt-var droop) للمحولات عند كل عقدة.
لذلك تنتقل المعلومات الحدودية إلى بعضها البعض من خلال الاتصال بين المناطق المجاورة، وذلك لتحقيق تحكم أمثل منسق للجهد الموزع للمنطقة بأكملها، بحيث يتم إجراء حسابات تكرارية بناءً على المعلومات لتحديث نتائج التحسين لهذه المنطقة، وذلك في عنصر التحكم المحلي الثاني، بحيث يتم قياس الجهد المحلي على مقياس المرة الثانية ويتم تعديل القدرة التفاعلية ديناميكياً وفقاً لمنحنى التحكم في التدلي الفولت فار المحسن.
