أهمية التحليل الميداني لتخزين البطارية للشبكة الكهربائية
يواجه الاقتصاد العالمي وخاصة الصيني سريع النمو تحديات متعددة عندما يتعلق الأمر بتوليد الطاقة، لا سيما النمو السكاني والضغط الاقتصادي على الطلب على الطاقة، ومع ذلك ومع هذه الزيادة السريعة في استهلاك الطاقة إلى جانب الاعتماد الكبير على الفحم، حيث بدأت مشاكل بيئية مختلفة في الظهور في الصين، وكان تلوث الهواء هو الأكثر شهرة. تم تنفيذ قانون الطاقة المتجددة في الصين منذ عام 2006م و (26.7٪) من الكهرباء المولدة من مصادر متجددة في 2018م.
كما يشكل الاختراق المتزايد لمصادر الطاقة المتجددة على شبكات الطاقة تحدياً كبيراً لتشغيل شبكة الطاقة، بما في ذلك زيادة تقلب التردد الكهربائي وعابرات الجهد وتقليل جودة الطاقة وفقدان الموثوقية، حيث إن تطوير المحطات المتجددة وتكاملها المستمر مع شبكة الطاقة يستلزم توازن الطاقة الكهربائية، كما يحتوي نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) على العديد من التطبيقات المهمة، لا سيما في مجال تنظيم تردد الطاقة والتحكم فيه.
كما أنه يمكّن مشغلي أنظمة الطاقة ومقدمي المرافق من تخزين الطاقة لتغيير الاستخدام وتعزيز مرونة الشبكة الكهربائية على إنها موارد الإخراج مثل استخدامها لتخزين متقطع مثل توربينات الرياح والألواح الشمسية، بحيث تركز معظم الأبحاث الحالية حتى الآن على دراسات النمذجة، وهناك نتائج الاختبار الميداني على جانب شبكة الطاقة الفعلية (BESS) التي تعمل في ظل ظروف حقيقية قليلة جداً.
ولتحقيق تنمية منخفضة الكربون؛ فقد طورت الصين بقوة الطاقة النظيفة، والتي تجلب تأثيرات غير مواتية لتنظيم الشبكة وتحقيق السلامة، وذلك بالمقارنة مع طرق تخزين الطاقة الأخرى، مثل تخزين الطاقة في دولاب تنظيم السرعة وتخزين الضخ وتخزين الهواء المضغوط، بحيث أصبح (BESS) محوراً لمزاياه المعترف بها لتخزين الطاقة النوعية العالية والاختيار المرن للموقع والأداء الجيد للدورة والتركيب المريح وعدم وجود تأثير للذاكرة صديقة للبيئة.
نظرة عامة على مشروع (BESS)
في الوقت الحالي، يتم تقييد قدرة التحكم في الهيكل المتغير (VSC) بواسطة (IGBT) وأداء المقاومة الكهربائية الخاص بها، كما ويتكون جانب شبكة الطاقة (BESS) من العديد من (VSCs) على التوازي ومجهزة (BESS) من نوع الكابينة بعدد كبير من كبائن البطارية والطاقة كبائن نظام التحويل الكهربائي.
وفي السنوات الأخيرة؛ فإنه تم إجراء بحث مكثف على تكنولوجيا تخزين الطاقة المعيارية متعددة المستويات، بحيث يمكن أن يؤدي تغيير جسر (IGBT) من الوضع المتوازي إلى الوضع المتسلسل إلى زيادة قدرة محولات تخزين القدرة الكهربائية بشكل ملحوظ.
لذلك؛ فإن القدرة الإجمالية لـ (Langli BESS) هي (24 ميغاوات / 48 ميغاوات) في الساعة، وهي تتألف من (24) كابينة (PCS) و (24) كابينة بطارية وكابينة تحكم رئيسية وكابينة (10) كيلو فولت، بحيث تتكون الكابينة بقدرة (10) كيلو فولت من ثلاثة أقسام متصلة بنقطة تفرع (10) كيلو فولت للنقطة الأولى والنقطة الثانية على التوالي “لمحطة لانجلي” الفرعية المجاورة بجهد (220) كيلو فولت.
كما أن كابينة (PCS) موزعة بشكل موحد على الأقسام الثلاثة لنقطة تفرع (10- kV)، ومخطط الأسلاك لكل ناقل هو نفسه مع بعضه البعض باستثناء محول محطة آخر متصل بالنقطة الثالثة، وذلك كما هو موضح بالشكل التالي (1)، حيث أن الأسلاك الرئيسية للنقطة الأولى، كما ويمكن ملاحظة أن كل كابينة (PCS) تتكون من اثنين من (VSCs) ومحول من النوع الجاف.
كذلك تحتوي كل كابينة بطارية على مجموعتين من البطاريات، أي أن المحطة بأكملها تحتوي على (48) (VSCs) و (48) بطارية مع (500) كيلوواط من الطاقة المقدرة لكل (VSC)، كما يمر تكوين مجموعة البطاريات عبر خمسة مستويات، وهي خلايا البطارية ووحدات البطارية وحزم البطاريات ومجموعات البطاريات ومكدسات البطاريات.
كما يبلغ الجهد الاسمي لوحدة البطارية المكونة من (12) خلية بطارية في اتصال متسلسل متوازي، حوالي (13.2) فولت، أي ثلاث وحدات بطارية متصلة في سلسلة لتشكيل حزمة بطارية، كما يبلغ الجهد الاسمي منها حوالي (40) فولت، كما يتكون من (18) حزمة بطارية متسلسلة، وبالتالي؛ فإن الجهد الاسمي لكل مجموعة يبلغ حوالي (710) فولت، وهناك (6) مجموعات بطاريات متصلة بالتوازي لتشكيل كومة بطارية، والتي تبلغ الطاقة المقدرة (500) كيلو واط والتيار المقنن حوالي (700) أمبير.
أيضاً يتم استخدام وضع التحكم المركزي في (Langli BESS)، بحيث يتم استخدام نظام إدارة الطاقة (EMS) و (PCS) ونظام إدارة البطارية (BMS) بشكل مشترك لمراقبة حالة البطارية، كما يمكن لـ (BMS) جمع وتحليل معلمات الحالة لوحدات البطارية، بما في ذلك جهد البطارية والتيار الكهربائي ودرجة الحرارة ومقاومة العزل وما إلى ذلك.
كما تعتبر (PCS) بمثابة عاكس تخزين الطاقة، بحيث يدرك استراتيجيات التحكم في تحويل التيار المتردد الى التيار المستمر، كما يستخدم نظام الإدارة البيئية بشكل أساسي لجمع ومعالجة بيانات التشغيل لتحليل محطات طاقة تخزين الطاقة والتحكم فيها، لذلك تتوافق أنظمة (BMS) ، (PCS) ، (EMS) مع مجموعة بطاريات و (VSC) والمحطة بأكملها على التوالي.
كذلك يتم استخدام بروتوكول (IEC 61850) بشكل كبير في اتصالات (EMS) في الوقت الفعلي مع أجهزة الكمبيوتر بالكامل لتلبية التشغيل المتزامن للمحطة بأكملها، كما أنه يتيح الاستجابة السريعة لأوامر التحكم في الطاقة النشطة والمتفاعلة من المرسل وفصل الحمل المحلي والدقيق أنظمة التحكم، وفي الوقت نفسه يساعد بروتوكول (IEC 61850) على الاتصال في الوقت الفعلي بين (EMS) و (BMS) لجمع معلمات حالة التشغيل ومعلومات الإنذار لكل مجموعة بطارية.
لذلك يكون نظام (PCS) مسؤولاً عن تنفيذ أوامر الطاقة ويكون (EMS) مسؤولاً عن أمر الطاقة العادي، وعندما تكتشف (BMS) رسالة غير طبيعية لمكدس البطارية؛ فإنه سيتم إرسال الإنذار إلى (PCS) و (EMS) على الفور، لذلك يمكن لـ (PCS) و (EMS) أيضاً تنفيذ التعليمات المقابلة.
استراتيجية التحكم في حالات الطوارئ لـ (BESS)
تم تجهيز (Langli BESS)، والموضح في الشكل التالي (2) بخزانة (SNLIT)، حيث يتم تثبيت (PCS-992B SNLIT) ومحول بروتوكول (MUX-02E 2M)، ومن ناحية أخرى؛ فإنه يتم توصيل (SNLIT) بشاشة (A / B) لنظام التحكم الدقيق في فصل الأحمال عن طريق محول بروتوكول (2M) وشبكة بيانات الطاقة، ومن ناحية أخرى؛ فإنه يتحكم (SNLIT) في (48) قطعة ويتواصل مع (EMS) من خلال كابلات الشبكة الكهربائية.
وكما هو موضح في الشكل التالي (3)، كما ويجمع (SNLIT) لـ (BESS) تغيير الحد الأقصى الحالي للقدرة القابلة لإعادة الشحن التي يرسلها (EMS)، بحيث تنقل (48) قطعة متصلة تعليمات العمل إلى (EMS) و (PCS) بعد تلقي تعليمات (PLSCS) المتفوقة، كما يتم وصف هيكل نظام التحكم في الطوارئ بالكامل على النحو التالي:
عند استقبال إشارة الإجراء (SNLIT)؛ فإنه يحظر (EMS) أوامر الشحن الخاصة بـ (PCS) على الفور ويتم تفريغ كل جهاز كمبيوتر شخصي بأقصى طاقة لمدة ثانية واحدة في أقرب وقت ممكن، وبعد ذلك؛ فإنه يتم تشغيل (EMS) بأقصى طاقة قابلة لإعادة الشحن وفقاً لنظام (PCS) وحالة البطارية حتى القيمة الحدية لحالة الشحن (SOC)، وخلال هذه الفترة إذا تلقى (EMS) إشارة إعادة التعيين من (SNLIT)؛ فسيتحكم (AGC) أو (AVC) في تشغيل (BESS).
