الجهد الجانبي للتيار المستمر في الطاقة الهجينة AC / DC

تحليل الجهد الجانبي للتيار المستمر في الطاقة الهجينة

لم تعد شبكة توزيع طاقة التيار المتردد التقليدية قادرة على تلبية متطلبات الوصول الفعال لمصادر التيار المستمر مع الوصول المستمر للطاقة المتجددة الموزعة، بحيث يمكن أن يؤدي استخدام وضع التيار المتردد / التيار المباشر بدلاً من شبكة توزيع التيار المتردد التقليدية إلى حل شامل لإمدادات الطاقة وطلب استهلاك الطاقة للمصدر والحمل,

كما يمكن لنظام توزيع التيار المباشر أن يقلل من عدد محولات الطاقة والخسارة الناتجة ولا توجد مشاكل في استقرار التردد والطاقة السلبية في نظام توزيع التيار المباشر، بحيث تم إجراء أبحاث حول بنية النظام ومحاكاة النمذجة والحماية من الأخطاء وتنسيق العزل والتقنيات الأخرى ذات الصلة لأنظمة التوزيع الهجين (AC / DC) نظراً للمشكلات المذكورة أعلاه.

ومع تطور أجهزة طاقة أشباه الموصلات، مثل مدخل “إيقاف الثايرستور” (GTO) و”الترانزستور ثنائي القطب المعزول بالبوابة” (IGBT)، كما أنه يتم تطبيق محول الحالة الصلبة (SST) المكون من أجهزة القدرة بشكل تدريجي في نظام النقل والتوزيع الكهربائي، بحيث تسهل خصائصها متعددة المنافذ “الربط البيني” لمستويات مختلفة من شبكات توزيع التيار المتردد والتيار المستمر.

كما وتمكن من ترحيل ثنائي الاتجاه للطاقة بين شبكة توزيع التيار المستمر والشبكات الأخرى وذلك للتحكم بمرونة في تدفق الطاقة في شبكة التوزيع، ومع ذلك؛ فإن السعة الزائدة للجهد والتيار الكهربائي الزائد للأجهزة الإلكترونية للطاقة التي تشكل (SST) محدودة، بحيث يجب أن ننتبه إلى خصائص الخطأ وتنسيق العزل لنظام التيار المتردد / التيار المستمر كما هو الحال في نظام التيار المتردد، وذلك لتجنب الضرر الذي يلحق بسلامة وموثوقية النظام في حالة حدوث خطأ.

ومع التطور المتواتر والمستمر لتقنية الجهد العالي (UHV)، كان هناك بعض الأبحاث والتجارب حول خصائص الجهد الزائد وتنسيق العزل لمشروع نقل (UHVDC)، لذلك يتم تحليل الخصائص وآلية التوليد والعملية الديناميكية للجهد الزائد للتيار المستمر الناجم عن خطأ الخط عند الإرسال القريب لمحطة التحويل في مشروع (Zhangbei Rouzhi).

أيضاً يتم تحليل عطل الكبل في شبكة التيار المستمر القائمة على (VSC) بالتفصيل، كما ويتم تحديد أخطر طور العطل الذي يجب تجنبه. تم إنشاء نموذج نظام (HVDC) للمحول المعياري متعدد المستويات (MMC)، كما وتمت دراسة الخصائص المؤقتة للنظام بما في ذلك أنواع مختلفة من أنماط الأعطال، لذلك تم تحليل خصائص تبديل الجهد الزائد ومناقشتها بالتفصيل بما في ذلك العوامل المؤثرة الرئيسية وظروف أسوأ الحالات في محطة محول (UHVDC ± 1100) كيلو فولت.

فيما بعد تم استخدام أنظمة حماية أو تحكم مختلفة بناءً على خصائص الجهد الزائد لـ (MMC) في نظام (HVDC)، بحيث يتم تطبيق طرق مختلفة للحد من الجهد الكهربائي الزائد للإضاءة أو الجهد الزائد الديناميكي في خطوط التيار المستمر ومن بينها استخدام الموانع طريقة فعالة لقمع الجهد الزائد.

لذلك يُظهر أن التطبيق المكثف للمانعات في خطوط التيار المستمر قد نجح في حل مشكلة البرق الزائد في الصين، بحيث تمت دراسة آلية الجهد الزائد العابر الناتج عن خطأ من جانب التيار المستمر إلى الأرض في خطوط (MMC-HVDC) المتصلة بالكابلات وتكشف النتائج أن الموانع ضرورية في النظام للحد من الجهد الزائد العابر.

هيكل النظام الهجين AC / DC

تم تطوير نظام هجين (AC / DC)، وذلك بهدف الاستهلاك الموثوق للطاقة المتجددة الموزعة والطلب الاقتصادي للطاقة لحمل التيار المستمر، كما وتظهر طوبولوجية في الشكل التالي (1)، وذلك بالنسبة للنظام الهجين (AC / DC)، بحيث تشتمل معداته الرئيسية على (SST)، وكذلك وحدة التحكم في تيار الخطأ ( FCC) الكهروضوئية (PV)، طاقة الرياح، تخزين الطاقة، الضوء والحرارة، حمل تكنولوجيا المعلومات.

تحليل خصائص الجهد الزائد للتيار المستمر

في هذا القسم، تتم مناقشة آلية توليد الجهد الزائد على جانب التيار المستمر بناءً على نظام كهربائي هجين (AC / DC) الوارد في القسم أعلاه، بحيث يتم الحصول على خصائص الجهد الزائد عندما يحدث خطأ ماس كهربائي من قطب إلى قطب في نظام (10kV DC و ± 375V DC) على التوالي.

آلية توليد الجهد الزائد على جانب التيار المستمر

هناك سببان للجهد الزائد على جانب التيار المستمر من نظام التوزيع الهجين (AC / DC) أحدهما هو الجهد الزائد الذي يتم تمريره من جانب خطأ التيار المتردد إلى جانب التيار المستمر والآخر هو الجهد الزائد الناتج عن خطأ في خط التيار المستمر، وفي هذا الطرح، نقوم بتحليل الجهد الزائد الناتج عن خطأ التيار المستمر، وعندما يحدث خطأ في جانب (DC)، لذلك سوف يمر (SST) بثلاث مراحل.

في المرحلة الأولى وفي بداية الخطأ، يكون جهد التيار المستمر (udc) أكبر من جهد الخط الجانبي للتيار المتردد وسيفقد تيار خطأ خط التيار المستمر بشكل أساسي من مكثف التيار المستمر إلى نقطة الفشل، كما أن دائرة التفريغ لـ (SST) موضحة في الشكل التالي (2)، كذلك تفريغ مكثف التيار المستمر هو عملية تذبذب منخفضة التخميد من الدرجة الثانية لأن القيمة الصغيرة لمقاومة الحلقة والجهد المكثف سوف ينخفض إلى الصفر، ويمكن التعبير عن العملية الديناميكية في هذه المرحلة على النحو التالي:

حيث (R ،L ،C) هي مقاومة الحلقة والحث والسعة على التوالي.

في المرحلة الثانية، وعندما ينخفض (udc) إلى جهد الخط الجانبي للتيار المتردد، بحيث سيبدأ مصدر طاقة التيار المتردد في ضخ تيار خطأ إلى نقطة الخطأ من خلال الصمام الثنائي ذي العجلات الحرة، وفي هذا الوقت، يعتمد توصيل الصمام الثنائي على مبدأ التبديل الطبيعي لجسر المعدل غير المتحكم فيه، لذلك يمكن تسمية هذه العملية بمرحلة التوصيل الطبيعي للديود.

وفي هذه المرحلة، يكون المكثف والمحث في حالة تناوب الشحنة والتفريغ، وخلال هذه العملية سيظهر جانب التيار المستمر لمحطة المحول ظاهرة الجهد الزائد، وحتى يتم فتح محطة المحول يعود جهد التيار المستمر تدريجياً إلى المستوى الطبيعي، بحيث يوضح الشكل التالي (3) مسار تدفق تيار الخلل في مرحلة التوصيل لاستبدال الصمام الثنائي الطبيعي.

في المرحلة الثالثة؛ فإنه يمكن تقسيم هذه المرحلة إلى جزأين، وهما الدائرة القصيرة ثلاثية الطور والتفريغ الجانبي للتيار المستمر، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي، كما سيحافظ التبديل الطبيعي للديود والتوصيل الكامل على حالة متناوبة مستمرة، في حين أن تيار العطل الكلي ومستوى الجهد سينخفض تدريجياً ويميل أخيراً إلى أن يكون مستقراً.

وفي هذه المرحلة، يتأثر التيار في المحول بتيار الدائرة القصيرة ثلاثي الأطوار في جانب التيار المتردد والتيار المستمر لمفاعل الدائرة القصيرة في جانب التيار المستمر في نفس الوقت، مما يؤدي إلى زيادة حادة في التيار والجهد الزائد.