الطاقة الشمسية الكهروضوئية ثلاثية الأطوار وتخزين UPQC

تحليل الطاقة الشمسية الكهروضوئية ثلاثية الأطوار وتخزين UPQC

الطاقة هي المدخل الأساسي للحياة، حيث أن الكهرباء هي واحدة من الطاقة الهامة بين أشكال الطاقة المختلفة، كما يضمن مرونة الحياة ويتزايد الطلب على هذه الطاقة بسرعة، وفي العقود الأخيرة حقق مصطلح “جودة الطاقة” استجابات ملحوظة من الباحثين، وأهمها في قطاع الهندسة الكهربائية، بحيث يتم الحفاظ على كفاءة الطاقة من خلال تعويض مشاكل جودة الطاقة مما يضمن توليداً سلسٍ للطاقة الكهربائية وتشجيع إزالة الكربون من الشبكة الكهربائية.

وفي ظل الظروف والمتطلبات البيئية المختلفة؛ فإنه يمكن أن يكون لتعريف جودة الطاقة العديد من التفسيرات والدلالات وعلى سبيل المثال، يمكن أن تتأثر الشبكة بالمركبات التوافقية التي تم إنشاؤها بواسطة الأحمال غير الخطية التي تشكل مصدر قلق كبير للمرافق، كما أن الاضطرابات الموجودة في الجهد المزود هي مصدر قلق كبير للمستهلكين.

لذلك يمكن أن يتسبب فقد الطاقة والخصائص غير المرغوب فيها وغير الطبيعية للمعدات بسبب مشاكل الجودة في حدوث تداخل في خطوط اتصالات الطاقة الكهربائية المختلفة وتعطيل المستهلكين، حيث حدد (IEEE-1159) سلوك شكل موجة معياري وصنف نوعاً مختلفاً من الاضطرابات، وهو سيناريو جودة الطاقة المعقد هو اضطراب محدد يتكون من اندماج اثنين أو أكثر من الاضطرابات الفردية، على سبيل المثال التذبذب أو التوافقيات لتشوه فترة زمنية صغيرة مثل الارتخاء أو الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي.

كما تعد اضطرابات الجهد مثل التوافقيات والتضخم والارتخاء مسئولة عن تعثر المعدات مثل الأحمال الحساسة ويمكن أن تكون العواقب ضارة بالمنشآت الصناعية، على سبيل المثال إنهاء العملية الصناعية، وهذه السيناريوهات مألوفة في الصناعة مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية عالية، وذلك للتغلب على هذا الموقف، بحيث يتم تثبيت أجهزة التخفيف من سلسلة (APF) من قبل العملاء الصناعيين لتأمين مصنعهم من الاضطرابات القادمة من الشبكة الكهربائية.

كما يتزايد استخدام مكونات إلكترونيات القدرة بسرعة في المصانع الحديثة مما يؤدي إلى توليد التوافقيات والحمل الحساس في النظام، ولهذا السبب ، يتم تنفيذ تحويلات (APF) للتغلب على المشكلات، لذلك تم إنشاء اتجاه جديد لتحقيق أغراض مزدوجة، أولاً خدمة المرافق وثانياً إفادة العملاء، بحيث تكمن أهمية هذا الاتجاه في الحماية في وقت واحد لكل من المرافق والعملاء بحيث يتم حماية المكونات الحساسة من الاضطرابات في الجهد الكهربائي.

ولتقليل التشوه الذي يتم اختراقه للمرافق من خلال الأحمال التي يستخدمها العملاء، لذلك يتكون نموذج (UPQC) من معوض (APF) على التوالي وتحويل في تكوين من الخلف إلى الخلف يمكنه التحكم في كل من جهد الحمل وتيار الشبكة في نفس الوقت، بحيث يزيد الاتجاه الحالي للشبكات الصغيرة والجيل الموزع من اهتمام الباحث بالعمل على (UPQC).

وبالإضافة إلى ذلك، لذلك كان هناك قلق متزايد بشأن استخدام مصادر الطاقة المتجددة، وانخفاض الاعتماد على استنفاد مصادر الوقود الأحفوري، مما تسبب أيضاً في الاحتباس الحراري، كما أن هناك ضرورة لأنظمة الطاقة المتجددة، والتي تعمل أيضاً على تحسين جودة الطاقة ولديها أيضاً إمكانية التشغيل أثناء عدم توفر الشبكة الكهربائية.

بناء النظام الخاص بالطاقة الشمسية الكهروضوئية ثلاثية الأطوار

يتم عرض بناء (PV-BESS-UPQC) في الشكل التالي (1)، كما تم تصميم النظام الكهربائي ثلاثي الطور لنموذج (PV-BESS-UPQC)، بحيث يتكون (PV-BESS-UPQC) من معوض (APF) متسلسل وتحويل مرتبط بمكثف تقسيم (DC-link)، كما ترتبط البطارية ومجموعة الكهروضوئية بشكل متوازي مع وصلة (DC)، بحيث يتم ربط (PV) من خلال محول دفعة إلى (DC-link).

علاوة على ذلك؛ بحيث يتم ربط (BESS) من خلال محول (buck-Boost) إلى (DC-link)، كما يعمل المعوض المتسلسل مثل طريقة مصدر الجهد المتحكم فيه ويخفف من ترهل جهد الإمداد وتضخم وانقطاع وتناسق الجهد الكهربائي، ومن ناحية أخرى يخفف معوض التحويل التوافقيات الحالية للحمل الكهربائي، كما يتم توصيل كل من معوض (APF) المتسلسل والتحويل من خلال محاثات توصيل.

وبسبب تحويل المحول، يتم إنشاء التوافقيات، وبالتالي يتم استخدام مرشح التموج لتصفية التوافقيات، كما يستخدم المعوض المتسلسل محول حقن متسلسل لإدخال الجهد إلى الشبكة، وفي هذا العمل يتم استخدام حمولة غير خطية من ثلاث مراحل، كما يبدأ إجراء تصميم (PV-BESS-UPQC) بالقياس الدقيق للمصفوفة الكهروضوئية والمكثف المنفصل والجهد المرجعي لوصلة (DC) كذلك مجموعة (PV).

ونظراً لأن المصفوفة الكهروضوئية متصلة بوصلة (UPQC DC) مباشرة، كما يتم إنشاء المصفوفة الكهروضوئية بطريقة تجعل جهد نقطة الطاقة القصوى (MPP) مكافئ لجهد كهربائي وارتباط (DC) المرجعي، وخلال الظروف الاسمية يضمن تصنيف الصفيف الكهروضوئي أن يتم تسليم الطاقة النشطة للحمل من خلال المصفوفة الكهروضوئية ويتم توفير الطاقة للشبكة وشحن (BESS) بواسطة مجموعة (PV) أيضاً.

وإلى جانب ذلك، تم تصميم (BESS) بطريقة، وخاصةً عندما تولد المصفوفة الكهروضوئية طاقة أقل من طلب تحميل وصلة (DC)، كما توفر (BESS) الطاقة غير الكافية المكافئة لانخفاض جهد وصلة (DC)، وعلاوة على ذلك، عندما لا توجد طاقة تنتجها مجموعة (PV)؛ فإن (BESS) ستوفر إجمالي الطلب على الحمل الكهربائي.

التصميم الخاص بـ (UPQC)

حجم الجهد (DC-Link): تعتمد القيمة الدنيا لجهد رابط (DC ، Vdc ، min) على جهد الطور للنظام، كما يجب أن يكون حجم الجهد لوصلة (DC) ضعف قيمة الذروة لجهد الطور الكهربائي للإمداد، كما تُعطى معادلة (Vdc، min) على النحو التالي:

حيث أن:

(m): مؤشر عمق التشكيل المعين كـ (1 ، VLL).

(rms): تشير إلى جهد الطور للشبكة التي تم تحديدها على أنها (400Vrms)، والتي تعتبرها هيئة الطاقة الماليزية وفقاً لمعيار (IEC)، لذلك يتم الحصول على (Vdc ، min) كـ (653.2V لـ VLL)، كم تعتبر جذر متوسط التربيع من (400Vrms)، والجهد (DC-link)، بحيث يتم اختيار (Vdc) على أنه (700-V) بعد النظر في قيمة (PV-BESS) كمصدر خارجي لوصلة (DC).

قيمة مكثف (DC-Link): يتم عرض معادلة مكثف (DC-link) على النحو التالي:

هنا يشير (Vph) إلى جهد الطور الكهربائي، كما ويشير (ish) إلى تيار الطور للتحويل (APF)، وكذلك يشير (af) إلى عامل التحميل الزائد ويشير (t) إلى الوقت لتحقيق الحالة المستقرة، وأيضاً (k) إلى تباين الطاقة أثناء الحالة الديناميكية و (Vdc) هي مجموعة تشير الجهد الذي يعادل الجهد المرجعي و (Vdc)، كما يشير (min) إلى الحد الأدنى من الجهد المطلوب لوصلة (DC).

كما أن الجهد الأدنى المحسوب لوصلة [(DC ، Vdc ، min = 677.69V)  Vdc]، كما أن بيانات المجموعة هي  (700V ، Vph = 230.9V ، ish = 57.5A ، t = 30ms ، af = 1.2)، كما وتغير الطاقة الكهربائية أثناء الديناميكيات = [10٪ (ke = 0.1)] والقيمة المقاسة لـ (Cdc)، كذلك دقيقة هي بحوالي (9330.28 μF) وتقريباً (9400 μF)، وبعد ذلك يتم ضبط مكثفتين منفصلتين على (4700 μF) لكل منهما.