تجانس تقلبات الطاقة الكهروضوئية لنظام التوليد الكهربائي

أهمية تجانس تقلبات الطاقة الكهروضوئية لنظام التوليد الكهربائي

من أجل بناء نظام طاقة مستدام، اجتذبت الطاقة الشمسية كشكل من أشكال الطاقة المتجددة منخفضة الكربون والصديقة الاهتمام في جميع أنحاء العالم، ومع ذلك قد تؤدي طاقة الخرج للأنظمة الكهروضوئية، وهي تقلبات قوية وخصائص متقطعة، وذلك بسبب التغير المتكرر في الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة إلى تقلبات الجهد الكهربائي ووميض الجهد وتقلبات الطاقة الجانبية للشبكة الكهربائية وتقلبات التردد الكهربائية,

لذلك، تتسبب مصادر الطاقة الكهروضوئية في عدم استقرار طاقة الشبكة وضعف جودة الطاقة عندما تخترق كميات كبيرة من الطاقة الكهروضوئية شبكة الطاقة، ومن أجل زيادة نفاذية توليد الطاقة الكهروضوئية وتقليل تأثير تقلبات الطاقة، كما تتطلب هيئة الطاقة الكهربائية في بورتوريكو (PREPA) وشركة (State Grid Corporation) في الصين أن يكون نطاق تقلبات الطاقة القصوى لمحطة الكهروضوئية أقل من (10٪) لكل دقيقة من قدرتها المركبة.

في بعض المناطق التي تتوافر فيها موارد المياه والطاقة الشمسية، تم بناء العديد من محطات الطاقة الكهروضوئية الصغيرة والمتوسطة الحجم والمحطات الكهرومائية، لذلك يجب أن نجمع بشكل عقلاني بين هذين المصدرين من مصادر الطاقة لبناء نظام توليد تكميلي للطاقة الكهروضوئية والذي يمكنه بشكل فعال قمع تقلبات الطاقة الكهروضوئية وتحسين الفوائد الاقتصادية الكهروضوئية والمائية بالكامل.

ومن المعروف أن التخزين بالضخ هو نوع من تقنيات التخزين الأكثر نضجاً وفعالية من الناحية الاقتصادية، والتي يمكنها تخزين كميات كبيرة من الطاقة غير المتوقعة لتجنب مشاكل استقرار الشبكة الكهربائية، وفي السنوات الأخيرة ونظراً للتطور السريع لتكنولوجيا التحكم وانخفاض سعر الأجهزة الإلكترونية للطاقة، أصبحت تقنية التخزين بالضخ متغير السرعة اتجاهاً هاماً لتطوير محطة التخزين التي يتم ضخها.

وبالمقارنة مع وحدات السرعة الثابتة التقليدية، تتميز الوحدات المتغيرة السرعة بمزايا تشمل السرعة والكفاءة العالية والمرونة والموثوقية في التشغيل والتنظيم، لذلك أصبح استخدام المعايير الأساسية الموحدة و (VSPSS) لتقليل تأثير تقلبات الطاقة المتجددة على التشغيل المستقر لشبكة المرافق اتجاهاً متزايداً.

وصف النظام الخاص تجانس تقلبات الطاقة الكهروضوئية

يوضح الشكل التالي (1) هيكل النظام لنظام توليد (CH-PV-PS) في مقاطعة (Xiao Jing)، مقاطعة (Sichuan China)، والذي يتضمن محطة طاقة (PV) وثلاثة (CHSs) و (VSPSS) مع (FSC)، كذلك جميع المحطات متصلة بناقل تيار متردد بجهد (220) كيلو فولت، ثم بحافلة (500) كيلو فولت تربط شبكة النقل من خلال محول تعزيز.

كما يقوم نظام إدارة الطاقة (EMS) بمعايرة نقاط ضبط توليد الطاقة الخاصة بـ (VSPSS) و (CHS) من خلال قوة الخرج (PPV) المقاسة في الوقت الحقيقي لمحطة الطاقة الكهروضوئية والطاقة المتوقعة على المدى القصير للغاية (PPred)، وبالتالي يمكن الإشارة إلى طاقة الخرج المتجانسة لنظام توليد (CH-PV-PS) بأكمله لشبكة النقل الكهربائية على أنها (Psmooth).

استراتيجية التجانس وتعريف تقلبات الطاقة الكهروضوئية

يوضح الشكل التالي (2) الرسم التخطيطي لاستراتيجية التحكم لتنعيم التقلبات الكهروضوئية في نظام توليد (CH-PV-PS)، وهنا تكون (Pj) هي القوة الأساسية المثلى لـ (VSPSS) و (Pm) هي القوة المستهدفة للإخراج المشترك لـ (PV-PS)، كما يتم تحلل إشارة الطاقة الفعلية لـ (PV) وإعادة بنائها بواسطة (CEEMDAN) الضبابي لتحديد الطاقة المستهدفة (Pm) للإخراج المشترك لـ (PV-PS) في المرة القادمة.

كما تم حل نموذج التحسين للقوة الأساسية لـ (VSPSS) باستخدام خوارزمية (MADS) من أجل الحصول على (Pj)، كما يتم حساب الطاقة المثالية (PdFSC) لـ (VSPSS) على النحو التالي:

وبعد ذلك يتم الحصول على القدرة الفعلية (PFSC) لـ (VSPSS)، وذلك عن طريق استخدام محدد القدرة الذي يظهر المبدأ في الشكل التالي (3)، وهنا تكون (Pl.low) هو الحد الأدنى لتغير طاقة (VSPSS) و (Pl.up) هو الحد الأعلى لتغير قدرة (VSPSS)، كما يتم حساب تعليمات الطاقة لـ (CHSs) على النحو التالي:

كما يتم حساب طاقة الخرج المتجانسة لنظام التوليد (CH-PV-PS) على النحو التالي:

تعريف تقلبات الطاقة الكهروضوئية

في هذه الطرح تتم مناقشة تذبذب الطاقة الكهروضوئية في دقيقة واحدة، كما يمكن تعريف تقلبات القدرة على أنها الفرق بين القيمة الدنيا والقيمة القصوى للقوة المقاسة في فترة مقسومة على الفترة، وهي الفترة (1) دقيقة، وهنا يشير [PPV (t)] إلى قيمة الطاقة لمحطة الطاقة الكهروضوئية في الوقت (t)، كما ويشير [Psmooth (t)] إلى طاقة الإخراج السلس لنظام توليد (CH-PV-PS) في الوقت (t).

كذلك يتم تعريف تقلبات الطاقة الكهروضوئية قبل وبعد التجانس على أنها [ΔPPV (t)] و [Psmooth (t)] على التوالي، ووفقاً لبيانات (PPv) و (Psmooth)، كما يمكن حساب [ΔPPV (t)] و [ΔPsmooth (t)] على النحو التالي:

حيث أن:

[Pmax ، PV (t) ، Pmin ، PV (t)]: هي القيم القصوى والدنيا للقوة قبل التنعيم على التوالي.

[Pmax ،smooth(t) ، Pmin]: هي القيم القصوى والدنيا للقوة بعد التنعيم على التوالي.

[tmax ، tmin]: النقاط الزمنية للقيم القصوى والدنيا للقوة على التوالي.

[[x، y] = max (.)]: هي دالة إرجاع الحد الأقصى للعنصر.

[[x، y] = min (.)]: تُرجع دالة الحد الأدنى للعنصر.

(x ، y): القيم المقابلة والنقاط الزمنية لإرجاع العنصر على التوالي.

(P¯PV و P¯smooth): هما مجموعتي الطاقة لمدة دقيقة واحدة قبل الصقل وبعده على التوالي.

(Δt): هو الفاصل الزمني لأخذ العينات و (Δt = 5s).

استخدام (CEEMDAN) لتحليل إشارة الطاقة الكهروضوئية

توليد الطاقة الكهروضوئية مع تقلبات متقطعة وعشوائية، مما ينتج عنه إشارة طاقة غير ثابتة وغير خطية، كما يمكن لـ (CEEMDAN) التعامل مع هذا النوع من الإشارات جيداً، بحيث يوضح الشكل التالي (4) بيانات التشغيل الفعلية لمحطة الطاقة الكهروضوئية في مقاطعة (Xiao Jing)، مقاطعة (Sichuan China)، في يوم نموذجي، وذلك مع فاصل زمني لأخذ العينات يبلغ دقيقة واحدة، كما تتحلل الإشارة الكهروضوئية الفعلية بواسطة خوارزمية (CEEMDAN) للحصول على جميع أوامر (IMF).

هنا يكون (i = 0.4 ، J = 50)، كما يوضح الشكل التالي (5) جميع (IMFs) لإشارات الطاقة الكهروضوئية.

ترتيب إعادة إعمار (PV- IMF)

كما يتضح من الشكل السابق (5)؛ فإن تردد تقلبات القدرة في أنظمة (IMF) الكهروضوئية ينخفض تباعاً من رتبة أدنى إلى رتبة أعلى، وبالتالي يتم تحديد إعادة بناء صندوق النقد الدولي بتردد أقل كقوة مستهدفة للإخراج المشترك لـ (PV-PS)، وهنا سيكون لأمر إعادة الإعمار K لصناديق النقد الدولية الكهروضوئية تأثير كبير على تأثير التنعيم.

لذلك إذا كانت القيمة كبيرة جداً؛ فسيؤدي ذلك إلى تجانس مفرط. على العكس من ذلك، خاصةً إذا كانت القيمة صغيرة جداً؛ فسيؤدي ذلك إلى تجانس غير كافٍ، لذلك لا تحتاج خوارزمية التحكم الذكي الضبابي إلى نموذج رياضي دقيق للكائن المتحكم فيه، كما وتتميز ببنية بسيطة ومتانة جيدة، ولهذا السبب تقترح هذه الورقة أن تقلب الطاقة الكهروضوئية بعد إعادة البناء يمكن اعتباره قيداً والترتيب (K) الذي يمكن تعديله بشكل تكيفي بواسطة خوارزمية التحكم الضبابي لتحقيق تأثير تجانس أفضل.