اقرأ في هذا المقال
- الغرض من ضبط القصور الذاتي للشبكات الكهربائية الضعيفة
- إعدادات نظام الطاقة لتوصيل المحولات الالكترونية وكبح القصور الذاتي
يتم دمج مصادر الطاقة المتجددة (RES) على نطاق واسع في توليد الطاقة لتعويض الوقود الأحفوري من أجل تقليل انبعاثات الكربون، وعادة ما يتم دمج توليد الطاقة القائم على (RES) في شبكة الطاقة من خلال محولات الطاقة الإلكترونية، بحيث تفصل هذه المحولات المصدر عن الحمل دون توفير القصور الذاتي.
الغرض من ضبط القصور الذاتي للشبكات الكهربائية الضعيفة
لقد زاد توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة (RES) بشكل كبير لتقليل انبعاثات الكربون وتعزيز استدامة الطاقة، بحيث يتم توصيل (RES) مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بالشبكة من خلال محولات الطاقة الإلكترونية، كما تقوم محولات الطاقة الإلكترونية بفصل المصدر عن الحمل الكهربائي، كما إن الزيادة في توليد الطاقة (RES) المستند إلى المحول الإلكتروني للطاقة يحتفظ بقصور ذاتي منخفض أو معدوم.
وبالتالي بدأ استقرار شبكة الطاقة في الانخفاض بسبب انخفاض القصور الذاتي، وفي أنظمة الطاقة التقليدية تكون الطاقة الحركية المخزنة في المولد المتزامن (SG) مسؤولة عن مواجهة اختلالات الطاقة من خلال الاستجابة بالقصور الذاتي، بحيث يقوم (SG) بحقن أو امتصاص الطاقة النشطة عندما يحدث عدم توازن الطاقة من خلال الاستجابة بالقصور الذاتي لتنظيم التردد الكهربائي.
ومع ذلك؛ فإن القصور الذاتي المنخفض في نظام الطاقة يؤدي إلى انحرافات تردد كبيرة ومعدل مرتفع لتغيير التردد (ROCOF) في ظل أحداث التردد، كذلك قد يؤدي هذا الموقف إلى فصل الأحمال وتعثر المرحل الوقائي وفشل التتابع تم اقتراح العديد من الطرق في الدراسات، ولمعالجة مشكلة القصور الذاتي المنخفضة في شبكة الطاقة.
كذلك يتمثل أحد الحلول الأساسية في زيادة معايير (ROCOF) لتجنب تعثر المولد تحت أحداث التردد، بحيث تتطلب زيادة معيار (ROCOF) اختبار مولد ينطوي على تكاليف عالية، وهناك حل آخر محتمل لمعالجة مشكلة القصور الذاتي المنخفضة هو استخدام مكثفات متزامنة في النظام، وذلك على الرغم من أن استخدام المكثف المتزامن محدود بسبب تكلفة تركيبه العالية.
التوصيات التي اشتملت على تقنيات التحكم بالقصور الذاتي للشبكات
فيما بعد تمت التوصية بالعديد من تقنيات التحكم في القصور الذاتي (EIC) لمحولات الطاقة الإلكترونية لتكرار خصائص القصور الذاتي (SG)، بحيث تُعرف تقنية التحكم الناشئة لتنظيم التردد في أنظمة طاقة القصور الذاتي المنخفضة باسم (EIC، كما تم أخذ النموذج الرياضي الكامل لـ (SG) لبناء (EIC) في الشبكة الصغيرة المستقلة ووحدة التحكم مما أدى إلى عدم الاستقرار العددي.
كذلك تم دراسة تقنية (EIC) المطبقة على العاكس الكهروضوئي بناءً على معادلة التأرجح، كما تم تصميم محول التزامن لمحاكاة القصور الذاتي لـ (SG) باستخدام النموذج الرياضي من الدرجة الأولى لـ (SG)، بحيث يعتبر نموذج (SG) من تصنيف الدرجة الثانية لتصميم خوارزمية التحكم على الرغم من أن حساب (ROCOF) يؤدي إلى تعقيد الخوارزمية.
أثر استخدام تقنيات التحكم بالقصور الذاتي على توربينات الرياح
توفر توربينات الرياح (WT) طاقة حركية في كتلتها الدوارة المماثلة لـ (SG)، وذلك على الرغم من ارتباط (WT) بالشبكة من خلال محول إلكتروني للطاقة؛ إلا أن كتل الغزل هذه تنفصل عن التردد، وعادةً لا توفر (WT) دعم القصور الذاتي للشبكة، بحيث يتم استخدام تقنية التحكم في القصور الذاتي في محول طاقة (WT) لاستخراج الطاقة الحركية المتراكمة في دواران (WT) لتوفير استجابة بالقصور الذاتي للشبكة.
كذلك يتم تقدير القدرة بالقصور الذاتي المطلوبة بانحراف التردد فقط، بحيث يتم توصيل المكثف الكهربائي الفائق (SC) بتفرع (DC) لتمكين ميزة الاستجابة بالقصور الذاتي في (WT)، كما استكشف الباحثون ميزة الخدمة الإضافية بالقصور الذاتي لنظام أحادي الطور على السطح باستخدام البطارية و (SC)، لذلك تم تحقيق استجابة القصور الذاتي للبطارية.
ومع ذلك؛ فإن استخدام البطاريات منخفضة الطاقة لتعويض الاضطرابات المفاجئة يؤثر على عمر البطارية، وعلاوة على ذلك؛ فإن استخدام (SC) في الاستجابة بالقصور الذاتي مقبول، بحيث يؤخذ في الاعتبار انحراف التردد فقط لتقدير القدرة بالقصور الذاتي، كما ويتم توفيره بواسطة (SC)، ومع ذلك يجب تضمين كل من انحراف التردد و (ROCOF) في تقدير القدرة بالقصور الذاتي لتحسين القصور الذاتي للشبكة الكهربائية.
إعدادات نظام الطاقة لتوصيل المحولات الالكترونية وكبح القصور الذاتي
يوضح الشكل التالي (1) تفاصيل الرسم التخطيطي للنظام الكهروضوئي المقترح المتصل بالشبكة جنباً إلى جنب مع القصور الذاتي المجهز بنظام (IESC)، بحيث يتم توصيل محول تعزيز التغذية الكهروضوئية بالشبكة من خلال عاكس (1) وفلتر (LCL)، بحيث تم تصميم مرشح (LCL) لتصفية التوافقيات عالية الرتبة للاحتفاظ بالتشوه التوافقي الكلي ضمن نطاق مقبول.
كذلك يؤخذ تيار التموج والجهد الكهربائي التشغيلي في الاعتبار عند اختيار قيم المرشح، كذلك العاكس ثلاثي الأطوار القائم على (PV)، والذي يكون متصل بالشبكة كعاكس لتغذية الشبكة، ومن أجل الحفاظ على الاستقرار في ظل الاختلالات؛ فإنه من الضروري تحسين القصور الذاتي لشبكة الطاقة الحالية.
نمذجة نظام (PV)
في النمذجة الكهروضوئية، يعتبر نموذج الخلية الكهروضوئية أمراً حيوياً لأن أداء النظام الكهروضوئي يعتمد بشكل أساسي على خصائص الخلية الدقيقة، ومن أجل تحديد خصائص الخلية؛ فإن هناك طريقتان للنمذجة الأولية، وهي نموذج الصمام الأحادي ونموذج ثنائي الصمام، بحيث تم استخدام النموذج الخاص بالصمام الثنائي المفرد لتقليل الغموض، وذلك كما يظهر بالشكل التالي (2).
نمذجة المكثفات الفائقة
المكثفات الفائقة هي أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية التي توفر كثافة طاقة عالية، بحيث تُستخدم تقنية تخزين (SC) لتقديم الدعم بالقصور الذاتي نظراً لامتلاكها وقت استجابة سريع وكثافة طاقة عالية وعمر دورة أكبر، كما تعتمد القدرة على اختيار جهاز (supercapacitor) على مستوى الطاقة المناسب ومعدل الجهد والفاصل الزمني لإمداد الطاقة العابر.
نمذجة الشبكة الكهربائية
في هذه الدراسة تعتبر الشبكة شبكة ضعيفة، وعادة يتم تقييم قوة الشبكة من خلال نسبة الدارة القصيرة (SCR).
نظام التحميل المحلي المتغير في (PCC)
في شبكة الطاقة الحقيقية؛ يتقلب الحمل باستمرار، وبالتالي في هذا العمل يتنوع الطلب في وقت معين، بحيث يتكون الحمل في (PCC) من حملين، منها حمولتان أحدهما ثابت وحمل آخر هو حمولة متغيرة تعمل في فترة زمنية معينة.
القصور الذاتي لنظام الطاقة
يتم استخراج القصور الذاتي لنظام الطاقة من الطاقة الحركية المخزنة في الأجزاء الدوارة لأنظمة الطاقة التقليدية، بحيث تعمل الطاقة الحركية لهذه الآلات الدوارة الضخمة كممتص للصدمات لمنع تردد الشبكة من الانخفاض بسرعة كبيرة عندما يتجاوز الطلب العرض أو يرتفع بسرعة كبيرة عندما يتجاوز العرض الطلب.
وأخيراً يتم تكوين النظام الكهروضوئي عادةً لحقن الطاقة في الشبكة ولكن ليس لتخزين الطاقة، في حين أن (SC) هي جهاز تخزين الطاقة الثابتة، كما تتميز بكثافة طاقة منخفضة وكثافة طاقة عالية، كذلك تسمح هذه السمة باستخدام (SC) في تطبيقات القصور الذاتي، ومن أجل تحسين القصور الذاتي؛ فإنه من المهم أيضاً توسيع دعم القصور الذاتي من الأجزاء الدوارة إلى (SC) الثابت.
