أهمية شبكات القدرة الكهربائية والتحكم في Volt / Var

 

لقد تطور توليد طاقة الرياح بسرعة في السنوات الأخيرة، وذلك وفقاً لتقرير عالمي لطاقة الرياح صادر عن المجلس العالمي لطاقة الرياح، بحيث بلغ إجمالي السعة العالمية لطاقة الرياح (486.8) جيجاوات في نهاية عام 2016م، بما في ذلك (54.6) جيجاوات من السعة الجديدة التي تمت إضافتها في عام 2016م، وفي السنوات الأخيرة، هناك زيادة في عدد وقدرة مزارع الرياح الكبيرة (LSWFs) وقواعد مجموعات (LSWF) بترتيب (GW) في الحجم إما قيد الإنشاء أو التخطيط في العديد من البلدان.

 

يحدد التحكم في الفولت أو فار (VVC) استراتيجيات التحكم في الأجهزة المختلفة، مثل منظمات الجهد الأوتوماتيكية في المولدات الكهربائية ومبادلات الصنبور عند التحميل ومكثفات التحويل أو المفاعلات، والتي تُستخدم لتنظيم الطاقة والجهد التفاعلي للطاقة المستهدفة شبكات الكهرباء، كما أنه ضروري للتشغيل الآمن والمستقر والاقتصادي لشبكات الطاقة.

 

ومع ذلك؛ فإن اتصال (LSWFs) بالشبكة يخلق تحديات لـ (VVC)، حيث يعد الإنتاج المتقطع والمتذبذب لمزارع الرياح والنقل لمسافات طويلة قضيتين مهمتين يجب مراعاتهما بالكامل عند استخدام (VVC)، على وجه التحديد؛ فإن التحديات التي جلبتها (LSWFs) إلى (VVC) هي كما يلي:

 

  • زيادة عدم اليقين من تدفق الطاقة والجهد الكهربائي.

 

  • تكثيف تعارضات (VVC) بين شبكات الطاقة المترابطة من التسلسلات الهرمية أو المناطق المختلفة.

 

  • زيادة تشغيل أجهزة (VVC) المنفصلة.

 

 

 

كما يجب تحسين طرق (VVC) التقليدية للتكيف مع المواقف التي تتضمن (LSWFs)، كما نفذت العديد من البلدان رموز شبكة محددة لمزارع الرياح، حيث تم وصف المتطلبات الفنية على (VVC)، وعلاوة على ذلك تم إجراء العديد من الدراسات للتحقيق في المشكلات التي أثارتها (VVC) لشبكات الطاقة مع توصيلات (LSWFs).

 

كما تركز هذه التحليلات على طرق (VVC) في حالات ثابتة، كما ونطاق (VVC) الذي تم مسحه في هذا البحث عبارة عن مخطط للتحكم في الطاقة التفاعلية والجهد عبر شبكات الطاقة، بحيث يتم تقديم مراجعة شاملة للبحوث الحالية التي تناقش مثل هذه الدراسات في هذه الدراسة، وعلاوة على ذلك تم اقتراح بعض الاتجاهات للبحث في المستقبل.

 

التحديات المقدمة من (LSWFs) إلى (VVC)

 

زيادة عدم التيقن من تدفق الطاقة والجهد: يعد عدم اليقين الكبير في ناتج طاقة الرياح، والذي ينتج عن التقطع والتأرجح المتأصل في سرعة الرياح، كما أن أحد أصعب المشكلات بالنسبة إلى (VVC)، على سبيل المثال وفقاً لبيانات من (18) مزرعة رياح في (Jiuquan Wind Power Base)، كما أن هناك احتمال بنسبة (10) بالمائة أن يتغير خرج الطاقة بمعدل كل ساعة من (5٪) إلى (10٪).

 

تكثيف تعارضات (VVCs) بين شبكات الطاقة المترابطة: يؤدي تكامل (LSWFs) إلى تكثيف تعارضات (VVCs) بين شبكات الطاقة المترابطة، وعادةً ما تكون (LSWFs) بعيدة عن مراكز التحميل. يتم تسليم كميات هائلة من طاقة الرياح في كثير من الأحيان إلى مراكز التحميل البعيدة عبر خطوط نقل طويلة، كما يوضح الشكل التالي (1)، كما يتم تسليم مخرجات (LSWFs) من شبكة الإرسال إلى شبكة الاستقبال.

 

بحيث يعمل نقل طاقة الرياح لمسافات طويلة على توسيع تأثير طاقة الرياح العشوائية على (VVC) إلى شبكة الإرسال وشبكة الاستقبال والشبكات الأخرى المتصلة، بحيث يؤدي نقل كميات كبيرة من طاقة الرياح إلى زيادة تباين ظروف التشغيل عبر شبكات الطاقة المترابطة، وبالتالي يزيد من صعوبة التنسيق بين مختلف شبكات الطاقة الهرمية أو الإقليمية.

 

 

زيادة تشغيل أجهزة (VVC) المنفصلة: يؤدي نقل كميات كبيرة من طاقة الرياح العشوائية حتماً إلى تقلب كبير في استهلاك الطاقة التفاعلية في خطوط النقل ويزيد من تشغيل أجهزة (VVC) المنفصلة، وهي الأجهزة التي لا يمكن تنظيمها إلا بخطوات منفصلة لـ (VVC).

 

وحالياً يتم استخدام خطوط نقل الجهد العالي الإضافي (EHV) والجهد العالي جداً [(UHV) AC / DC] أو قيد الإنشاء لتوصيل ميغاواط من طاقة الرياح إلى مراكز التحميل البعيدة يتغير استهلاك الطاقة التفاعلية لخط نقل (EHV / UHV) بشكل كبير مع تغير الطاقة المنقولة.

 

كما توضح دراسة المحاكاة التي أجريت على نظام موضح بالشكل التالي (2) التغيير في استهلاك الطاقة التفاعلية مع القدرة المرسلة لخط نقل (500) كم (UHV AC)، بحيث تأتي معطيات خط النقل، كذلك خرج الطاقة التفاعلية لمزرعة الرياح هو صفر ومفاعل التحويل الذي تم تجهيز الخط به مضبوط على معدل تعويض بنسبة (85٪)، كما وتعتبر شبكة الاستقبال بمثابة ناقل لانهائي وتوفر تعويض الطاقة التفاعلية للخط.

 

 

 

 

تقليل استقرار الجهد الكهربائي: ينتج عن اتصال (LSWFs) مشاكل في استقرار الجهد، وعادةً ما يتم توصيل (LSWFs) بشبكة ضعيفة، والتي يشار إليها بنسبة دائرة قصر منخفضة (SCR)، حيث تمثل طاقة الرياح التي تصل إلى حجم ميغاواط تحدياً كبيراً للبنى التحتية للنقل، كذلك قد يحدث الازدحام في خطوط النقل بسبب الكميات الكبيرة من طاقة الرياح.

 

وفي حالة انخفاض (SCR) والتحميل الثقيل، كما تكون الفولتية في الحافلات على طول خطوط النقل حساسة للغاية لتغيرات الطاقة، بحيث يوضح الشكل التالي (4) حساسية الجهد والجهد لتغيير خرج الطاقة النشطة لمزرعة الرياح عند نقطة الاتصال لخط نقل (500) كم (UHV AC- SCR) عند نقطة الاتصال هو (1.93).

 

 

كما هو مبين في الشكل (4)، بحيث يتناقص الجهد الكهربائي بشكل أسرع وأسرع مع زيادة خرج الطاقة النشطة لمزرعة الرياح، كما تشير دراسة الحالة إلى أن انهيار الجهد سيحدث عند مستوى جهد مرتفع نسبياً في نظام يوفر كميات كبيرة من طاقة الرياح، لذلك تقلل (LSWFs|) من استقرار الجهد وقد تتسبب في انهيار الجهد.

 

تعقد سوق الطاقة التفاعلية: تجلب (LSWFs) مشاكل اقتصادية وتقنية إلى سوق الطاقة التفاعلية، بحيث تمثل مشاركة (LSWFs) في سوق الطاقة التفاعلية تحديات للدفع وتخصيص التكلفة، كما يمكن لمولد الحث المزدوج التغذية (DFIG) أو المولدات المغناطيسية المتزامنة الدائمة (PMSG) أن توفر طاقة تفاعلية لأنظمة الطاقة الكهربائية.

 

ومن هذا المنظور؛ فإنه يجب أن يُدفع لمالك مزرعة الرياح مقابل تقديم الخدمة المساعدة للطاقة التفاعلية، ومع ذلك؛ فإن تقلب طاقة الرياح يزيد من الطلب على تنظيم الطاقة التفاعلية المرن، ومن هذا المنظور يتعين على مالك مزرعة الرياح دفع جزء من تكلفة الخدمة المساعدة للطاقة التفاعلية، لذلك من الضروري تقديم قواعد معقولة للدفع وتخصيص التكلفة في سوق الطاقة التفاعلية التي تتضمن (LSWFs).

 

إلى جانب ذلك؛ فإن تقلب طاقة الرياح يزيد بشكل كبير من عدم اليقين بشأن مقاصة سوق الطاقة التفاعلية، حيث أن المقاصة في سوق الطاقة التفاعلية هي عملية تحديد أسعار توازن السوق، بحيث تكون كمية القوة التفاعلية التي يرغب طالبو الطاقة التفاعلية وقادرون على شرائها موازنة بالضبط للكمية التي يرغب مزودو الطاقة التفاعلية وقادرون على بيعها.

 

كما يجب أن يعالج تصميم إطار عمل مقاصة سوق الطاقة التفاعلية، بما في ذلك النماذج الرياضية المستخدمة في مقاصة سوق الطاقة التفاعلية والفترات الزمنية لعملية تصفية السوق، كما أن المشكلات الناتجة عن عدم اليقين بشأن طاقة الرياح. في الختام؛ فإن (LSWFs) تعقد سوق الطاقة التفاعلية من الناحيتين الاقتصادية والتقنية.