كيف يتم التحكم في جودة الطاقة في الشبكة الذكية؟

مع الدمج الواسع لموارد الطاقة الجديدة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحيوية في الشبكة الكهربائية بأشكال مثل التوليد الموزع والشبكات المجهرية ومحطات توليد الكهرباء الصغيرة والمتوسطة (بما في ذلك محطات تخزين الطاقة ومحطات شحن المركبات الكهربائية)، فإن الشبكة الذكية تواجه في الوضع الجديد العديد من المشاكل الجديدة. ويتكون هيكل التحكم في جودة الطاقة تحت مظلة الشبكة الذكية بشكل رئيسي من التوليد الموزع وشبكات النقل والتوزيع وأحمال استهلاك الكهرباء ومعدات التصحيح الخاصة بجودة الطاقة وغيرها.

مع التكامل الواسع لمصادر الطاقة الجديدة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية في الشبكة الكهربائية ضمن أشكال مثل التوليد الموزع والشبكات الدقيقة (مايكروجرد) ومحطات الطاقة الصغيرة والمتوسطة (بما في ذلك محطات تخزين الطاقة ومحطات شحن مركبات الطاقة الكهربائية)، تواجه الشبكة الكهربائية الذكية في الظروف الجديدة العديد من المشكلات الجديدة. إن هيكل التحكم في جودة الطاقة في إطار الشبكة الذكية يتكون بشكل رئيسي من التوليد الموزع وشبكات النقل والتوزيع وأحمال الاستهلاك ومحسني جودة الطاقة الكهربائية وغيرها. من جهة، وباعتبارها القوة الدافعة الأساسية لتكامل الطاقة الجديدة، فإن التكامل الواسع للمعدات الإلكترونية القدرة المحولة قد أدى إلى خصائص ومشكلات جديدة في جودة الطاقة في شبكات النقل والتوزيع، والتي تحتاج بشكل عاجل إلى المعالجة. ومن جهة أخرى، فإن تنوع حمولات جانب الاستهلاك وطبيعتها غير الخطية والتأثيرات الناتجة عنها تزداد سوءًا، مما يجعل الاستخدام الفعال للطاقة الكهربائية قضية عاجلة. إن هذه المشكلات الجديدة تجلب معها فرصًا وتحديات لتقنيات التحكم في جودة الطاقة. وباعتبارها القلب النابض للشبكة الذكية، فإن الشبكة الدقيقة (مايكروجرد) هي نظام معقد غير خطي يجمع بين مصادر طاقة متعددة. إن مصادر الطاقة الموزعة داخلها تتميز بخصائص مثل التقطع والتعقيد والتنوع وعدم الاستقرار. إن المشكلات والخصائص الجديدة المتعلقة بجودة الطاقة فيها تصبح أكثر وضوحًا بشكل متزايد. ولذلك، فإن إحدى المشكلات الرئيسية التي تحتاج بشكل عاجل إلى الدراسة والحل لضمان التشغيل الآمن والمستقر للشبكة الكهربائية في ظل اتصال الشبكات الدقيقة هي مشكلة جودة الطاقة.
تصنيف م compensators جودة الطاقة
يمكن تقسيم تقنية التحكم في جودة الطاقة إلى تقنية تحكم نشطة وتقنية معالجة سلبية. ووفقاً لمشاكل جودة الطاقة المختلفة، يتم تصنيف الأجهزة المُعَوِّضَة المقابلة وشرحها. تقوم التقنية السلبية بالتحكم في جودة الطاقة بقمع مشاكل جودة الطاقة أو معالجتها مثل التوافقيات والقدرة غير الفعالة وعدم توازن الثلاثي الطور، وذلك من خلال توصيل مُعَوِّضات إلكترونية قدرية إضافية على التوازي أو على التوالي. وتتضمن أجهزة التعويض بشكل رئيسي مرشحات الطاقة السلبية (PPF)، ومرشحات الطاقة النشطة (APF)، ومرشحات الطاقة النشطة الهجينة (HAPF)، ومُعَوِّضات القدرة غير الفعالة، ومُنْظِّم الجهد الديناميكي (DVR)، ومنظِّم جودة الطاقة المتكامل (UPQC) وغيرها. من بينها، يُعد مُعَوِّض جودة الطاقة القائم على المحول متعدد المستويات الوحدوي (MMC) مجالاً ساخناً في البحث واتجاهاً مستقبلياً في تقنية إدارة جودة الطاقة المتوسطة والعالية الجهد، وذلك بفضل هيكله المتسلسل المنخفض الجهد. أما التقنية النشطة للتحكم في جودة الطاقة فتتضمن تغيير خصائص المعاوقة الإدخالية أو الإخراجية للمعدات الكهربائية أو مصادر الطاقة الموزعة لموازنة وظيفة إدارة جودة الطاقة. لا تُحسِّن تقنية التحكم النشيط في جودة الطاقة من كفاءة استخدام الطاقة فحسب، بل تُحسِّن أيضاً جودة الطاقة في النظام ككل دون الحاجة إلى إضافة مُعَوِّجات إضافية.
2. طرق التحكم في معدات تعويض جودة الطاقة
في الوقت الحالي، تتبنى معدات تعويض جودة الطاقة بشكل رئيسي محولات من نوع مصدر الجهد أو مصدر التيار. تشمل طرق التحكم في التيار المستخدمة بشكل شائع في المعدات التعويضية ما يلي: التحكم بالهجين، التحكم بدون خطوات، التحكم التنبؤي بالنموذج، التحكم التناسبي التكاملي (PI)، التحكم التناسبي الرنيني (PR)، التحكم المتكرر، والتحكم القوي غير الخطي، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين أداء وضع التحكم في التيار الواحد من خلال تطوير طرق التحكم التقليدية في التيار. على سبيل المثال، يمكن لطريقة التحكم التي تجمع بين PI التقليدي وPI المتجهي أن تبسط عملية كشف التوافقيات. مقارنةً بالطريقة التقليدية للتعويض نطاق التردد الكامل، فإن طريقة التعويض بتقسيم تردد التوافقيات تحسن دقة الكشف والتعويض لكل توافقي على حدة، وهي مناسبة بشكل خاص لمختلف أجهزة المرشحات النشطة ذات الجهد العالي والمنخفض المختلطة.
٣. تحليل جودة الطاقة والتحكم في محطات الطاقة الموزعة ذات المقياس الكبير
مع ارتفاع معدل اختراق محطات الطاقة الموزعة الكبيرة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح (في مستويات 10 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت)، أصبحت التفاعل والاقتران بين التوافقيات الناتجة عن أنظمة المحطات الموزعة التي تتألف في المقام الأول من عدد من المحولات الكهربائية مع نظام نقل وتوزيع الطاقة أكثر تعقيدًا. تتميز التوافقيات الخارجة من المحطات الموزعة بخصائص التردد العالي والنطاق الترددي الواسع. العلاقة بين عامل تضخيم الرنين وترتيب التوافقيات ومسافة النقل في محطة طاقة موزعة نموذجية. أثناء انتقال التوافقيات في شبكة النقل، تتأثر عوامل مثل السعة الموزعة في خطوط النقل والجهد التوافقي الخلفي، مما يؤدي إلى تضخيم الرنين في التيار والجهد. هناك حلين لإدارة هذه المشكلة يمكنهما كبح مشكلة الرنين المتسلسل والمتسالب للتوافقيات ذات النطاق الواسع في شبكة النقل، وهما: تغيير معايير شبكة النقل وتقليل الرنين باستخدام المفاعلات المتصلة على التوازي؛ وتثبيت أجهزة مرشحات قدرة نشطة هجينة ذات جهد عالٍ لتقليل محتوى التيار التوافقي المتدفق إلى الشبكة الكهربائية.