كيفية حل عدم استقرار الجهد في مزرعة الطاقة الشمسية؟

هل تستطيع مزارع الطاقة الشمسية تثبيت شبكة الكهرباء؟ هل هم في النهاية الحل الصحيح؟ المزرعة الشمسية يعد عدم استقرار الجهد مشكلة شائعة في الشبكة. غالبًا ما يؤدي عدم الاستقرار هذا إلى إتلاف المعدات الكهربائية. سوف تتعلم عن الإصلاحات الهندسية. نحن نستكشف أيضًا تقنيات الشبكة الذكية.

الوجبات السريعة الرئيسية

● تحديد الأسباب الجذرية الأساسية: يرجع عدم استقرار الجهد الكهربي في مزارع الطاقة الشمسية الريفية في المقام الأول إلى مقاومة الخطوط العالية، واختلال توازن الطاقة التفاعلية، والتقطع المتأصل في توليد الطاقة الشمسية.

● نشر الأدوات الهندسية التقليدية: استخدم مجموعات المكثفات المحولة ومنظمات الجهد الكهربي التلقائي (AVRs) على مستوى المحطات الفرعية ومستويات التغذية للحفاظ على ملف تعريف ثابت للجهد ومواجهة خسائر الخطوط الحثية.

● الاستفادة من إلكترونيات الطاقة عالية السرعة: بالنسبة للشبكات ذات الاختراق العالي للطاقة المتجددة، تعد الاتصالات الإحصائية ووحدات SVC ضرورية لتوفير تعويض الطاقة التفاعلية على مستوى المللي ثانية في الوقت الفعلي.

● تحويل الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى أصول نشطة: يمكن للمحولات الذكية الحديثة أداء خدمات دعم الشبكة مثل التحكم في الفولت/VAR والفولت/الواط، مما يسمح لمحطات الطاقة الشمسية بالعمل مثل المكثفات المتزامنة التي تعمل على تثبيت حافة الشبكة.

● تنفيذ تحسين الشبكة الذكية: استخدم مخططات التحكم في الجهد/VAR (VVC) والتعلم الآلي التنبؤي لتنسيق أجهزة متعددة في وقت واحد، وتقليل خسائر النظام وتوقع عدم الاستقرار قبل حدوثه.

● تبني نماذج اقتصادية جديدة: يمكن لبرامج مثل "أحضر جهازك الخاص" (BYOD) وإصلاحات سوق الجملة أن تحول الطاقة الشمسية المحدودة إلى قدرة تنظيمية قيمة، مما يخلق مصادر دخل جديدة للمالكين.

6 إصلاحات هندسية مثبتة لعدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية

لقد طور المهندسون مجموعة أدوات قوية للتعامل معها الجهد القضايا. تتراوح هذه الحلول من الأجهزة الميكانيكية التقليدية إلى إلكترونيات الطاقة المتطورة.

النشر الاستراتيجي لبنوك المكثفات المحولة تعتبر بنوك المكثفات هي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتحسين ملف تعريف الجهد. في حين أن البنوك الثابتة توفر دعمًا مستمرًا لمواجهة خسائر الخطوط، فإن الإصدارات المحولة توفر دعمًا ديناميكيًا. يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها تلقائيًا بناءً على مستويات الجهد في الوقت الفعلي. وهذا يساعد النظام على توفير الطاقة التفاعلية اللازمة للحفاظ على مستوى ثابت حتى عندما ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية فجأة.

استخدام منظمات الجهد الكهربي الأوتوماتيكية (AVRs) في المحطات الفرعية تعتبر منظمات المحطات الفرعية هي خط الدفاع الأول. يستخدمون مبدلات الصنبور عند التحميل لضبط الجهد الأساسي عند مغادرة المحطة. وهذا يعوض الانخفاضات الأكبر في نظام النقل قبل أن تصل الطاقة إلى وحدة التغذية المحلية.

تنفيذ منظمات الخط على مستوى التغذية في بعض الأحيان تكون المحطة الفرعية بعيدة جدًا. توجد منظمات التغذية (وتسمى أيضًا منظمات الخط) في أسفل الخط. إنها تعمل على زيادة الجهد الكهربائي للعملاء في نهاية المناطق الريفية الطويلة. تستخدم الإصدارات الحديثة تعويض إسقاط الخط (LDC) لحساب مقدار التعزيز المطلوب بالضبط بناءً على الحمل الحالي.

نشر معوضات Var الثابتة (SVC) للتخميد في الوقت الفعلي في حالة عدم الاستقرار الشديد، نحتاج إلى السرعة. تستخدم SVC الثايرستور للتحكم في المفاعلات والمكثفات بسرعة. أنها توفر تعويض الطاقة التفاعلية المستمر في الوقت الحقيقي. يعد هذا مثاليًا لتخفيف تقلبات الجهد السريع الناتجة عن مرور السحب.

استخدام STATCOMs للتحكم في الجهد العالي السرعة STATCOMs هي "الأخ الأكبر" لـ SVC. يستخدمون محولات مصدر الجهد لتوفير أوقات استجابة أسرع. يمكنها ضخ أو امتصاص الطاقة التفاعلية على الفور، مما يجعلها مثالية للشبكات الريفية الضعيفة التي لديها الكثير من التوليد المتقطع.

الاستفادة من المحولات الذكية لتعويض حافة الشبكة ربما يكون الإصلاح الأكثر إثارة هو مزرعة الطاقة الشمسية نفسها. يمكن للعاكسات الذكية الحديثة توفير خدمات دعم الشبكة مرة واحدة فقط مع الآلات الثقيلة. يمكنهم ضبط عامل الطاقة الخاص بهم للتخفيف من ارتفاع الجهد في المكان الذي يحدث فيه.

فهم الأسباب الجذرية لعدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية

لا يمكننا إصلاح ما لا نفهمه. عادةً ما ينبع عدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية من بعض العقبات الهندسية المحددة في البيئات الريفية.

● التوليد المتغير والتقطع: تتغير الطاقة الشمسية كل ثانية. يؤدي الغطاء السحابي أو الدورات الشمسية المتغيرة إلى حدوث ارتخاءات وتضخمات مؤقتة لم يتم تصميم الشبكة التقليدية للتعامل معها.

● مقاومة الخط في المواقع النائية: تقع معظم مزارع الطاقة الشمسية في مناطق نائية. تتميز خطوط التوزيع الطويلة بمقاومة ومحاثة عالية. يؤدي هذا إلى انخفاض كبير في الجهد عندما يكون الحمل ثقيلًا.

● عكس تدفق الطاقة: في الأيام المشمسة، قد تنتج مزرعة الطاقة الشمسية طاقة أكثر مما تحتاجه المنطقة المحلية. يؤدي هذا إلى إعادة الكهرباء نحو المحطة الفرعية، مما قد يسبب مشكلات في الجهد الزائد عند حافة الشبكة.

● عدم توازن الطاقة التفاعلية: يعتمد استقرار الجهد على توازن الطاقة التفاعلية (VARs). إذا لم يتمكن النظام من استيعاب أو توفير VARs بسرعة كافية أثناء تغيير الحمل، فسوف ينهار ملف تعريف الجهد.

تعظيم الاستقرار عبر أنظمة التحكم الذكية في العاكس

العاكسون الذكيون يغيرون اللعبة. بدلاً من مجرد تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، فإنها تعمل بمثابة "العقل" لتفاعل شبكة مزرعة الطاقة الشمسية.

تنفيذ منحنيات التحكم Volt/VAR وVolt/Wat تسمح أنظمة التحكم هذه للعاكسات بتغيير مخرجاتها تلقائيًا لتحقيق استقرار الشبكة. أثبتت دراسة أجرتها شركة Hawaiian Electric أن العاكسات الذكية السكنية يمكنها بنجاح تخفيف ارتفاع الجهد عن طريق امتصاص الطاقة التفاعلية. من خلال ضبط "منحنيات" محددة، يعرف العاكس بالضبط كيفية التفاعل عندما يستشعر أن الجهد ينجرف عاليًا جدًا أو منخفضًا جدًا.

مفهوم "الكتلة الحرجة" للتخفيف الفعال من آثار تغير المناخ لا يكفي عاكسًا ذكيًا واحدًا. تظهر الأبحاث أننا بحاجة إلى "كتلة حرجة" من هذه الأجهزة لتحقيق الاستقرار في وحدة التغذية بأكملها. ومع اعتماد المزيد من مزارع الطاقة الشمسية لهذه التكنولوجيا، يتحسن الاستقرار الجماعي للشبكة فعليًا.

القياس عن بعد في الوقت الحقيقي والقياس المحلي لإدارة أسطول من المحولات، نحتاج إلى البيانات. يتيح القياس المتقدم عن بعد وقياس الإنتاج على مستوى الإيرادات للمرافق معرفة ما يحدث في الوقت الفعلي. يؤدي هذا إلى جلب التحكم بالعاكس مباشرة إلى غرفة التحكم في المرافق.

دمج أجهزة FACTS للشبكات عالية الاختراق

تعد أنظمة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS) ضرورية عندما يكون اختراق الطاقة الشمسية مرتفعًا. أنها توفر "العضلات" اللازمة للحفاظ على ثبات الشبكة.

مقارنة SVC مقابل STATCOM لتطبيقات الطاقة الشمسية بينما يوفر كلا الجهازين طاقة تفاعلية، فإن STATCOMs تتفوق بشكل عام على مزارع الطاقة الشمسية. إنها توفر تحكمًا أفضل في الجهد ومساحة أصغر. غالبًا ما يتم اختيار SVCs لفعالية التكلفة في البيئات الأقل تطلبًا.

معالجة نقاط الضعف في الجيل غير المتزامن. الألواح الشمسية غير متزامنة؛ ليس لديهم كتلة الغزل الثقيلة (القصور الذاتي) لمصنع الفحم. تساعد أجهزة FACTS في سد هذه الفجوة. إنها تسمح لمحطات الطاقة الشمسية بتوفير طاقة تفاعلية حتى عند مستويات الإنتاج الحقيقية المختلفة، مما يلبي معايير المرافق الصارمة.

إن أجهزة التحويل سريعة المفعول هي أفضل طريقة للتعامل مع تغيرات الجهد السريعة والمزعجة التي يراها الناس في أضواءهم. ومن خلال التفاعل خلال أجزاء من الثانية، تعمل هذه الأجهزة على تخفيف الصدمات الناتجة عن الطقس المتقطع.

تحسين الشبكة الذكية والتعويض التنبؤي

يكمن مستقبل حل مشكلة عدم استقرار جهد المزرعة الشمسية في البرمجيات والأتمتة. نحن نستخدم الآن خوارزميات "ذكية" لتنسيق كل قطعة من الأجهزة على الخط.

تنسيق مخططات التحكم في الجهد/VAR (VVC) يقوم برنامج VVC بتنسيق المكثفات المحولة، ومنظمات الخط، وSTATCOMs في الوقت الفعلي. بدلاً من أن يعمل كل جهاز بمفرده، فإنهم يعملون كفريق لتقليل خسائر النظام والحفاظ على الجهد الأمثل.

التعلم الآلي لأحداث عدم الاستقرار التنبؤية نعمل الآن على تطوير خوارزميات تنظر في توقعات الطقس وبيانات التحميل التاريخية. إذا رأى البرنامج أن هناك عاصفة قادمة، فيمكنه ضبط مستويات التعويض بشكل استباقي قبل أن يبدأ الجهد في الانخفاض.

تقليل خسائر النظام لا تعمل الشبكات الذكية على إصلاح عدم الاستقرار فحسب؛ يوفرون المال. ومن خلال الاستفادة من أجهزة الاستشعار والخوارزميات المتقدمة، تضمن هذه الأنظمة أن وحدة التغذية تعمل بأعلى كفاءة.

توطين الحلول من خلال الشبكات الصغيرة والجيل الموزع

في بعض الأحيان، تكون أفضل طريقة لحل مشكلة على مستوى الشبكة هي إبقائها محلية.

تقليل عبء التغذية من خلال الجيل المضمن من خلال وضع مزارع الطاقة الشمسية الصغيرة أو مولدات الكتلة الحيوية بالقرب من المكان الذي يستخدم فيه الأشخاص الطاقة فعليًا، فإننا نخفف العبء على المغذيات الطويلة. وهذا يمنع بطبيعة الحال انخفاضات الجهد الهائلة التي تظهر في الإرسال لمسافات طويلة.

تعزيز المرونة باستخدام الشبكات الصغيرة القادرة على استيعاب الجزر يمكن للشبكات الصغيرة الانفصال عن الشبكة الرئيسية أثناء الأزمات. إنها توفر تحكمًا محليًا في الجهد وتحافظ على تشغيل الأحمال الحرجة حتى عندما يكون الخط الرئيسي غير مستقر.

لا تنتقل قوة Proximity AdvantageReactive بشكل جيد عبر مسافات طويلة. وهذا هو السبب في أن حل مشكلة عدم الاستقرار عند "حافة الشبكة" - حيث توجد مزرعة الطاقة الشمسية - أكثر فعالية بكثير من محاولة إصلاحها من محطة طاقة بعيدة.

الحوافز الاقتصادية لتحقيق الاستقرار في أصول الطاقة الشمسية

الإصلاحات التقنية رائعة، ولكن يجب على شخص ما أن يدفع ثمنها. نحن بحاجة إلى مواءمة قواعد السوق مع الاحتياجات الهندسية.

تحويل التقليص إلى قدرة تنظيمية في بعض الأحيان تقوم المرافق بـ "تقليص" (إيقاف) الطاقة الشمسية بسبب وجود الكثير منها. ومع ذلك، يمكننا استخدام تلك السعة "الإضافية" لتوفير تنظيم التردد والجهد. هذه القدرة المرنة هي في الواقع أكثر قيمة من الطاقة الناتجة عن المولدات التقليدية بطيئة الحركة.

مواءمة إصلاح السوق مع المعايير الفنية في الوقت الحالي، لا تكافئ العديد من الأسواق مالكي الطاقة الشمسية على مساعدتهم للشبكة. ونحن بحاجة إلى إصلاحات حتى يتمكن المستثمرون من تحقيق عائد على رأس المال مقابل تقديم خدمات الاستقرار هذه.

بدأت المرافق النموذجية "إحضار جهازك الخاص" (BYOD) في الدفع للعملاء مقابل استخدام محولات الطاقة الشمسية الخاصة بهم لدعم الشبكة. توفر هذه البرامج حافزًا سنويًا للمالك مقابل السماح للمرافق باستخدام العاكس الخاص بها لتثبيت الخط المحلي.

الاستنتاج

يتطلب حل عدم استقرار جهد المزرعة الشمسية اتباع نهج متعدد الطبقات. ويتعين علينا أن نجمع بين الأدوات التقليدية والأعاجيب الحديثة مثل أجهزة مراقبة البيانات الإحصائية. تعمل البرامج الذكية على تحويل الطاقة الشمسية المتغيرة إلى أصول شبكية موثوقة للغاية. يجب على المشغلين التوقف عن الخوف من عدم استقرار الطاقة اليوم. يجب عليهم الاستثمار في الأجهزة والبرامج المتكاملة. على سبيل المثال، سينوباك تقدم حلول STATCOM المتطورة. تضمن منتجاتها الموثوقة مستقبلًا مستقرًا للشبكة. توفر هذه التكنولوجيا الفريدة قيمة لا مثيل لها لمشاريع الطاقة الشمسية.

الأسئلة الشائعة

س: لماذا يحدث عدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية في المناطق النائية؟ ج: تؤدي مقاومة الخطوط العالية وأنماط الطقس المتغيرة إلى عدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية على خطوط التوزيع الطويلة.

س: كيف يمكن للإصلاحات الهندسية حل مشكلة عدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية؟ ج: يوفر تنفيذ الاتصالات الإحصائية والمحولات الذكية الطاقة التفاعلية اللازمة للتخفيف من عدم استقرار جهد مزرعة الطاقة الشمسية.

س: لماذا تختار STATCOMs بدلاً من SVCs لدعم الشبكة؟ ج: توفر STATCOMs أوقات استجابة أسرع وتحكمًا فائقًا في الجهد للشبكات الضعيفة ذات الاختراق العالي للطاقة الشمسية.