أخبار الصناعة
الانتقال السلس للشبكة الكهربائية الصغيرة القائمة على تخزين الطاقة من خلال التوصيل بالشبكة/العزل
في ظل التطور المتسارع للطاقة المتجددة، برزت الشبكات الكهربائية الصغيرة كحلٍّ متطور لدمج مختلف مصادر الطاقة الموزعة. فهي تعمل بالتزامن مع الشبكة الرئيسية وبشكل مستقل، مما يوفر موثوقية وسلامة أفضل. وتُعد قدرة الشبكة الكهربائية الصغيرة على التبديل بسلاسة بين وضعي التشغيل المتصل بالشبكة والمنفصل عنها، وخاصةً بمساعدة أنظمة تخزين الطاقة، أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار النظام وضمان إمداد طاقة موثوق للأحمال الحرجة.
فهم الشبكات الكهربائية الصغيرة
الشبكات الكهربائية الصغيرة هي هياكل متطورة تُنظّم مصادر طاقة موزعة متعددة، وأنظمة تخزين، وأحمالًا. ويمكنها العمل بشكل مستقل أو بالتوازي مع الشبكة الرئيسية. تضمن هذه المرونة موثوقية وأمانًا أعلى لإمدادات الطاقة، لا سيما مع تزايد حصة مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ورغم أن هذه المصادر صديقة للبيئة، إلا أنها متقطعة وغير متوقعة بطبيعتها، مما يُشكّل تحديات لاستقرار الشبكة وموثوقيتها.
دور تخزين الطاقة
يعد تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية في الشبكات الصغيرة، حيث يخدم عدة وظائف:
- تثبيت الجهد والتردد:في الوضع المعزول، يحافظ تخزين الطاقة على استقرار جهد النظام والتردد.
- انتقال سلس:ويسهل الانتقال السلس بين الأوضاع المتصلة بالشبكة والأوضاع المنعزلة، مما يقلل من الانقطاعات.
- إدارة الطاقة:من خلال ضبط الطاقة النشطة والتفاعلية بسرعة، يساعد تخزين الطاقة في التخفيف من تقلبات المصادر المتجددة.
استراتيجية التحكم بثلاث حلقات
تعتمد فعالية تخزين الطاقة في الشبكات الصغيرة على استراتيجية تحكم فعّالة. تتضمن استراتيجية التحكم ثلاثية الحلقات ما يلي:
- حلقة تدفق الطاقة:إدارة تبادل الطاقة الإجمالي بين الشبكة الصغيرة والشبكة الرئيسية أو الأحمال المحلية.
- حلقة جهد مكثف التصفية:ضمان مستويات الجهد مستقرة عبر النظام.
- حلقة تيار محث المرشح:ينظم التيار للحفاظ على استقرار النظام وأدائه.
تتيح هذه الاستراتيجية لنظام تخزين الطاقة التبديل بسرعة بين التحكم في الجهد في الوضع المعزول وإدارة تدفق الطاقة في الوضع المتصل بالشبكة.
هندسة النظام
يتضمن هيكل الشبكة الكهربائية الصغيرة النموذجي مكونات متنوعة، مثل الخلايا الكهروضوئية (PV)، وتوربينات الرياح غير المتزامنة (AWTs)، وأنظمة تخزين الطاقة (الشكل 1). ترتبط هذه العناصر ببعضها البعض عبر مفتاح الحالة الصلبة (SST) الذي يربط الشبكة الكهربائية الصغيرة بشبكة التوزيع.
الشكل 1:هيكل الشبكة الكهربائية الصغيرة القائمة على التوليد المتقطع وتخزين الطاقة.
تتكون وحدة تخزين الطاقة من مجموعات بطاريات ومحول مصدر الجهد (VSC)، الذي يتولى إدارة تدفق الطاقة ويحافظ على استقرار الجهد (الشكل 2).
الشكل 2:دائرة الطاقة لتخزين الطاقة VSC.
الأوضاع التشغيلية
تعمل الشبكات الصغيرة في أوضاع مختلفة:
- الوضع الجزري:تعمل الشبكة الصغيرة بشكل مستقل، حيث تحافظ وحدة تخزين الطاقة على الجهد والتردد باستخدام طرق التحكم V/f.
- وضع الاتصال بالشبكة:تتزامن الشبكة الصغيرة مع الشبكة الرئيسية، باستخدام التحكم P/Q لإدارة تدفقات الطاقة النشطة والتفاعلية.
- انتقال سلس:يتم تسهيل التبديل بين الوضع الجزيري والوضع المتصل بالشبكة من خلال تعديلات التحكم السريعة لنظام تخزين الطاقة.
نتائج المحاكاة والتجارب
للتحقق من صحة استراتيجيات التحكم المقترحة، أُجريت عمليات محاكاة وتجارب. واستُخدم نموذج شبكة كهربائية صغيرة يتضمن تخزين الطاقة، والطاقة الكهروضوئية، والحرارة الذاتية لاختبار سيناريوهات تشغيلية مختلفة.
الحالة 1: عملية معزولة
في الوضع المعزول، نجح نظام تخزين الطاقة في الحفاظ على استقرار الجهد والتردد أثناء التغيرات المختلفة في الحمل والتوليد (الشكل 5).
الشكل 5:وضع التشغيل في جزيرة الشبكة الصغيرة.
الحالة 2: الانتقال إلى وضع الاتصال بالشبكة
أثناء الانتقال من الوضع الجزيري إلى الوضع المتصل بالشبكة، يتزامن نظام تخزين الطاقة بسرعة مع الشبكة الرئيسية، مما يضمن التبديل السلس مع الحد الأدنى من الانحرافات في الجهد والتردد (الشكلان 6 و7).
الشكل 6:الانتقال من الشبكة الكهربائية الصغيرة إلى الوضع المتصل بالشبكة.
الشكل 7:إنتاج الطاقة من تخزين الطاقة في الوضع المتصل بالشبكة.
الحالة 3: الانتقال إلى الوضع المعزول
عند العودة إلى الوضع المعزول، قام نظام تخزين الطاقة بتعديل استراتيجية التحكم الخاصة به، مع الحفاظ على الجهد والتردد الثابتين طوال العملية (الشكل 8).
الشكل 8:الانتقال من الشبكة الكهربائية الصغيرة إلى الوضع المعزول.
التحقق التجريبي
استُخدمت منصة تجريبية تُحاكي نظام الشبكة الكهربائية الصغيرة للتحقق بشكل أكبر من استراتيجيات التحكم. وقد عكست النتائج نتائج المحاكاة، مُظهرةً فعالية نظام تخزين الطاقة في إدارة عمليات الانتقال بسلاسة والحفاظ على استقرار النظام.
خاتمة
تلعب أنظمة تخزين الطاقة دورًا محوريًا في التشغيل الموثوق للشبكات الكهربائية الصغيرة، لا سيما في ضمان انتقال سلس بين وضعي التوصيل بالشبكة والعزل. تُدير استراتيجية التحكم ثلاثية الحلقات تدفق الطاقة والجهد والتردد بفعالية، مما يدعم استقرار وموثوقية الشبكات الكهربائية الصغيرة. تُشكل هذه النتائج مرجعًا قيّمًا لتطوير أنظمة توليد الطاقة الموزعة المتجددة والاستخدام الفعال لها.
الأسئلة الشائعة
1. ما هي الشبكة الصغيرة؟الشبكة الصغيرة هي نظام طاقة موضعي يمكن أن يعمل بشكل مستقل أو بالاشتراك مع الشبكة الرئيسية، ويدمج مختلف موارد الطاقة الموزعة وأنظمة التخزين.
2. لماذا يعد الانتقال السلس مهمًا في الشبكات الصغيرة؟يضمن الانتقال السلس الحد الأدنى من الانقطاع في إمدادات الطاقة عندما يتحول الشبكة الصغيرة بين الوضع المتصل بالشبكة والوضع المنعزل، مما يحافظ على الاستقرار والموثوقية.
3. كيف يساعد تخزين الطاقة في عمليات الشبكة الصغيرة؟يساعد تخزين الطاقة على استقرار الجهد والتردد، وإدارة تدفق الطاقة، وتسهيل الانتقال السلس بين الأوضاع التشغيلية، مما يعزز الموثوقية الشاملة للشبكة الصغيرة.
لمزيد من المعلومات حول الشبكات الصغيرة وأنظمة تخزين الطاقة، قم بزيارةOK-EPS.
المراجع المذكورة:
[1] X. Tang و W. Deng و Z. Qi، "بحث حول الانتقال السلس للشبكة الكهربائية الصغيرة المتصلة/المنعزلة استنادًا إلى تخزين الطاقة"،معاملات الجمعية الكهروتقنية الصينية، المجلد 26، العدد 1، ص 1-10، 2011.