تطبيق جهاز تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي عالي الجهد (SVG) في محطات الطاقة الكهروضوئية
March 06 , 2026
تطبيق جهاز تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي عالي الجهد (SVG) في محطات الطاقة الكهروضوئية
١ مقدمة
مدفوعة بأهداف "الكربون المزدوج"، أصبحت صناعة الطاقة الجديدة محركًا أساسيًا لتحول هيكل الطاقة في الصين. وقد حقق توليد الطاقة الكهروضوئية تطورًا واسع النطاق نظرًا لخصائصه النظيفة والمتجددة. ومع ذلك، ونظرًا لتأثرها بتغيرات شدة الضوء، فإن إنتاج أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية متقلب ومتقطع، مما يعرضها لمشاكل مثل انخفاض معامل القدرة لشبكة الطاقة، وتقلب الجهد الكهربائي ووميضه، والتلوث التوافقي، مما يؤثر بشكل خطير على جودة إمدادات الطاقة لشبكة الطاقة واستقرار ربط محطات الطاقة الكهروضوئية بالشبكة. وباعتباره جيلًا جديدًا من معدات تعويض القدرة التفاعلية، أصبح جهاز تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي عالي الجهد (SVG) الحل الأساسي لمحطات الطاقة الكهروضوئية لحل مشاكل جودة الطاقة نظرًا لمزاياه التقنية المتمثلة في الاستجابة السريعة والتعويض الدقيق. وقد حسّنت محطة طاقة كهروضوئية واسعة النطاق بشكل فعال جودة الطاقة المتصلة بالشبكة للمحطة وضمنت التشغيل المستقر للنظام من خلال تركيب جهد عالٍ
SVG
، مما يوفر مرجعًا عمليًا لتصميم وتطبيق تعويض الطاقة التفاعلية في محطات الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق
2 نظرة عامة على الموقع
تقع محطة الطاقة الكهروضوئية في مجمع صناعي كهروضوئي، بمساحة إجمالية للمشروع تبلغ حوالي 720,000 متر مربع، وسعة مركبة إجمالية تبلغ 30 ميجاوات، مقسمة إلى 30 وحدة توليد طاقة مستقلة؛ وهي مجهزة بـ 60 عاكسًا متصلًا بالشبكة بقدرة 500 كيلووات. بعد التجديد، تجاوز الانخفاض السنوي في رسوم التقييم 3.5 مليون يوان، وزادت كفاءة توليد الطاقة لمحطة الطاقة الكهروضوئية بنسبة 1.2%
3 الخصائص الأساسية ومبدأ جهاز تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي عالي الجهد (SVG)
تعتمد محطة الطاقة الكهروضوئية جهاز تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي عالي الجهد (SVG) كجهاز أساسي لإدارة جودة الطاقة. صُمم هذا الجهاز لتلبية احتياجات ربط محطات الطاقة المتجددة بالشبكة، ويُمكنه أداء وظائف متعددة مثل تعويض القدرة التفاعلية الديناميكي، ومعالجة التوافقيات، وتثبيت الجهد، بما يتناسب مع خصائص التشغيل المتقلبة لمخرجات محطات الطاقة الكهروضوئية.
3.1 الخصائص الأساسية لـ SVG
صُممت وحدة توليد الجهد العالي (SVG) مع مراعاة المرونة العالية والموثوقية العالية ودقة التعويض العالية، لتلبية احتياجات إدارة الشبكة لمحطات الطاقة الكهروضوئية بشكل كامل. وفيما يلي خصائصها الأساسية:
عمليات تركيب وتشغيل وضبط معلمات مبسطة، وتصميم معياري يتكيف مع احتياجات البناء السريع لموقع محطة الطاقة؛
سرعة استجابة ديناميكية سريعة، مع زمن استجابة أقل من 1 مللي ثانية، مما يسمح بتتبع التغيرات الآنية في خرج الخلايا الكهروضوئية في الوقت الحقيقي؛
عندما تكون سعة التعويض كافية، يكون التشوه التوافقي الكلي (THD) لتيار الخرج للجهاز ≤3%، بدون تلوث توافقي؛
يمكنه تعويض القدرة التفاعلية الاستقرائية/السعوية بشكل مستمر وسلس، ومعالجة التوافقيات الشبكية في الوقت الحقيقي، وتعويض تيار التسلسل السلبي، وتحسين عامل القدرة المتصل بالشبكة بشكل فعال؛
تتمتع بقدرة ممتازة على دعم الجهد، مما يسمح لها بقمع تذبذب وانخفاض جهد الشبكة، وتثبيت جهد نقطة اتصال الشبكة لمحطة الطاقة الكهروضوئية؛
تعتمد الدائرة الرئيسية على بنية متسلسلة من وحدات طاقة جسر H تتكون من أجهزة طاقة IGBT، وتقترب موجة الخطوة الناتجة من موجة جيبية، مع جودة شكل موجة ممتازة بعد الترشيح بواسطة مفاعل الإخراج؛
بفضل اعتماد التصميم الاحتياطي والهيكل المعياري، فإن تعطل وحدة طاقة واحدة لن يؤثر على تشغيل النظام بأكمله، مما يضمن موثوقية عالية للمعدات؛
عملية التبديل ليس لها تأثير عابر، ولا تيار بدء التشغيل، ولا إعادة اشتعال القوس الكهربائي، ويمكن إعادة تشغيل المعدات مرة أخرى دون تفريغ، مع مستوى عالٍ من السلامة التشغيلية؛
وظائف حماية كاملة، تدمج حمايات متعددة مثل الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والتيار الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، وفقدان الطور، وفشل وحدة الطاقة، مع استقرار تشغيلي قوي؛
واجهة مخصصة للتعاون مع تعويض المكثف الثابت (FC)، والتي يمكنها تحقيق الجمع بين التعويض الثابت والتعويض الديناميكي، والتكيف مع احتياجات التعويض لظروف التحميل المختلفة؛
مزود بشاشة لمس للتفاعل بين الإنسان والآلة، مع عرض شامل للحالة وإعدادات معلمات مريحة، يدعم التشغيل في الموقع والمراقبة عن بعد؛
متكامل مع واجهات الاتصال RS485 و Ethernet وغيرها، ويدعم بروتوكول الاتصال القياسي Modbus، والذي يمكن توصيله بسلاسة بنظام مراقبة محطة الطاقة؛
لا حاجة لمراعاة تسلسل أطوار نظام التيار المتردد عند الاتصال بشبكة الطاقة، وطريقة التوصيل بسيطة، مما يقلل من صعوبة البناء في الموقع؛
يتم تزويد مصدر طاقة التحكم بالطاقة بشكل مستقل بواسطة 220 فولت تيار متردد من خلال نظام UPS، ويمكن للجهاز أن يحافظ على التشغيل الطبيعي حتى في حالة انقطاع مصدر طاقة التحكم؛
يدعم التركيب المتوازي لوحدات متعددة، مما يسمح بتوسيع قدرة التعويض بمرونة، والتكيف مع احتياجات التوسع للمرحلتين الثانية والثالثة من محطة الطاقة الكهروضوئية.
3.2 مبدأ عمل SVG
يتمثل مبدأ العمل الأساسي لجهاز SVG عالي الجهد في: توصيل دائرة الجسر ذاتية التبديل بنقطة ربط الشبكة 35 كيلو فولت لمحطة الطاقة الكهروضوئية بالتوازي من خلال مفاعل، وحساب مكون التيار التفاعلي المطلوب من قبل النظام عن طريق الكشف في الوقت الحقيقي عن إشارات جهد الشبكة والتيار، وضبط سعة وطور جهد الخرج على جانب التيار المتردد لدائرة الجسر بشكل مناسب من خلال استراتيجية التحكم، أو التحكم مباشرة في تيار الخرج على جانب التيار المتردد الخاص بها، بحيث يمكن للجهاز إرسال أو امتصاص التيار التفاعلي بدقة بما يلبي متطلبات الشبكة، وبالتالي تحقيق الغرض من تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية.
ينقسم الجهاز إلى ثلاثة أوضاع وفقًا لظروف التشغيل: في وضع التشغيل بدون حمل، يكون جهد خرج الجهاز متوافقًا مع سعة وطور جهد الشبكة، ولا يتم إخراج تيار تعويض، وبالتالي لا يتم إنتاج أي تأثير تعويضي؛ في وضع التشغيل الحثي، تكون سعة جهد خرج الجهاز أقل من جهد الشبكة، ويتم إخراج تيار تفاعلي متأخر، وهو ما يعادل محثًا قابلًا للتعديل باستمرار، يمتص القدرة التفاعلية السعوية للشبكة؛ في وضع التشغيل السعوي، تكون سعة جهد خرج الجهاز أعلى من جهد الشبكة، ويتم إخراج تيار تفاعلي متقدم، وهو ما يعادل مكثفًا قابلًا للتعديل باستمرار، يرسل قدرة تفاعلية سعوية لتعويض نقص القدرة التفاعلية الحثية للشبكة.
3.3 بنية نظام SVG
تعتمد الدائرة الرئيسية لمولد الجهد العالي SVG على تصميم عاكس متسلسل، بثلاثة أطوار موصولة على شكل حرف Y. يتم توصيل الجهاز، المصمم لجهد 35 كيلوفولت، بالشبكة عبر محول رافع للجهد، ويتكون كل طور من 15 وحدة طاقة موصولة على التوالي، مع اعتماد نمط التشغيل الاحتياطي N+1. عند تعطل أي وحدة، يتم تجاوزها تلقائيًا لضمان استمرارية تشغيل النظام. ينقسم الجهاز عمومًا إلى جزأين: خزانة الطاقة وخزانة التحكم. تشمل خزانة الطاقة مكونات أساسية مثل وحدات طاقة IGBT، والمفاعلات، وأنظمة التبريد، المسؤولة عن تحويل الطاقة وإخراج الطاقة التفاعلية. أما خزانة التحكم، فتدمج جمع البيانات التناظرية، ومعالجة بيانات التبديل، والحماية من الأعطال، والتحكم المنطقي، ووحدات الاتصال، وغيرها، لتحقيق المراقبة الآنية، والتحكم في التشغيل، والتفاعل عن بُعد مع الجهاز. تعتمد الخزانة على واجهة اتصال بالألياف الضوئية، تتميز بقدرة عالية على مقاومة التداخل، وتضمن نقلًا مستقرًا لإشارات التحكم.
3.4 المزايا النسبية لأجهزة تعويض القدرة التفاعلية التقليدية وأجهزة SVG
بالمقارنة مع أجهزة تعويض القدرة التفاعلية السعوية التقليدية (FC)
معوضات المتغيرات الثابتة (SVC)
تتمتع تقنية SVG ذات الجهد العالي بمزايا تقنية كبيرة في تطبيق محطات الطاقة الكهروضوئية، وفيما يلي المقارنات المحددة:
دقة تعويض أعلى: يكون عامل القدرة بعد تعويض المكثف التقليدي بشكل عام بين 0.85-0.92، بينما يمكن أن يكون عامل القدرة بعد تعويض SVG أعلى من 0.98 بشكل مستقر، مما يلبي متطلبات ربط الشبكة عالية المستوى لمحطات الطاقة الكهروضوئية؛
سرعة استجابة أسرع: يبلغ زمن استجابة التعويض الفردي لأجهزة تعويض القدرة التفاعلية التقليدية 200 مللي ثانية أو أكثر، وهو ما لا يسمح لها بالتكيف مع التقلبات اللحظية في خرج الخلايا الكهروضوئية. أما زمن استجابة تعويض SVG فيتراوح بين 5 و20 مللي ثانية فقط، مما يتيح تعويضًا فوريًا ودقيقًا للقدرة التفاعلية.
طريقة تعويض أكثر مرونة: تعتمد الأجهزة التقليدية في الغالب على تعويض متدرج من 3 إلى 12 مستوى، مع اختلافات في الخطوات في زيادة أو تقليل سعة التعويض، مما يجعلها عرضة للتعويض الزائد أو الناقص. يدعم نظام SVG التعويض المستمر غير المتدرج بدءًا من 0.1 كيلو فار، مما يحقق مطابقة دقيقة للطاقة التفاعلية؛
قدرة معالجة توافقية أقوى: تعمل أجهزة التعويض السعوية التقليدية على تضخيم التوافقيات في الشبكة ولا تمتلك وظيفة ترشيح توافقي. أما SVG نفسه فلا يولد توافقيات، ولا يضخم التوافقيات في الشبكة، ويمكنه ترشيح أكثر من 50% من التوافقيات المميزة للشبكة، مما يحسن جودة الطاقة بشكل فعال؛
تحسين قدرة التكيف مع الجهد: تنخفض قدرة التعويض للأجهزة التقليدية بشكل ملحوظ عند انخفاض جهد الشبكة. أما مع انخفاض جهد الشبكة إلى 50% من الجهد المقنن، فيمكن لجهاز SVG الحفاظ على خرج قدرة التعويض المقننة، مع قدرة دعم جهد ممتازة.
4. تحليل تشغيل مولدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية
يتم توصيل مولد الجهد العالي SVG بقدرة 6 ميغا فار لمحطة الطاقة الكهروضوئية بحافلة الجهد 35 كيلو فولت الخاصة بالمحطة، ويعمل بالتوازي مع وحدة رفع الجهد العاكسة الكهروضوئية. يقوم الجهاز برصد بيانات الجهد والتيار في الوقت الفعلي لنقطة ربط الشبكة، ويُجري تلقائيًا تعويض القدرة التفاعلية ومعالجة التوافقيات. من خلال المراقبة الفعلية للتشغيل، يتكيف جهاز SVG تمامًا مع الظروف البيئية وظروف التشغيل لموقع محطة الطاقة، وتلبي مؤشرات التشغيل المختلفة متطلبات التصميم. وفيما يلي أهم تأثيرات التشغيل:
(1) سهولة التركيب والتشغيل، والتكيف مع ظروف الموقع
تعتمد شركة SVG تصميمًا معياريًا متكاملًا. في الموقع، لا يتطلب الأمر سوى تثبيت الخزانة وتوصيل الكابلات وضبط المعايير، مما يقلل من التمديدات الكهربائية ويسهل عملية التركيب. يستغرق الأمر 7 أيام فقط من تحديد موقع المعدات إلى تشغيلها، مما يختصر دورة تشغيل محطة الطاقة بشكل كبير؛ كما أن الهيكل المعياري يسهل الصيانة اللاحقة، ويمكن استبدال وحدة الطاقة الواحدة بسرعة، مما يقلل من تكاليف تشغيل المعدات وصيانتها.
(2) سهولة التشغيل وإمكانية المراقبة الذكية
تم تجهيز جهاز SVG بواجهة تفاعلية عالية الدقة بين الإنسان والآلة، تعرض في الوقت الفعلي معايير رئيسية مثل سعة التعويض، ومعامل القدرة، والمحتوى التوافقي، وحالة تشغيل المعدات، مع سهولة التشغيل في الموقع. كما أنه متصل بنظام المراقبة المركزي لمحطة الطاقة عبر منفذ RS485، مما يتيح وظائف مثل التشغيل والإيقاف عن بُعد، وتعديل المعايير، وإنذار الأعطال، وتحميل البيانات، لتلبية احتياجات التشغيل الذكي لمحطة الطاقة. ويمكن لفريق التشغيل والصيانة إتمام عملية المراقبة الكاملة للجهاز من غرفة التحكم المركزية.
(3) معامل قدرة مستقر، يفي بمعايير الربط بالشبكة
يتطلب ربط محطات الطاقة الكهروضوئية بالشبكة الحفاظ على معامل القدرة عند نقطة الربط بين 0.95 و0.99. قبل استخدام نظام SVG، وبسبب تقلبات إنتاج الطاقة الكهروضوئية، يتذبذب معامل القدرة في المحطة بشكل كبير بين 0.88 و1.0، وهو ما لا يفي بمتطلبات الربط بالشبكة. بعد استخدام نظام SVG، يتتبع الجهاز في الوقت الفعلي الطلب على القدرة التفاعلية ويضبط سعة التعويض تلقائيًا، بحيث يتم الحفاظ على معامل القدرة عند نقطة الربط بالشبكة في المحطة بشكل مستقر بين 0.98 و0.99، مما لا يتجنب فقط غرامات الشبكة الناتجة عن انخفاض معامل القدرة، بل يضمن أيضًا استهلاك الطاقة الكهروضوئية بالكامل عند الربط بالشبكة.
(4) المعالجة التوافقية الفعالة، تحسين جودة الطاقة
قبل استخدام جهاز SVG، وبسبب تشغيل معدات إلكترونيات الطاقة مثل العواكس عند نقطة ربط محطة الطاقة بالشبكة، يصل معدل تشويه التوافقيات الحالية إلى 8% إلى 12%، مع تلوث توافقي واضح؛ بعد استخدام جهاز SVG، يقوم الجهاز بترشيح توافقيات الشبكة بشكل فعال، ويصبح معدل تشويه التوافقيات الحالية عند نقطة ربط الشبكة أقل من 2% بشكل مستقر، وهو أقل بكثير من متطلبات المعيار الوطني، مما يحسن بشكل كبير جودة إمداد الطاقة لشبكة الطاقة، وفي الوقت نفسه يقلل من أضرار التوافقيات على معدات محطة الطاقة مثل المحولات ومفاتيح التبديل، مما يطيل عمر خدمة المعدات.
(5) كبح تقلبات الجهد، وتثبيت تشغيل الشبكة
يتذبذب الحمل على جانب شبكة الطاقة في المنطقة التي تقع فيها محطة الطاقة بشكل كبير، ويشهد خرج محطة الطاقة الكهروضوئية تغيرات فورية بسبب تأثير الضوء، مما يؤدي إلى تذبذب الجهد وانخفاضه عند نقطة اتصال الشبكة؛ وبفضل قدرته على الاستجابة الديناميكية السريعة وقدرته على دعم الجهد، يعمل نظام SVG على كبح تذبذب الجهد بشكل فعال، مما يجعل جهد ناقل 35 كيلو فولت لمحطة الطاقة مستقرًا في حدود ±2% من الجهد المقنن، ويتجنب فصل محولات الطاقة الكهروضوئية بسبب تشوهات الجهد، ويضمن التشغيل المستمر والمستقر لمحطة الطاقة.
(6) استهلاك منخفض للغاية للطاقة وكفاءة تشغيل ممتازة
يعتمد جهاز SVG على مكونات طاقة IGBT عالية الكفاءة واستراتيجيات تحكم مُحسّنة، بكفاءة تشغيل تصل إلى 99.96% واستهلاك منخفض للغاية للطاقة. يبلغ استهلاك الطاقة الذاتي السنوي للجهاز الواحد حوالي 2000 كيلوواط ساعة فقط، وهو أقل بكثير من استهلاك أجهزة التعويض التقليدية، مما يُقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الذاتي لمحطة الطاقة ويُحسّن كفاءة توليد الطاقة الإجمالية.
(7) قدرة عالية على التكيف مع البيئة، والتكيف مع ظروف العمل القاسية
يتميز موقع محطة الطاقة بشتاء بارد، وصيف حار، وأيام رياح قوية متكررة، وتلوث بالرمل والغبار، مما يفرض متطلبات عالية على عزل المعدات وتبديد الحرارة ومقاومة التداخل. صُمم جهاز SVG خصيصًا للبيئات الجبلية الباردة والمغبرة، حيث تم تحسين هيكل العزل ونظام التبريد، وتزويده بأجهزة إحكام مانعة للغبار. ومن خلال التحقق من التشغيل الفعلي، أثبت الجهاز قدرته على العمل بثبات في ظل درجات حرارة ورطوبة قصوى، وفي ظروف جوية ممطرة ورملية، دون تسجيل أي أعطال أو توقفات، مع قدرة ممتازة على التكيف مع البيئة.
العربية
English
français
Deutsch
español
中文
دعم شبكة IPv6
