تصميم مخطط تحسين جودة الطاقة لمزارع الرياح

تصميم مخطط تحسين جودة الطاقة لمزارع الرياح

I. مشاكل جودة الطاقة النموذجية في مزارع الرياح

1. تقلبات الجهد والوميض

   • تغيرات مفاجئة في سرعة الرياح → تقلبات الطاقة → اختلافات جهد الناقل (خاصةً في الشبكات الضعيفة)

2. التوافقيات والتوافقيات المتداخلة

   • تولد ترددات تبديل المحول (2-6 كيلو هرتز) التوافقيات المميزة (على سبيل المثال، الخامس، السابع، الحادي عشر، الثالث عشر)

   • تأثير ظل البرج يسبب التوافقيات المنخفضة التردد (<100 هرتز)

3. انخفاض/ارتفاع الجهد الكهربائي

   • أعطال الشبكة أو أحداث بدء/إيقاف التوربينات الكبيرة

4. تقلبات القدرة التفاعلية

   • الاختلافات في القدرة التفاعلية الممتصة/المُسلَّمة بسبب استراتيجيات التحكم

II. تصميم الحلول الأساسية

الحل 1: تحسين مستوى التوربينات

• التدابير الفنية

  • محول كامل النطاق (محرك مباشر بمغناطيس دائم)

    • مبدأ :يفصل التوربين عن الشبكة من خلال محولات متقابلة، مما يعمل على قمع تقلبات الطاقة الناتجة عن تموج عزم الدوران

    • التحكم التوافقي : مرشح LCL + تحسين PWM (على سبيل المثال، SVPWM)

  • دعم الطاقة التفاعلية الديناميكية

    • مبدأ :احتياطي 10-15% من القدرة التفاعلية؛ وقت الاستجابة <20 مللي ثانية (أفضل من SVG التقليدي)

الحل 2: التخفيف من حدة التلوث على مستوى خط التجميع

• التدابير الفنية

  • SVG (مولد المتغيرات الثابتة) في Bus

    • مبدأ : الكشف في الوقت الحقيقي عن ΔQ في PCC، وحقن الطاقة التفاعلية المضادة عبر عاكسات IGBT (الاستجابة ≤5 مللي ثانية)

    • تصميم القدرة : 20-30% من إجمالي طاقة الرياح (على سبيل المثال، 20 ميجا فار SVG لمزرعة 100 ميجا وات)

  • APF (مرشح الطاقة النشط)

    • مبدأ : أخذ عينات من التوافقيات → توليد تيارات تعويضية → إلغاء التوافقيات (تم تقليل التشويه التوافقي الكلي من 8% إلى <3%)

    • الأهداف الرئيسية : التوافقيات المميزة (على سبيل المثال، 6k±1 ترتيب) والتوافقيات البينية

الحل 3: نظام مستوى المحطة

• التدابير الفنية

  • نظام STATCOM الهجين + تخزين الطاقة

    • مبدأ :

      • توفر STATCOM دعمًا سريعًا للتفاعل (قدرة ±1.5 وحدة)

      • تخزين ليثيوم أيون يخفف من تقلبات الطاقة (الثابت الزمني: ثوانٍ-دقائق)

    • دراسة الحالة :5% من سعة تخزين طاقة الرياح (على سبيل المثال، 50 ميجاوات/25 ميجاوات ساعة) يقلل من تقلبات الجهد بنسبة 40%

  • قمع الرنين التوافقي

    • مبدأ :تتجنب بنوك المرشحات من النوع C المضبوطة تلقائيًا نقاط الرنين (على سبيل المثال، 11/13)

    • معايير التصميم :
      $س=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{ر}\genfrac{}{}{0ex}{}{ل}{ج}$ (س= 30-50 لتجنب الحدة الزائدة)
      ${ف}^{الدقة}=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{2\pi \sqrt{لج}}$ (تجنب نطاق 2.5-3.5 كيلو هرتز)

الحل 4: حماية اتصال الشبكة

• التدابير الفنية

  • جهاز استعادة الجهد الديناميكي (DVR)

    • مبدأ :يعمل جهد التعويض المحقون على التوالي على تثبيت المعدات الحساسة (يتعامل مع الترهلات ≤0.5 ثانية)

    • المعلمات الرئيسية : عمق التعويض 60%؛ مصدر طاقة المكثف الفائق

  • محول حجب التوافقيات التسلسلية الصفرية

    • مبدأ :يوفر اللف المتعرج مقاومة عالية للتوافقيات الثالثة (يقمع مكونات التسلسل الصفري)

ثالثًا: المبادئ التقنية الرئيسية

1. قمع تقلبات الجهد
   $\Delta الخامس\%\approx \genfrac{}{}{0ex}{}{\Delta س\cdot {إكس}^{جرأناد}}{{الخامس}^{نام}}\times 100\%$

   • يعوض SVG ΔQ في الوقت الفعلي لتقليل تأثيرات مفاعلة الشبكة (X_grid)

2. نموذج الإلغاء التوافقي
   تعويضات APF الجيل الحالي:
   ${أنا}^{ج}(ت)=-{\sum }^{ح=2}{أنا}^{ح}\mathrm{الخطيئة}(2\pi hفت+{\varphi }^{ح})$

   • يقوم FFT بتحليل التوافقيات؛ وينتج IGBT تيارات دقيقة معكوسة الطور

3. التخفيف بين التوافقيات

   • تحسين PLL (DDSRF-PLL) لتتبع التردد الأساسي الدقيق

   • تردد مركز مرشح إيقاف النطاق:
     ${ف}^{منتإر}={ف}^{بلأدهـ}\times {ن}^{بلأدes}$ (تردد مرور الشفرة)

رابعًا: خارطة طريق التنفيذ تقلب الجهد

الخامس. الأداء المتوقع

سادساً: التقنيات المبتكرة

1. أجهزة ذات فجوة نطاق واسعة :تعمل محولات SiC (التبديل>10 كيلو هرتز) على تقليل حجم الفلتر بنسبة 40%

2. نظام التوأم الرقمي :نموذج التنبؤ القائم على SCADA يعدل التعويض قبل 15 ثانية

3. محولات تشكيل الشبكة :محاكاة القصور الذاتي للآلة المتزامنة لتحقيق استقرار الشبكة الضعيفة