كيفية تكوين مولدات التباين الساكنة (SVGs) ومرشحات الطاقة النشطة (APFs) بطريقة علمية في محطات الطاقة الكهروضوئية (PV).

كيفية التكوين علميًا مولدات المتغيرات الثابتة (SVGs) و مرشحات الطاقة النشطة (APFs) في محطات الطاقة الكهروضوئية (PV).

تتشابه إدارة جودة الطاقة في محطات الطاقة الكهروضوئية مع مزارع الرياح، إلا أنها تتميز بخصائص فريدة. ويتمثل جوهرها فيما يلي: تعد محولات الطاقة الكهروضوئية في حد ذاتها مصادر توافقية وتتطلب دعم الطاقة التفاعلية، في حين أن الشبكة لديها متطلبات صارمة للطاقة التفاعلية والتوافقيات عند نقطة الاقتران المشترك.

أولاً: مشاكل جودة الطاقة الرئيسية في محطات الطاقة الكهروضوئية

1. قضايا الطاقة التفاعلية (الهدف الأساسي للتخفيف من آثار SVG) :

   • قدرة العاكس التفاعلية المحدودة :على الرغم من أن محولات الطاقة الكهروضوئية الحديثة تتمتع بقدرة تنظيمية متأصلة للطاقة التفاعلية (عادةً ما تكون قادرة على ضبط عامل القدرة ضمن نطاق ±0.8)، إلا أن هذه القدرة تأتي على حساب إنتاج الطاقة النشطة إن استخدام العاكسات لتوفير الطاقة التفاعلية يعني تقليل توليد الطاقة، مما يؤثر بشكل مباشر على إيرادات المالك.

   • استهلاك الطاقة التفاعلية للخطوط والمحولات :المحولات الرفعية وخطوط التجميع هي محولات حثية وتستهلك طاقة تفاعلية.

   • متطلبات توزيع الشبكة وفقًا لمعايير الشبكة الوطنية (مثل "اللوائح الفنية الصينية لربط محطات الطاقة الكهروضوئية بشبكة الطاقة")، يجب أن تتمتع محطات الطاقة الكهروضوئية بقدرة تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية. ويجب أن تكون قادرة على التحكم في الجهد ومعامل القدرة عند نقطة الاقتران المشترك (PCC) وفقًا لأوامر الإرسال (عادةً ما تكون بين 0.98 بادئ و0.98 تأخر). هذا هو متطلب إلزامي .

2. القضايا التوافقية (الهدف الأساسي للتخفيف من آثار APF) :

   • المصدر التوافقي الرئيسي : محولات الطاقة الكهروضوئية (التيار المستمر-التيار المتردد) هي المصادر الرئيسية للتوافقيات. التوافقيات التي تولدها هي في المقام الأول التوافقيات عالية الترتيب ، مثل 13، 17، 19، 23، 25 ، وما إلى ذلك، فضلاً عن بعض ترددات التبديل التوافقية (على سبيل المثال، 1150 هرتز، 2350 هرتز).

   • تضخيم التوافقيات الخلفية قد تحتوي الشبكة الكهربائية المتصلة بمحطة الطاقة الكهروضوئية على توافقيات خلفية موجودة. قد تتفاعل العاكسات مع هذه التوافقيات، مما قد يُسبب رنينًا ويُضخّم ترتيبات توافقية محددة.

   • مشكلة التغذية العكسية الليلية في الليل، عندما لا يُنتج نظام الطاقة الكهروضوئية الكهرباء، تُسحب طاقة خدمة المحطة من الشبكة. خلال هذه الفترة، يمكن أن تُصبح معدات المحطة، مثل المحولات وأنظمة UPS، مصادر توافقية، فتُدخل التوافقيات إلى الشبكة.

3. تقلبات الجهد والوميض :

   • يمكن أن تؤدي التغييرات في شدة الضوء (على سبيل المثال، مرور السحب) إلى تقلبات سريعة في طاقة خرج الطاقة الكهروضوئية، مما يؤدي إلى تقلبات الجهد والوميض في PCC.

II. دور واستراتيجية تكوين مولدات الطاقة الشمسية (SVG) ومرشحات الطاقة الشمسية (APF) في محطات الطاقة الكهروضوئية

المبدأ الأساسي للتكوين هو: أولاً، يجب تلبية متطلبات الطاقة التفاعلية الإلزامية للشبكة، ثم التخفيف من التوافقيات لحماية معدات المحطة وضمان السلامة.

(I) تكوين مولد المتغيرات الثابتة (SVG)

1. تحديد الأدوار: دعم القدرة التفاعلية الديناميكية الأساسية وتنظيم الجهد
الوظيفة الأساسية لـ SVG هي العمل كـ مكمل قوي والمزود الرئيسي من الطاقة التفاعلية، بشكل مستقل عن العاكسات. يوفر هذا النظام ضبطًا سريعًا وسلسًا ومستمرًا للطاقة التفاعلية دون المساس بتوليد الطاقة النشط، مما يلبي متطلبات توزيع الطاقة في الشبكة ويحافظ على استقرار جهد الدائرة الكهربائية المركزية (PCC).

2. موقع التركيب: نقطة الاقتران المشتركة لمحطة الطاقة الكهروضوئية (PCC)

• يجب تثبيت SVG مركزيًا على جانب الجهد المنخفض (جانب 35 كيلو فولت، أو 10 كيلو فولت، أو 400 فولت) من المحول الرئيسي للرفع.

• يسمح التخفيف في هذا الموقع بالتعديل المركزي المباشر لعامل القدرة PCC، والاستجابة لأوامر إرسال الشبكة، ويوفر دعم الطاقة التفاعلية لمحطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بأكملها.

3. حساب السعة (الخطوة الحرجة) :
يجب أن تلبي سعة SVG القيمة القصوى للمتطلبات التالية:

• أ. تلبية متطلبات توزيع الشبكة (العامل المهيمن) :وفقًا للمعايير الوطنية، يجب أن تكون سعة SVG 20% ~ 30% من القدرة المقدرة لمحطة الطاقة الكهروضوئية.

  • على سبيل المثال: تتطلب محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 50 ميجاوات عادةً مولدًا كهربائيًا صغيرًا بسعة ±10 ميجا فار إلى ±15 ميجا فار .

• ب. تعويض عجز القدرة التفاعلية الداخلية :احسب استهلاك الطاقة التفاعلية لمحولات رفع الجهد وخطوط التجميع، مع الأخذ في الاعتبار الطلب على الطاقة التفاعلية لأحمال خدمة المحطة في الليل.

• ج. دعم الجهد أثناء أعطال النظام :تأكد من أن SVG يمكن أن توفر طاقة تفاعلية كافية لدعم الجهد أثناء أعطال الشبكة، وتحقيق ركوب الجهد المنخفض (LVRT).

الاستنتاج: عادة ما يتم تحديد سعة SVG من خلال رموز الشبكة وهي "ميزة قياسية" لمحطات الطاقة الكهروضوئية.

(II) تكوين مرشح الطاقة النشط (APF)

1. تحديد الأدوار: تخفيف التوافقيات عالية الترتيب وقمع الرنين
الوظيفة الأساسية لمرشح الترددات العالية هي تصفية التوافقيات عالية المستوى التي تولدها محولات الطاقة الكهروضوئية بدقة، ومنع حقنها في الشبكة العامة بما يتجاوز الحدود، قمع الرنين التوافقي المحتمل ، حماية معدات المصنع مثل المحولات والمكثفات.

2. موقع التثبيت: مركزي في المقام الأول، مع إضافة تخفيف موضعي

• الخيار أ (الأكثر شيوعًا): التثبيت المركزي في مركز التحكم الرئيسي

  • موقع :تم تركيبه إلى جانب SVG على جانب الجهد المنخفض للمحول الرئيسي للرفع.

  • المزايا :التركيب المريح والإدارة المركزية يخففان بشكل فعال من إجمالي التيار التوافقي الذي يتم حقنه في الشبكة بواسطة المصنع بأكمله، مما يضمن أن محتوى التوافقيات PCC يتوافق مع المعايير الوطنية (على سبيل المثال، GB/T 14549).

  • قابلية التطبيق :مناسبة للغالبية العظمى من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق.

• الخيار ب (حالات محددة): التركيب الموزع على جانب الجهد المنخفض لمحول رفع العاكس

  • موقع :قم بتثبيت محولات الطاقة البديلة ذات السعة الأصغر على الجانب المنخفض الجهد من محولات صندوق التجميع لكل وحدة أو وحدات توليد طاقة متعددة (على سبيل المثال، وحدات 2 ميجاوات) في المحطات الكبيرة.

  • المزايا :التخفيف الأكثر شمولاً، يمنع التيارات التوافقية من التدفق في خطوط التجميع مما يتسبب في الخسائر، ويمكنه قمع الرنين المحلي بشكل أكثر فعالية.

  • العيوب :تكلفة أعلى ونقاط صيانة أكثر.

  • قابلية التطبيق :مناسب للنباتات ذات الحجم الكبير جدًا، أو النباتات ذات الخطوط الطويلة بشكل استثنائي، أو النباتات التي تعاني من مشكلات توافقية شديدة بشكل خاص.

3. حساب السعة :

• طريقة القياس (الموصى بها) :قم بإجراء قياسات جودة الطاقة على جانب PCC أو الجهد المنخفض لمحولات صندوق التجميع للحصول على بيانات تيار توافقي حقيقية. هذه هي الطريقة الأكثر دقة.

• طريقة التقدير :سعة APF I_APF ≥ التيار المقدر لمحطة الطاقة الكهروضوئية × التيار THDi × عامل التزامن

  • يتم التحكم في THDi عند مخرج العاكس عادةً بما يقل عن 1.5%~3% (بما في ذلك المرشحات الداخلية)، ولكن يجب مراعاة تراكب الوحدات المتعددة والتوافقيات الخلفية.

  • عامل التزامن :نظرًا لأن ليس كل العاكسات تعمل بكامل حمولتها في نفس الوقت وأن المراحل التوافقية تلغي بعضها البعض جزئيًا، فيمكن استخدام عامل يتراوح من 0.6 إلى 0.8.

• توصية :قم دائمًا بإجراء قياسات ميدانية، حيث أن الخصائص التوافقية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنماذج العاكس ومقاومة الشبكة.

ثالثًا: مخطط التكوين والبنية النموذجية

يتم تصميم هندسة التخفيف من جودة الطاقة القياسية لمحطة الطاقة الكهروضوئية من الناحية المفاهيمية على النحو التالي:

• مصفوفات الخلايا الكهروضوئية :تتصل مجموعات متعددة من صفائف الطاقة الشمسية بالمحولات.

• وحدة العاكس والرفع : تُغذّي عاكسات السلسلة/المركزية الجماعية (مصادر التوافقيات) محولات صندوق التجميع. اختياريًا، APFs الموزعة يمكن تثبيتها هنا لقمع الرنين المستهدف والتحكم في التوافقيات.

• محول رفع الجهد الرئيسي :يزيد الجهد اللازم لتوصيل الشبكة.

• طبقة تخفيف نقطة الاقتران المشتركة (PCC) :تقع في مركز التحكم في الجهد (PCC) على جانب الجهد المنخفض للمحول الرئيسي. تحتوي هذه الطبقة على:

  • كبير SVG مركزي لدعم القدرة التفاعلية الديناميكية الشاملة واستقرار الجهد، والاستجابة لأوامر الشبكة.

  • أ APF مركزي (الاختيار الأساسي) لترشيح التوافقيات الكلية.

  • بنوك المكثفات/المفاعلات السلبية للتعويض عن القدرة التفاعلية الأساسية.

المخطط الموصى به :

• إس في جي :تم تركيبه مركزيًا على ناقل الجهد المنخفض الرئيسي، بسعة تبلغ 20% إلى 30% من إجمالي سعة المحطة.

• صندوق النقد الدولي :إعطاء الأولوية لـ التخفيف المركزي المخطط، المثبت على نفس الناقل مثل SVG.

• التحكم المنسق :يجب دمج SVG وAPF في محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية سكادا نظام لاستقبال أوامر توزيع الشبكة وتمكين التشغيل الآلي. يمكن تشغيل SVG وAPF بشكل مستقل أو دمجهما في جهاز موحد (Hybrid-APF).

رابعًا: متطلبات اختيار المنتج الخاصة

تعتبر بيئة محطة الطاقة الشمسية بيئة خاصة وتتطلب مواصفات معدات عالية:

1. تصنيف الحماية :يتطلب التثبيت الخارجي ما لا يقل عن IP54 ومقاومة التآكل من الدرجة C4 أو أعلى لتحمل درجات الحرارة العالية والرطوبة والرياح والرمال والظروف الملحية والقلوية.

2. مستوى الجهد :يجب أن يتطابق بشكل مباشر مع مستوى جهد المحطة (على سبيل المثال، 0.4 كيلو فولت، 10 كيلو فولت، 35 كيلو فولت).

3. سرعة الاستجابة :يجب أن يكون سريعًا للغاية (<5 مللي ثانية) للاستجابة لتقلبات الطاقة الناجمة عن السحب المارة.

4. القدرة على التكيف مع الجهد الكهربي الواسع :يمكن أن يكون نطاق تقلب جهد الشبكة كبيرًا؛ ويجب أن تعمل المعدات بشكل طبيعي ضمن نطاق جهد واسع.

5. قدرة تبديد الحرارة :يعتبر تصميم تبديد الحرارة أمرًا بالغ الأهمية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

ملخص

يعد تكوين SVG وAPF لمحطة الطاقة الكهروضوئية قرارًا تقنيًا واقتصاديًا بالغ الأهمية:

1. SVG إلزامي : يتم تحديد قدرتها من خلال المعايير الوطنية الإلزامية إنها المعدات الأساسية لتلبية متطلبات توزيع الطاقة التفاعلية ودعم الجهد في الشبكة، وهي "المفتاح" لتوصيل الشبكة.

2. يوصى بشدة باستخدام APF :ضرورتها تعتمد على بيانات التوافقيات المقاسة ميدانيًا وخلفية الشبكة. إنه "تأمين" لضمان كفاءة تشغيل المحطة، وتجنب غرامات تجاوز التوافقيات، ومنع تلف المعدات.

3. العائد على الاستثمار :هذا الاستثمار ليس مجرد تكلفة امتثال بل هو إنفاق ضروري لـ حماية إيرادات توليد الطاقة (تجنب تقليص العاكس بسبب إرسال الطاقة التفاعلية)، تعزيز موثوقية تشغيل المصنع ، و إطالة عمر المعدات .

خلال المراحل المبكرة للمشروع، يوصى بشدة بإجراء دراسة تفصيلية تقييم جودة الطاقة والمحاكاة وتكليف الوكالات المهنية ل القياسات الميدانية وسيساعد هذا في تطوير خطة التخفيف الأكثر اقتصادية وكفاءة وموثوقية، مما يضمن تحقيق أقصى قدر من الفوائد طوال دورة حياة المحطة.