كيفية تكوين مولدات المتغيرات الثابتة (SVGs) ومرشحات الطاقة النشطة (APFs) بطريقة علمية في تطبيقات مزارع الرياح.

كيفية التكوين علميًا مولدات المتغيرات الثابتة (SVGs) و مرشحات الطاقة النشطة (APFs) في تطبيقات مزارع الرياح.

مزارع الرياح، وخاصةً تلك التي تستخدم مولدات الحث ثنائية التغذية (DFIGs)، ليست مُنتجةً للطاقة فحسب، بل هي أيضًا مصدرٌ رئيسيٌّ لمشاكل جودة الطاقة. وتختلف الحاجة إلى معدات التخفيف ومنطق إعدادها اختلافًا كبيرًا عن التطبيقات التجارية والصناعية التقليدية.

أولاً: مشاكل جودة الطاقة الرئيسية في مزارع الرياح

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

   • تتطلب التوربينات نفسها طاقة تفاعلية :تعمل المحولات والمحولات الكهربائية داخل توربينات DFIG على امتصاص الطاقة التفاعلية لإنشاء مجالات مغناطيسية أثناء التشغيل.

   • استهلاك خط التحصيل :خطوط التجميع الطويلة (خطوط التجميع) هي خطوط استقرائية وتستهلك كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية.

   • متطلبات توزيع الشبكة :وفقًا لمعايير الشبكة الوطنية (على سبيل المثال، "اللوائح الفنية الصينية لربط مزارع الرياح بنظام الطاقة")، يجب أن تمتلك مزارع الرياح تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية القدرة. يجب أن تكون قادرة على ضبط معامل القدرة تلقائيًا عند نقطة الاقتران المشترك (PCC) بناءً على أوامر الإرسال (عادةً ما تكون بين 0.98 بادئ و0.98 تأخر) لدعم جهد الشبكة. هذا هو متطلب إلزامي .

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

   • المصدر التوافقي الرئيسي :المحولات (تيار متردد - تيار مستمر - تيار متردد) داخل توربينات الرياح هي المصادر الأساسية للتوافقيات، حيث تعمل على توليد توافقيات من ترتيب محدد مثل الخامس، السابع، الحادي عشر، الثالث عشر ، إلخ.

   • خطر الرنين التوافقي :يمكن لسعة الكابل لنظام تجميع مزرعة الرياح ومحاثة الشبكة أن تشكل رنينًا متوازيًا أو متسلسلًا عند ترددات معينة، مما يؤدي إلى تضخيم أوامر توافقية محددة ويؤدي إلى حوادث خطيرة.

3. تقلبات الجهد والوميض :

   • الطبيعة المتقطعة والعشوائية لطاقة الرياح تسبب تقلبات في طاقة إنتاج التوربينات، مما يؤدي إلى تقلبات الجهد والوميض في مركز التحكم في الطاقة.

II. دور واستراتيجية تكوين مولدات الطاقة الشمسية (SVG) ومرشحات الطاقة الشمسية (APF) في مزارع الرياح

المبدأ الأساسي لتكوين معدات التخفيف في مزارع الرياح هو: أولاً، يجب تلبية متطلبات الطاقة التفاعلية الإلزامية للشبكة، ثم التخفيف من التوافقيات لحماية الأصول الداخلية.

(I) تكوين مولد المتغيرات الثابتة (SVG)

1. تحديد الأدوار: دعم القدرة التفاعلية الديناميكية الأساسية
الوظيفة الأساسية لـ SVG في مزرعة الرياح هي استبدال بنوك المكثفات/المفاعلات التقليدية (TSC/TCR) لتوفير سريع وسلس ومستمر ضبط القدرة التفاعلية، وتلبية متطلبات توزيع الشبكة، وتثبيت جهد PCC.

2. موقع التركيب: نقطة الاقتران المشتركة لمزرعة الرياح (PCC)

• يجب تثبيت SVG مركزيًا على جانب الجهد المنخفض (جانب 35 كيلو فولت أو 10 كيلو فولت) من المحول الرئيسي لرفع الجهد في المحطة.

• يسمح التخفيف في هذا الموقع بالتعديل المباشر لعامل قدرة PCC، والاستجابة لأوامر إرسال الشبكة، ويوفر دعم الطاقة التفاعلية لمزرعة الرياح بأكملها.

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

• أ. تلبية متطلبات توزيع الشبكة :وفقًا لمعايير توصيل الشبكة، يجب أن تكون سعة SVG 25% ~ 50% من السعة المقدرة لمزرعة الرياح. هذا هو الأساس الرئيسي للتكوين.

  • مثال: تتطلب مزرعة الرياح التي تبلغ قدرتها 100 ميجاوات عادةً مولد طاقة شمسية بسعة ±25 ميجا فار إلى ±50 ميجا فار .

• ب. تعويض عجز القدرة التفاعلية الداخلية :احسب إجمالي استهلاك الطاقة التفاعلية لجميع التوربينات، والمحولات المثبتة على الوسائد، وخطوط التجميع، بما في ذلك هامش معين.

• ج. دعم الجهد أثناء أعطال النظام :ضع في اعتبارك أنه أثناء حدوث أعطال في الدائرة القصيرة للشبكة، يتعين على SVG توفير طاقة تفاعلية كافية لدعم الجهد وضمان عدم انقطاع التوربينات عن العمل (تجاوز الأعطال).

الاستنتاج: عادةً ما يتم تحديد سعة SVG بواسطة رموز الشبكة، مع أخذ الحد الأقصى للقيمة وإضافة بعض التكرار.

(II) تكوين مرشح الطاقة النشط (APF)

1. تحديد الأدوار: التخفيف التوافقي وقمع الرنين
الوظيفة الأساسية لمرشح التوافقيات (APF) هي تصفية التوافقيات المميزة التي تولدها التوربينات، ومنع تدفق التيار التوافقي إلى الشبكة بما يتجاوز الحدود. والأهم من ذلك، يقمع الرنين التوافقي المحتمل ، حماية الأصول الداخلية مثل المحولات والمكثفات.

2. موقع التثبيت: نهج مركزي وموزع مشترك

• الخيار أ (الموصى به): التثبيت الموزع في نهايات خطوط التجميع

  • موقع :قم بتثبيت مرشحات توزيع الطاقة متوسطة السعة في نهاية كل دائرة تجميع (أي عند لوحة التوزيع حيث تتقارب خطوط التوربينات المتعددة).

  • المزايا :

    1. تخفيف أكثر شمولاً :يمنع التعويض بالقرب من مصدر التوافقيات تدفق التوافقيات وتراكمها في خطوط التجميع، مما يقلل من خسائر الخطوط.

    2. قمع الرنين بشكل أكثر فعالية :يغير بشكل مباشر خصائص معاوقة المصدر التوافقي، مما يؤدي إلى تعطيل ظروف الرنين بشكل أساسي.

    3. موثوقية أعلى :فشل APF واحد لا يؤثر على الدوائر الأخرى.

• الخيار ب: التثبيت المركزي في مركز التحكم الرئيسي

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

  • المزايا :تركيب مريح، وإدارة مركزية.

  • العيوب :تخفيف أقل فعالية من النهج الموزع، وقد لا يؤدي إلى قمع الرنين داخل خطوط التجميع بشكل فعال.

  • قابلية التطبيق :مناسب للمزارع حيث لا تكون مشكلات التوافقيات حادة، أو يكون الهدف الرئيسي هو تلبية المعايير الوطنية للتوافقيات (على سبيل المثال، GB/T 14549) في PCC.

3. حساب السعة :

• طريقة القياس :قم بإجراء قياسات جودة الطاقة على خطوط التجميع أو PCC للحصول على بيانات التيار التوافقي.

• طريقة التقدير :سعة APF I_APF ≥ ∑ (التيار المقدر للتوربين الفردي × التيار THDi × عامل التزامن)

  • يبلغ THDi لمحول توربيني واحد عادةً حوالي 3% ~ 5% (بعد تضمين مرشحات LCL)، ولكن لاحظ أن الرنين التوافقي يمكن أن يسبب التضخيم.

  • عامل التزامن :نظرًا لأن التوربينات لا تعمل جميعها بكامل حمولتها في نفس الوقت وتختلف المراحل التوافقية، فيمكن استخدام عامل يتراوح بين 0.6 إلى 0.8.

• توصية :قم دائمًا بإجراء قياسات ميدانية واستشر وكالات متخصصة، حيث أن قضايا الرنين التوافقي معقدة للغاية.

ثالثًا: مخطط التكوين والبنية النموذجية

يتم تصميم هيكل التخفيف القياسي لجودة الطاقة لمزرعة الرياح من الناحية المفاهيمية على النحو التالي:

• مولدات توربينات الرياح :تتصل مجموعات متعددة من التوربينات (المصادر التوافقية والأحمال التفاعلية) عبر خطوط تجميع طويلة.

• نظام التجميع (35 كيلو فولت/10 كيلو فولت) : APFs الموزعة يتم تثبيتها بشكل مثالي في نهاية كل دائرة تجميع للتحكم في التوافقيات والرنين المستهدف.

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

• نقطة الاقتران المشتركة (PCC) :نقطة الربط مع الشبكة الرئيسية.

• طبقة التخفيف المركزية :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.

  • (اختياري) أ APF مركزي للترشيح التوافقي المساعد.

  • بنوك المكثفات/المفاعلات السلبية لتعويض القدرة التفاعلية الأساسية.

المخطط الموصى به :

• إس في جي :تم تركيبه مركزيًا على ناقل 35 كيلو فولت، بسعة تتراوح بين 25% إلى 50% من إجمالي سعة المزرعة.

• صندوق النقد الدولي :إعطاء الأولوية لـ التخفيف الموزع مخطط تركيب وحدات في نهاية كل دائرة تجميع.

• التحكم المنسق :يجب دمج SVG وAPF في مزرعة الرياح سكادا أو نظام إدارة الطاقة (EMS) لتلقي أوامر إرسال الشبكة وتمكين التشغيل التلقائي.

رابعًا: متطلبات اختيار المنتج الخاصة

تتطلب بيئة مزارع الرياح القاسية مواصفات معدات عالية:

1. تصنيف الحماية :يتطلب التثبيت الخارجي ما لا يقل عن IP54 ومقاومة للتآكل من الدرجة C4/C5 لتحمل الرياح والرمال ورذاذ الملح والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى.

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

3. سرعة الاستجابة :يجب أن يكون سريعًا للغاية (<5 مللي ثانية) للاستجابة لارتفاعات طاقة الرياح وأخطاء الشبكة.

4. الموثوقية والصيانة :إن متوسط الوقت العالي بين الأعطال (MTBF) والتصميم المعياري للاستبدال السريع أمران ضروريان.

5. شهادة :يتطلب الحصول على شهادة من اختبارات منتجات صناعة الطاقة، واختبارات الجهد المنخفض (LVRT)، وما إلى ذلك.

ملخص

إن تكوين SVG وAPF لمزرعة الرياح ليس مجرد عملية اختيار بسيطة، بل هو هندسة النظم مهمة:

1. SVG إلزامي . يتم تحديد قدرتها من خلال المعايير الوطنية الإلزامية ، في المقام الأول لتلبية متطلبات توزيع الطاقة التفاعلية ودعم الجهد الكهربي للشبكة.

2. يوصى بشدة باستخدام APF يجب أن يعتمد مخطط تكوينه (مركزي أو موزع) وسعته على القياسات الميدانية وتحليل النظام ، في المقام الأول لقمع التوافقيات ومنع الرنين، وحماية الأصول الداخلية.

3. العائد على الاستثمار :هذا الاستثمار ليس مجرد "تذكرة" لتلبية متطلبات توصيل الشبكة ولكنه ضروري لضمان تشغيل آمن ومستقر وفعال على المدى الطويل مزرعة الرياح، وتجنب العقوبات الباهظة وتلف المعدات.

خلال المراحل المبكرة للمشروع، تم تفصيل نمذجة ومحاكاة جودة الطاقة يجب أن يتم تنفيذها، ويجب تكليف الوكالات المهنية للقيام بذلك. القياس والتقييم لتطوير خطة التخفيف الأكثر اقتصادية وكفاءة وموثوقية.