تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على جودة الطاقة والحلول

ملخص:إنتاج الطاقة الكهروضوئية، باعتبارها طريقة جديدة وخالية من التلوث لتوليد الطاقة، خفّف كثيراً من الطلب على الطاقة الكهربائية التقليدية.لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة، بسبب عشوائيتها المتأصلة، وتقلبها، وخصائصها المتقطعةونظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة يحتوي على عدد كبير من المكونات الإلكترونية غير الخطية، مقارنةً مع طرق توليد الطاقة التقليدية، فإن توليد الطاقة الكهروضوئية له تأثير كبير على نوعية الطاقة في الشبكة.تقلبات الجهد والتلمير، حقن التيار المباشر، تأثير الجزر وغيرها من المشاكل الناجمة عن توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على شبكة الكهرباء، ودراسة ومناقشة تدابير قابلة للتنفيذ لتحسين نوعية الطاقة.

0 مقدمة

مع تسارع عملية التدويل، والتنمية السريعة للاقتصاد العالمي، ارتفع استهلاك الطاقة أيضا،والانقراض التدريجي لمصادر الطاقة التقليدية والمشاكل البيئيةفي السنوات الأخيرة، استمرت القدرة المثبتة لتوليد الطاقة الكهروضوئية في التوسع.والكهرباء على الشبكة زادت أيضا من سنة إلى أخرى، ولكن بسبب خصائص قدرتها المثبتة صغيرة عموما، وتخطيط الموقع متناثرة نسبيا، وتقلبات الطاقة الخارجة كبيرة،وقد تسبب أيضا تأثير كبير على جودة الطاقة من الشبكةلذلك، من المهم جداً دراسة تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية على نوعية الطاقة لتعزيز إنتاج الطاقة وتشغيل شبكة الطاقة بأمان ومستقر.

1 المبدأ الأساسي لتوليد الطاقة الكهروضوئية

إنتاج الطاقة الكهروضوئية يستخدم تأثير الطاقة الكهروضوئية الموجودة على سطح أشباه الموصلات لإرسال تيار مباشر من خلال الضوء في كلا الطرفين من مادة أشباه الموصلات.عندما تشرق الشمس على عقدة نصف الموصلات، يتم تشكيل زوج جديد من الإلكترونات والثقوب، وبعد أن يثير الفوتون الإلكترون من الرابطة المشتركة، يتدفق الإلكترون إلى المنطقة N والثقب يتدفق إلى المنطقة P،مما يؤدي إلى فرق إمكانات بين طرفي أشباه الموصلاتبمجرد توصيل الدائرة في كلا الطرفين من تقاطع PN ، سيتم تشكيل تيار ، يتدفق من المنطقة P إلى المنطقة N من خلال الدائرة الخارجية ،والطاقة الكهربائية سيتم إخراجها إلى الحمل.

2 هيكل وتصنيف توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة

يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة بشكل رئيسي من لوحة شمسية (وحدة) ، وجهاز تحكم تتبع الطاقة العالية (MPPT) ، ومحول DC-AC عدة أجزاء ،باستخدام ترانزستور ثنائي القطب معزول البوابة (IG-BT) كعنصر التبديل في عاكس الطاقة الشمسيةيتم رفع مخرجات الخلية الشمسية من خلال محول DC-DC لزيادة مستوى الجهد ، ثم يتم تحويل التيار المستمر إلى تيار متبادل بنفس النطاق ،تردد ومرحلة فولتة شبكة الكهرباء عبر عاكس التيار المتردد، وذلك لتحقيق الاندماج في شبكة الكهرباء أو إمداد الطاقة إلى حمولة التيار المتردد.

الشكل 1 هيكل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة

وفقًا لنمط التشغيل المتصل بالشبكة ، يمكن تقسيم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية إلى ثلاثة أشكال: المتصل بالشبكة بالتيار المضاد ،لا توجد التيار المضاد متصل بالشبكة والتحويل متصل بالشبكةنظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة متصل مباشرة بشبكة الكهرباء ، لا يتطلب بطاريات تخزين الطاقة ، يوفر مساحة الأرض ، يقلل إلى حد كبير من تكلفة التكوين ،ويتم استكمال عجز طاقة الحمل من قبل شبكة الكهرباءوبالتالي ، فإن نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة هو الاتجاه الرئيسي لتطوير توليد الطاقة الشمسية ،كما أنها طريقة جديدة محتملة لتوليد الطاقة في هذه المرحلة.

• تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على نوعية الطاقة في الشبكة

توليد الطاقة الكهروضوئية كإنتاج جديد للطاقة، الإضاءة، درجة الحرارة والظروف الخارجية الأخرى للصدفة، التقلب،التغيرات المتقطعة هي العوامل الرئيسية لتأثير توليد الطاقة الكهروضوئية على الشبكةمن بينها، عاكس التيار المتردد هو واحد من الأجهزة الرئيسية لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة.وتحدد نوعية المحول الكهروضوئي ما إذا كانت نوعية طاقة توليد الطاقة الكهروضوئية يمكن أن تلبي متطلبات الشبكة المتصلة إلى حد ما.عندما يتم توصيل توليد الطاقة الكهروضوئية بالشبكة، ستحدث مشاكل مثل الهارمونيات وتقلبات الجهد والتموجات، وإدخال التيار المستمر، وتأثير الجزيرة،والتي ستقلل من نوعية الطاقة في الشبكة وتسبب آثار سلبية على الشبكةفي الحالات الخطيرة، فإنها ستعطل التشغيل الآمن والمستقر لنظام إمدادات الطاقة ومعدات توليد الطاقة الكهروضوئية نفسها.

3.1 التأثير المتناغم

إنتاج الطاقة الكهروضوئية هو تحويل الطاقة الشمسية إلى تيار مباشر من خلال وحدات الكهروضوئية.ومن ثم من خلال عاكس متصل بالشبكة لتحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد لتحقيق شبكة متصلةفي نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، عبارة عن عاكس هو المعدات الرئيسية لإنتاج الهرمونيات.عدد كبير من تطبيقات مكونات الكهرباء الكهربائية في المحولات المتصلة بالشبكة قد حسنت المعلومات والمعالجة الذكية للنظام، ولكنه يزيد أيضاً من عدد كبير من الأحمال غير الخطية، مما يسبب تشويه شكل الموجة ويجلب عدد كبير من الهرمونيات إلى النظام.تأخير سرعة التبديل من المحول سوف تؤثر أيضا على مخرج من الأداء الديناميكي الكلي داخل نظام الطاقةإذا تغير الطقس (الإشعاع، درجة الحرارة) بشكل كبير، فإن نطاق تقلبات الهرمونيات سوف يصبح أكبر أيضا.على الرغم من أن هارمونيات التيار الخارجي من عاكس واحد متصل بالشبكة صغيرة، سيتم تضمين هارمونيات التيار الخارجي للعديد من المحولات المتصلة بالشبكة بعد توصيلها بالتوازي ،مما يؤدي إلى ظاهرة هارمونيات التيار الخارجي تتجاوز المعياروبالإضافة إلى ذلك ، فإن الاتصال المتوازي للمحولات سهل لإنتاج الرنين المتوازي ، مما يؤدي إلى ظاهرة الرنين الارتباطي ،مما يؤدي إلى توسيع التيار الهارموني المحدد ومشكلة المحتوى الهارموني المفرط للتيار المتصل بالشبكة.

مع التركيز على مشكلة جودة الطاقة بعد الوصول إلى الطاقة الكهروضوئية ، يتم اقتراح الطرق الفعالة لقمع الهارمونيات:

• بدءا من مصدر توليد الهرمونية، يتم إصلاح المصدر الهرموني لتقليل الحقن الهرموني.
• أجهزة مرشحات نشطة أو سلبية لاستيعاب عدد معين من التيارات الهارمونية.
• قم بتثبيت أجهزة تعويض هارمونية إضافية

3.2 تقلبات الجهد والتوهج

في شبكة التوزيع التقليدية ، فإن تغيير الطاقة النشطة والطاقة التفاعلية مع مرور الوقت سيؤدي إلى تقلبات في فولتاجي النظام.تغير الطاقة النشطة لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية هو العامل الرئيسي الذي يسبب تقلبات في الجهد وتوهج نقطة الوصولنقطة الطاقة العالية من الألواح الكهروضوئية، المكونات الأساسية لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية، ترتبط ارتباطا وثيقا مع كثافة الإشعاع، والطقس، والموسم، ودرجة الحرارة وغيرها من العوامل.و التغيرات العشوائية لهذه العوامل الطبيعية تتسبب في تغيير قوة الإخراج بشكل كبير، مما يؤدي إلى تغيرات متكررة في قوة الحمل ضمن نطاق معين، مما يؤدي إلى تقلبات في الجهد والتلويحات في نهاية الحمل للمستخدم المتصل بالشبكة.

في الوقت الحاضر ، فإن الحلول لمشاكل تقلبات الجهد الضوئي والتملأ هي كما يلي:

• تحسين استراتيجية التحكم في المحولات الكهروضوئية المتصلة بالشبكة لتحسين استقرار الجهد.

2) زيادة سعة الدائرة القصيرة لقطار المحطة الفرعية.

3) عندما يتم تحديد قدرة محطة الطاقة الكهروضوئية ، يتم زيادة عامل طاقتها لزيادة الطاقة النشطة الإجمالية ،مما يقلل من كمية تغيير الطاقة التفاعلية ويلبي متطلبات الحد الأقصى لتقلبات الجهد.

3.3 مشكلة حقن التيار المتردد

مشكلة رئيسية أخرى يجب حلها في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الضوئية المتصل بالشبكة هي حقن التيار المستمر.ويجلب أيضا آثار ضارة على معدات أخرى في الشبكةينص IEEEStd929-2000 و IEEEStd547-2000 بوضوح على أن مكون التيار المباشر الذي يتم حقنه في الشبكة بواسطة جهاز توليد الطاقة المتصل بالشبكة لا يمكن أن يتجاوز 0.5% من التيار الاسمي للجهازالأسباب الرئيسية لإدخال DC هي:

تشتت الجهاز الإلكتروني للطاقة نفسه وعدم الاتساق وعدم التماثل في دائرة القيادة ؛ 2) صفر الانجراف وعدم خطية أجهزة القياس في جهاز تحكم عالية الطاقة ؛3) عدم التماثل في عائق الخط لكل جهاز التبديل، تأثير المعلمات الطفيلية والحقول الكهرومغناطيسية الطفيلية ، الخ.

في الوقت الحاضر ، تشمل الطرق الرئيسية لقمع حقن التيار المباشر: 1) طريقة تعويض الكشف ؛ 2) تحسين وتصميم الهيكل المتصل بالشبكة للمحول ؛ 3) فصل المكثفات المستقرة ؛4) طريقة السعة الافتراضية5) محول عزل الجهاز.

3.4 تأثير تأثير الجزيرة

يؤدي تأثير الجزر إلى ظاهرة انقطاع إمدادات الطاقة من الشبكة بسبب العوامل البشرية أو العوامل الطبيعية.ولكن كل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة لا يمكنه اكتشاف حالة انقطاع الطاقة في الوقت المناسب، بحيث لا يزال نظام توليد الطاقة الكهروضوئية والحمل المرتبط يعمل بشكل مستقل.مع التوسع المستمر في معدل اختراق الوصول لتوليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، فإن احتمال تأثير الجزيرة يتزايد تدريجياً. يؤثر تشكيل تأثير الجزيرة سلباً على نوعية الطاقة في شبكة التوزيع بأكملها ، ويشمل أساساً:

• في الموقع الذي يحدث فيه تأثير الجزيرة ، يتقلب الجهد والتردد بشكل كبير ، مما يقلل من نوعية الطاقة ،والجهد والتردد في الجزيرة لا يتم التحكم بها من قبل شبكة الكهرباء، والتي قد تسبب تلف المعدات الكهربائية للنظام وأخطاء إعادة الإغلاق، ويمكن أن تسبب أيضا مخاطر السلامة الشخصية لموظفي صيانة شبكة الكهرباء.
• في عملية استرداد إمدادات الطاقة، سيتم إنتاج التيار الداخلي بسبب عدم التزامن بين مراحل الجهد، مما قد يسبب انخفاض شكل موجة الشبكة على الفور.
• بعد تأثير الجزيرة في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، إذا كان وضع إمدادات الطاقة الأصلي هو وضع إمدادات الطاقة أحادي المرحلة،من الممكن أن يسبب مشكلة عدم التماثل في الحمل ثلاثي المراحل في شبكة التوزيع، ومن ثم تقلل من جودة استهلاك الكهرباء العامة للمستخدمين الآخرين.
• عندما تتحول شبكة التوزيع إلى وضع الجزيرة وتعتمد فقط على نظام توليد الطاقة الكهروضوئية لتزويد الكهرباء ،إذا كانت سعة نظام إمدادات الطاقة صغيرة جدًا أو لم يتم تثبيت جهاز تخزين الطاقة، قد يسبب عدم استقرار الجهد ومشاكل الوميض في حمولة المستخدم.

بالنسبة لتأثير تأثير الجزيرة، هناك بشكل رئيسي الحلول التالية:

• تحسين طريقة الكشف عن الجزيرة لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة، وتحليل تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية على الحجم،اتجاه وتوزيع تيار الخطأ في شبكة التوزيع، وتحسين تكنولوجيا اختيار سرعة قطع الحمل وتقسيم الجزيرة في ظل ظروف خطأ.
• تحسين موثوقية تكنولوجيا الكشف عن الجزر، وتهيئة وظيفة حماية سريعة وفعالة ضد الجزر،الحكم بدقة على حالة الجزيرة في ظل ظروف غير عادية وقطع اتصال الشبكة بسرعة وفعالية.

4 الحل

4.1مراقبة جودة الطاقة عبر الإنترنت

جهاز مراقبة جودة الطاقة عبر الإنترنت APView500 يتبنى منصة متعددة النواة عالية الأداء ونظام تشغيل مضمن.ويقيس مؤشرات جودة الطاقة وفقًا لطرق القياس المحددة في IEC61000-4-30 "تقنية الاختبار والقياس - طرق قياس جودة الطاقة"يتضمن التحليل الهارموني، أخذ عينات أشكال الموجات، انخفاض / ارتفاع / انقطاع التيار الكهربائي، مراقبة الفلكر، مراقبة عدم توازن التيار الكهربائي، تسجيل الأحداث، التحكم في القياس ووظائف أخرى.الجهاز قد وصل إلى معيار IEC61000-4-30A في توحيد طرق قياس معايير مؤشر جودة الطاقة، دقة القياس لمعلم المؤشر ، مزامنة الساعة ، وظيفة وضع علامة الحدث وغيرها من الجوانب ،ويمكن أن تلبي متطلبات مراقبة جودة الطاقة من 110kV وأقل من أنظمة إمدادات الطاقة.

4.2 جهاز حماية ضد الجزر

عندما يكتشف جهاز الحماية ضد الجزيرة وجود بيانات غير طبيعية مثل الطاقة العكسية، وتغير التردد، وما إلى ذلك، أي عندما تحدث ظاهرة الجزيرة،الجهاز يمكن أن تتعاون مع مفك الدوائر لقطع بسرعة العقدة، بحيث يتم فصل المحطة وجانب شبكة الكهرباء بسرعة، وضمان سلامة حياة محطة الكهرباء بأكملها وموظفي الصيانة ذات الصلة.

4.3 مقدمة المنتج

5 الاستنتاج

مع التطور السريع لصناعة توليد الطاقة الكهروضوئية في الصين ، تزداد القدرة المثبتة وكمية الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة.والتي أثرت بشكل كبير على جودة الطاقة في الشبكةلذلك، من الضروري دراسة تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على نوعية الطاقة في الشبكة.تحلل هذه الورقة المبدأ الأساسي والخصائص الهيكلية لتوليد الطاقة الكهروضوئية، يوضح أسباب التقلبات الهارمونية، وتقلبات الجهد والتلمير، وإدخال التيار المستمر وتأثير الجزيرة في توليد الطاقة الكهروضوئية الضوئية المتصلة بالشبكة،وتقترح تدابير قابلة للتنفيذ لتحسين نوعية الطاقة، والذي له أهمية مرجعية معينة لمواصلة تحسين جودة الطاقة في توليد الطاقة الكهروضوئية.

المراجع

[1] لي هايلونغ،هوانغ هونغبين،تان شيادون.تحليل تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على جودة الطاقة [J]. تكنولوجيا الكهرباء والاقتصاد،201973-75.

[2] وانغ يونغو.تحليل تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية الضوئية المتصلة بالشبكة على نوعية الطاقة [J]. التكنولوجيا الزراعية والمعدات،2012، ((08):53-54.

[3] شو وينلي، باو وي، وانغ جوبو.الخ مراجعة بحثية حول تأثير الطاقة الموزعة المتصلة بالشبكة على جودة الطاقة [J]. تكنولوجيا إمدادات الطاقة، 2016، (12):2799-2801.

[4] دينغ مينغ، وانغ ويشين، وانغ شيولي.الخ نظرة عامة على تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع على أنظمة الطاقة [J]. أعمال CSEE، 2014، (01): 1-7.

[5] باو دانقوان.تأثير وتدابير مضادة لتوليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة المتصلة بالشبكة على شبكة التوزيع [J]. تكنولوجيا الصين الجديدة والمنتجات الجديدة,2017, (06) 71-72.

[6] جو يوانغ.مناقشة حول تأثير وتدابير مضادة للطاقة الشمسية الموزعة المتصلة بالشبكة على شبكة التوزيع [J]. دليل الابتكار العلمي والتكنولوجي,2017,(03):27-29.

[7] تشو شينغيو. لمحة عامة عن تأثير توليد الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع على نظام الطاقة [J]. هندسة المعدات الصينية،2017، ((01):157-158.