حل لتخفيف التوافقيات لمحطات الطاقة الجديدة: إدارة شاملة للتوافقيات عالية التردد في محطات توليد الكهرباء الضوئية
Ⅰ. سيناريو المشكلة
حقن التوافقيات عالية التردد من مجموعات عكس الكهرباء في محطات الطاقة الشمسية
خلال تشغيل محطات الطاقة الشمسية المركزية الكبيرة، تولد العكسات المتعددة التي تعمل بالتوازي توافقيات واسعة النطاق في نطاق 150-2500 هرتز (بشكل أساسي التوافقيات من الـ 23 إلى الـ 49)، مما يؤدي إلى القضايا التالية على الجانب الشبكي:
- وصول التشوه التوافقي الكلي للتيار (THDi) إلى 12.3%، مما يتجاوز بشكل كبير حدود معايير IEEE 519-2014.
- تسبّب في زيادة الحمل على المكثفات وتذبذب الحرارة وأخطاء في أجهزة الحماية.
- زيادة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) مما يؤثر على الأجهزة الحساسة المجاورة.
II. الحل الأساسي
اعتماد طوبولوجيا مرشح LC السلبي، بناء دارات امتصاص توافقي فعالة باستخدام مفاعلات مخصصة + مجموعات مكثفات.
- اختيار المعدات الرئيسية
|
نوع المعدات |
الموديل/المواصفات |
الوظيفة الأساسية |
|
مفاعل الحديد الجاف المتسلسل |
نوع CKSC (تصميم مخصص) |
يوفر الترددي السعوي الدقيق، مما يقمع التوافقيات عالية التردد. |
|
مجموعة مكثفات المرشح |
نوع BSMJ (اختيار مطابق) |
يتذبذب مع المفاعلات لامتصاص نطاقات توافقيات محددة. |
- تصميم المعلمات الفنية
الترددي السعوي للمفاعل: 0.5 ميلي هنري ±5% (@50 هرتز التردد الأساسي)
عامل الجودة (Q): >50 (يضمن الترشيح عالي التردد بخسارة منخفضة)
فئة العزل: فئة H (درجة الحرارة القابلة للتحمل طويلة الأمد 180 درجة مئوية)
تكوين نسبة الترددي السعوي: 5.5% (تم تحسينه لنطاق التوافقيات عالية التردد 23-49)
بنية الطوبولوجيا: اتصال Delta (Δ) (يزيد من قدرة تحويل التوافقيات العليا) - نقاط رئيسية في تصميم نظام المرشح
حساب التردد الرنيني:
f_res = 1/(2π√(L·C)) = 2110 هرتز
يغطي بدقة النطاق الترددي المستهدف (150-2500 هرتز)، مما يحقق امتصاصًا محليًا للتوافقيات عالية التردد.
III. التحقق من فعالية تقليل التداخل الكهرومغناطيسي
|
مؤشر |
قبل التقليل |
بعد التقليل |
حد المعيار |
|
THDi |
12.3% |
3.8% |
≤5% (IEEE 519) |
|
تشوه التوافقي الفردي |
تصل إلى 8.2% |
≤1.5% |
متوافق مع GB/T 14549 |
|
ارتفاع درجة حرارة المكثف |
75K |
45K |
متوافق مع IEC 60831 |
IV. مزايا التنفيذ الهندسي
- تصفية ذات كفاءة عالية:
تصميم نسبة الترددي السعوي 5.5% يقمع بشكل خاص التوافقيات فوق الـ 23، مما يوفر تحسينًا بنسبة 40% في الاستجابة لترددات عالية مقارنة بالخطط التقليدية 7%. - الأمان والموثوقية:
نظام العزل ذو درجة الحرارة المرتفعة من الفئة H يضمن تشغيل المعدات بشكل مستقر في البيئات الخارجية التي تتراوح فيها درجات الحرارة بين -40 درجة مئوية و+65 درجة مئوية. - تحسين التكلفة:
التصميم ذو الخسارة المنخفضة (Q > 50) يؤدي إلى استهلاك إضافي للطاقة النظام أقل من 0.3% من الطاقة الإنتاجية.
V. توصيات للنشر
- موقع التثبيت: حافلة الجانب المنخفض الجهد في محطة التجميع 35 كيلوفولت.
- التكوين: كل مجموعة مكثفات 2Mvar متصلة بمتسلسل مع 10 مفاعلات CKSC (التبديل التلقائي على أساس المجموعة).
- متطلبات الرصد: تثبيت محلل توافقيات عبر الإنترنت لمتابعة تغيرات THDi في الوقت الحقيقي.
قيمة الحل: يحل بشكل فعال مشكلة تلوث التوافقيات عالية التردد في محطات الطاقة الجديدة، ويزيد من عمر المكثفات بنسبة أكثر من 37%، ويتجنب تخفيض إنتاج الطاقة الشمسية بسبب غرامات انتهاك التوافقيات.
