يمكن تقسيم نظام تحويل الطاقة (PCS)، باعتباره أحد المعدات الرئيسية في أنظمة تخزين الطاقة، إلى ثلاث فئات بناءً على سيناريوهات التطبيق المختلفة: أجهزة تخزين كبيرة، وأجهزة تخزين صناعية وتجارية، وأجهزة تخزين منزلية. توجد اختلافات كبيرة بين هذه الأنواع الثلاثة من أجهزة الكمبيوتر من حيث حجم الطاقة وسيناريوهات التطبيق والمتطلبات الفنية وسعر التكلفة.
1. قطع تخزين كبيرة
مستوى الطاقة:عادة ما يكون مستوى الطاقة لأجهزة الكمبيوتر ذات التخزين الكبير مرتفعًا، حيث يصل إلى مستوى ميجاوات، وحتى يصل إلى 100 ميجاوات أو أكثر. هذا النوع من PCS مناسب لمحطات توليد الطاقة الكبيرة لتخزين الطاقة ويمكنه التعامل مع احتياجات تحويل الطاقة على نطاق واسع.
كفاءة التحويل:المتطلبات مرتفعة للغاية، وتحافظ عمومًا على كفاءة تحويل تزيد عن 95% لتقليل فقد الطاقة وتحسين اقتصاد أنظمة تخزين الطاقة.
سرعة الاستجابة:مع قدرة الاستجابة السريعة، يمكنه ضبط طاقة الشحن والتفريغ خلال ميلي ثانية لضمان استقرار شبكة الطاقة.
توافق النظام:وهو متوافق بشكل جيد مع أنظمة بطاريات تخزين الطاقة واسعة النطاق وشبكات الطاقة المعقدة، ويتكيف مع خصائص البطارية المختلفة ومتطلبات الوصول إلى الشبكة.
مثال:
نطاق الطاقة:10 ميجاوات-100 ميجاوات
كفاءة:أكبر من أو يساوي 95%
وقت الاستجابة:< 10ms
نطاق جهد الإدخال:700 فولت تيار مستمر -1500VDC
مستوى الجهد الناتج:35 كيلو فولت أو أعلى
متوسط الوقت بين حالات الفشل (MTBF):>100000 ساعة
2. أجهزة التخزين الصناعية والتجارية
نطاق الطاقة:تتراوح الطاقة عمومًا بين عشرات كيلووات وعدة ميجاوات، وهي مناسبة لسيناريوهات المستخدم الصناعية والتجارية.
مصداقية:مع الموثوقية العالية، فإنه يهدف إلى تقليل وقت التوقف عن العمل بسبب الأعطال، وتلبية احتياجات الإنتاج أو التشغيل المستمر، ولديه متوسط وقت أطول بين الأعطال.
الخصائص الوظيفية:بالمقارنة مع أجهزة الكمبيوتر ذات التخزين الكبير، فإن وظائفها بسيطة نسبيًا، ولكنها أكثر قابلية للتكيف؛ تدمج بعض المنتجات أيضًا وظيفة BMS (نظام إدارة البطارية). بالإضافة إلى ذلك، لديها أيضًا وظائف معينة لدعم الشبكة، مثل تنظيم التردد الأساسي والتوزيع السريع لأحمال شبكة المصدر.
مثال:
نطاق الطاقة:50 كيلووات -2 ميجاوات
كفاءة: 90% -94%
وقت الاستجابة:< 20ms
نطاق جهد الإدخال:500 فولت تيار مستمر -800VDC
مستوى الجهد الناتج:400 فولت تيار متردد/690 فولت تيار متردد
متبف:>50000 ساعة
3. أجهزة تخزين منزلية
مقياس الطاقة:الطاقة صغيرة نسبيًا، عادةً ما تتراوح بين بضعة كيلووات وعشرات كيلووات، وتستخدم بشكل أساسي لتخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ.
أمان:التأكيد على أداء السلامة، المجهز بنظام شامل لإدارة البطارية لمنع الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والدوائر القصيرة، وغيرها من المواقف، مما يضمن سلامة المستخدمين المنزليين.
سهولة الاستخدام:سهل التشغيل، وسهل الصيانة، مع واجهة مستخدم بديهية، وسهل التثبيت والدمج في أنظمة الطاقة المنزلية.
مثال:
نطاق الطاقة:3 كيلوواط-15كيلوواط
كفاءة:85% -92%
وقت الاستجابة:< 50ms
نطاق جهد الإدخال:200VDC -500VDC
مستوى الجهد الناتج:230 فولت تيار متردد
متبف:>30000 ساعة
بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر في ثلاثة سيناريوهات تطبيقية مختلفة للتخزين الكبير، والتخزين الصناعي والتجاري، والتخزين المنزلي، فإنها تتبنى استراتيجيات ووسائل تقنية متشابهة ولكنها مختلفة عند التعامل مع المواقف غير الطبيعية مثل الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والدوائر القصيرة.
1. حماية الشحن الزائد
تخزين الطاقة على نطاق واسع:نظرًا لاستخدام بطاريات من نوع الطاقة في محطات توليد الطاقة الكبيرة لتخزين الطاقة والحاجة إلى توفير خدمات الطاقة المساعدة، فإن متطلبات أنظمة إدارة البطاريات (BMS) مرتفعة جدًا. سيقوم نظام إدارة المباني (BMS) بمراقبة معلومات الحالة الخاصة بكل وحدة بطارية بشكل مستمر. بمجرد اكتشاف أن وحدة البطارية تقترب من حالة الشحن الكامل أو أن الجهد الكهربي يتجاوز الحد المحدد، فإنه سيتوقف فورًا عن شحن وحدة البطارية من خلال PCS ويصدر إنذارًا لإخطار المشغل للتحقق من المشكلة. بالإضافة إلى ذلك، تدعم بعض أجهزة الكمبيوتر المتقدمة أيضًا وظيفة التحكم في موازنة SOC، والتي تتجنب إلى حد ما حدوث الشحن الزائد الناتج عن الشحن غير المتساوي لخلايا البطارية الفردية.
تخزين الطاقة الصناعية والتجارية:يوفر نظام إدارة المباني (BMS) في أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية أيضًا آليات حماية من الشحن الزائد لضمان أن الشحن الزائد لا يضر بعمر البطارية أو يسبب حوادث تتعلق بالسلامة. عندما تتلقى PCS إشارة الشحن الزائد المرسلة من قبل BMS، فإنها ستقوم بضبط وضع عملها بسرعة، مثل تقليل طاقة الإدخال حتى يتم قطع مدخلات الطاقة تمامًا لمنع المزيد من الشحن.
التخزين المنزلي:الأمن مهم بشكل خاص للمستخدمين المنزليين. ولذلك، فإن أجهزة التخزين المنزلية لا تحتوي فقط على منطق صارم للحماية من الشحن الزائد، ولكنها أيضًا تجمع في كثير من الأحيان بين خوارزميات ذكية لتحسين عملية الشحن، مما يضمن الوقاية الفعالة من مخاطر الشحن الزائد حتى في المواقف غير المأهولة. في حالة حدوث شحن زائد، ستتوقف أجهزة الكمبيوتر تلقائيًا عن الشحن وتحميل معلومات الإنذار ذات الصلة إلى النظام الأساسي السحابي ليتمكن المستخدمون من عرضها.
2. حماية التفريغ الزائد
تخزين كبير:من أجل ضمان إنتاج مستقر للطاقة الكهربائية من محطات تخزين الطاقة على مدى فترة طويلة من الزمن، فمن الضروري التحكم بشكل صارم في الحد الأدنى المسموح به لعمق تفريغ البطارية. سوف يقوم نظام إدارة المباني (BMS) بمراقبة حالة الشحن الإجمالية (SOC) لحزمة البطارية في الوقت الفعلي بناءً على معلمات محددة مسبقًا، ويحفز PCS على تنفيذ إجراءات الحماية المقابلة قبل أن تنخفض حالة الشحن (SOC) إلى قيمة حرجة، مثل الحد من طاقة التفريغ أو حتى تعليق عمليات التفريغ ، حتى تعود SOC إلى النطاق الآمن.
تخزين الطاقة الصناعية والتجارية:تتمتع أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية أيضًا بتدابير حماية من التفريغ الزائد، ولكن بالنظر إلى دورات الشحن والتفريغ المتكررة في التطبيقات العملية، ستقدم بعض المنتجات المتطورة استراتيجيات إدارة أكثر دقة، مثل ضبط الحدود العليا والسفلى لـ SOC ديناميكيًا، وقدرة التنفيذ المعايرة، وما إلى ذلك، من أجل الحفاظ على صحة البطارية بشكل أفضل.
التخزين المنزلي:تعلق أجهزة التخزين المنزلية أيضًا أهمية كبيرة على الحماية من التفريغ الزائد، خاصة في البيئات المنزلية التي تعتمد على تخزين الطاقة لإمدادات الطاقة في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة ليلاً. ويمكنه تحديد موعد إنهاء عملية التفريغ بدقة وتحقيق هدف إعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة النظيفة خلال النهار من خلال الربط مع النظام الكهروضوئي، مما يقلل من احتمالية التفريغ العميق ليلاً.
3. حماية ماس كهربائى
تخزين الطاقة على نطاق واسع:نظرًا لهيكل التوصيل الكهربائي المعقد داخل محطات توليد الطاقة الكبيرة لتخزين الطاقة، فإن أي عطل في الدائرة القصيرة يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. لذلك، يولي تصميم PCS اهتمامًا خاصًا لتعزيز مقاومة الدائرة القصيرة الخاصة به، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر تكوين الصمامات عالية الأداء وقواطع الدائرة السريعة ومرافق الأجهزة الأخرى؛ وفي الوقت نفسه، وبالاشتراك مع برامج التحكم في الأمان على مستوى البرامج، من الممكن تحديد وعزل المناطق المعيبة في فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يقلل الخسائر إلى أقصى حد ممكن.
تخزين الطاقة الصناعية والتجارية:تواجه أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية أيضًا خطر حدوث دوائر قصيرة، خاصة عند تشغيل أجهزة كمبيوتر متعددة بالتوازي. لحل هذه المشكلة، بالإضافة إلى الصمامات التقليدية وقواطع الدائرة، تعتمد أجهزة الكمبيوتر الحديثة أيضًا أساليب أكثر ذكاءً لحماية الدائرة القصيرة، مثل استخدام أجهزة الاستشعار الحالية لالتقاط التقلبات غير الطبيعية بسرعة والاستجابة في الوقت المناسب من خلال دوائر الحماية المدمجة، مثل إغلاق قنوات الإخراج وتفعيل أجهزة التبريد في حالات الطوارئ.
التخزين المنزلي:بالنسبة للتخزين المنزلي، مع الأخذ في الاعتبار بيئة التثبيت المتناثرة وخبرة المستخدم المحدودة، تم تصميم أجهزة الكمبيوتر مع وضع سهولة الاستخدام والموثوقية في الاعتبار منذ البداية. بالإضافة إلى وظائف الحماية الأساسية من دائرة القصر، تدمج العديد من المنتجات أيضًا تصميمات زائدة عن الحاجة مثل الصمامات ذات الطبقة المزدوجة ووسائل حماية التأريض المتعددة لضمان أقصى قدر من الحماية للسلامة الشخصية والممتلكات للمستخدمين حتى في حالة حدوث مواقف غير متوقعة.