تمثل تقنيات متابعة الشبكة وتشكيل الشبكة لأنظمة تخزين الطاقة وضعين مختلفين للعمل، ولهما اختلافات كبيرة في أدوارهما وخصائصهما الوظيفية وسيناريوهات التطبيق في نظام الطاقة.
اختلاف
طريقة الاتصال بالشبكة:
كلاهما متصل بالشبكة من خلال العاكسات، لكن مبادئ تشغيلهما مختلفة. تعمل المعدات المتصلة بالشبكة كمصدر للتيار، وتعتمد على مرجع الجهد الذي توفره شبكة الطاقة الخارجية لمزامنة مخرجاتها الخاصة؛ ومعدات بناء الشبكة تشبه مصدر الجهد الكهربي، فهي قادرة على تشكيل جهد وتردد مستقر بشكل مستقل دون دعم شبكة الطاقة الخارجية.
مساهمة الاستقرار:
يعمل تخزين الطاقة المتصل بالشبكة بشكل أساسي في بيئة شبكة مستقرة وليس لديه القدرة على توفير دعم الجهد أو التردد؛ على العكس من ذلك، يستمر تخزين الطاقة المعتمد على الشبكة في توفير الطاقة للأحمال أثناء فشل الشبكة ويساعد في الحفاظ على استقرار وموثوقية شبكات الطاقة المحلية.
سيناريوهات التطبيق:
النوع التالي من الشبكة مناسب للاستخدام في شبكات الطاقة الكبيرة مع استقرار جيد، بتكلفة منخفضة وتنفيذ سهل؛ يعد نوع الشبكة أكثر ملاءمة للتطبيق في أنظمة توليد الطاقة الموزعة، أو الشبكات الصغيرة، أو المناطق النائية، خاصة في المواقف التي تتطلب استجابة سريعة أو سعة تحميل زائدة عالية على المدى القصير.
المزايا والعيوب
اتبع نوع الشبكة
المزايا: هيكل بسيط وموثوق، تكلفة استثمار أولية منخفضة؛ من السهل الاندماج في البنية التحتية للطاقة الحالية.
العيب: عدم وجود القدرة على دعم شبكة الكهرباء، وعدم القدرة على الحفاظ على التشغيل بشكل مستقل في حالة عدم استقرار الشبكة.
نوع الشبكة
المزايا: بناء شبكة الطاقة بشكل مستقل، وتوفير دعم الجهد والتردد؛ التمتع بمرونة وقدرة على التكيف بشكل أقوى، خاصة عند التعامل مع المواقف غير المتوقعة.
العيوب: المتطلبات الفنية المعقدة نسبيًا أعلى، والاستثمار الأولي أكبر، كما أن صعوبة التصميم والتنفيذ أكبر.
مثال
اتبع مثال الشبكة
تم تركيب نظام تخزين طاقة بطارية الليثيوم بقدرة 500 كيلووات/1 ميجاوات في الساعة في منطقة صناعية في جنوب الصين. يعتمد النظام شبكة تتبع PCS (نظام تحويل الطاقة) ويستخدم بشكل أساسي لحلاقة الذروة وملء الوادي وإنتاج الطاقة الجديدة بسلاسة. في هذا المشروع، يقترن نظام تخزين الطاقة بمحطة الطاقة الكهروضوئية ويتصل بشبكة الكهرباء. يتم استخدام نظام التحكم EMS للتحكم المنسق لتحسين الاقتصاد في استهلاك الكهرباء في الحديقة بأكملها.
مثال على نوع بناء الشبكة
أصدرت شركة State Grid Corporation الصينية تقريرًا عن التحكم في شبكة تخزين الطاقة واختبار اتصال الشبكة لعام 2024، والذي ذكر أنه تم التحقق من مؤشرات الأداء الرئيسية مثل تنظيم التردد الأولي، والاستجابة للقصور الذاتي، والتحكم في التخميد لنظام تخزين الطاقة من نوع الشبكة من خلال الاختبار الفعلي.
على سبيل المثال، في اختبار تنظيم التردد، أظهر نظام تخزين الطاقة من النوع الشبكي سرعة استجابة ديناميكية ممتازة، وقادرًا على ضبط خرج الطاقة النشط خلال أجزاء من الثانية، مما يساعد شبكة الطاقة على استعادة استقرار التردد بسرعة.
مقارنة المعلمة
أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة: تتميز عادةً بخصائص المصدر الحالي، مع تأثر طاقة الإخراج بشكل كبير بظروف الشبكة، وهي مناسبة لإدارة الطاقة في بيئات الشبكة التقليدية. التطبيق النموذجي هو نظام تخزين طاقة بطارية الليثيوم 500kW/1MWh في الحالة المذكورة أعلاه، والذي تتمثل مهمته الرئيسية في متابعة التغييرات في شبكة الطاقة وضمان التبادل السلس للطاقة.
أجهزة الكمبيوتر من نوع الشبكة: تقدم خصائص مصدر الجهد، وهي قادرة على ضبط جهد الخرج والتردد بشكل فعال، والحفاظ على استمرارية إمداد الطاقة حتى في حالة انقطاع الشبكة. غالبًا ما تكون هذه الأنواع من الأنظمة مجهزة بخوارزميات وتقنيات تحكم أكثر تقدمًا، مثل استراتيجيات التحكم في تزامن الطاقة، والتي تسمح لها بضبط الطاقة النشطة/التفاعلية بشكل مباشر عندما يتقلب الإخراج على جانب توليد الطاقة.
هناك اختلافات جوهرية في استراتيجيات التحكم في تقنيات تخزين الطاقة التي تتبع الشبكة وتشكيل الشبكة، والتي تنعكس في كيفية تفاعلها مع الشبكة، والاستجابة للتغيرات في الشبكة، وأنواع الخدمات التي تقدمها.
الاختلافات المحددة بين استراتيجيتي التحكم الفني:
أهداف التحكم
التحكم في متابعة الشبكة: جوهرها هو متابعة حالة شبكة الطاقة، أي أن العاكس يضبط خرجه وفقًا لجهد وتردد شبكة الطاقة. وبموجب طريقة التحكم هذه، يعتبر العاكس مصدرًا للتيار، والذي يضخ أكبر قدر ممكن من الطاقة الكهربائية إلى الشبكة ويفصل تلقائيًا لحماية نفسه في حالة حدوث اضطرابات في الشبكة. ولذلك، فإن المهمة الرئيسية للتحكم التالي في الشبكة هي تعظيم الاستفادة من الطاقة الجديدة ضمن إطار شبكة الطاقة الحالية.
التحكم في نوع الشبكة: يهدف إلى محاكاة سلوك المولدات المتزامنة التقليدية، وتحديد مستويات الجهد والتردد لشبكات الطاقة المحلية والحفاظ عليها بشكل فعال. وهذا يعني أنه حتى بدون دعم شبكة الطاقة الخارجية، يمكن أن تشكل محولات نوع الشبكة بيئة مستقرة لإمدادات الطاقة. محولات نوع الشبكة هي في الأساس مصادر جهد تعمل على إخراج الجهد والتردد من خلال إشارات معلمات الجهد الداخلي. يمكن أن تعمل بشكل مستقل أو بالتوازي مع مصادر الطاقة الأخرى.
آلية الاستجابة
التحكم في متابعة الشبكة: نظرًا للاعتماد على شبكات الطاقة الخارجية لتوفير الإشارات المرجعية، قد لا تتمكن محولات الشبكة التالية من توفير دعم فعال للشبكة عند حدوث أخطاء أو تقلبات غير طبيعية، وقد تختار قطع الاتصال لأغراض الحماية الذاتية. على سبيل المثال، في ظل ظروف القيادة ذات الجهد المنخفض (LVRT) أو القيادة ذات الجهد العالي من خلال (HVRT)، تحتاج المحولات المرتبطة بالشبكة إلى تقليل طاقة الخرج بسرعة أو حتى التوقف تمامًا عن توليد الكهرباء لتجنب إتلاف المعدات.
التحكم في نوع الشبكة: بفضل قدرة "التنقل عبر" الأقوى، يمكنه العمل بشكل مستمر أثناء أعطال شبكة الطاقة وحقن تيار الدائرة القصيرة اللازم أو إطلاق الطاقة الحركية في النظام، مما يساعد على استعادة استقرار الجهد والتردد. وهذا يجعل محولات نوع الشبكة أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا عاليًا للشبكة، مثل الشبكات الصغيرة أو أنظمة إمداد الطاقة المستقلة في المناطق النائية.
خصائص الخدمة
التحكم في متابعة الشبكة: يخدم بشكل أساسي إدارة الطاقة، مثل حلاقة الذروة وملء الوادي، وتسهيل إنتاج الطاقة المتقطعة، وما إلى ذلك. يحدث هذا النوع من التطبيقات عادةً في بيئات شبكات الطاقة الكبيرة، حيث تتمتع الشبكة نفسها بالقصور الذاتي والقوة الكافية لاستيعاب أي عدم استقرار محتمل .
التحكم في نوع الشبكة: بالإضافة إلى إدارة الطاقة، فإنه يوفر أيضًا خدمات مساعدة مهمة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، دعم الجهد السريع، واستجابة القصور الذاتي، وتنظيم التردد الأساسي، وما إلى ذلك. تعتبر هذه الوظائف ضرورية لتحسين مستوى تيار الدائرة القصيرة للنظام وتعزيز مرونة شبكة الكهرباء.
خوارزمية التحكم
التحكم في متابعة الشبكة: بشكل عام، يتم استخدام خوارزمية تتبع الطاقة القصوى (MPPT) لضمان أقصى كفاءة لاستخدام الطاقة الجديدة، مع التعاون مع تقنية الحلقة المقفلة الطور (PLL) لتحقيق التزامن مع شبكة الطاقة.
التحكم في نوع الشبكة: يعتمد بشكل أكبر على الخوارزميات المتقدمة مثل Droop Control وVirtual Synchronous Machine (VSG)، والتي تحاكي السلوك الديناميكي للمولدات المتزامنة للتكيف بشكل أفضل مع العمليات العابرة لأنظمة الطاقة.
