تعويض القدرة التفاعلية لنظام الطاقة الشمسية

الطاقة التفاعلية هي الطاقة المطلوبة لـ إنشاء والحفاظ على المجال المغناطيسي للأحمال الحثية، والتي هي شائعة في الحياة اليومية، مثل مكيفات الهواء، والثلاجات، وغسالات الملابس، والمزيد.

مع انتشار أنظمة الطاقة المتجددة، أصبح تأثيرها على شبكة المرافق العامة أكثر أهمية. إدارة القدرة التفاعلية أمر ضروري لضمان التشغيل الآمن والمستقر لكل من أنظمة الطاقة الشمسية والشبكة.

في هذه المدونة، سنناقش ما هو تعويض القدرة التفاعلية، ولماذا هو ضروري، ومزاياه، وكيف تساهم العاكسات الشمسية في تعويض القدرة التفاعلية.

 

 

ما هو تعويض القدرة التفاعلية

الطاقة التفاعلية هي الجزء من الكهرباء الذي لا يؤدي أي عمل مفيد ولكنه ضروري للحفاظ على مستويات الجهد في نظام الطاقة. وهي ناتجة عن الفرق في الطور بين الجهد والتيار في أنظمة التيار المتردد، وعادة ما تكون بسبب الأحمال السعوية أو الأحمال الحثية.

تعويض القدرة التفاعلية / تنظيم القدرة التفاعلية / تصحيح معامل القدرة، يتضمن تحسين معامل القدرة لنظام كهربائي من خلال تقليل القدرة التفاعلية المسحوبة من الشبكة. للحفاظ على استقرار الشبكة وكفاءتها، تفرض العديد من شركات المرافق متطلبات الحد الأدنى لمعامل القدرة، مما يضمن التوازن داخل شبكة الطاقة.

 

حساب تعويض القدرة التفاعلية

قد تكون القدرة التفاعلية وعامل القدرة مفاهيم صعبة لأولئك غير المألوفين بالأنظمة الكهربائية، حيث تفتقر إلى تشبيهات واضحة في العالم الفيزيائي.

باستخدام مثلث الطاقة، نشرح بإيجاز العلاقة بين هذه المفاهيم لمساعدة مالكي أنظمة الطاقة الشمسية على فهمها بشكل أفضل وإلهامهم لإدارة الطاقة التفاعلية لنظامهم الشمسي المتصل بالشبكة بما يتوافق مع معايير ومتطلبات الشبكة المحلية.

مثلث القدرة هو مثلث قائم الزاوية حيث الوتر هو القدرة الظاهرة (S)، والجانب المقابل هو القدرة التفاعلية (Q) والجانب المتبقي المجاور هو القدرة الفعالة (P).

الطاقة النشطة، P، بالواط (W) تمثل الطاقة المستخدمة بواسطة جهاز كهربائي لأداء عمله النشط، مثل توليد الضوء أو تشغيل المعدات الكهربائية. يمكن أن تكون هذه هي مجموع الطاقة الاسمية للأجهزة.

الطاقة التفاعلية، Q، بوحدات VAr، كما ذُكر أعلاه، هي الطاقة المنتجة في الدوائر الكهربائية ذات الأحمال الحثية. تمثل الطاقة الإضافية اللازمة لإنشاء الحقل المغناطيسي والحفاظ عليه، على الرغم من أنها لا تؤدي أي عمل مفيد.

الطاقة الظاهرة، S، بوحدات VA هي القياس المشترك للطاقة النشطة والطاقة التفاعلية. في الأنظمة الكهربائية، يتم حسابها عن طريق ضرب التيار الجذري المتوسط (RMS) في الجهد الجذري المتوسط في دائرة التيار المتردد.

عامل القدرة (PF) هو مقياس لمدى فعالية استخدام الطاقة الكهربائية. إنه نسبة الطاقة الفعالة (P) إلى الطاقة الظاهرة (S)، أي PF = P/S، والتي يمكن اعتبارها cosφ (الجانب المجاور مقسومًا على الوتر).

 

معادلة تعويض القدرة التفاعلية

العلاقة بين القدرة الفعالة، القدرة التفاعلية، القدرة الظاهرة، وعامل القدرة تُعرف بشكل أساسي من خلال الصيغ التالية:

• PF = P / S = cosφ
• cosφ = PF = P / S = P / √(س² + ص²)
• س = √(س² + ص²)
• س = √((ف/بف)² - ص²)

 

محول تعويض القدرة التفاعلية في نظام الطاقة الشمسية

تعتبر مشاكل القدرة التفاعلية شائعة في أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، وغالبًا ما تُلاحظ في التركيبات السكنية والتجارية والصناعية. ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود العديد من الأجهزة الكهربائية الحثية داخل النظام. بينما يقلل الناتج الكهربائي من نظام الطاقة الشمسية من القدرة النشطة للشبكة، تستمر القدرة التفاعلية في السحب من الشبكة، مما يؤدي إلى انخفاض في عامل القدرة.

لمنع التأثير السلبي للطاقة التفاعلية على استقرار جهد الشبكة وعامل القدرة، قامت الحكومات المحلية وموردي الطاقة بإنشاء لوائح لأنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة. استجابةً لذلك، قامت شركات تصنيع العاكسات الشمسية بتطوير تقنية لتنظيم الطاقة التفاعلية بما يتماشى مع هذه اللوائح المختلفة.

في هذا السياق، سنستخدم محول تخزين الطاقة SOLXPOW كمثال لتوضيح كيفية إدارة الطاقة التفاعلية في نظام الطاقة الشمسية المتصل بالشبكة.

 

طرق التحكم في القدرة التفاعلية لعواكس الطاقة الشمسية

يصحح العاكس SOLXPOW القدرة التفاعلية لضمان الامتثال لمعايير الشبكة المختلفة. باستخدام برنامج التكوين المتخصص، يمكنك تنظيم القدرة التفاعلية بالطرق التالية:

• تحكم إصلاح القدرة التفاعلية
• تحكم تصحيح عامل القدرة
• نظام التحكم الديناميكي Q-P
• التحكم الديناميكي Q-U

 

الطريقة 1 - إصلاح تعويض القدرة التفاعلية

المعروف أيضًا باسم وضع Qt، يتيح هذا الإعداد للمستخدم تكوين نسبة القدرة التفاعلية الثابتة ضمن النطاق من 0 إلى 60% (سعوي) أو من 0 إلى -60% (حثي) من القدرة المقدرة للعكس. ثم ستقوم النظام بامتصاص أو تعويض القدرة التفاعلية بناءً على النسبة المحددة.

المنطقة الرمادية تمثل المنطقة التي يمكن أن يعمل فيها العاكس عند مستوى طاقة نشطة معينة بافتراض حدود معامل القدرة.

بعد ذلك، سنشرح كيفية تحديد القدرة التفاعلية المطلوبة للتعويض بناءً على القدرة الفعالة، بهدف زيادة عامل القدرة إلى الحد المحدد.

تشمل الحسابات الصيغ التالية:

• cosφ = PF = P/S = P/ √(Q² + ص²)
• س = √س² + ص²
• س = √[(P/PF)²] - ص²

افتراض نظام طاقة شمسية بقدرة إجمالية نشطة تبلغ 80 كيلو واط، حيث يتم تزويد 50 كيلو واط من قبل نظام الطاقة الشمسية، يتم سحب 30 كيلو واط إضافية من الطاقة النشطة و22 كيلو فولت أمبير من الطاقة التفاعلية من الشبكة. في هذه المرحلة، يكون عامل القدرة 0.805.

لـ تحسين عامل القدرة إلى 0.95، يجب تقليل القدرة التفاعلية. باستخدام المعادلة أعلاه، 30/√(Q² + 30²) = 0.95، يمكننا حساب أن القدرة التفاعلية بعد التعويض (Q₂) يجب أن تكون 9.78 kVar.

لذلك، يحتاج النظام الشمسي إلى توفير الطاقة التفاعلية Qc تساوي Q1 − Q2 = 22kVar - 9.78kVar = 12.22 kVar.

 

الطريقة 2 - التحكم في تصحيح عامل القدرة

في وضع "PF"، يمكنك تعيين عامل قدرة ثابت وفقًا لمتطلبات شركة الشبكة المحلية. يقوم النظام بتعديل حقن (أو امتصاص) القدرة التفاعلية بناءً على القدرة النشطة للعاكس للحفاظ على عامل قدرة ثابت.

يدعم SOLXPOW إعدادات عامل القدرة التي تتراوح من 0.8 رائد إلى 0.8 متأخر.

• الرائد: يقوم العاكس بتزويد الشبكة بالطاقة التفاعلية.
• تأخر: العاكس يحقن الطاقة التفاعلية في الشبكة.

يمكن ضبط عامل القدرة لمحول SOLXPOW بين +0.8 (رائد) و -0.8 (متأخر). عندما تكون وظيفة تنظيم الطاقة التفاعلية معطلة، يتم تعيين عامل القدرة افتراضيًا إلى 1.0.

 

الطريقة 3 - التحكم الديناميكي Q-P

في "وضع Q(P)"، يتحكم عاكس SOLXPOW في معامل القدرة بناءً على نسبة القدرة النشطة إلى قدرتها المقدرة، المعبر عنها كنسبة مئوية.

يمكنك تعيين نقاط الطاقة النشطة المحددة (A، B، C) بناءً على نسبة الطاقة النشطة للعكس إلى طاقته المقدرة، حيث يتوافق كل منها مع عوامل الطاقة المختلفة.

كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه، عندما يكون ناتج الطاقة النشطة منخفضًا نسبيًا، يعمل العاكس بدون طاقة تفاعلية (أو معامل قدرة 1.0)، مما يعني أن نظام الطاقة لا يمد أو يمتص الطاقة التفاعلية من العاكس.

بمجرد أن يصل ناتج القدرة النشطة إلى نسبة P/Pn المحددة، يبدأ العاكس في امتصاص القدرة التفاعلية.

 

الطريقة 4 - التحكم الديناميكي Q-U

في "وضع Q(U)"، يتم تعديل خرج الطاقة التفاعلية للعكس بشكل ديناميكي في استجابة لتقلبات جهد الشبكة. يقوم العاكس باستمرار بتعديل نسبة خرج الطاقة التفاعلية (Q) إلى الطاقة الظاهرة (Sn) في الوقت الحقيقي بناءً على جهد الشبكة الفعلي مقارنةً بالجهد المقدر (V/Vn%).

إذا تجاوز جهد الشبكة أو انخفض عن الحد المحدد، سيقوم العاكس بحقن أو امتصاص الطاقة التفاعلية وفقًا لقيمة Q/Sn المحددة مسبقًا.

 

مزايا تعويض القدرة التفاعلية

تعويض القدرة التفاعلية في نظام الطاقة الشمسية يقدم عدة فوائد:

الامتثال لمدونة الشبكة وتوفير في فواتير الكهرباء

تتطلب العديد من المرافق تركيب أنظمة الطاقة الشمسية لإدارة القدرة التفاعلية لضمان استقرار الشبكة. يقومون بتقييم معامل القدرة للنظام، وإذا انخفض عن معاييرهم، قد تنطبق غرامات أو رسوم إضافية لتعديل الطاقة. يساعد تحسين معامل القدرة من خلال تعويض القدرة التفاعلية في تجنب هذه التكاليف الإضافية وتقليل فواتير الكهرباء.

 

تحسين استقرار الجهد وجودة الطاقة

الإدارة الفعالة للطاقة التفاعلية تعمل على استقرار مستويات الجهد، مما يقلل من التقلبات التي يمكن أن تتسبب في تلف المعدات وتؤدي إلى عدم الكفاءة. كما أنها تقلل من انخفاضات الجهد والتشويه التوافقي، مما يؤدي إلى توفير طاقة أنظف وأكثر موثوقية.

 

زيادة كفاءة النظام

من خلال تقليل الفقد في خطوط الطاقة، يتيح تعويض القدرة التفاعلية نقل وتوزيع الكهرباء بشكل أكثر كفاءة، مما يقلل من التكاليف التشغيلية ويعزز الأداء العام للنظام.