حل لتصميم موديولي ونشر سريع لمحول الجهد العالي

خلفية المشروع

نقاط الألم الأساسية

• تقلبات الجهد الشديدة: تتسبب التغيرات السريعة في إنتاج مصادر الطاقة المتجددة في انتهاك متكرر لحدود الجهد عند طرف المحول.
• زيادة مخاطر الرنين: عدم التطابق الديناميكي لمقاومة العناصر العاكسة والمحولات يميل إلى تحفيز الرنين بتردد واسع تحت ظروف الشبكة الضعيفة.
• نقص الدعم الجهد: تواجه المحولات التقليدية صعوبة في تقديم دعم فعال للطاقة اللافعالة تحت ظروف SCR المنخفضة مما يؤدي إلى حوادث انفصال متكررة للشبكة.

الحل

2.1 تصميم المعدات والتكيف الفني

• محول مكيف لمقاومة التردد الواسع: من خلال استخدام التحكم المتوازن في التفرع المغناطيسي القابل للتعديل والتغيير المستمر للشريط (وفقًا لـ IEC 60076-7)، يتم تحقيق التطابق الديناميكي للمقاومة المكافئة ضمن نطاق التردد من 10 هرتز إلى 2.5 كيلوهرتز، مما يحل مشكلة الرنين بين العنصر العاكس والمحول. أظهرت التحقق من المشاريع البحرية لطاقة الرياح في شمال أوروبا أنه يمكن خفض حد تحمل SCR الأدنى من 1.5 إلى 1.0.
• جهاز قمع الاهتزازات الفرعية للمزامنة المتكامل: يتم تضمين متحكم بالاهتزازات الفرعية للمزامنة (SSO) بناءً على FACTS (وفقًا لـ IEC 61400-21) والذي يقوم بقمع الاهتزازات الفرعية للمزامنة في نطاق 10-50 هرتز عبر تبديل الوحدات التعويضية المتسلسلة الخاضعة للتحكم بواسطة الثايروستور. استنادًا إلى تجربة الحدائق الشمسية في الهند، تم القضاء بنجاح على خطر الاهتزاز الالتوائي في عمود الروافع للآلات الريحية.
• تكوين وحدات مرشح التوافقي عالي التردد: يتم دمج المرشحات السلبية من الدرجة الثالثة والمرشحات النشطة للطاقة (APF) (وفقاً لحدود التوافقيات المحددة في IEC 61000-4-7)، مما يحقق معدل تخفيف توافقي يتجاوز 40 ديسيبل للتوافقيات عالية التردد تتراوح بين 2-150 كيلوهرتز، وهو متوافق تمامًا مع خصائص تردد التبديل للعناصر العاكسة الضوئية.

2.2 التحكم الذكي وتحسين النظام

• استراتيجية التحكم الاستقرار في الوقت الحقيقي المعتمدة على الذكاء الاصطناعي: يتم نشر نموذج التنبؤ-القرار القائم على التعلم العميق (DRL) لإجراء تحليل في الوقت الحقيقي للتقلبات في إنتاج الطاقة المتجددة ومؤشرات قوة الشبكة، ويقوم بتحسين ديناميكي لموضع الشرائح في المحول، وقدرة التعويض للطاقة اللافعالة، ومعلمات الترشيح (وفقًا لبروتوكول الاتصال IEC 61850). بعد التطبيق في قاعدة رياح-شمس مختلطة بإسبانيا، تم زيادة معدل التأهل للجهد إلى 99.98%.
• الهندسة المكونة من الوحدات القابلة للتركيب والاستبدال: مستفيدًا من خبرة تصميم محولات المحولات ذات الجهد العالي، يتم استخدام واجهات قياسية ومنصة التحضير الرقمية التوأم، مما يتيح استبدال سريع لوحدات قمع SSO ووحدات الترشيح، ويوفر خفضًا بنسبة 50% في دورة التثبيت على الموقع.

2.3 التنفيذ المحلي العالمي

• التكيف مع المعايير عبر المناطق: يتماشى الحل مع العديد من المعايير الدولية بما في ذلك IEC 62271 (المعدات ذات الجهد العالي) و IEEE 1547 (العناصر العاكسة المتصلة بالشبكة). تم التحقق من موثوقيته عبر المناطق المناخية المختلفة من خلال مشاريع مثل Hydro-Québec في كندا ومشروع مدينة NEOM الجديدة في السعودية.
• خدمات دورية كاملة: تم إنشاء قاعدة بيانات عالمية للأعطال بشكل مشترك مع مؤسسات مثل DNV و CIGRE، وتوفير خدمات تحليل الطيف التوافقي ومسح المقاومة لتوقع نقاط الخطر المحتملة للرنين.

3. نتائج التنفيذ

3.1 التحقق من المشروع (حالة تحديث قاعدة طاقة رياح بسعة 10 ملايين كيلووات)

تحسين المعلمات الأساسية

• انخفاض معدل انفصال الشبكة بنسبة 90% (من 12 مرة سنويًا إلى 1.2 مرة).
• انخفاض التشوه التوافقي الكلي للتيار (THD) بنسبة 60% (من 8.7% إلى 3.5%)، وهو أفضل من حد فئة A المحدد في IEC 61000-4-30.
• تمتد نطاق تكيف SCR إلى 0.8-10، مما يدعم التشغيل المستقر لنظام الطاقة مع نفوذ 98% للطاقة المتجددة.

تحسين المؤشرات الرئيسية

• انخفاض نطاق التقلبات في درجة حرارة نقطة الساخن في المحول بنسبة 70%، وتمديد عمر الخدمة العازلة إلى 40 عامًا (من التصميم الأصلي البالغ 25 عامًا).

3.2 تحليل الفوائد

• زيادة معدل استهلاك الطاقة المتجددة: انخفض معدل التقييد للطاقة الكهربائية من الرياح والطاقة الضوئية في المناطق ذات الشبكات الضعيفة من 15٪ إلى 4٪، مما أضاف 2.3 تيراواط ساعة من إنتاج الطاقة النظيفة سنويًا.
• تجنب الاستثمار المتكرر في الشبكة: تم القضاء على الحاجة للاستثمار الإضافي في SVC/STATCOM المطلوبة من الحلول التقليدية (وفّرت 120 مليون دولار لكل جيجاوات) وتأخير الحاجة لتحديث شبكة النقل.
• تحقق من الجدوى الاقتصادية: تقلص فترة استرداد الاستثمار إلى 6 سنوات. مع الاستفادة من تجربة مشروع تخزين الطاقة في هورنسديل بأستراليا، ومع دخل سوق الخدمات المساعدة، يصل معدل العائد الداخلي (IRR) إلى 14٪.

خاتمة