تلعب أنظمة تخزين الطاقة دورًا حاسمًا في أنظمة الطاقة الحديثة، خاصة مع تزايد انتشار مصادر الطاقة المتجددة. تعد العملية الرباعية - لتخزين الطاقة مفهومًا مهمًا يصف خصائص تدفق الطاقة بين نظام تخزين الطاقة وشبكة الطاقة.
وفقًا لـ GB/T 44026 - 2024 "المواصفات الفنية للمقصورة الجاهزة - نظام تخزين طاقة بطارية أيون الليثيوم -"، يجب أن يكون خرج الطاقة لنظام تخزين الطاقة قابلاً للتعديل في أربعة أرباع1.
1.المفهوم الأساسي لتخزين الطاقة في الأرباع الأربعة
1.1 فهم عامل القدرة
هناك 4 أرباع يجب مراعاتها.
في الربع الأول، تكون كل من الطاقة النشطة (P) والطاقة التفاعلية (Q) لنظام تخزين الطاقة أكبر من 0. يكون نظام تخزين الطاقة في حالة تفريغ، ويطلق الطاقة النشطة إلى الشبكة ويوفر تعويض الطاقة التفاعلية في نفس الوقت. هذا هو الحال عادةً عندما تحتاج الشبكة إلى طاقة نشطة إضافية ودعم طاقة تفاعلية أثناء فترات التحميل القصوى -.2.
في الربع الثاني، تكون الطاقة النشطة لنظام تخزين الطاقة أقل من 0، والطاقة التفاعلية أكبر من 0. توفر الشبكة الطاقة النشطة لنظام تخزين الطاقة، بينما يوفر نظام تخزين الطاقة تعويض الطاقة التفاعلية للشبكة. يمكن أن يحدث هذا الموقف عندما يكون لدى الشبكة عامل طاقة رائد وتحتاج إلى تعويض الطاقة التفاعلية الاستقرائية، ويمكن لنظام تخزين الطاقة امتصاص الطاقة النشطة للشحن مع توفير الطاقة التفاعلية2.
في الربع الثالث، تكون كل من الطاقة النشطة والطاقة التفاعلية لنظام تخزين الطاقة أقل من 0. توفر الشبكة كلاً من الطاقة النشطة والطاقة التفاعلية لنظام تخزين الطاقة، ويكون نظام تخزين الطاقة في حالة شحن ويمتص الطاقة التفاعلية من الخارج. هذه هي حالة الشحن الطبيعية لنظام تخزين الطاقة عندما يكون لدى الشبكة طاقة كافية ويحتاج نظام تخزين الطاقة إلى الشحن2.
في الربع الرابع، تكون الطاقة النشطة لنظام تخزين الطاقة أكبر من 0، والطاقة التفاعلية أقل من 0. يوفر نظام تخزين الطاقة الطاقة النشطة للشبكة ويمتص الطاقة التفاعلية من الخارج. يمكن استخدام ذلك لتنظيم جهد الشبكة أثناء ظروف تشغيل معينة، على سبيل المثال، عندما يكون جهد الشبكة مرتفعًا للغاية ويحتاج إلى تعويض طاقة تفاعلية سعوية، يمكن لنظام تخزين الطاقة تفريغ الطاقة النشطة أثناء امتصاص الطاقة التفاعلية2.
1.2 حساب معامل القدرة
باستخدام نظرية فيثاغورس يمكننا حساب المعلمة الثالثة من أي اثنين من هذه المعلمات على النحو التالي3.
تنص نظرية فيثاغورس على A² + B²=C²
وبالإضافة إلى ذلك نستخدم القاعدة SOHCAHTOA
جيب ϕ=مقابل/الوتر
كوس ϕ=المجاور/الوتر
تان ϕ=مقابل/مجاور
1.3 زاوية عامل القدرة
يشار أيضًا إلى زاوية عامل القدرة بشكل شائع باسم زاوية الطور.
مصطلح عامل القدرة (PF) هو ببساطة النسبة بين القدرة الحقيقية أو "الحقيقية" (P) والقدرة الظاهرة (S). في حين أن الطاقة التفاعلية (Q) هي المكون التفاعلي.
عامل القدرة (PF)=القدرة الحقيقية KW (P) / القدرة الظاهرة KVA (S)
على سبيل المثال، بالنسبة للطاقة الحقيقية=80كيلوواط، والطاقة التفاعلية=100كيلو فولت أمبير لدينا
ف=80/100=0.8
ويمثل خسارة 20%!!! ويمكن أن يكون أسوأ بكثير في كثير من الحالات3.
2.أهمية عملية - الرباعية الأربعة
التشغيل الرباعي - لنظام تخزين الطاقة له أهمية مهمة للتشغيل المستقر والإدارة الفعالة لنظام الطاقة.
بادئ ذي بدء، يمكنه تحسين جودة الطاقة لشبكة الطاقة. من خلال ضبط الطاقة النشطة والمتفاعلة في الأرباع المختلفة، يمكن لنظام تخزين الطاقة التعويض عن تقلبات الطاقة وعدم استقرار الجهد الناتج عن مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. على سبيل المثال، عندما ينخفض إنتاج طاقة الرياح فجأة، يمكن لنظام تخزين الطاقة في الربع الأول إطلاق طاقة نشطة بسرعة للحفاظ على استقرار تردد الشبكة وجهدها4.
ثانيا، يمكن أن يعزز موثوقية نظام الطاقة. في حالة حدوث أعطال في الشبكة أو حالات الطوارئ، يمكن لنظام تخزين الطاقة أن يعمل في أرباع مختلفة لتوفير دعم الطاقة في حالات الطوارئ وتعويض الطاقة التفاعلية. على سبيل المثال، أثناء خطأ الدائرة القصيرة - لشبكة الطاقة، يمكن لنظام تخزين الطاقة المدمج مع المعوض المتزامن الثابت (StatCom) حقن أو امتصاص الطاقة النشطة والمتفاعلة في تناقض مع تدفقات الخط لإخماد التذبذبات وتحقيق استقرار نظام الطاقة4.
وأخيرًا، يمكنه تحسين كفاءة استخدام أجهزة تخزين الطاقة. يتيح التشغيل الرباعي - لنظام تخزين الطاقة الشحن والتفريغ في أوقات مختلفة وتحت ظروف معامل طاقة مختلفة، مع الاستفادة الكاملة من سعة البطارية ووسائط تخزين الطاقة الأخرى4.
3.تقنيات تحقيق العمليات الرباعية - الأربعة
إن تحقيق التشغيل الرباعي - لنظام تخزين الطاقة يعتمد بشكل أساسي على نظام تحويل الطاقة (PCS) واستراتيجية التحكم.
بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر، فإنها عادةً ما تعتمد طوبولوجيا محول متعدد المستويات -، مثل محول الجسر المتتالي H - (CHB). يمكن لنظام تخزين طاقة البطارية (BESS) القائم على محول CHB - تحقيق التشغيل الرباعي - من خلال التحكم في تدفق الطاقة بين البطارية والشبكة5. كما هو مقترح في الورقة "التحكم في التشغيل بأربعة أرباع للجهد العالي - بدون محولات، سعة كبيرة -، نظام يدمج تخزين طاقة البطارية وتعويض الطاقة التفاعلية"، من خلال التحلل المتجهي للحلقة المغلقة - المولدة لجهد مرحلة التشكيل، يمكن الحفاظ على عامل الطاقة الجانبي للشبكة - وجميع الأجزاء الفرعية - يمكن تعويض عامل قدرة الوحدات دون تجاوز حدود الدورات الدقيقة -.6.
وفيما يتعلق باستراتيجية الرقابة، هناك حاجة إلى استراتيجية مراقبة شاملة. على سبيل المثال، تتضمن استراتيجية التحكم المقترحة لـ BESS المستندة إلى CHB - تحليلًا كميًا لمكونات تيار البطارية باستخدام مرشح LC، والحصول على النطاق الممكن لتجنب الدورات الصغيرة - ضمن أربع عمليات رباعية -، وتحليل استراتيجية التعديل الموحدة مع الأخذ في الاعتبار التخلص من الدورات الدقيقة - والداخلية - حالة مرحلة معادلة الشحنة7.
مثال آخر هو نظام تنظيم الطاقة الرباعي - الذي اقترحه قسم الهندسة الكهربائية بجامعة تسينغهوا ووحدات أخرى. يجمع هذا النظام بين تخزين الطاقة وStatCom، ويمكنه توفير وظائف تعويض الطاقة والتنظيم والدعم للعشوائية وشكل الموجة وعدم اليقين للطاقة الجديدة. يمكنه الاستجابة لإرسال الشبكة خلال 5 مللي ثانية وتحقيق الضبط السريع للطاقة النشطة من 0 إلى 100% خلال 150 مللي ثانية8.
4.حالات تطبيقية لأربع عمليات - رباعية
في بعض محطات توليد الطاقة بتخزين طاقة الرياح الكبيرة - - الشمسية -، يمكن لنظام تخزين الطاقة أن يعمل في أرباع مختلفة وفقًا لمخرجات طاقة الرياح والطاقة الشمسية وطلب الشبكة. عندما تكون طاقة الرياح والطاقة الشمسية وفيرة، يمكن لنظام تخزين الطاقة أن يعمل في الربع الثالث لشحن الطاقة وتخزينها؛ عندما تكون طاقة الرياح والطاقة الشمسية غير كافية، يمكنها العمل في الربع الأول لتفريغ وتزويد الشبكة بالطاقة.
في شبكة توزيع الطاقة، يمكن أيضًا استخدام نظام تخزين الطاقة لتنظيم الجهد وتعويض الطاقة التفاعلية. من خلال التشغيل في الربعين الثاني والرابع، يمكنه ضبط جهد شبكة التوزيع وتحسين عامل الطاقة من جانب المستخدم9.
يعد التشغيل الرباعي - لأنظمة تخزين الطاقة تقنية مهمة في أنظمة الطاقة الحديثة. يمكنه تحسين جودة الطاقة وتعزيز موثوقية النظام وزيادة كفاءة استخدام أجهزة تخزين الطاقة. مع التطور المستمر لتقنيات الطاقة الجديدة والطلب المتزايد على استقرار نظام الطاقة، فإن التشغيل الرباعي - لأنظمة تخزين الطاقة سيلعب دورًا متزايد الأهمية في نظام الطاقة المستقبلي.
[1]GB/T 44026 - 2024، المواصفات الفنية للمقصورة الجاهزة - من النوع الليثيوم - نظام تخزين طاقة بطارية أيون.
[2]اللجنة الخاصة المعنية بتكنولوجيا تخزين الطاقة، مقدمة للمتطلبات الفنية للتحكم في الطاقة لأنظمة تخزين الطاقة.
[3]فاسترون للإلكترونيات، كيف يعمل تصحيح معامل القدرة.
[4]Douding.com، طريقة تخطيط تخزين الطاقة الرباعية- لتعزيز قدرة استهلاك الطاقة الكهروضوئية وسلامة شبكات التوزيع.
[5]IEEE، -التحكم في تشغيل الأرباع الأربعة لنظام تخزين طاقة البطارية لمحول الجسر المتتالي H-.
[6]إجراءات CSEE،-تقنية التحكم في العمليات الرباعية للجهد العالي-المباشر-المعلقة بشكل كبير-أنظمة السعة مع تخزين طاقة البطارية وتعويض الطاقة التفاعلية.
[7]AEPS، وهي استراتيجية تكوين محسنة لتخزين الطاقة في شبكات التوزيع مع الأخذ في الاعتبار خرج الطاقة الرباعي-.
[8] أخبار جامعة تسينغهوا، أربعة-نظام تنظيم الطاقة الرباعي.
[9] Douding.com، بحث حول استراتيجية الطاقة المباشرة + التحكم في نظام BESS.
