ترجمة: عبد الرحمن العزو

الأستاذ المشرف: د. محمد مهدي



نبذة مختصرة

مع وصول طاقة الرياح إلى أعلى مستويات الذكاء، هناك حاجة أكبر لإدارة مصدر طاقة متقطع -مصدر طاقة متقطع هو أي مصدر للطاقة ليس متوفر بشكل مستمر بسبب بعض العوامل الخارجية، يمكن التنبؤ نوعاً ما بتوقيت المصدر المتقطع، مثلا، طاقة المد والجزر، لكن لا يمكن أن تتواجد في جميع الأماكن لتلبي الطلب في النظام الكهربائي- المرتبط بمولدات توربينات الرياح الفردي.
تتناول هذه الورقة تكامل جهاز تخزين الطاقة على المدى القصير في تغذية مزدوجة، تصميم مولد الحث من أجل سلاسة الاختلافات السريعة في طاقة الرياح. يمكن أيضًا استخدام جهاز التخزين هذا لتعزيز ناقل التيار المستمر أثناء النقل، وبالتالي تعزيز قدرة الجهد المنخفض من خلال LVRT يتم تقييم الهيكل من حيث قدرته على تحسين الأداء أثناء التشغيل العادي وأثناء العبور. تظهر النتائج أنه عندما يكون حجم وحدة التخزين استنادًا إلى متطلبات LVRT، فإنه يمكن أن يضعف بشكل فعال تذبذبات الطاقة قصيرة الأجل ويوفر أداءً عالياً فائقًا مقارنةً بالطوبولوجيا التقليدية.

المقدمة

بينما تستمر طاقة الرياح في النمو في جميع أنحاء العالم، ستحتاج الصناعة إلى مواجهة التحديات المرتبطة بمستويات أعلى من الذكاء. عند النقطة التي تمثل فيها الرياح مكونًا مهمًا في معاشرة جيل، سيتم تضخيم جميع العيوب فيها. تحسبا لمشاريع الرياح الجديدة واستنادا إلى الخبرة المكتسبة في جميع أنحاء العالم، قامت معظم المرافق بتطوير أو مراجعة رموز الشبكة الحالية من أجل معالجة المشاكل المحتملة التي تطرحها مستويات عالية من الرياح.[1]
بالنسبة لمزارع الرياح الجديدة، يمكن تلخيص أنواع دراسات التوصيل البيني المطلوبة على مستوى التوزيع من حيث جودة الطاقة وتأثيرات الجهد (قصيرة الأجل وطويلة الأجل). بالنسبة للأنظمة ذات الحجم الكبير، ترتبط الشواغل النموذجية بدرجة أكبر بالتأثير على الاستقرار ودعم الجهد والقدرة على موازنة التداخل باستخدام التوليد التكميلي، وذلك عادةً عن طريق تخصيص احتياطيات كافية من الغزل. تم الانتهاء من الدراسات المختلفة في هذه المناطق؛[2]-[4] ومع ذلك، لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من العمل من أجل توفير منهجية معممة، حيث أن الطرق الحالية إما ليست كافية بعد، أو لم يتم نشرها على الملأ.
تقدم هذه الورقة WTG مع تخزين الطاقة وخوارزمية إدارة التخزين المرتبطة. يتم إجراء تقييم شامل لأداء النظام باستخدام مجموعة متنوعة من شروط الاختبار، مع الأخذ في الاعتبار أحجام التخزين المختلفة، والنظر في أحجام مختلفة من التخزين، وخصائص الرياح المختلفة، وتوقعات الطاقة. خصائص النظام تحت التشغيل العادي، وكذلك قدرة التخزين على تحسين الأداء المؤقت لمجموعة WTG، تم النظر فيها.

طاقة الرياح والتخزين

واستكمالًا للرياح مع التخزين تم النظر فيها في حالات مختلفة [4]-[8] ولكن لم يتم اعتمادها من قبل الصناعة، ويرجع ذلك أساسًا إلى التكلفة. من أجل تبرير المصاريف المرتبطة، سيحتاج جهاز التخزين إلى توفير تحسين قابل للتسويق في الأداء الكلي للمولد. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون الأداء المحسّن بتكليف من الأدوات المساعدة من خلال متطلبات التوصيل البيني؛ خلاف ذلك، فإن الدافع لإضافة معدات إضافية هو معدوم. ومع ذلك، يمكن للتخزين أن يقدم تحسينات في كل من التحكم في الطاقة وإدارة الطاقة أثناء الاضطرابات، على سبيل المثال الدوائر القصيرة.

  • قوة قابلة للنزع

على الرغم من أن رموز الشبكة لم تذكر بشكل صريح الحاجة إلى تحكم قوي في الطاقة لمزارع الرياح، فإن النقاط تميل في هذا الاتجاه. تقليل اختلافات الطاقة قصيرة المدى لمجموعة WTG.

الشكل 1. مخطط تدفق الطاقة في DFIG خلال (a) التشغيل العادي، و(b) ظروف الجهد المنخفض

يمكن تحقيقه بطريقتين أساسيتين: 1) من خلال التخزين أو 2) باستخدام مولد متغير السرعة يعمل عند نقاط طاقة دون المستوى الأمثل، كما هو موضح في 5. على الرغم من أن التخزين يأتي بتكلفة أعلى، إلا أنه يمتاز بعدد من المزايا: يمكن الوصول إليه في أي حالة تشغيل، ولا يلزم تعديل تشغيل الجهاز، كما يمكن أن يعزز LVRT، مما قد يؤدي إلى تحسينات في الاستقرار اللحظي.

  • نظام مضاعف التعريفي لمولد الحث الاحتياطي الفيدرالي: (DFIG) – نظام تخزين الطاقة (ESS)

يمكن دمج أجهزة تخزين الطاقة بسهولة في تصميم DFIG باستخدام محول ثنائي الاتجاه DC / dc إلى جانب ناقل التيار المستمر (الشكل 1). بالنسبة لهذا الهيكل، يتحكم المحول الموجود على جانب الخط أو محول التخزين في جهد ناقل التيار المستمر، بينما يتحمل الآخر مسؤولية تنظيم طاقة التخزين. يوضح الشكل 1 (أ) تدفق الطاقة للتشغيل super synchronous بسرعة فائقة – تتدفق الطاقة من ملف الدوران إلى المحول. في هذه الحالة، يتم تخزين بعض الطاقة بينما يتم تصدير الباقي على الشبكة عبر المحول الجانبي. يمكن تطوير مخططات مماثلة للتشغيل subsynchronous وتصريف التخزين.

الشكل 2: خصائص النموذجية لLVRT
  • إدارة الطاقة في ظل العيوب

تم تطوير خصائص LVRT، على سبيل المثال،[9] والتي تملي ملف تعريف الجهد الذي يجب أن تظل WTG متصلة بالنظام، الشكل (2). من أجل أن تكون قادرة على تلبية هذا المطلب، يجب تعديل نظام التحكم والأجهزة لإدارة الطاقة التي تنتجها WTG خلال نتيجة الجهد المنخفض. بدون إدارة الطاقة، ستبقى الطاقة التي تنتجها WTG في ظل ظروف العطب داخل الجهاز الكهربائي، مما يؤدي إلى زيادة السرعة الميكانيكية.
يمكن تخزين كمية معينة من الطاقة في الكتل الدوارة؛ ومع ذلك، هذا محدود بسبب الحد الأقصى لسرعة تشغيل الدوران المسموح بها. علاوة على ذلك، من الأفضل الحفاظ على سرعة ثابتة عند قيمة prefault، من أجل تقليل العبور عند إعادة توصيل أو إعادة إنشاء اتصال النظام. الخيارات المتاحة للتعامل مع الطاقة التي لا يمكن للشبكة استيعابها على النحو التالي:
1. تفريغ الطاقة في المقاومة، الذي عادة ما يكون متصلاً بخط DC، التي تنظم خط DC إلى أقل من 10% من قيمتها الرمزية.
2. تقصير لفات الدوران من خلال المقاومة وتشغيل الجهاز كآلة الحث التقليدية.
3. إلقاء الطاقة في جهاز تخزين كهربائي، على سبيل المثال، المكثف الفائق، تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل، والبطاريات.
في الحالة الأخيرة، يجب أن يكون حجم جهاز التخزين لامتصاص الطاقة الناتجة في أسوأ الظروف -خطأ من ثلاث مراحل، يدوم طوال المدة المحددة في منحنى LVRT، أي t1 في الشكل 2. تُعطى القدرة على تخزين الطاقة المطلوبة تقريبًا بواسطة E = V t1 = t1 لكل وحدة للتحجيم الأكثر دقة، يجب مراعاة المنطقة بأكملها أعلى المنحنى، كما هو موضح في (2).
يحتاج WTG إلى البقاء متصلاً أثناء التشويش للمساعدة في الحد من التأثير على النقل المحلي والمساعدة في استرداد الجهد الكهربائي إلى النطاق الاسمي بعد عزل التشويش عن طريق حماية النظام. يتم تحقيق ذلك من خلال توفير قوة رد فعل ثابتة، أو بدلاً من ذلك عن طريق التنظيم الفعال لجهد النظام. والأهم من ذلك، أن المولد يوفر الطاقة بمجرد إزالة العيوب، دون الحاجة إلى إعادة تشغيله. يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في كلتا العمليتين عن طريق الضغط على جهد التيار المستمر أثناء الخطأ.

الجدول الأول:
خصائص تقنيات التخزين على المدى القصير وبطارية حمض الرصاص.

الشكل 3: نموذج ديناميكي للمكثف الفائق

تسارع الجهاز، وتجنب فصل حقل الرياح ودعم استعادة النظام بعد النتيجة.

  • المكثف الفائق (Supercapacitors)

بالنسبة لتبادل الطاقة على المدى القصير، يتم تقديم التقنيات الأكثر شيوعًا في الجدول (1) إلى جانب الخصائص من حيث التكلفة، والمقياس الزمني، والكفاءة، بناءً على المعلومات الواردة في 7. يتم إعطاء حالة بطاريات الرصاص الحمضية كنقطة مرجعية، يوفر أكثر جهازي التخزين الواعدين على المدى القصير الحذافات -الحدافة او البكرة هي أداة ميكانيكية لها عزم قصور ذاتي معين تستخدم كمُخزِّن للطاقة الدورانية، حيث تقاوم الحدافة التغيرات الناشئة في السرعة الدورانية- والمكثفات الفائقة، خصائص متماثلة وكلاهما مناسب لتطبيقات طاقة الرياح.
في هذه الورقة، تم النظر في المكثفات الفائقة، لأنها تمثل جهاز تخزين يحتوي على كثافة طاقة عالية ويوفر كفاءة جيدة. بالإضافة إلى ذلك، لديهم دورة حياة أعلى بكثير من البطاريات.

1. النماذج:

يمكن استخدام نماذج مختلفة للمكثفات الفائقة. اعتمادًا على نوع الدراسة، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من التفاصيل. أظهرت النماذج الدقيقة جدًا، استنادًا إلى الدارة المكافئة الواردة في الشكل 3، أنها توفر اتفاقًا جيدًا للغاية مقارنة بالنتائج التجريبية.[10] هذا النموذج صالح عبر الطيف الترددي بأكمله، حيث يتم إعطاء الجزء المعتمد على التردد من النموذج

يجب الحصول على الخصائص الأربعة من قياسات الجهاز. لغرض هذه الدراسة، تم النظر في خصائص الجهاز في نطاق التردد المنخفض للطيف، مما يقلل بشكل أساسي من سعة كبيرة في سلسلة مع ESR. اعتمد هذا الاختيار على الحاجة إلى التركيز أكثر على تدفق الطاقة بدلاً من الكفاءة والتبديل العابر.

2. حجم المكثف الفائق:

هنا، تم اختيار الطاقة الأساسية للمكثفات الفائقة بحيث تكون قادرة على تخزين التصنيف الكامل للنظام خلال حالة الجهد المنخفض بالكامل، كما هو منصوص عليه في متطلبات LVRT في [9].
يمكن حساب متطلبات جهاز تخزين الطاقة Elvrt كمنطقة أعلى منحنى LVRT وأقل من 0.9. الخط، أي،
{(Elvrt = Pbase {(0.9 − Vmin)t1 + 0.5(t2 − t1)(0.9 − Vmin
حيث يصف Vmin وt1 وt2 ملف تعريف LVRT.”1” يحدد هذا مقدار الطاقة التي يجب إدارتها أثناء الخطأ. على افتراض أن الحد الأقصى للجهد عبر الجهاز كان مساويًا لـ Vdc، المرجع، تم العثور على القيمة المطلوبة للسعة باستخدام

جدول تخزين الطاقة

بالنسبة إلى DFIG – ESS، يتولى التحكم في الجهد المستمر الدائرة المتناوبة، في حين أن الوظيفة الأساسية للمحول من جانب التغذية تصبح تنظيم الطاقة المزودة إلى الشبكة، من خلال القيمة المرجعية، Pgrid ref. يمكن العثور على تفاصيل التحكم في المحول في [11]. يتم عرض التفاصيل المتعلقة بجدولة الطاقة من وإلى جهاز التخزين هنا.

  • إدارة التخزين

في أبسط أشكاله، يتم إرسال قوة نظامي DFIG وESS المدمجين لتوفير كمية محددة من الطاقة. ومع ذلك، يفترض هذا أن حالة تشغيل المولد تكون دائمًا قريبة نسبيًا من نقطة الضبط وتهمل القيود الحالية للمحولات المختلفة. علاوة على ذلك، في بعض الحالات، قد لا يتم استخدام جهاز التخزين بفعالية، خاصةً عندما يكون هناك عدم تطابق كبير بين طاقة نقطة الضبط ومخرجات الآلة. بالنسبة لمولد الرياح، تختلف نقطة التشغيل باستمرار لأن مصدر الطاقة يعتمد على الظروف البيئية المحلية. عن طريق السماح لنقطة الضبط بالتباين، يتم تمديد النطاق الزمني الذي يمكن من خلاله تطبيق جهاز التخزين، مما يزيد من فوائد التخزين إلى الحد الأقصى، مع التخلي قليلاً عن التنظيم الصارم لطاقة الإخراج. من خلال التصميم المناسب لنظام الإدارة، يمكن تشغيل جهاز التخزين عن طريق تقليص أو زيادة مرجع الطاقة، بالقرب من حدود التخزين العلوية أو السفلية.
أن ESS لا يزال قيد التشغيل أمر صعب لأنه ليس كذلك معروف بالضبط كيف ينبغي أن تختلف.
خوارزميات التنبؤ بالرياح، على الرغم من التحسين المستمر لها، لا تزال عرضة للتجاوزات. علاوة على ذلك، فإن العلاقة مع الطاقة الناتجة ليست دائما معروفة بدقة. إن الحاجة إلى تغطية التشغيل العادي، والظروف المقيدة، وكذلك السلوك العابر للنظام يجعل التحكم صعبًا. لقد ثبت أن الأنظمة المبنية على قواعد ضبابية فعالة في العديد من مشكلات نظام الطاقة، على سبيل المثال، [12]، وهي مناسبة تمامًا.
يمكن العثور على مثال تصميم لملف تعريف WTG وLVRT النموذجي في الملحق

إلى النظام الحالي. باستخدام إنتاج طاقة الرياح المتوقعة، وحالة جهاز تخزين الطاقة وتاريخه، وقياسات جهد التيار المتردد، يمكن استخدام نظام إدارة الطاقة المبني على عدم الوضوح لضبط مستوى الطاقة من أجل تحسين التشغيل الكلي للنظام. تم تطوير أساس القاعدة لمحاولة الموازنة بين الاحتياجات لتخفيف تقلبات الإنتاج وتأمين احتياطيات كافية لحالات الطوارئ والتأكد من بقاء جهاز التخزين قيد التشغيل في جميع الأوقات (الجدول 2). يتم تحديد نقطة الضبط الأولية باستخدام إنتاج طاقة الرياح المتوقع، والذي يُفترض أنه تم توفيره من التنبؤات المستقبلية. ثم يتم تعديل هذه القيمة المرجعية بواسطة الخوارزمية للتأكد من أن هناك دائمًا كمية أساسية من الطاقة المخزنة في الجهاز، وكذلك هناك دائمًا عتبة معينة دون الحد الأعلى. وظائف العضوية ل Eess وv كانت متنوعة باستخدام عملية التجربة والخطأ (الشكل 4). تم ضبط عرض الوظائف إلى أن يتم تحقيق استجابة مرغوب فيها، والتي استفادت بشكل جيد من سعة التخزين واعتبار الحد المطلوب للوقت.
بالنسبة للمكون العابر لعنصر التحكم، تمت دراسة عدد من الاختلافات باستخدام مقياس حجم الجهد. في حالة انخفض الجهد، فقد تمت محاولة إجراء تغييرات مختلفة على الطاقة المرجعية -زيادة أو نقصان أو عدم تغيير. في النهاية، أثبتت الإشارة الأكثر فاعلية أنها زيادة مرجع الطاقة قليلاً عند بدء خطأ ما. كان التحسن هامشيًا. تم أيضًا زيادة زاوية ß الميل بما يتناسب مع وظيفة العضوية من أجل الحد من عزم الدوران أثناء إدخال الجهد الكهربائي. تم تصميم الوظائف العادية والعابرة لنظام الإدارة معًا للمساعدة في سلاسة طاقة الإخراج وضمان بقاء جهاز التخزين قيد التشغيل والحد من تسريع المولد أثناء الاضطرابات.
تم استخدام الاستدلال وتجميع القواعد لإنتاج القيمة النهائية للقدرة المرجعية، أي القيمة بين 0 و1، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى قيمة مرجعية باستخدام القوة الأساسية. يتم تمثيل بسهولة ترجيح القواعد المختلفة بسهولة

الشكل 4: وظائف العضوية للطاقة المخزنة Eess والجهد في PCC Vpcc.

حيث K هو عدد القواعد، وbi وci هما درجة التنفيذ ونتيجة لقاعدة ith، على التوالي. تم إدراج نتائج الطبيعية كل من القواعد في الجدول II. قيم القاعدتين 1 و2 سالبة، مما يجعل Pgrid,ref سالبة أيضًا، مما يؤدي إلى انخفاض في Pgrid,ref. من أجل حساب الأخطاء المحتملة في خوارزمية التنبؤ، تم استخدام تكامل الفرق بين مستوى التخزين الفعلي Eess ومستوى التخزين الاسمي Enom، أي

حيث Tess هو الوقت الثابت المرتبط بمدة التخزين، والذي تم اختياره كـ 25 ثانية (نافذة المحاكاة). يتم الحصول على القدرة المرجعية النهائية Pgrid,ref، التي يتم استخدامها لجدولة نظام القدرة الخارجة مكتسبة من مجموع التغير في القيمة المرجعية، على النحو الذي تحدده خوارزمية الإدارة، والمصطلح التكاملي (5)، وقوة WTG كما تم حسابها من سرعة الرياح المتوقعة. هذا هو(6)

نظرًا لأن β ناتج عن قاعدة واحدة فقط، فإنه يؤدي ببساطة إلى زيادة زاوية الميل أثناء حدث الجهد المنخفض، مما يساعد على الحد من عزم دوران الإدخال أثناء حدوث خلل في النظام المحلي. ومع ذلك، هناك ثابت زمني ميكانيكي كبير نسبيًا مرتبطًا بهذه الإشارة (0.1 – 0.5 ثانية)، وبالتالي، فإن قدرتها على تحسين الاستجابة خلال فترات العطل القصيرة جدًا محدودة.

خصائص النظام

هنا، تم عرض تشغيل النظام باستخدام عدد من السيناريوهات المختلفة من أجل توضيح فعالية نظام إدارة التخزين في ظل كل من الظروف المؤقتة والطبيعية. علاوة على ذلك ، تم اعتبار العملية لمستويات تخزين مختلفة وللحالات التي يكون فيها التنبؤ بقدرة الرياح أقل من المثالي. وتناقش النتائج طوال الوقت ، ويتم تسليط الضوء على المزايا العامة والقيود المفروضة على هذه الاستراتيجية.

  • عملية عادية

أولاً، يعتبر تشغيل النظام في ظل ظروف نموذجية ؛ تحت سرعات الرياح المعتادة ، يتم استخدام خوارزمية التخزين لتخفيف التباينات قصيرة المدى في طاقة الرياح (الشكل 5). كما يتضح من الشكل 5، يقوم المحول في جانب العرض بتبادل الطاقة مع النظام من أجل حساب الاختلافات قصيرة الأجل في قدرة الجزء الثابت Ps التي تكون إما أعلى أو أدنى من القدرة المرجعية. ينعكس هذا في مستوى الطاقة في جهاز التخزين، الذي يزداد مع وصول الطاقة إلى النظام ويتناقص عند امتصاصه. للتأكد من اكتمالها، يتم تضمين الجهد التخزين والشحن الحالية.

  • اعتماد العوامل المتغيرة

نظرًا لأن أداء استراتيجية الإدارة يعتمد إلى حد كبير على تصنيف جهاز التخزين، فضلاً عن دقة تقدير طاقة الرياح، يتم مراعاة تأثير هذين المتغيرين على أداء النظام. على الرغم من أن المساحة الموجودة أسفل LVRT قد استخدمت كقيمة أساسية لتصنيف جهاز التخزين، فمن الممكن تحقيق مكاسب مماثلة بقيمة مخفضة. علاوة على ذلك، فإن دقة خوارزمية التنبؤ تميل إلى التباين بشكل كبير، وبينما يتم تحسين هذه التقنيات، يجب أن يظل مخطط الإدارة قادرًا على توفير فوائد حتى في الحالات غير مثالية.
1. تقييم التخزين: تم أخذ تأثير تصنيف جهاز التخزين في الاعتبار من خلال خضع النظام بدرجات تخزين مختلفة لملف تعريف الرياح في الشكل 6 (أ). هنا ، يتم تعريف الحالة الأساسية (1P.u) بواسطة LVRT. بالإضافة إلى ذلك، تم مقارنة النتائج مع حالة عدم وجود تخزين، حيث يعمل المولد بأقصى قدر من تتبع نقطة القدرة (MPPT). لم يتم تضمين الفترة الكاملة هنا، من أجل عزل تأثير مستوى التخزين. حالة 1 Pu قادر على الحفاظ على القدرة الناتجة ثابتة طوال الوقت، بينما تظهر الحالتان الأخريان اختلافات أكبر عندما تكون القدرة الناتجة أكبر من أو تقل عن متوسط القدرة لفترات زمنية ممتدة (الشكل 6). ينعكس هذا في التغير في مستوى التخزين، والذي يقترب من الحدود العليا والدنيا لحالات 0.5 و0.2 صفحة>
2. دقة التنبؤ لطاقة الرياح: نظرًا لأن طرق التنبؤ الحديثة لطاقة الرياح لا تقوم دائمًا بتقدير دقيق

الشكل 5. تشغيل النظام في ظل ظروف الرياح النموذجية: (أ) سرعة الرياح ؛ ب) القدرة الحقيقية التي تم توصيلها إلى الشبكة ، Pgrid ، من الجزء الثابت من الآلة ، Ps ، من المحول الجانبي ، Pconv ، وإلى جهاز التخزين ، Pess ؛ و (ج) مستوى التخزين Eess ، الجهد Vess ، وشحن Iess الحالي.

لإنتاج الطاقة، من المهم أن نفهم تأثير Ppred الخاطئ. وقد تم ذلك باستخدام ظروف الرياح المختلفة ل Ppred المعطى. في الحالة الأولى ، تطابق القوة المتوقعة القدرة الفعلية. تم النظر في حالتين أخريين حيث تم قياس سرعات الرياح بطريقة أدت إلى إنتاج طاقة تصل إلى 0.1 و0.2 نقطة في البوصة. أعلى من القيمة المتوقعة (الشكل 7). تقوم الخوارزمية بتصحيح ذلك بطريقتين: الأولى: من خلال شروط مستوى التخزين، والثانية: من خلال المصطلح التكاملي. على الرغم من أن النظام في الحالة الأولى قادر على إنتاج الطاقة بسلاسة، إلا أنه في الحالات التي يتنبئ بالخطاء، يتم تحويل مرجع طاقة المنتجة إلى نقاط الضبط الجديدة بدرجات متفاوتة من النجاح.

الشكل 6. الأداء لتصنيفات التخزين المختلفة. (أ) لمحة الرياح. (ب) DFIG تعمل مع MPPT. (ج) قوى الانتاج للتصنيفات تخزين 1، 0.5 و0.2 سنة (د) مستوى التخزين المنطابق.

الشكل 7. تباين طاقة الناتجة لأخطاء مختلفة في القدرة الناتجة المتوقعة: (أ) لا خطأ؛ (ب) 0.1 ص. خطأ؛ و (ج) 0.2 ص. خطأ.

إذا كانت الحالة 0.1 p.u. مقدرة، يمكن الإشارة إلى أن القدرة المرجعية تضبط إلى ما يقرب من متوسط القيمة الجديدة. الاختلاف صغير في الطاقة الناتجة، وينحدر بالقرب من نهاية فترة الاختبار بسبب ثابت الوقت المرتبط بالمدة التامة. في الحالة الأكثر تطرفًا، هناك عابر كبير حيث يتم تحويل القيمة المرجعية إلى حساب الخطأ في التنبؤ. في البداية، يتم تحقيق النقطة المرجعية الأصلية – التي تستند إلى التنبؤ بقدرة الرياح – عن طريق تخزين كميات كبيرة من الطاقة. يؤدي هذا بسرعة إلى التحول إلى القيمة المرجعية الجديدة، والتي تمثل الارتفاع. ومع ذلك، فبعد 5 ثوانٍ، يستطيع النظام توفير ناتج ثابت نسبيًا وإن كان مع تقلبات أكبر من الحالة الأولى.
يمكن الإدلاء بعدد من الملاحظات المهمة في هذه المرحلة. أولاً: يمكن تصميم نظام إدارة التخزين من أجل إعادة ضبط مرجع الطاقة لأخطاء التنبؤ ويستمر في تسهيل الطاقة المنتجة. يعمل هذا التحول في نقطة التشغيل على استخدام التخزين بشكل أفضل حيث يتم تشغيله حول الحالة الاسمية لشحنه.
ثانياً: في صورة أكبر، ربما يكون، وربما لا يكون مرغوب فيه لأنه يفشل في التحايل على المشكلة المرتبطة بتقديرات الطاقة غير الدقيقة – لا يزال هناك فائض عام (أو نقص قصير) في التوليد، وبالتالي، يجب تقليص المصادر الأخرى “بتسريع”. بالطبع، سيعتمد هذا، في جزء كبير منه، على السعة النسبية المثبتة. لذلك، على الرغم من أنه يمكن استخدام التخزين على المدى القصير بشكل فعال لحل مشكلات جودة الطاقة المرتبطة بالرياح، إلا أن التخزين على المدى الطويل، ومن المحتمل وجود مزيج من التخزين على المدى القصير والطويل، سيكون قادرًا على معالجة مشكلة الجدولة المرتبطة بـ أخطاء التنبؤ.
أخيرًا، لأخطاء التنبؤ الأكبر، يلزم إجراء تصنيف تخزين أكبر مماثل للاحتفاظ بنفس الأداء كما هو دون أخطاء. هذا صحيح لكل من الطاقة ومعدل قدرة الجهاز. وهذا يعزز الاستنتاج الواضح إلى حد ما وهو أن خوارزميات التنبؤ الأفضل ستؤدي في النهاية إلى انخفاض أجهزة التخزين المقننة.

  • ميزة العبور “دائم فقط لفترة قصيرة؛ زائل”:

استجابة النظام للأخطاء لتحديد ما إذا كانت التحسينات في الاستجابة المؤقتة يمكن تحقيقها باستخدام التخزين.

الشكل 8. الربط بين الرياح والحمل المحلي لشبكة نقل 69 كيلو فولت المستخدمة لدراسات الخصائص عابرة (خطأ من ثلاث مراحل تقع في 1/5 المسافة من PCC).

تعرض النظام لأول مرة لأعطال النظام الأكثر شيوعًا – أعطال أحادية الطور – ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود فروق ملحوظة في مستويات التخزين المختلفة، لا يتم عرض النتائج هنا. وبالتالي، تم النظر في حالات الطوارئ الشديدة. تم استخدام نظام الاختبار في الشكل 8، والذي يتكون من حديقة رياح صغيرة متصلة بنظام 69 كيلو فولت، لتغذية حمولة محلية صغيرة مع الآلات الدوارة، والتي تمثل 50% من الحمل الكلي.
تم الأخذ في الاعتبار نوعان من الحالات الطارئة الخطيرة: خطأ من مرحلتين من 12 دورة عند منتصف الخط وخطأ من ثلاث مراحل من 6 دورات بالقرب من نقطة الاقتران المشترك (PCC). تم الحصول على استجابة ل DFIG التقليدية، ومجهزة بمضخة نشطة، والتي تعمل لتيارات الدوار عالية. واعتبر DFIG مع المحولات المفرطة في الجانب الدوار قادرة على دعم التيار الزائد عابر لتقديم صورة عن تأثير العتلة (قضيب حديدي ذو نهاية مسطحة، يستخدم كرافعة). تمت مقارنة طوبولوجي DFIG التقليديين للركوب مع DFIG-ESS، مع تصنيف 1.0 ص. استجابة الأجسام الثلاثة على خطأ المراحل الثلاث الممثلة هنا (الشكلان 9 و10). تظهر اتجاهات مماثلة في حالة الأعطال ثنائية الطور، وبالتالي، لم يتم تضمينها. يتضح تأثير أداة التحجيم من خلال النظر إلى Vpcc — فقد الجهد الكهربائي الداخلي للماكينة لأن Vpcc يسقط إلى ما يقرب من الصفر، وهو أمر مماثل لاستجابة مولد الحث (الشكل 9). إن كلا من DFIG-ESS وDFIG اللذين يحافظان على التحكم في الفولتية من جانب الدوار قادران على الحفاظ على التدفق الداخلي، مما يساعد على دعم الجهد الكهربائي في PCC. يكون الانخفاض أقل إلى حد ما في حالة DFIG-ESS نظرًا لقدرته على حمل التيار المستمر بقوة. يتم تأكيد هذه النتائج عند النظر في القوى التفاعلية (الشكل 10). بينما يذهب Qcrowbar إلى الصفر أثناء الخطأ، فإن كلاً من Qess وQDFIG قادران على توفير الطاقة التفاعلية. بعد إزالة الأعطال، يتم فك قضيب العتلة، ويمكن توفير طاقة تفاعلية للمساعدة في إحداث الجهد الكهربائي. ومع ذلك، في الحالتين الأخريين، بدأ الجهد في التعافي بالفعل بسبب أنشطة التحكم أثناء الخطأ ويستقر بشكل أسرع على قيمته المسبقة.
كان الدافع هنا هو إظهار فائدة التخزين أثناء النقل العابر؛ ومع ذلك، يبدو أن أهمية الحفاظ على السيطرة على الجهاز أثناء الخلل عامل أكثر أهمية. ومع ذلك، فإن المعيار البيئي والاجتماعي (ESS) يوفر تحسينًا إضافيًا – سيصبح بالتأكيد أكثر (LVRT) وضوحًا لفترات الخطأ الطويلة، كما تتطلب المتطلبات.

الشكل 9. الجهد استجابة PCC بعد خطأ من ست مراحل من ثلاث مراحل بالقرب من PCC ل DFIG (أ) مع لعتلة النشط ، DFIG مع محولات DF ، و DFIG-ESS

الشكل 10. استجابة القدرة التفاعلية بعد خطأ من ست مراحل من ثلاث مراحل بالقرب من PCC لـ (أ) DFIG مع العتلة نشطة ، (ب) DFIG مع محولات مستخرجة ، و (ج) DFIG-ESS

الخاتمة

قيمت هذه الورقة قدرة ESS على تحسين أداء مولد الرياح القائم على DFIG تم دراسة تأثير سعة جهاز التخزين، والأخطاء في طاقة الرياح المقدرة، واستراتيجيات التحكم العابر المختلفة. تشير النتائج إلى أنه بالنسبة لمستويات التخزين المصنفة باستخدام المساحة الموجودة أعلى منحنى LVRT، يمكن أن تسهل الطاقة الخارجة بفعالية مع الطاقة الخارجة بالساعة المتوقعة عندما يكون التنبؤ دقيقًا. لا شك في أن الأخطاء في التنبؤ تتطلب أجهزة تخزين ذات تصنيف أكبر لتحقيق نفس المستوى من الأداء. على الرغم من أن مخطط إدارة التخزين قادر على التكيف لاستيعاب الأخطاء في التنبؤ بقدرة الرياح، إلا أن التخزين على المدى الطويل سيكون مطلوبًا من أجل الاستمرار في توفير مخرجات طاقة محددة مسبقًا. أثناء النقل، يوفر جهاز التخزين وسيلة فعالة للتغلب على الاضطرابات ويعرض خصائص فائقة أثناء أحداث الجهد القصوى وبعدها.

ملحق

الجدول الثالث
(ESS in DFIG) البيانات المستخدمة لتحديد حجم

الجدول الرابع
(LVRT) خصائص نظام التخزين الحجم باستخدم

الجدول الخامس
خصائص التحميل الثابت

الجدول السادس
خصائص التحميل المتغير

الجدول السابع
خصائص خط النقل للفحص الفرعي

شكر وتقدير
يود المؤلفون أن يشكروا مجلس أبحاث العلوم والهندسة الطبيعية في كندا لدعمهم لهذا البحث. يتم تقديم الشكر أيضًا إلى (J.Restrepo) لمساعدته في التحرير والتنسيق..


المصادر والمراجع

C. Jauch, J. Matevosyan, T. Ackermann, and S. Bolik, “International comparison of requirements for connection of wind turbines to power systems,” Wind Energy, vol. 8, no. 3, pp. 295–306, Jul./Sep. 2005.
J. W. Smith, J. A. Taylor, D. L. Brooks, and R. C. Dugan, “Intercon- nection studies for wind generation,” in Proc. Rural Elect. Power Conf., May 2004, pp. C3-1–C3-8.
E. Bossanyi, Z. Saad-Saoud, and N. Jenkins, “Prediction of flicker pro- duced by wind turbines,” Wind Energy, vol. 1, no. 1, pp. 35–51, 1998.
J. H. R. Enslin, J. Knijp, C. P. J. Jansen, and P. Bauer, “Integrated approach to network stability and wind energy technology for on-shore and offshore applications,” in Proc. Power Quality, May 2003, pp. 185–192.
L. Ran, J. R. Bumby, and P. J. Tavner, “Use of turbine inertia for power smoothing of wind turbines with a DFIG,” in Proc. 11th Int. Conf. Harmonics and Quality Power, Sep. 2004, pp. 106–111.
K. Strunz and E. K. Brock, “Hybrid plant of renewable stochastic source and multilevel storage for emission-free deterministic power generation,” in Proc. Quality and Security Elect. Power Delivery Syst., CIGRE/IEEE PES Int. Symp., Oct. 8–10, 2003, pp. 214–218.
J. P. Barton and D. G. Infield, “Energy storage and its use with intermit- tent renewable energy,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 19, no. 2, pp. 441–448, Jun. 2004.
R. Cardenas, R. Pena, G. Asher, and J. Clare, “Power smoothing in wind generation systems using a sensorless vector controlled induction machine driving a flywheel,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 19, no. 1, pp. 206–216, Mar. 2004.
E. ON Netz GmbH, Grid Code for High and Extra High Voltage,
Aug. 2003, Bayreuth, Germany. [Online]. Available: www.eon-netz.com
S. Buller, E. Karden, D. Kok, and R. W. De Doncker, “Modeling the dynamic behavior of supercapacitors using impedance spectroscopy,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 38, no. 6, pp. 1622–1626, Nov./Dec. 2002.
C. Abbey and G. Joos, “A doubly-fed induction machine and energy stor- age system for wind power applications,” in Proc. IEEE PESC, Aachen, Germany, Jun. 20–25, 2004, vol. 3, pp. 1964–1968.
A. B. Marques, G. N. Taranto, and D. M. Falcao, “A knowledge-based sys- tem for supervision and control of regional voltage profile and security,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 20, no. 1, pp. 400–407, Feb. 2005.

اقتباس:

Abbey, Chad, and Gza Joos. “Supercapacitor energy storage for wind energy applications.” IEEE transactions on Industry applications 43.3 (2007): 769-776.‏

المقالة العلمية الأساسية:

http://paul.roulleau.free.fr/GEA/Tage%20chez%20Paul/PDF/energy_storage.pdf

Chad Abbey (S’01) received the B.Sc. degree in electrical engineering from the University of Alberta, Edmonton, AB, Canada, in 2002, and the M.Eng. degree in electrical engineering from McGill Uni- versity, Montréal, QC, Canada, in 2004, where he is currently working toward the Ph.D. degree.
He is currently with the CANMET Energy Tech- nology Centre, Varennes, QC, as a Research Engi- neer, where he helps in coordinating a joint research program on the modeling and integration of dis- tributed generation. His current research interests
include wind energy, distributed generation, energy storage, and their integra- tion to the grid.
Mr. Abbey is an active member of the International Council on Large Electric Systems (CIGRE).

Géza Joos (M’82–SM’89–F’06) received the M.Eng. and Ph.D. degrees from McGill University, Montréal, QC, Canada.
He has been with McGill University as a Profes- sor since 2001. He is involved in fundamental and applied research related to the application of high- power electronics to power conversion, including distributed generation, and power systems. He was also with ABB, the University of Quebec, Sainte Foy, QC, and Concordia University, Montréal. He has been involved in consulting activities in Power
Electronics and Power Systems, and with CEA Technologies as the Technology Coordinator of the Power Systems Planning and Operations Interest Group. He has published extensively and presented numerous papers and tutorials on these topics.
Dr. Joos is a Fellow of the Canadian Academy of Engineering. He is active in a number of IEEE Industry Applications Society committees and in IEEE Power Engineering Society and International Council on Large Electric Sys- tems (CIGRE) activities and working groups that deal with power electronics and applications to distributed resources.