وتواجه شبكات الطاقة الحديثة عدداً متزايداً من التحديات التي تهدد عملياتها المستقرة والموثوقة، ومن التحولات المفاجئة في الحمولة والأخطاء إلى الإدماج السريع لمصادر الطاقة المتجددة المتغيرة، يمكن أن تؤدي الاضطرابات في النظام إلى حدوث تضخم وانحرافات في الترددات، وفي أسوأ الأحوال، إلى حدوث انقطاع في شبكات الكهرباء، وقدرة محرك الطاقة على التنبؤ بمستوى الاضطرابات في المستقبل واستيعابها واسترجاعها بسرعة من هذه الاضطرابات في جميع أنحاء العالم.

ما هو "الشعبة الإحصائية"؟

(أ) جهاز محاسبة ثابت متصل بالشبكة، وجهاز كهربائي مبني على الطاقة يولد أو يستوعب قدرة تفاعلية لتنظيم التطاير في نقطة اتصاله، وينتمي إلى أسرة نظم تحويل المركبات ذات الحجم المرن (FACTS) وكثيرا ما يستخدم لتحسين استقرار الفولط، والقدرة على نقل الطاقة، ونوعية الطاقة العامة في شبكات النقل والتوزيع.

ومبدأ التشغيل الأساسي للجنة الإحصائية هو مبدأ مباشر: إذ أن حقن تياراً إما في مرحلة (قوة نشطة) أو 90 درجة من المرحلة (الطاقة التفاعلية) مع تركيبة النظام، يمكن للجنة الإحصائية أن تستوعب أو توفر قدرة رد الفعل، وعندما يكون حجم إنتاج اللجنة الإحصائية أعلى من حجم النظام، فإنه يؤدي إلى تطاير النظام وتدفقات الطاقة الحالية المتفاعلة، مما يعني أنها تستهلك قدرة غير مؤثرة.

وتُبنى هذه المراكز باستخدام مفاتيح متطورة من شبه الموصلات مثل مترجمات ثنائي الفينيل متعدد البروم (مترجمات ثنائيبولار من طراز إندسي) أو مركبات ثلاثية الأبعاد (مترجمات البوابة المتكاملة) مجهزة في طبوغرافي متعدد المستويات، وتساعد هذه الطبقات على إنتاج موجات ذات مسافات قصيرة من الطراز الأول من خليط منخفض، مما يقلل من الحاجة إلى إنتاج كبير من المذيبات.

How STATCOM Enhancesilience

وتشتمل القدرة على التكيف في نظم الطاقة على أحداث عالية الأثر، وقلة الاحتمال، فضلا عن اضطرابات أكثر شيوعا، وتسهم اللجنة الإحصائية في عدة أبعاد:

دعم وتنظيم التلفاز

إن أكثر المساهمات المباشرة التي تقدمها اللجنة الإحصائية هي قدرتها على الحفاظ على مستويات الفولط في حدود مقبولة أثناء الاضطرابات، مثلا، عندما يحدث خطأ على خط انتقال، يمكن للخنازير الفولطية أن تبث عبر الشبكة، حيث يمكن للشركة الإحصائية المركزية التي توجد مقارها في مراكز التحميل الحرجة أن تقدم على الفور قدرة تفاعلية لدعم التطاير المستمر، مما يحول دون قذف أو تركيب محركات الإنتاج.

الاستجابة الدينامية والقابلية للاختزال

ويمكن أن تؤدي هذه المراكز، باستخدام التحول السريع في أجهزة توليد الطاقة الكهربائية، إلى تغيير ناتجها التفاعلي في ربع دورة الترددات الأساسية (حوالي 5 أمتار في 50 هرتز) مما يتيح لها تخفيض التقلبات الكهروميكانيكية التي تنشأ بعد وقوع أخطاء، مما يؤدي إلى تذبذب نظم الطاقة التي ترتجف في طياتها عندما تتأرجح المولدات الكهربائية ضد بعضها البعض بعد حدوث اضطراب في اللجنة الاقتصادية والاجتماعية.

تحسين نوعية الطاقة

وبالإضافة إلى تنظيم التطاير، تؤدي اللجنة الإحصائية دورا في تخفيف مسائل نوعية الطاقة مثل المرك َّب الفولطي، والانسجام، والظروف غير المتوازنة، ويمكن أن يؤدي الطائر، الذي كثيرا ما يكون ناجما عن فرون القوس أو معدات الحام الكبيرة، إلى الحد من القدرة على إحداث تغيير في التوازن بين الطاقة الشمسية، وذلك عن طريق دفع تعويض سريع من جانب اللجنة الإحصائية، كما يمكن تشكيل وحدات حديثة من البيانات الإحصائية لتقليل الخسائر الفعلية في الجودة.

التكامل اللامعي للطاقة المتجددة

كما أن مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والشمس تؤدي إلى التقلب وعدم التيقن اللذين يتحدان استقرار الشبكة، كما أن مزارع الرياح الكبيرة، ولا سيما تلك التي تستخدم مولدات كهربائية مغذية مزدوجة أو نظماً ذات طابع محمول، كثيراً ما تتطلب دعماً للطاقة المتجددة لتلبية متطلبات نظام تحديد المواقع خلال أحداث الوصل ذات النطاق المنخفض، كما أن عمليات البرمجيات التي تم تركيبها في نقطة الانقلاب المشتركة لمنتجات الرياح أو المزرعة الشمسية يمكن أن تكفل بقاء المزرعة

الهيكل التقني ومراقبة اللجنة الإحصائية

أخصائيو الطاقة الإلكترونية

ويُعدّ هذا الركيزة الأساسية للشركة المحولة من مصادر فولتية، حيث تستخدم اللجنة الوطنية للإحصاء المحولين من مستويين، ولكن المنشآت الحديثة تستخدم في الغالب محولات متعددة المستويات، مثل جهاز التحويل المتعدد المستويات، أو تصميمات المرشّح المحايد، وقد أصبحت هذه المحركات، بصفة خاصة، أقل مستوى من التضاريس بالنسبة للشركة الإحصائية العالية التطوّر بسبب الارتطام.

Control Algorithms and Feedback Loops

كما أن سرعة وصرامة استجابة اللجنة الإحصائية تتوقف على نظام الرقابة الذي تتبعه، ويتكون هيكل الرقابة الهرمية عادة من الفولط الخارجي أو حلقات التحكم في الطاقة التفاعلية، وثغرات المراقبة الداخلية الحالية، وهي حلقة خارجية، عادة ما تكون متحكمة في الشبكة المتكاملة، وتقارن الفولطية المقيسة بإشارة وتولد قيادة جارية متزامنة.

مقارنة بالمحاسبين التقليديين

وقد تكون هذه المراكز موضع تقييم في كثير من الأحيان ضد شركات " ستاتيك فار " ، التي تستخدم أجهزة الاستطلاع والمفاعلات ذات الصبغة العالية، بينما تكون مركبات SVC ذات القدرة العالية، تقدم هذه المركبات عدة مزايا، أولا، تكون لشركات التقييم الذاتي ذات أثر أقل لأنها لا تتطلب وجود مصارف ومفاعلات كبيرة، بينما تولد الطاقة الكهربائية نفسها نسبة عالية من الطاقة.

التطبيقات ودراسات الحالات الإفرادية

نظم تحويل الانبعاثات

وقد قام العديد من مشغلي نظام النقل بنشر " اللجنة الإحصائية " لتعزيز نقاط الضعف في الشبكة، وعلى سبيل المثال، قامت شبكة تكساس بتركيب عدة وحدات من وحدات الاحصائية لإدارة استقرار الفولط في المناطق الغنية بالرياح في غرب تكساس، حيث أدت خطوط الانتقال الطويلة والتغلغل المتجدد إلى نشوء تحديات حيوية في مجال الفولط.

محطات الطاقة المتجددة

S-[rge solar photovoltaic (PV) plants often include STATCOMs to meet interconnection requirements. A typical 200 MW solar plant in the southwestern United States may employ a 50 MVAr STATCOMCOMCOM at the point of intertage regulation during cloud-induced flutage during nearby faults. Wind farms, especially offshore ones, also rely on STATCOMCOMs for dynamic farm compensation

التطبيقات الصناعية

كما أن الصناعات ذات التحفُّل الكبير، مثل مطاحن الفولاذ (أفران الأرك) وعمليات التعدين، تستخدم الـ " STATCOM " للتخفيف من شعلة الفولط والانسجام، وتتسبب فرون القوس في تقلبات سريعة وغير منتظمة في القدرة الاسترجاعية يمكن أن تفسد الشبكة المحلية بأكملها، كما أن إنشاء شركة STAT في محطة كهربية للفرن يمكن أن يعوض عن هذه التأرجحة في الوقت الحقيقي.

الاتجاهات والتطورات المستقبلية

الأجهزة الإلكترونية المتقدمة للطاقة

وتتعهد الأطراف التي تُعد بتشكيل مجموعة واسعة النطاق من الموصلات مثل قافلة السيليكون وناتريد الغاليوم بدفع أداء اللجنة إلى أعلى، ويمكن لهذه المواد أن تعمل في ارتفاع حجمها، ودرجاتها، وتبدل الترددات من أجهزة الوصل الشبكية السائلة، مما يتيح للمحولات الصغيرة والأكثر كفاءة، مع زيادة سرعة الاستجابة، في النماذج الأولية للبحوث المتعلقة بخسائر القدرة على التكيف التي تُظهر على إحداث آثارها شركة سيك.

التعلم في مجال الآلات والتأهيل في الوقت الحقيقي

وتتطور نظم المراقبة من أجهزة التحكم الثابتة في معاملات PI إلى خوارزميات التكيف التي تحركها التعلم الآلي، ويمكن لنماذج القانون النموذجي أن تتنبأ بانحرافات في المستقبل عن الفولطية استنادا إلى البيانات التاريخية وقياسات الوقت الحقيقي، مما يتيح للجنة الإحصائية أن تعدل بصورة استباقية ناتجها التفاعلي، ويمكن مثلا أن تؤدي عمليات التحكم إلى الحد الأمثل في عمليات إبطال البرمجيات ذاتية في شبكات واسعة ومشتركة.

تحديث الأحجار والانتقال من الطاقة

ومع تقلص شبكات الطاقة الكهربائية، وعدم وجودها في مواقع غير مقصودة، فإن التخلف الذي توفره عادة المولدات المتزامنة لا يمكن أن يوفر لها نظاماً غير مباشر، ولكن يمكن أن يُنشئ بعض الممتلكات المستقرة من خلال مخططات التلقيم الاصطناعي والاستجابة السريعة للترددات، كما أن البحث في تواتر المتزامن للكهرباء الإحصائية يجري حالياً.

خاتمة

فالاضطراب ضد اضطرابات نظام الطاقة يتطلب أدوات سريعة ومرنة وموثوقة يمكن أن تتدخل في غضون ثوان للحفاظ على الاستقرار، وقد أثبتت اللجنة الإحصائية أنها تكنولوجيا أساسية للتعويض عن الطاقة الاستباقية، وتنظيم الفولط، وحفر الأنابيب، وتحسين نوعية الطاقة، وأن قدرتها على دعم تكامل الطاقة المتجددة، والارتقاء بأخطاء شديدة، والعمل حتى في ظل ظروف ضارة من حيث البرمجيات، ستجعلها أكثر قوة بالنسبة للشبكات الالكترونية الحديثة.