يتأثر استقرار مخرجات أنظمة الطاقة الكهروضوئية الموزعة بسهولة بعوامل التداخل، مثل تغيرات شدة الضوء والتقلبات المفاجئة في درجات الحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض جودة الطاقة. وباعتباره جهازًا أساسيًا لقمع التوافقيات وتحسين الطاقة، يُحدد مرشح التوافقيات النشط (AHF) بشكل مباشر موثوقية توصيلات أنظمة الطاقة الكهروضوئية بالشبكة. تُركز هذه المقالة على تطبيق مرشح التوافقيات النشط (AHF) في إمدادات الطاقة الكهروضوئية الموزعة، مُفصّلةً الاستراتيجية المبتكرة التي تُدمج الشبكة العصبية RBF ونظام التحكم النشط في رفض الاضطرابات (ADRC)، ومُبيّنةً كيف يُتجاوز مرشح التوافقيات النشط (AHF ) قيود التحكم التقليدي لتحقيق كفاءة في منع التداخل وانخفاض مخرجات التوافقيات، مُوفرةً الدعم الفني اللازم لاستقرار تشغيل أنظمة الطاقة الكهروضوئية.
I. AHF: "حارس جودة الطاقة" لأنظمة الطاقة الكهروضوئية الموزعة
تعاني أنظمة الطاقة الكهروضوئية الموزعة من مشاكل التقلبات الكبيرة في المخرجات وارتفاع معدل التشوه التوافقي بسبب التداخل البيئي. بفضل التحكم المرن وخصائص التعويض الدقيقة، أصبح نظام AHF الحل الأمثل لهذه المشكلة.
1. الدور الأساسي لـ AHF: قمع التوافقيات وتثبيت الجهد
يحقن مُثبِّط الطاقة الكهروضوئية (AHF) تيارًا توافقيًا عكسيًا ديناميكيًا لتعويض التشويش التوافقي الناتج عن أنظمة الطاقة الكهروضوئية، وذلك من خلال الكشف الفوري عن شكل موجة تيار الشبكة، مع تثبيت جهد ناقل التيار المستمر. في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، يُستخدم مُثبِّط الطاقة الكهروضوئية (AHF) في وصلة النقل، مما يُمكِّنه من حل مشاكل مثل تشوه التيار وارتفاع الجهد الناتج عن التغيرات المفاجئة في الإضاءة/درجة الحرارة، مما يضمن مطابقة الطاقة المتصلة بالشبكة للمعايير الوطنية. تُظهر بيانات أحد مشاريع الطاقة الكهروضوئية أنه بدون مُثبِّط الطاقة الكهروضوئية (AHF) ، يصل معدل تشوه التيار التوافقي إلى 8.3%؛ وبعد تفعيل مُثبِّط الطاقة الكهروضوئية (AHF) ، ينخفض معدل التشوه إلى أقل من 1.4%.
2. عيوب التحكم التقليدي: الأداء المحدود لنظام AHF
يعتمد نظام AHF التقليدي في الغالب على التحكم بالنبضات الكهربائية (PI) أو التحكم بالوضع المنزلق. ومع ذلك، في مواجهة الاضطرابات المعقدة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، توجد عيوب واضحة: يتميز نظام PI بقدرة ضعيفة على مقاومة التداخل، ومن المرجح أن تتجاوز قيمة الجهد العابر 7 فولت؛ كما يتميز نظام AHF باستجابة ضعيفة للنبضات الكهربائية ودقة غير كافية في قمع التوافقيات. هذه العيوب تمنع AHF من تحقيق أقصى استفادة من فعاليته، مما يحد من تحسين جودة الطاقة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية.
3. ضرورة التحكم المبتكر: إطلاق العنان للأداء الكامل لـ AHF
للتكيف مع ظروف التشغيل الديناميكية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، من الضروري تصميم استراتيجية تحكم أكثر ذكاءً لـ AHF . يتيح النظام الذي يدمج الشبكة العصبية RBF وADRC لـ AHF تحسين المعاملات آنيًا وتعويض الاضطرابات بدقة، مما لا يُحسّن فقط من قدرة مقاومة التداخل، بل يضمن أيضًا جودة الطاقة في الحالات العابرة والمستقرة، مما يجعل AHF "دعمًا موثوقًا" لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
II. استراتيجية التحكم المبتكرة في AHF: منطق تصميم نظام رفض الاضطراب النشط RBF ذي الحلقة المغلقةإ
ن استراتيجية التحكم في الحلقة المغلقة لرفض الاضطراب النشط RBF في AHF تبني نظام تحكم دقيق كامل الارتباط من خلال النمذجة الرياضية، وتحويل Park، والتصميم الأساسي لـ ADRC، وتحسين معلمات RBF:
1. النمذجة الرياضية لـ AHF: وضع الأساس للتحكم
يتضمن هيكل AHF ثلاثي الأطوار محاثة المرشح، والمقاومة، وأنابيب التبديل. يجب أن يعكس نموذجه الرياضي العلاقة بين الجهد والتيار وحالات التبديل. من خلال تحليل منطق التوصيل لأنابيب التبديل، تُنشأ معادلة ديناميكية ثلاثية الأطوار لـ AHF ، مما يوضح العلاقة بين الجهد والتيار المتصلين بالشبكة وجهد ناقل التيار المستمر، مما يوفر دعمًا نظريًا لتصميم استراتيجيات التحكم اللاحقة. في الوقت نفسه، يُستخدم تحويل بارك لتحويل كميات التيار المتردد ثلاثية الأطوار إلى كميات تيار مستمر ثنائية الأطوار، مما يُبسط نموذج التحكم ويُسهّل على AHF تحقيق تنظيم دقيق.
2. جوهر التحكم في رفض الاضطراب النشط: تحسين قدرة AHF على مكافحة التداخلي
حقق نظام التحكم النشط في رفض الاضطرابات (ADRC) تحكمًا مستقرًا في النظام من خلال تقدير اضطرابات النظام وتعويضها في الوقت الفعلي من خلال مراقب الحالة الممتدة الخطي (LESO) وتقنية التغذية الراجعة لخطأ الحالة الخطي (LSEF)، مما يعزز بشكل كبير من أداء AHF في مقاومة التداخل . استجابةً لاضطرابات الضوء ودرجة الحرارة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، تستجيب وحدة ADRC في AHF بسرعة، متحكمةً في قيمة جهد ناقل التيار المستمر العابر ضمن 3 فولت، وهو أفضل بكثير من التحكم التقليدي الذي يتجاوز 5 فولت. يكمن جوهرها في: من خلال الضبط المنسق لعرض نطاق المراقبة وعرض نطاق التحكم، يمكن لـ AHF تعويض تأثير الاضطرابات في الوقت الفعلي والحفاظ على استقرار الناتج.
3. تحسين الشبكة العصبية RBF: إطلاق العنان لأداء AHF العابرل
حل مشكلة محدودية المعلمات الثابتة في ADRC، تم استخدام الشبكة العصبية RBF لتحسين نطاقي المراقبة والتحكم في AHF بشكل تكيفي . من خلال التشغيل التعاوني لطبقة الإدخال والطبقة المخفية وطبقة الإخراج، تُعدِّل الشبكة العصبية RBF معلمات التحكم في AHF في الوقت الفعلي: بعد 60 تكرارًا، يمكن تقليل خطأ تعديل المعلمات إلى أقل من 2%، مما يضمن بقاء AHF في أفضل أداء أثناء التحولات العابرة. يُمكّن هذا التحسين الديناميكي AHF من التعامل مع التوافقيات في الحالة المستقرة ومقاومة الاضطرابات المفاجئة، والتكيف بشكل كامل مع ظروف التشغيل المعقدة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية.
4. عملية التحكم في الحلقة المغلقة: منطق العمل الكامل للرابط في AHFت
تميز عملية التحكم في الحلقة المغلقة لرفض الاضطراب النشط RBF في AHF بالوضوح والفعالية: أولاً، يتم جمع إشارات الجهد والتيار لنظام الطاقة الكهروضوئية، والحصول على نموذج التيار المستمر من خلال نمذجة AHF ثلاثية الطور وتحويل Park؛ ثم استخدام LESO لرصد الاضطرابات وLSEF لتوليد إشارات التحكم؛ وأخيراً، تحسين معلمات النطاق الترددي من خلال الشبكة العصبية RBF وإخراج أوامر تحكم دقيقة لتشغيل AHF . تُحقق العملية بأكملها حلقة مغلقة من "الكشف - النمذجة - تعويض الاضطراب - تحسين المعلمات"، مما يُحسّن بشكل متزامن دقة التحكم وقدرة AHF على مقاومة التداخل .
ثالثًا: التحقق التجريبي: مزايا الأداء لاستراتيجية AHF المبتكرةلل
تحقق من فعالية الاستراتيجية، بُني نموذج AHF لنظام كهروضوئي على منصة Matlab/Simulink، وأُجريت اختبارات مقارنة باستخدام التحكم التقليدي PI والتحكم في وضع الانزلاق. وكانت النتائج الأساسية كما يلي:
1. مضاد للتداخل: انخفاض كبير في قيمة الجهد العابرعن
دما تتغير شدة الضوء ودرجة الحرارة فجأة، فإن قيمة الجهد العابر للحافلة DC لـ AHF تحت سيطرة PI تتجاوز 7 فولت، 5 فولت تحت سيطرة وضع الانزلاق، بينما 2.3 فولت فقط تحت سيطرة رفض الاضطراب النشط RBF، وهو أقل بكثير من عتبة الأمان 3 فولت، مما يتجنب بشكل فعال تأثير تقلبات الجهد على نظام الطاقة الكهروضوئية.
2. قمع التوافقيات: انخفاض معدل التشوه إلى مستوى رائد في الصناعةفي
اختبار معدل التشوه التوافقي الحالي المتصل بالشبكة، يبلغ معدل التشوه في ظل استراتيجيات التحكم التقليدية 3.6% على الأقل، بينما بعد أن اعتمدت AHF الاستراتيجية المبتكرة، انخفض معدل التشوه من 3.61% الأولية إلى 1.4% تدريجيًا، مما يلبي تمامًا المتطلبات الصارمة لاتصال شبكة الطاقة الكهروضوئية ويتجاوز بشكل كبير مستوى المتوسط الصناعي.
3. الاستقرار: أداء تشغيلي موثوق به على المدى الطويل
يُظهر الاختبار المستمر لمدة 72 ساعة أنه في ظل الاستراتيجية المبتكرة، يتمتع AHF بموجة تيار خرج مستقرة، ويتم التحكم في تقلب جهد ناقل التيار المستمر ضمن ±2 فولت دون إيقاف التشغيل بسبب العطل، مما يُظهر استقرارًا تشغيليًا قويًا ومتانة.
رابعًا: سيناريوهات التطبيق والقيمة العملية لاستراتيجية AHF المبتكرة
1. محطات الطاقة الكهروضوئية الموزعة: ضمان موثوقية الاتصال بالشبكة
في محطات الطاقة الكهروضوئية الموزعة على نطاق واسع، يمكن لاستراتيجية التحكم المبتكرة لـ AHF التعامل مع تغييرات الإضاءة واسعة النطاق، وضمان جودة الطاقة عندما تعمل العديد من محولات الطاقة الكهروضوئية بالتوازي، وتقليل تأثير التوافقيات المتصلة بالشبكة على شبكة الطاقة، وتحسين قدرة قبول محطة الطاقة.
2. أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح الصناعية والتجارية: التكيف مع بيئات الأحمال المعقدة
غالبًا ما تتواجد الألواح الكهروضوئية على أسطح المباني الصناعية والتجارية جنبًا إلى جنب مع الأحمال غير الخطية، مما يؤدي إلى تلوث توافقي أكثر خطورة. من خلال التثبيط الدقيق للتوافقيات وتثبيت الجهد، يمكن لـ AHF تجنب تراكب خرج الألواح الكهروضوئية وتوافقيات الأحمال، وضمان التشغيل الآمن لمعدات المصنع، وتحسين معامل القدرة، وتقليل تكاليف الكهرباء.
3. إمدادات الطاقة الكهروضوئية في المناطق النائية: مقاومة التداخل البيئي الشديد
أنظمة الطاقة الكهروضوئية في المناطق النائية معرضة لتأثيرات الظروف الجوية القاسية، كالأمطار الغزيرة والعواصف الرملية. وتساهم قدرة AHF القوية على مقاومة التداخل في ضمان استمرارية إمدادات الطاقة، وتوفير طاقة مستقرة لحالات رئيسية مثل محطات الاتصالات وشبكات الكهرباء الريفية، وتوسيع نطاق استخدامات الطاقة الكهروضوئية.
V. الاستنتاج: الابتكار في مجال التحكم في AHF يقود عملية ترقية جودة الطاقة الكهروضوئية
كجهاز أساسي لتحسين أنظمة الطاقة الكهروضوئية الموزعة، يُعزز ابتكار استراتيجية التحكم بمرشح التوافقيات النشط (AHF) بشكل مباشر جودة الطاقة الكهروضوئية. يُمكّن النظام الذي يدمج الشبكة العصبية RBF وADRC مرشح التوافقيات النشط (AHF ) من تجاوز القيود التقليدية، محققًا المزايا الثلاث: "مقاومة عالية للتداخل، وتوافقيات منخفضة، وجهد مستقر"، ويوفر ضمانًا موثوقًا لتوصيل الطاقة الكهروضوئية الموزعة بالشبكة على نطاق واسع.
في المستقبل، ومع دمج تقنية أشباه الموصلات واسعة النطاق وخوارزميات الذكاء الاصطناعي، سيُحقق نظام AHF مزيدًا من التصغير والتحديث الذكي، مُتكيفًا مع سيناريوهات تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأكثر تنوعًا. إذا واجه مشروع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بك مشاكل مثل تقلبات الإنتاج والتوافقيات المفرطة، يُرجى إبلاغنا بسعة النظام، ومستوى الجهد المتصل بالشبكة، ونقاط الضعف الأساسية. ستقوم شركة HengRong Electric المحدودة بتخصيص حل AHF بناءً على استراتيجية تحكم مبتكرة لمساعدة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بك على العمل بكفاءة واستقرار ونظافة!