- القصور الذاتي: هو مقياس قدرة النظام المتزامن للتيار المتردد على مقاومة التغيرات في التردد بعد الفقد المفاجئ للتوليد أو الحمل.
- بدون وجود عدد كافٍ من المولدات الدوارة الكبيرة المتزامنة في نظام مترابط، فإن الحفاظ على القصور الذاتي وبالتالي استقرار التردد قد يترتب على ذلك مشكلة.
- تسمى هذه الطاقة الدورانية أحيانًا بالقصور الذاتي، عندما تتغير السرعة الزاوية للشبكة يتغير التردد بسبب التغيير في الحمل، ω = 2ᴨf راديان / ثانية، حيث ω تعبر عن السرعة الزاوية و f تعبر عن التردد، لذلك تتغير السرعة الزاوية للآلة المتزامنة الدوارة المتصلة بالشبكة وبالتالي تنتقل هذه الطاقة الدورانية إلى الشبكة، و في بعض الأحيان عندما يحدث اضطراب كبير مفاجئ مثل فقدان التوليد سيكون هناك عدم توافق بين الطلب والتوليد، لذلك سيتم إيصال الطاقة الدورانية المخزنة في الجهاز لتتناسب مع الطلب لبعض الوقت و هذه تسمى استجابة القصور الذاتي، مثلما تخزن دراجتك الطاقة بعد التجول المستمر وإذا توقفت عن التجول فجأة فلا تزال دراجتك تتعامل مع الحمولة وتأخذك لبعض الوقت، لذا فإن هذه الطاقة الدورانية المخزنة ستساهم في الحفاظ على القصور الذاتي، ولكن في الأنظمة الكهروضوئية وأنظمة الرياح القائمة على المحول لا يمكننا مواجهة مثل هذه الطاقة الدورانية المخزنة، ومع ذلك يمكننا استخدام الطاقة الحركية المخزنة في الشفرات الدوارة لأنظمة الرياح، لذلك هناك حاجة لتوفير القصور الذاتي الافتراضي للشبكات المتصلة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح القائمة على المحول، و كما قيل لن تكون هناك طاقة دورانية مخزنة في الأنظمة الكهروضوئية القائمة على المحولات وأنظمة الرياح كما في حالة المولدات التقليدية لموازنة الطلب والتوليد أثناء الفقد المفاجئ للتوليد أو الحمل، و لا يمكن توقع استجابة فعالة للقصور الذاتي في الأنظمة الكهروضوئية وأنظمة الرياح؛ نظرًا لأن هذه الأنظمة تستخدم المحولات المعتمدة على أنظمة إلكترونيات القدرة فإن استجابة التردد الأولي لهذه الأنظمة المتجددة ليست كافية للتغلب على مشكلة استقرار التردد.
- كما أن هذه الطاقة المتجددة متقطعة بطبيعتها وأحيانًا يكون التوليد فائضًا وأحيانًا يكون التوليد ضئيلًا للغاية من الصعب للغاية تحقيق التوازن بين الطلب والتوليد خلال ساعات الذروة وخارج ساعات الذروة مع مصادر الطاقة المتجددة، لا يمكننا تقليل محطات الطاقة الحرارية إلى أقل من 55٪ عندما يكون التوليد المتجدد أكبر، ولا يمكننا تكثيف المحطة الحرارية فجأة إذا كان التوليد المتجدد منخفضًا وبالتالي مع هذه الاختلافات الجذرية في الحمل والطلب سيؤدي إلى تقليل القصور الذاتي للشبكة ،كما أن مساهمات دائرة القصر الكهربائية للخلل عند نقطة التوصيل هي أيضًا أقل بكثير ولها تأثير على استقرار الشبكة، لذلك إذا تم توصيل المزيد والمزيد من مصادر الطاقة المتجددة فإن القصور الذاتي للشبكة ينخفض، جميع المولدات المتزامنة الدوارة من محطات الطاقة المختلفة متصلة بالشبكة، أي خسارة في التوليد ستؤدي إلى انخفاض تردد نظام الشبكة على الفور خلال الوقت الذي سيتم فيه نقل الطاقة الدورانية المخزنة في المولدات لموازنة الطلب والتوليد، ومن ثم فهو يحد من المعدل الذي ينخفض به التردد خلال هذا الوقت وهذا ما يسمى استجابة القصور الذاتي المتزامنة لنظام الشبكة لذا كلما زاد القصور الذاتي، زادت مقاومة النظام للتغييرات في التردد المتبوعة باضطراب كبير، علاوة على ذلك يتضح من معادلة التأرجح للمولد المتزامن أن التقلبات في زاوية الدوار تتناسب عكسياً مع الزخم الزاوي / القصور الذاتي للآلة، لذلك إذا كان القصور الذاتي أعلى فإن التغيرات في زاوية الجزء المتحرك ستكون أقل بالنسبة للاضطرابات الكبيرة.
- استجابة التردد الأولية Primary Frequency Response (PFR) -اُنظر إلى الشكل (1) – في حالة الاستقرار سيكون هناك تغير تدريجي في تردد الحمل ولن يكون هناك تأثير كبير، ولكن عندما يكون هناك خسارة مفاجئة لتوليد أو حمل ضخم فإن معدل التغيير التردد سيكون Rate of change of frequency (ROCOF) أكثر، أعني أن تدلي التردد أو المعدل الذي ينخفض فيه / يرتفع التردد أكثر خلال هذا الوقت، تأتي استجابة القصور الذاتي المتزامن في الصورة وستحد من ROCOF، إذا ارتفع التوليد بينما كان الطلب أقل (فجأة فقد الحمل) يمكن ملاحظة تدلي التردد الزائد، من ناحية أخرى إذا كان التوليد منخفضًا ولكن الطلب أعلى (فقدان التوليد فجأة) يمكن ملاحظة تدلي التردد كلما زاد القصور الذاتي زادت طاقة الدوران المخزنة وبالتالي سيكون تدلي التردد أقل علاوة على ذلك، بعد استجابة القصور الذاتي المتزامن سيظهر عنصر التحكم الأساسي ثم احتياطي التشغيل الثانوي / الاستجابة الثانوية حيث سيتم تبديل بعض الوحدات أو سيتم التخلص من بعض الأحمال، وأخيراً سيتم التحكم في احتياطي / احتياطي التعلية تدخل حيز التنفيذ، هذه هي الاستجابة الترددية الأولية حيث يلعب القصور الذاتي للنظام دورًا مهمًا للغاية.
- إذا كان النظام منخفض الطاقة المتجددة سيكون القصور الذاتي للنظام أعلى وسينخفض التردد من ناحية أخرى، إذا كان النظام عالي الطاقة المتجددة فسيكون القصور الذاتي للنظام أقل وسيزيد التردد، لذلك، عواكس التحكم من نوع الاستجابة السريعة (FFR) التي يمكن أن تتغلب على مشكلة القصور الذاتي المنخفض، أيضًا بعض طرق التحكم لاستخدام الطاقة الحركية المخزنة في نظام الرياح وأنظمة تخزين طاقة البطارية FFR، والتعويض المتسلسل من خلال أجهزة الحقائق مثل معوض السلسلة المتزامن الثابت، ويسمى أيضًا بالصمامات الذكية، والمكثف المتزامن التقليدي، وتوسيع شبكة داخلية ومتكاملة لبيع الطاقة الزائدة خلال ساعات الذروة، تعتبر الأنظمة المترابطة HVDC هي الحلول الممكنة للتغلب على مشكلة القصور الذاتي المنخفض مع مصادر الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة القائمة على المحول.
المقالة مترجمة من هذه الصفحة: https://www.linkedin.com/pulse/machine-grid-inertia-high-ress-low-rajeev-b-r –
للكاتب: Rajeev B R
