التطبيقات

شبكة دقيقة هي مجموعة لامركزية لمصادر الكهرباء والحمولات التي تعمل عادةً متصلة ومتماشية مع الشبكة التقليدية المتزامنة على نطاق واسع، لكنها يمكن أيضًا أن تنفصل إلى "وضع الجزيرة" - وتعمل بشكل مستقل حسب الظروف الفيزيائية أو الاقتصادية. بهذه الطريقة، يمكن لشبكة دقيقة دمج مصادر مختلفة لتوليد الطاقة الموزعة (DG)، خاصة مصادر الطاقة المتجددة (RES) - الكهرباء المتجددة، ويمكنها توفير طاقة احتياطية، وتغيير بين وضع الجزيرة والوضع المتصل.

هناك أنواع عديدة من الشبكات الدقيقة. بناءً على التطبيقات والأحجام، يمكن تصنيفها كشبكات دقيقة للحرم الجامعي / البيئة المؤسسية، شبكات مجتمعية دقيقة، شبكات بعيدة عن الشبكة، شبكات قواعد عسكرية دقيقة، وشبكات تجارية وصناعية (C&I) دقيقة. من حيث الهياكل الكهربائية، تتضمن شبكات AC الدقيقة، شبكات DC الدقيقة والشبكات الهجينة AC/DC الدقيقة.

يمتلك النظام الكهربائي الصغير القدرة على العمل في وضع متصل بشبكة الكهرباء ووضع مستقل، ومعالجة الانتقال بين الحالتين. يقدم الأنظمة الكهربائية الصغيرة خيارًا لتوازن الحاجة إلى تقليل انبعاثات الكربون مع الاستمرار في توفير طاقة كهربائية موثوقة خلال الفترات التي تكون فيها مصادر الطاقة المتجددة غير متاحة. كما أن الأنظمة الكهربائية الصغيرة توفر أمان الطاقة وتقلل من وقت انقطاع التيار أثناء حدوث ظروف جوية شديدة والكوارث الطبيعية.

تُقدّم الشبكات الدقيقة (Microgrids) والتكامل بين وحدات مصادر الطاقة الموزعة بشكل عام عددًا من التحديات التشغيلية التي يجب معالجتها. تعتبر تيارات الطاقة ثنائية الاتجاه والمشاكل المتعلقة بالاستقرار من أهم هذه التحديات. يمكن أن تؤدي التفاعلات بين وحدات مولدات الطاقة الموزعة إلى إنشاء اهتزازات محلية، مما يتطلب تحليل دقيق للاستقرار عند حدوث اضطرابات صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الأنشطة الانتقالية بين وضع التشغيل المتصل بالشبكة ووضع العزلة (التشغيل المستقل) في شبكة دقيقة إلى استقرار مؤقت غير مستقر. أظهرت الدراسات الحديثة أن واجهة الشبكة الدقيقة ذات التيار المستمر (DC) يمكن أن تؤدي إلى هيكل تحكم أكثر بساطة بكثير، وتوزيع للطاقة بنسبة أعلى من الكفاءة، وسعة حمل تيار كهربائي أكبر لنفس تصنيف الخطوط.

هيكل شبكة دقيقة هجينة نموذجي [1]

يحتوي الشبكة الدقيقة الهجينة النموذجية على البنية كما هو موضح أعلاه. المكونات الأساسية للشبكة الدقيقة هي المحولات ثنائية الاتجاه AC/DC و DC/DC. ولأسباب السلامة والموثوقية، يجب عزل المحولات، بحيث لا ينتقل فشل أي حمل أو مصدر طاقة إلى شبكة الطاقة.

محول ثنائي النشاط بجسر كامل ثنائي الاتجاه

محول من خلاياPV إلى شبكة DC

محول AC/DC ثنائي الاتجاه ذو مستويين

معظم محولات التيار المتردد المتصلة بالشبكة AC/DC و DC/DC تحتاج إلى العمل بتدفق طاقة ثنائي الاتجاه، مما يتطلب جهاز تبديل ليقوم كمفتاح نشط في اتجاه تدفق الطاقة، ولكنه يعمل كديود أو MOSFET متزامن في الاتجاه الآخر لتدفق الطاقة. تعتبر SiC MOSFETs خيارًا مثاليًا لهذه التطبيقات، خاصةً للتصاميم ذات التبديل الصعب بسبب انعدام استعادة العكسية تقريبًا لديود الجسم الخاص بها. بالنسبة لمحولات AC/DC ثلاثية الاتجاه ثنائية الاتجاه، لم تعد هندسة Vienna صالحة. يصبح تصميم AC/DC ثلاثي الأطوار ذو المستويين الخيار المفضل بسبب بساطته. لا تمكن SiC MOSFETs العديد من التصاميم ثنائية الاتجاه فقط في هذا المجال التطبيقي، ولكن أداء التبديل المتفوق لها يجعل الحلول أكثر كفاءة، وأصغر حجمًا، وحتى أقل تكلفة مع انخفاض أسعار SiC بشكل أكبر.

[1] تشيندان لي، سانجاي كومار تشاودهاري، خوسيب م. غييررو "تحليل تدفق الطاقة لميكروشبكات LV الهجينة المدارة بـ AC-DC باستخدام مقاومة افتراضية،" مؤتمر IEEE PES العام 2014 | المؤتمر والمعرض