التطبيقات

الشبكة الصغيرة هي مجموعة لا مركزية من مصادر الكهرباء والأحمال التي تعمل عادةً متصلة ومتزامنة مع الشبكة التقليدية المتزامنة واسعة النطاق، ولكن يمكنها أيضًا قطع الاتصال بـ "وضع الجزيرة" - وتعمل بشكل مستقل حسب ما تمليه الظروف المادية أو الاقتصادية. وبهذه الطريقة، يمكن للشبكة الصغيرة أن تدمج بشكل فعال مصادر مختلفة للتوليد الموزع (DG)، وخاصة مصادر الطاقة المتجددة (RES) - الكهرباء المتجددة، ويمكنها توفير الطاقة في حالات الطوارئ، والتغيير بين أوضاع الجزيرة والأنماط المتصلة.

هناك أنواع عديدة من الشبكات الصغيرة. استنادًا إلى التطبيقات والأحجام، يمكن تصنيفها على أنها شبكات صغيرة خاصة ببيئة الحرم الجامعي/شبكات مؤسسية، وشبكات صغيرة مجتمعية، وشبكات صغيرة بعيدة عن الشبكة، وشبكات صغيرة للقواعد العسكرية، وشبكات صغيرة تجارية وصناعية (C&I). فيما يتعلق بالهياكل الكهربائية، فهي تشمل شبكات صغيرة تعمل بالتيار المتردد، وشبكات صغيرة تعمل بالتيار المستمر، وشبكات صغيرة هجينة تعمل بتيار متردد/تيار مستمر.

الشبكة الصغيرة قادرة على العمل في أوضاع متصلة بالشبكة ومستقلة ومعالجة الانتقال بين الاثنين. توفر الشبكات الصغيرة خيارًا لتحقيق التوازن بين الحاجة إلى تقليل انبعاثات الكربون مع الاستمرار في توفير طاقة كهربائية موثوقة في الفترات الزمنية التي لا تتوفر فيها مصادر الطاقة المتجددة. توفر الشبكات الصغيرة أيضًا أمان الطاقة وتقصير وقت انقطاع التيار الكهربائي في حالات الطقس القاسي والكوارث الطبيعية.

تطرح الشبكات الصغيرة وتكامل وحدات موارد الطاقة الموزعة (DER) بشكل عام عددًا من التحديات التشغيلية التي تحتاج إلى معالجة. إن تدفقات الطاقة ثنائية الاتجاه وقضايا الاستقرار هي أهم اثنتين منها. التفاعلات بين وحدات توليد الطاقة الموزعة قد تخلق تذبذبات محلية، مما يتطلب تحليلًا شاملاً لاستقرار الاضطرابات الصغيرة. علاوة على ذلك، فإن الأنشطة الانتقالية بين أوضاع التشغيل المتصلة بالشبكة والجزرية (المستقلة) في شبكة صغيرة يمكن أن تؤدي إلى عدم استقرار عابر. أظهرت الدراسات الحديثة أن واجهة الشبكة الصغيرة ذات التيار المباشر (DC) يمكن أن تؤدي إلى بنية تحكم أبسط بكثير، وتوزيع أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وقدرة حمل تيار أعلى لنفس تصنيفات الخط.

بنية شبكة صغيرة هجينة نموذجية[1]

تمتلك الشبكة الصغيرة الهجينة النموذجية البنية كما هو موضح أعلاه. المكونات الأساسية للشبكة الصغيرة هي محولات ثنائية الاتجاه AC/DC وDC/DC. لأسباب تتعلق بالسلامة والموثوقية، يجب عزل المحولات، وبالتالي فإن أي فشل في الحمل أو مصدر الطاقة لن يؤدي إلى انتشار المشكلة إلى ناقل/شبكة الطاقة.

محول جسر كامل نشط ثنائي الاتجاه

PV إلى محول الشبكة DC

محول تيار متردد/تيار مستمر ثنائي الاتجاه بمستويين

تحتاج معظم محولات AC/DC وDC/DC المتصلة بالشبكة إلى العمل في تدفق طاقة ثنائي الاتجاه، الأمر الذي يتطلب جهاز تحويل ليكون بمثابة مفتاح نشط في اتجاه واحد لتدفق الطاقة، ولكنه يعمل كصمام ثنائي أو MOSFET متزامن في الطاقة الأخرى الاتجاه المتدفق. تعتبر وحدات SiC MOSFETs، مع الصمام الثنائي لجسم الاسترداد العكسي الذي يقترب من الصفر، خيارًا مثاليًا في التطبيقات، خاصة لطوبولوجيات التبديل الصعبة. بالنسبة لمحولات التيار المتناوب/التيار المستمر الثلاثة ثنائية الاتجاه، لم تعد طوبولوجيا فيينا صالحة. تصبح طوبولوجيا AC/DC ذات المستويين وثلاث الطور خيارًا مفضلاً نظرًا لبساطتها. لا تعمل وحدات SiC MOSFET على تمكين العديد من الهياكل ثنائية الاتجاه في مجال التطبيق هذا فحسب، بل إن شخصيات التبديل المتفوقة الخاصة بها تجعل الحلول أكثر كفاءة وصغرًا وحتى أقل تكلفة مع المزيد من تقليل أسعار SiC.

[1] تشيندان لي، سانجاي كومار تشودري، جوزيب م. غيريرو "تحليل تدفق الطاقة للشبكات الصغيرة ذات الجهد المنخفض الهجين AC-DC ذات المعاوقة الافتراضية"، 2014 الاجتماع العام لـ IEEE PES | مؤتمر ومعرض