التحكم التكيفي بالتدرج المبني على سعة الاحتياط لتنظيم الجهد المستمر والطاقة الفعالة في شبكة MTDC متكاملة مع الطاقة المتجددة

المحافظة على الإضاءة في مستقبل متجدد

مع وصول جزء أكبر من الكهرباء من مزارع الرياح ومتنزهات الطاقة الشمسية البعيدة عن المدن، تعتمد شركات الكهرباء بشكل متزايد على "طرق سريعة" لنقل الطاقة عبر التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) لنقل تلك الطاقة بكفاءة. ولكن عندما تمر السحب فوق مزرعة شمسية أو يصيب خلل محطة محول، يمكن أن تتسبب التقلبات المفاجئة في الطاقة في زعزعة استقرار هذه الشبكات المستمرة وقد تؤدي في أسوأ الحالات إلى انقطاعات واسعة. تقدم هذه الورقة طريقة أذكى لمحطات محولات الـHVDC لتقاسم الحمولة تلقائيًا والحفاظ على ثبات الجهود، حتى عند تعرض الشبكة لاضطرابات كبيرة.

لماذا تحتاج "طرق" التيار المستمر إلى توجيه دقيق

تعتمد النقل لمسافات طويلة اليوم غالبًا على روابط HVDC مبنية من محولات مصدر الجهد (VSC). عندما تُربط عدة مثل هذه الروابط معًا تشكل شبكة تيار مستمر متعددة النقاط (MTDC) يمكنها جمع الطاقة من مواقع متجددة متعددة وتغذية عدة شبكات تيار متردد في آن واحد. يعد هذا الإعداد مرنًا وفعالًا، لكنه يطرح تحديًا تحكمياً: يجب على كل محول أن يقرر، لحظة بلحظة، كم من الطاقة يحقنه أو يمتصه بحيث يبقى الجهد المستمر المشترك ضمن حدود آمنة. يسمح "التحكم بالتدرج" التقليدي لكل محطة بتعديل طاقتها اعتمادًا على الجهد المستمر المقاس، متجنبًا الحاجة إلى اتصالات سريعة بين المحطات. ومع ذلك، في الاضطرابات الكبيرة — مثل فقدان مفاجئ لمزرعة رياح أو عطل في محول — قد يدفع هذا القاعدة البسيطة بعض المحولات إلى تجاوز قدرتها المسموح بها ويسبب تقلبات خطرة في الجهد المستمر.

قيود أنظمة التحكم الذكية الحالية

اقترح الباحثون استراتيجيات تحكم متقدمة، من وحدات تحكم هرمية إلى طرق التنبؤ النموذجي وما يسمى بالتحكم بالتدرج المتغير (VDC). تفترض العديد من هذه الطرق سعات مصنفة ثابتة للمحولات: تقرر سلفًا كم يجب أن يساهم كل محطة في موازنة الشبكة. تحاول بعض المخططات الأحدث تحسين ذلك عن طريق تضمين "سعة الاحتياط" — السعة غير المستخدمة للمحول — لكنها غالبًا ما تركز على جانب واحد من النظام (مثل جهة التقويم التي تجمع الطاقة من المتجددات)، أو تعتمد على شبكات اتصال قد تفشل أثناء الأعطال. ونتيجة لذلك، عند حدوث اضطراب كبير يمكن أن يتم تقاسم الطاقة بشكل غير متوازن ولا تزال جهود التيار المستمر تتجاوز أو تنخفض عن الحدود الآمنة.

نهج جديد: استخدام سعة الاحتياط على الطرفين

يقترح المؤلفون تحكمًا تكيفيًا بالتدرج مبنيًا على سعة الاحتياط، أو HR-ADC، يعامل السعة المتبقية لكل محول كإدخال أساسي لطريقة استجابته لتغيرات الجهد المستمر. ببساطة، كل جهاز تقويم (يُدخِل الطاقة إلى شبكة التيار المستمر) وكل محول عاكس (يَسحب الطاقة) يراقب باستمرار مدى قربه من حدوده الخاصة. تُستخدم قيمة "سعة الاحتياط" هذه لتعديل معامل التدرج — العامل الذي يحول انحراف الجهد إلى تغيير في خرج الطاقة. تلقائيًا يتولى المحولات ذات السعة الفارغة الأكبر جزءًا أكبر من مهمة الموازنة، بينما تتراجع المحولات القريبة من حدودها. يحدث هذا التعديل محليًا في كل محطة باستخدام قياساتها الخاصة فقط، لذا لا تعتمد الطريقة على وصلات اتصال سريعة أو محطة "رئيسية" واحدة.

اختبار الفكرة في شبكة طاقة افتراضية

للاطلاع على سلوك الضبط الجديد، بنى الفريق نموذج حاسوبي مفصل لشبكة MTDC رباعية المحطات تعمل عند ±400 كيلوفولت. تمثل محطتان مصادر متجددة: مزرعة رياح ومحطة شمسية كبيرة. تتصل المحطتان الأخريان بشبكات تيار متردد تقليدية. قارن الباحثون HR-ADC المقترح بتحكم تدرج متغير قياسي عبر سلسلة من الاختبارات الصعبة: انقطاعات مفاجئة لكل محول، وأعطال عند محطات الرياح والشمس والجهات الشبكية. في كل سيناريو تقريبًا، دفع المخطط التقليدي بعض المحولات إلى حد أو بعد قدرتها الاسمية، ما أدى إلى ارتفاع جهود التيار المستمر فوق العتبات الآمنة — أحيانًا إلى 500 كيلوفولت أو أكثر. بالمقابل، غير HR-ADC أوضاع التشغيل وأعاد توزيع الطاقة تلقائيًا وفقًا لسعات الاحتياط المتاحة، محافظًا على جهد التيار المستمر أقرب إلى نطاقه المستهدف وتجنُّب التحميل الزائد الشديد.

ما معنى جهد مستمر مستقر للمستخدمين العاديين

تُظهر الدراسة أنه باحترام سعة الاحتياط لكل محول وتركها تتصرف بشكل مستقل، يمكن لـHR-ADC أن يجعل شبكات التيار المستمر الحاملة للطاقة المتجددة أكثر صلابة أمام الأعطال والتغيرات المفاجئة في الطاقة. بالنسبة لغير المختصين، الرسالة الأساسية هي أن هذه الطريقة في التحكم تساهم في منع أنواع الصدمات الجهدية والتحميل الزائد للأجهزة التي قد تتسلسل إلى انقطاعات واسعة. بينما لا تزال الطريقة تعتمد على تقديرات معقولة لمقدار السعة المتبقية لكل محطة، ولا تزال غير مُحسّنة لأهداف مثل تقليل الخسائر، فإنها توفر بالفعل وسيلة عملية لجعل محاور الرياح البحرية وممرات الطاقة الشمسية المستقبلية أكثر موثوقية. باختصار، المشاركة الأذكى في تحميل شبكاتنا "الطرق السريعة" للتيار المستمر قد تجعل نظام طاقة غنيًا بالمتجددة أنظف وأكثر اعتمادًا.

الاستشهاد: Jiang, ZH., Raza, A., Ye, YD. et al. Headroom based adaptive droop control for regulating DC voltage and active power in MTDC grid with integrated renewable energy. Sci Rep 16, 7703 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38678-2

الكلمات المفتاحية: التيار المستمر عالي الجهد, شبكة تيار مستمر متعددة النقاط, دمج الطاقة المتجددة, تحكم المحول, استقرار الشبكة