GBT شاحن سيارات كهربائية تيار متردد (AC): تأثير ظروف الشبكة الكهربائية على عملية الشحن

ما هو شاحن GBT AC EV وكيف يتم الاتصال به مع شبكة الطاقة؟

مُشَغِّلَاتُ شَحْنِ المَرْكَبَاتِ الكهربائية GBT AC، والمعروفة أيضًا باسم أنظمة Guobiao/T، تُزوِّدُ المركبات الكهربائية بالتيار المتردد من خلال محطات الشحن المثبتة على الجدران والتي باتت شائعة في كل مكان الآن. والطريقة التي تعمل بها هذه الأجهزة مثيرة للاهتمام حقًا - فبدلًا من أن تقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر بنفسها، تعتمد هذه المشغّلات على ما يوجد داخل المركبة نفسها لإنجاز عملية التحويل هذه. وتعمل معظم النماذج بفعالية تبلغ حوالي 90%، مع تفاوت بسيط يعتمد على عوامل مختلفة. ما يميزها حقًا هو قدرتها على مراقبة تغيرات الجهد الكهربائي في الوقت الفعلي. فإذا حدث انخفاض أو ارتفاع يتجاوز حوالي 7% من المستويات القياسية، فإن المشغّل يقوم تلقائيًا بتعديل معدل الإخراج الخاص به وفقًا لذلك. تأتي العديد من النماذج الأحدث مزودةً بخصائص الاتصال بشبكة الكهرباء الذكية، مما يسمح بالاتصال ثنائي الاتجاه بين المركبة وشبكات شركة الكهرباء. ويساعد هذا في جدولة معظم عمليات الشحن الفعلية في أوقات تكون فيها الطلب على الشبكة الكهربائية أقل. وتتصل بعض التركيبات المتقدمة حتى مع محولات الألواح الشمسية وأنظمة البطاريات المنزلية، مما يقلل الاعتماد على محطات توليد الطاقة التقليدية أثناء عملية الشحن وفقًا لما ذكرته دراسة نشرت في تقرير دمج الشحن مع الشبكة الذكية السنة الماضية.

المواصفات التقنية الأساسية لشحن التيار المتردد GBT المؤثرة على استجابة الشبكة الكهربائية

تُحدد ثلاث مواصفات رئيسية توافق النظام مع الشبكة الكهربائية:

• تصحيح معامل القدرة (PFC) : يحافظ على كفاءة ≥0.95 لتقليل استهلاك القدرة التفاعلية
• تحمل الجهد : يعمل ضمن نطاق 180–250 فولت لمنع انقطاع التيار بسبب انخفاض الجهد
• التوحيد الترددي : يُعدل ليناسب تقلبات ±0.3 هرتز حول التردد 50 هرتز دون مقاطعة دورات الشحن

تسمح هذه المعايير بتشغيل 15–20 شاحنًا في وقت واحد على المحولات التجارية القياسية - وهي قدرة حيوية بالغة الأهمية مع وصول نسبة انتشار المركبات الكهربائية إلى 18% في المدن الساحلية.

دور مستويات الجهد واستقرار التردد في كفاءة شحن التيار المتردد GBT

إن استقرار الجهد له تأثير كبير على سرعة نقل الطاقة. عندما يظل الجهد أقل من المستوى القياسي البالغ 220 فولت بنسبة 8%، فإنه في الواقع يجعل عملية الشحن تستغرق وقتًا أطول بنسبة 20% تقريبًا في معظم الأنظمة العادية. ومن ثم هناك مشكلة التقلبات في التردد. إذا خرجت هذه التقلبات عن النطاق الآمن المتمثل في زائد أو ناقص 0.4 هرتز، فإن النظام يفعّل آليات حماية تُعرف باسم حلقة قفل الطور (Phase Lock Loop). وهذا يؤدي إلى إيقاف تدفق الكهرباء بشكل مؤقت لتجنب حدوث مشاكل في أنظمة إدارة البطارية. وباستنادًا إلى بيانات ميدانية من مناطق تحتوي على مصادر طاقة متجددة موزعة بشكل واسع على الشبكة الكهربائية، فإن حوالي 29% من جميع اضطرابات الشحن تعود إلى مزيج غير مستقر من مستويات الجهد والتغيرات في التردد. ولذلك فإننا بحاجة فعلًا إلى خوارزميات أفضل يمكنها اكتشاف هذه التقلبات في الشبكة والرد عليها خلال نصف ثانية قبل أن تؤدي إلى مشاكل أكبر.

تأثير تقلبات الجهد والتردد على أداء الشحن التيار المتردد (GBT)

كيف تؤثر تقلبات الجهد على سرعة الشحن وصحة البطارية

لكي تعمل أجهزة الشحن الكهربائية لمركبات التيار المتردد GBT بشكل مثالي، فإنها تحتاج إلى كهرباء مستقرة من الشبكة. إذا انخفض الجهد إلى أقل من 90% من قيمته المطلوبة، فإن عملية الشحن تتباطأ بنسبة تتراوح بين 12 إلى 18 بالمئة، وذلك بسبب وجود حمايات داخلية في هذه الأجهزة تحد من القدرة عندما تصبح الظروف غير مستقرة. إن التشغيل بجهد أقل من الطبيعي لفترات طويلة يضر فعليًا بالبطاريات الليثيوم أيونية الموجودة داخل المركبات. أظهرت دراسة نُشرت العام الماضي أنه بعد المرور بحوالي 500 دورة شحن في ظل هذه الظروف، يمكن أن يرتفع مقاومة البطارية بنسبة تصل إلى 22%. وهناك أيضًا مشكلة الارتفاعات المفاجئة في الجهد. عندما يقفز الجهد الكهربائي فوق 110%، فإن معظم أجهزة شحن التيار المتردد GBT (حوالي أربعة من كل خمسة وفقًا للمسوحات الأخيرة) تتوقف تمامًا تلقائيًا. هذا يعني أن الأشخاص الذين يعيشون في مناطق تعاني من استقرار الشبكة الكهربائية يواجهون غالبًا انقطاعات محبطة أثناء محاولة شحن مركباتهم.

أ تحليل قطاع الصناعة لعام 2024 تم اكتشاف أن ملامح الجهد غير المنتظمة تؤدي إلى تسريع تدهور سعة البطارية، مع تدهور إضافي نسبته 1.5% لكل 100 ساعة من التشغيل خارج نطاق التحمل ±5% للجهد. تتضمن أنظمة التيار المتردد GBT الحديثة الآن دوائر تعويض ديناميكية للجهد لتخفيف هذه التأثيرات، على الرغم من اختلاف الأداء بين الشركات المصنعة.

الانحرافات في التردد وتأثيرها على مزامنة شواحن التيار المتردد GBT

استقرار تردد الشبكة الكهربائية أمر بالغ الأهمية لمزامنة شواحن التيار المتردد GBT. تؤدي الانحرافات التي تتجاوز ±0.5 هرتز إلى دخول 92% من الوحدات في وضع الطاقة المخفضة. خلال اختبار إجهاد إقليمي للشبكة في 2023، حيث انخفض التردد إلى 49.2 هرتز، نتج عن ذلك:

• زيادة بنسبة 28% في زمن الشحن لشواحن التيار المتردد GBT بقدرة 7 كيلوواط
• زيادة بنسبة 15% في التشويش التوافقي في منافذ الشحن
• ارتفاع بنسبة 9% في درجات حرارة المحولات نتيجة تعويض القدرة التفاعلية

أظهرت بروتوكولات التزامن التقليدية ثلاثة أضعاف أخطاء الاتصالات أثناء الظروف العابرة مقارنة بالأنظمة المتوافقة مع IEC 61851-1:2022، مما يؤكد أهمية الحفاظ على التردد ضمن نطاق ±0.2 هرتز من القيمة الاسمية لضمان التشغيل الموثوق.

دراسة حالة: انقطاع الشحن في الشبكات الحضرية ذات النفاذ العالي للطاقة المتجددة

أ تحليل الشبكة الحضرية 2024 تم تتبع 1,200 شاحن تيار متردد GBT في المناطق الغنية بالطاقة الشمسية في شنغهاي، مما كشف عن:

تسبب تقلب الطاقة الشمسية بنسبة 31% أثناء الطقس الغائم في تكرار 42% من الشواحن للتحول بين الحالات، مما سرّع من اهتراء الملامسات. وبعد تنفيذ تنظيم ذكي للجهد وتخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)، تم تقليل وقت توقف شواحن التيار المتردد GBT بنسبة 78% مع الحفاظ على نسبة استخدام الطاقة المتجددة عند 66%، مما يُظهر حلولاً فعالة للشبكات ذات النفاذ العالي للطاقة المتجددة.

تحديات استقرار الشبكة مع الاعتماد العالي على شواحن EV التيار المتردد GBT

التأثير المجتمعي لمُشغّلات التيار المتردد GBT على أحمال المحولات المحلية

عند استخدام عدة مشغّلات كهربائية لمركبات GBT التيار المتردد في نفس الوقت خلال فترات الذروة، فإنها تُسبب مشاكل عادةً للمحولات الكهربائية المحلية. تشير الدراسات إلى أن المجموعات التي تحتوي على سبع وحدات أو أكثر بقدرة 7.4 كيلوواط من النوع الثاني يمكن أن تدفع نحو 42 بالمئة من المحولات للعمل بين 90 إلى 120 بالمئة من قدرتها العادية وفقاً لتوقعات Market Data Forecast للعام 2025. هذا النوع من الضغط يؤدي إلى تدهور أسرع في العزل الداخلي لهذه المحولات، حيث يصبح التدهور أسرع بنسبة 15 إلى 30 بالمئة مقارنة بالوضع الطبيعي. تتفاقم المشكلة أكثر في الأنظمة الكهربائية القديمة. تواجه المحولات التي تُصنّف بسعة 50 كيلو فولت أمبير عادةً ارتفاعات مفاجئة تصل إلى 60-75 كيلو فولت أمبير عندما يبدأ الناس بشحن مركباتهم بعد ساعات العمل، مما يُشكل تحديات كبيرة لمُشغلي الشبكة الكهربائية الذين يحاولون إدارة هذا الطلب المتزايد.

استراتيجيات موازنة الأحمال في الأحياء ذات معدلات اعتماد عالية على المركبات الكهربائية

تُعد خوارزميات موازنة الأحمال الديناميكية التي تقوم بإعادة توزيع الطاقة بناءً على صحة الشبكة في الوقت الفعلي ضرورية. عام 2024 مشروع شبكة ذكية تجريبي خفضت من الإحمال الزائد على المحولات بنسبة 38٪ من خلال تأجيل الشحن غير العاجل لشواحن التيار المتردد من نوع GBT إلى فترات الذروة المنخفضة. تشمل الاستراتيجيات الرئيسية ما يلي:

• الحد من التيار حسب الجهد : تقليل إخراج الشاحن بنسبة 20–50٪ عندما ينخفض جهد الشبكة عن 216 فولت
• التفعيل المُرحِّل : توزيع أوقات تشغيل الشواحن بفواصل زمنية تتراوح بين 8 إلى 15 دقيقة
• الاستعداد لإمكانية التغذية من المركبة إلى الشبكة (V2G) : تمكين تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه لمساعدة الشبكة في تحقيق الاستقرار في التردد

تحليل الجدل: هل يجب تقييد شواحن التيار المتردد من نوع GBT أثناء فترات الضغط على الشبكة؟

يُظهر مؤيدو السيارات الكهربائية مقاومة متزايدة تجاه الخطط التي تهدف إلى تقييد الشحن التيار المتردد GBT في حالات الطوارئ، وذلك بسبب مخاوفهم بشأن ضمان وصول عادل للجميع. تؤكد شركات المرافق أنه إذا تم تعليق الشحن لمدة نصف ساعة فقط خلال فترات انخفاض الجهد، فقد يمنع ذلك حوالي 80% من تلك الانقطاعات الكبيرة التي تنتشر عبر الشبكة. لكن المعارضين يشيرون إلى وجود مشكلات حقيقية أيضًا. يمكن أن تؤدي دورات الشحن الجزئية للبطاريات إلى تقليل عمر البطارية بنسبة تتراوح بين 4% و6% بعد حدوث ما يقارب من 45 إلى 60 دورة شحن جزئية. يبدو أن الاتحاد الأوروبي يحاول التوصل لحل وسط. تنص قواعده الجديدة لعام 2024 الخاصة بصمود الشبكة على أنه يجب على أجهزة الشحن تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 40% كلما انخفض تردد الكهرباء عن مستواه الطبيعي (حوالي 0.5 هرتز). هذا النهج يهدف إلى الحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية مع السماح للمستخدمين ببعض التحكم في احتياجاتهم من الشحن.

معايير والتطور المستقبلي لشحنات GBT AC EV في الشبكات الذكية

كيف تقارن معايير ISO وIEC مع معيار GBT في إدارة تقلبات الشبكة

تتمسك شواحن EV التيار المتردد وفق معيار GBT بمعايير صينية تتيح نطاقات جهد أوسع تتراوح من 200 إلى 450 فولت، ويمكنها التعامل مع تقلبات التردد ضمن نطاق زائد أو ناقص 2 هرتز. وهذا يختلف تمامًا عن الإطار الذي تقدمه معايير ISO/IEC. عند النظر في توافقيات الشبكة، يطلب معيار IEC 61851-1 سيطرة أكثر دقة بحيث تكون التشويه التوافقي الكلي أقل من 5%. في المقابل، يمنح معيار GBT مرونة أكبر للمصنعين بحد أقصى 8% تشويه توافقي كلي (THD). هذا الاختيار في التصميم يقلل من تكاليف التصنيع لكنه يسبب مشاكل عندما تحاول وصل هذه الشواحن بأنظمة الشبكة الذكية الأوروبية. وبحسب بحث نُشر السنة الماضية على ScienceDirect، فإن الاختلافات في المعايير عبر المناطق تكلف الشركات حوالي 740 مليون دولار سنويًا في أبحاث وتطوير غير ضرورية. من الضروري إحداث تغيير إذا أردنا تجنب هذا النوع من الهدر في المستقبل.

الفجوات في التكامل بين شواحن التيار المتردد وفق معيار GBT وبروتوكولات اتصال الشبكة الذكية

تبقى ثلاث تحديات رئيسية في التكامل البيني:

1. تأخيرات ترجمة البروتوكولات : نظام حافلة CAN وفق معيار GBT يسبب زمن انتقال يتراوح بين 50–200 مللي ثانية عند الاتصال بالشبكات المتوافقة مع ISO 15118
2. ثغرات الأمن السيبراني : 38% من شواحن GBT تفتقر إلى التشفير من طرف إلى طرف المطلوب وفقًا لمعايير IEC 62443-3-3
3. إدارة الحمل الديناميكية : فقط 12% من نشرات GBT تدعم إشارات استجابة الطلب وفقًا لمعيار OpenADR 2.0b

هذه الفجوات تجبر شركات المرافق على نشر محولات بروتوكولات، مما يضيف 120–180 دولارًا لكل كيلوواط إلى تكاليف البنية التحتية، وفقًا لدراسات التكامل الأخيرة.

مستقبل الشحن ثنائي الاتجاه ضمن إطار GBT: إمكانية دعم الشبكة

يسمح المعيار الجديد GB/T 18487.1-2023 بنقل الطاقة ثنائي الاتجاه بسرعات تصل إلى 22 كيلوواط، مما يعني أن المركبات الكهربائية يمكنها بالفعل مساعدة في استقرار الشبكة الكهربائية عندما تحدث تقلبات في التردد. أظهرت بعض البرامج التجريبية التي تُجرى في شاندونغ أن هذه المركبات يمكن أن تصل إلى كفاءة تبلغ حوالي 96٪ عندما تُستخدم للتوازن بين توليد الطاقة الشمسية المتقلب. وهذا يمثل تحسنًا بحوالي 14 نقطة مئوية مقارنة بما كان ممكنًا مع أنظمة النقل من المركبة إلى الشبكة القديمة. ومع ذلك، فإن تحقيق قبول واسع النطاق سيتطلب حل مشكلة اهتراء البطارية وتآكلها. وفقًا لدراسات حديثة، يبدو أن البطاريات تفقد ما بين 3 إلى 5٪ إضافية من سعتها بعد كل 1000 دورة شحن وتفريغ عندما تعمل في هذا الوضع ثنائي الاتجاه مقارنةً بالشحن العادي فقط.

الأسئلة الشائعة

ما هو شاحن GBT AC EV؟

يُعد شاحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي (EV)، والمعروف أيضًا باسم نظام Guobiao/T، مصدرًا للتيار المتردد لشحن المركبات الكهربائية، ويعتمد على أنظمة السيارة الداخلية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر (DC).

كيف تستجيب شواحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي لظروف الشبكة الكهربائية؟

تُعدّل شواحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي من إنتاجها استجابةً لتقلبات الجهد والتواتر في الشبكة الكهربائية، مما يساعد في الحفاظ على كفاءة الشحن وصحة البطارية.

ما هي التحديات التي تواجهها شواحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي فيما يتعلق باستقرار الشبكة؟

يمكن أن يؤدي الاعتماد العالي على شواحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي إلى زيادة الحمل على المحولات وحدوث مشاكل في استقرار الجهد، مما يتطلب استراتيجيات متقدمة لتحقيق توازن الأحمال.

كيف تختلف شواحن GBT التيار المتردد لسيارات الدفع الكهربائي عن المعايير الأخرى؟

تسمح معايير GBT بوجود نطاقات أوسع من الجهد والتواتر مقارنةً بمعايير ISO/IEC، مما يخلق تحديات في التوافق البيني مع الشبكات الذكية في المناطق الأخرى.