تقنيات دعم الجهد الكهربائي لتقييم الأنظمة الكهروضوئية

إن قيود شبكة الجهد المنخفض (LV) تكون عرضة للانتهاكات مع إدخال موارد الطاقة الموزعة في المنطقة المجاورة للعميل، كما تقيّم هذه الدراسة الجوانب الفنية لشبكة التوزيع الفنلندية الواقعية مع تغلغل الخلايا الكهروضوئية (PV) المتفاوتة وتقدير قدرات الاستضافة (HCs) في المناطق المختلفة.

الحاجة الى تقنيات دعم الجهد الكهربائي وتقييم الأنظمة الكهروضوئية

زيادة التركيز على الحد من انبعاثات غازات الدفيئة يعمل على تحويل شبكة التوزيع نحو نظام التوزيع المعدل، بحيث أصبح تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه قاعدة مع إدخال موارد الطاقة الموزعة (DERs) في المصب في الشبكة الكهربائية، كما تهدف فنلندا إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة (80-95٪)، وذلك حتى عام (2050)م، مما يؤدي إلى الارتفاع الهائل في المنشآت الكهروضوئية.

ومع ذلك، نظراً لتضارب المصالح بين مالكي (DER) (عدد كبير من عمليات تكامل DER) ومشغلي نظام التوزيع (DSOs) (تكامل محدود لـ DER للالتزام بالمعايير) وتحديد الحد الأعلى لتكامل (DER) في الشبكة هي القضية الرئيسية، لذلك؛ فإن السعة القصوى للاستضافة (HC) لشبكة ما، لذلك إذا كانت معروفة ستكون مفيدة لـ (DSO) لإجراء تعديلات في رموز الشبكة، وذلك لتعظيم دمج (DER) في شبكة التوزيع الكهربائية.

كما يؤدي التكامل الكبير للخلايا الكهروضوئية (PVs) في شبكة التوزيع إلى ارتفاع الجهد فوق المعيار المحدد، والذي يتطلب تقليدياً تقوية الشبكة، مما يزيد من تكلفة تكامل الشبكة لـ (DERs)، وفي شبكة الجهد المتوسط (MV)، كما يعد مغير الصمام عند التحميل (OLTC) والتحكم التفاعلي في الطاقة (RPC) خيارات قابلة للتطبيق ولكن بالنسبة لشبكات الجهد المنخفض (LV).

عادةً ما يتوفر مبدل الضغط عند التحميل الذي يحافظ على الجهد عند محولات التوزيع (DT) المجاورة، وتقليدياً تستخدم المحطات الفرعية الأولية محولات (OLTC)، ولكن في شبكات الجهد المنخفض؛ فإن تكلفتها تكون حساسة نوعاً ما، ومع ذلك مع تغلغل (PV) المتزايد، كما يمكن أن يكون (DT) المجهز بـ (OLTC) خياراً، لذلك يمكن أن يعزز (HC) في شبكات الجهد المنخفض ويجب إعادة النظر في استخدامه.

الدراسات الخاصة تحديد تقنيات دعم الجهد الكهربائي

تم إجراء العديد من الدراسات لتحديد الحد الأقصى من (HC) باستخدام (OLTC) في شبكات الجهد المنخفض، كما تمت دراسة تأثير (OLTC) على (HC)، وبناءً على شبكات الجهد المنخفض الهولندية، بحيث تشير النتائج إلى أن (OLTC) أكثر فعالية من الناحية المالية مقارنةً بتقوية الكابلات الكهربائية، بحيث يتم التحقيق في شبكات الجهد المنخفض الفنلندية للمناطق الريفية والمتوسطة والحضرية.

ومع تكامل (PV) متوازن وغير متوازن؛ فإنها تعمل شركة (OLTC) على تحسين (HC) في السيناريو الكهروضوئي المتوازن مع تأثير ضئيل على التأسيس الكهروضوئي غير المتوازن، كما يتم التحقيق في شبكات الضواحي السويدية والريفية للحد الأقصى من (HC) من (PVs)، كذلك الجهد الزائد والحمل الزائد الحراري هما العاملان المحددان ويتم التحقق من التأثير الإيجابي لتطبيق (OLTC) على (HC).

لذلك تمت محاكاة العديد من شبكات الجهد المنخفض للتحقق من أداء (OLTC)، بحيث تظهر الملاحظات زيادة كبيرة في (HC)، وعلاوة على ذلك؛ فقد تم إجراء مقارنة لشبكات الجهد المنخفض في المملكة المتحدة بين احتمالين مختلفين لتشغيل (OLTC)، واحد مع قدرة الاستشعار عن بعد والآخر مع العملية القائمة على التقدير.

الخصائص الهندسية المتعلقة بتقييم الأنظمة الكهروضوئية

قدرة الاستضافة (HC)

يتم تعريف (HC) على أنه “نسبة إجمالي السعة الكهروضوئية المركبة للشبكة وقدرة محول التغذية”، ومع ذلك استخدمت بعض الأبحاث تحميل الشبكة كعامل تحجيم (HC)، ولكن المرجع ليس ثابتاً لأن تغيرات الحمل متكررة جداً، كما وتعتمد على طوبولوجيا الشبكة الخاصة بالمنطقة، لذلك وللحفاظ على اتساق قيم (HC)؛ فإنه يتم تحديد سعة المحول كمرجع في خوارزميات تحديد (HC).

اختراق (B. PV / OLTC)

يتم تعريف تغلغل الكهروضوئية على أنه “النسبة المئوية للعقد الكهروضوئية المثبتة في شبكة الجهد المنخفض”، بحيث سيتم تنفيذ العديد من سيناريوهات الاختراق الكهروضوئية، وذلك مع عدم تغيير العشوائية، وفي هذه الدراسة لجعل الدراسة أقرب ما يمكن من السيناريوهات الواقعية، وبالمثل؛ فإن تغلغل (OLTC) هو النسبة المئوية للمحطات الفرعية الثانوية المثبتة من (OLTC) في شبكة الجهد المتوسط.

بيانات شبكة الجهد المنخفض والقيود المحدودة

تمت صياغة شبكات اختبار الجهد المنخفض المستخدمة لتحديد (HC)، كما وتم تقديمها في الجداول التالية، من حيث الوصف التفصيلي للشبكات موجود في الملحق، كذلك تم تحديد طول وعدد وحدات التغذية لشبكات الجهد المنخفض من خلال النظر في الجهد، كذلك انخفاض قدرة المحولات والقيود على التوالي، كذلك القيود التي سيتم استخدامها حسب:

• تقارب تدفق الحمل الكهربائي (E1).

• تحت حد الجهد (E2).

• فوق الحد الأقصى للجهد الكهربائي (E3).

• عدم توازن جهد التسلسل السلبي (E4).

• انتهاك سعة الكابل (E5).

• انتهاك سعة السلك المحايد (E6).

• انتهاك قدرة المحول الكهربائي (E7).

بيانات الطاقة الشمسية

يتم استخدام بيانات الطاقة الشمسية لمدة عام للتكامل الكهروضوئي في العقد، وذلك على غرار منطقة هلسنكي في فنلندا، كما تميل الألواح بزاوية (45) درجة جنوباً، بحيث يعطي منحنى الطاقة الذي تم الحصول عليه الحد الأقصى النظري لتوليد الطاقة الكهروضوئية، وذلك باستخدام ظروف الطقس في الموقع ونموذج توليد الطاقة المفصل للوحة الكهروضوئية.

شبكة القدرة (MV)

بالنسبة لمحاكاة شبكة التوزيع بأكملها (MV / LV)، بحيث تمت دراسة خطة شبكة (Greenfield)، وهي التي تمت صياغتها باستخدام التحميل الفعلي والبيانات الجغرافية، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي، بحيث تضم شبكة التوزيع ستة عشر محطة فرعية ثانوية (20 / 0.4) كيلو فولت و (a)، وهي محطة فرعية أولية بجهد (110/20) كيلو فولت.

كما أن هناك نوعان من المغذيات الشعاعية والأطول يبلغ طوله حوالي (24) كم، كما ترد تفاصيل الشبكة في الملحق، بحيث يمثل الجدول التالي كل عقدة (MV)، ولها شبكة الجهد المنخفض ملحقة بها، وذلك مع وجود عقد ومغذيات خاصة بالمنطقة، وذلك كما كانت معروضة في الجدول السابق (1)، وعلاوة على ذلك يتم أخذ الخطوط العامة فقط (OHL) في الاعتبار عند التخطيط من شبكة الجهد المتوسط.

وبالنهاية بحثت هذه الدراسة في استراتيجيات مختلفة لتعزيز (HCs) الواقعية لشبكات الجهد المنخفض الفنلندية، كما تم العثور على (HC) في منطقة العلاقات العامة ليكون محدوداً بسبب مشكلة الجهد الزائد، وللتخفيف من المشكلة، تم التحقيق في استراتيجيات مختلفة تشمل (RPC) ومحول (OLTC) وتعزيز الشبكة (NR).

وعلاوة على ذلك، تم إجراء التقييم الاقتصادي لتوظيف (OLTC ، NR)، بحيث تمت صياغة نهج احتمالي يعتمد على محاكاة “مونت كارلو” للتعامل مع المتغيرات غير المؤكدة لشبكة الجهد المنخفض، كذلك تم تصميم ومحاكاة شبكة التوزيع بالكامل (MV / LV) للحصول على نتائج موثوقة.