شبكات التوزيع ذات الاختراق العالي للأنظمة الكهروضوئية

تحليل شبكات التوزيع ذات الاختراق العالي للأنظمة الكهروضوئية

يستلزم الاتصال بشبكات توزيع الطاقة النشطة للعدد المتزايد من منشآت الطاقة الكهروضوئية (PV) التغلب على العديد من التحديات التقنية لمشغلي أنظمة التوزيع (DSOs)، والتي تدرك أن أنظمة الطاقة الكهروضوئية تسبب مشاكل لنظام الكهرباء، ومع زيادة حصص مصادر الطاقة المتجددة التي يتم دمجها في نظام توزيع الطاقة، خاصة عند مستويات الجهد المنخفض (LV) والجهد المتوسط ​​(MV)؛ فقد أصبحت قضايا جودة الطاقة المتعلقة بتنظيم الجهد ومشكلات الاستقرار ذات صلة بـ (DSOs).

وعلى الرغم من أنها أصبحوا يدركون أن استخدام المعايير الصارمة المصممة لضمان فصل الأنظمة الكهروضوئية لا يفضل تكامل التوليد الموزع (DG)، وبمزيد من التفصيل، وفقاً للمعايير الحالية، وذلك مع عدم السماح بإدارة نشطة للموارد الموزعة، بحيث يجب فصل (DG) في المواقف الحرجة، (على سبيل المثال في كل مرة يتم فيها الوصول إلى عتبة الجهد والتردد الكهربائي).

لذلك لم تعد هذه الطريقة في إدارة (DG) تعتبر النهج الصحيح للحصول على تكامل فعال (DG) وتشغيل الشبكة الكهربائية، وعلى العكس من ذلك، لا سيما في حالة وجود كميات كبيرة من (DG) في شبكات التوزيع؛ فقد يتسبب ذلك في رداءة جودة إمداد الطاقة للعملاء ومخاطر على تنظيم الجهد والتردد لـ (DSOs) و (TSOs).

يقدم هذا البحث بعض الحالات مع بيانات مراقبة معلمات الشبكة الحقيقية عندما تكون شبكات توزيع الطاقة غير كافية لدمج التركيبات الكهروضوئية، وذلك بسبب مشاكل تنظيم الجهد التي تسببها تقلبات الطاقة عند نقطة الاتصال، وفي الواقع من بين جميع المشكلات التي يمكن أن تنتج عن الاختراق العالي للطاقة الكهروضوئية؛ فإن تنظيم الجهد هو الأكثر ترجيحاً، لأنه يرتبط ارتباطاً مباشراً بكمية تدفق الطاقة العكسي أثناء تشغيل النظام الكهروضوئي.

وعلى وجه الخصوص في حالة وجود شبكة توزيع طاقة ضعيفة (على سبيل المثال، خطوط توزيع (MV) أو (LV) طويلة في المناطق الريفية أو خارج المناطق الحضرية ذات نسب R / X عالية)، لذلك قد يقع تباين الجهد خارج نطاق التنظيم المسموح به على النحو المحدد في معيار التوصيل، مما يتسبب في تدخل فقدان مرحل التيار الكهربائي والانفصال غير المقصود للمصنع.

لذلك لم يتم العثور على البيانات التجريبية حول مراقبة التشغيل الحقيقي للعاكس الذكي في الدراسات من قبل الباحثين، وذلك على الرغم من حقيقة أن المجتمع الأكاديمي والصناعي مهتم أكثر بمعرفة كيف يعمل العاكس الذكي حقاً في هذا المجال وما إذا كان سيكون مشاركاً نشطاً بالكامل في توفر عمليات الشبكة نفس الموثوقية التي توفرها المولدات السائبة.

مشاكل تنظيم الجهد الكهربائي في شبكات التوزيع النشطة

قضايا تنظيم الجهد التي نوقشت في هذه العملية هي نتيجة للتأثير السلبي المحتمل للـ (DG) على شبكات التوزيع الشعاعية، حيث أن تأثيرات (DG) على شبكات التوزيع الضعيفة معروفة جيداً، لا سيما القيود المفروضة على تكامل كميات أكبر من (DG) بسبب ارتفاع الجهد الكهربائي.

في الواقع، لا سيما في شبكات التوزيع الشعاعية الضعيفة، وذلك مع تغطية مسافات طويلة للغاية ومعدلات (R / X) عالية في مقاومة الشبكة، كما يمكن أن يكون ارتفاع الجهد كبيراً، وذلك كما يصف الشكل التالي (1) مشكلة تنظيم الجهد، حيث يتم توصيل مولد وحمل في نهاية الخط.

كما يمكن التعبير عن تغير الجهد في وحدة التغذية بواسطة:

حيث أن:

(V1): هو الجهد في بداية وحدة التغذية.

(V2): الجهد في نهاية وحدة التغذية.

(R): مقاومة المغذي.

(X): مفاعلة وحدة التغذية.

(P): القوة النشطة التي يمتصها الحمل في نهاية وحدة التغذية.

(Q):القدرة التفاعلية التي يمتصها الحمل في نهاية وحدة التغذية.

(Pg): الطاقة النشطة التي يولدها (DG) في نهاية وحدة التغذية.

(± Qg): الطاقة التفاعلية الممتصة / المتولدة بواسطة (DG) في نهاية وحدة التغذية.

المعايير الإيطالية لاتصال الشبكة وقضايا تنظيم الجهد

تعتبر المعايير الإيطالية التي تنظم الاتصال بشبكات التوزيع العامة هي معايير (CEI 0-21)  لوصلات الجهد المنخفض و (CEI 0-16) لوصلات الجهد المتوسط والجهد العالي (HV)، كما يجب أن يراعي تشغيل مصنع الإنتاج بالتوازي مع شبكة التوزيع الشروط التالية المحددة في المعايير:

• لا تسبب اضطرابات في الخدمة على شبكة التوزيع.

• توقف فوراً وتلقائياً في حالة عدم وجود مصدر طاقة أو إذا كانت قيم الجهد الكهربائي والتردد ليست ضمن القيم المحددة من قبل الموزع.

• يجب ألا يسمح الجهاز الموازي لمصنع الإنتاج بالتوازي مع الشبكة في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو قيم الجهد والتردد خارج القيم المحددة من قبل الموزع.

ولضمان فصل مصنع الإنتاج عن شبكة التوزيع في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يجب تركيب جهاز واجهة (DDI)، بحيث يتم التحكم في (DDI) عن طريق مرحل حماية الواجهة (SPI)، وهو عبارة عن مرحل مراقبة تغذية الشبكة مع حماية الجهد الزائد (59) وحماية الجهد المنخفض (27) وحماية التردد الزائد (81>) وحماية التردد المنخفض (81 <) وأكواد الحماية (59، 27، 81>، 81 <) محددة بواسطة (ANSI / IEEE) (Standard C37.2).

كما تعتبر وسائل الحماية المذكورة ضرورية للكشف السريع عن خلل في شبكة توزيع الطاقة وفصل مصنع (DG) للعميل وفقاً للمعايير الإيطالية (CEI 0-16 و CEI 0-21)، بحيث يجب أن تكون إعدادات (CEI 0-16) و (CEI 0-21) متوافقة مع معيار (EN50160)، وهو المتعلق بخصائص الجهد للكهرباء التي توفرها شبكات التوزيع العامة  والتي تحدد وتصف وتحدد معايير جودة الجهد في (PCC) للعملاء في الجهد المنخفض العام وشبكات التيار المتردد (MV) و (HV) تحت ظروف التشغيل العادية.

لذلك يقدم الجدول التالي (1) نظرة عامة حول معيار جهد الحالة المستقرة وانحرافات التردد المسموح بها المحددة بواسطة (EN50160)، وبالتالي فإن العتبات الواردة في الجدول التالي (2) هي قيم إعداد واجهة الحماية المحددة بواسطة معيار (CEI 0-21) للأنظمة الكهروضوئية، وذلك من أجل حماية الجهد الزائد والجهد المنخفض في شبكات الجهد المنخفض ذات الجهد الاسمي (400/230|) فولت، بحيث يتم تعريف المحددات المماثلة بواسطة (CEI 0-16) لشبكات (HV) و (MV).

وفقًا لمتطلبات (CEI 0-21)؛ فإنه يجب فصل المحطة الكهروضوئية عن شبكة التوزيع عندما:

إن جهد الشبكة المقاس كمتوسط على فترة (10) دقائق يزيد عن (253) فولت (U> 10) مع وقت التدخل ≤3 ثوانٍ.

• يزيد جهد الشبكة عن (264) فولت مع وقت تدخل (<0.2) ثانية.

• جهد الشبكة أقل من (195.5) فولت مع وقت تدخل أقل من (0.4) ثانية.

جهد الشبكة أقل من (92) فولت مع وقت تدخل (<0.2) ثانية.

كما يوضح الشكل التالي (2) حالة نموذجية لفصل المحطات الكهروضوئية بسبب مشاكل تنظيم الجهد، والتي تقدم سلوكًا متكرراً للانفصال وإعادة الإغلاق التلقائي والمزيد من فصل العاكس، وذلك بسبب تدخل حماية الجهد الزائد، لذلك قد تؤدي تقلبات الجهد إلى انقطاع متكرر غير مقصود للنظام الكهروضوئي، مما يتسبب في إضرار سريع بالجهاز وتقليل إنتاج الطاقة مع خسارة اقتصادية ذات صلة لمالك النظام الكهروضوئي.