مخططات الترحيل للتخفيف من فقدان إعدادات الحماية الكهربائية

تصنيف مخططات الترحيل للتخفيف من فقدان إعدادات الحماية الكهربائية

يسمح التقدم التكنولوجي في العقود القليلة الماضية باختراق كبير لموارد الطاقة المتجددة في شبكة التوزيع (DN)، حيث أظهر تكامل هذه الموارد تأثيراً كبيراً على (DN) من خلال تقليل فقد الطاقة وتحسين موثوقية الشبكة الكهربائية، وإلى جانب ذلك؛ فقد واجه نظام الحماية الحالي تحديات تنسيق بسبب تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه وأنواع مختلفة وقدرة مصادر التوليد الكهربائي والتغيرات في مستويات الأعطال بسبب أوضاع تشغيل الشبكة (متصلة بالشبكة أو جزيرة).

لذلك قد تتسبب مثل هذه الظروف في حدوث خلل في المرحلات وتعريض فعالية نظام الحماية الحالي للخطر، كما يعد وجود مخطط تنسيق حماية فعال وقوي أمراً ضرورياً لتجنب موثوقية الشبكة وقضايا استقرار الشبكة الكهربائية، بحيث تقدم هذه التقييمات تحليلًا مقارناً لتقنيات الحماية المختلفة التي تم تنفيذها للتخفيف من تأثير الموارد المتكاملة في (DN).

وعلاوة على ذلك؛ فإنه يتم عرض مقارنة بين نهج الحماية الكلاسيكية والمعدلة من حيث المزايا وأوجه القصور وتكاليف التنفيذ، كما أن الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تسليط الضوء على أهمية استخدام مرحلات قابلة للبرمجة يحددها المستخدم لشبكات (DN) الحديثة، وعلاوة على ذلك يتم تقديم التوصيات من خلال النظر في تطبيق خصائص الترحيل التي يحددها المستخدم والتي يمكن إثباتها كمخطط حماية قوي للتعامل مع تحديات الحماية في تطورات أنظمة الطاقة الحالية والمستقبلية.

الاستراتيجيات التقليدية المستندة إلى تأثير الدقة والتغييرات الهيكلية

هنا سوف يتم مناقشة الاستراتيجيات المخففة لنظام حماية التوزيع المرتبط بـ (DGs)، بحيث يعتمد النهج الأول على الاستراتيجيات التقليدية التي تظل فيها إعدادات الحماية سليمة لتقليل تكلفة المعدات الإضافية وتعطيل التشغيل بسبب عكس التدفق الحالي،

آلية فصل (DGs): تم اعتماد نهج تقليدي للحفاظ على إعدادات الحماية سليمة لتجنب تعثر (DG) غير الضروري وغير الانتقائي، حيث إنه يقلل من وقت إزالة الأخطاء عن طريق فصل منطقة (DG) بمجرد اكتشاف العطل، وبشكل عام عادةً ما يتبع مشغلو شبكة التوزيع (DNO) وأصحاب (DG) الممارسات الحالية لفصل (DG) بمجرد اكتشاف الخطأ وفقاً لمعيار (IEEE 1547-2003).

كما تنطبق هذه الممارسة عادةً على جميع أنواع (DGs) المتصلة في (PCC) حتى (10-MVA)، والسبب هو تجنب التعثر غير الضروري للمناطق الصحية بسبب الخطأ، وبالمثل إذا حدث خطأ في الشبكة عند الاتصال بنظام (DG) القائم على العاكس، وفي هذه الحالة تحدد المواصفة القياسية فصل النظام في غضون ثانيتين لحماية الجزر غير المقصود.

كذلك يمكن أن يؤدي ذلك إلى تجنب تنشيط وتشغيل الشبكة المتبقية المتصلة في (PCC) وفقاً للشروط المذكورة في المعيار الألماني (VDE 0126-1-1) والمعيار الأسترالي (4777.3)، بحيث تفضل أيضاً معظم البلدان مثل الولايات المتحدة وكندا إيقاف توليد الطاقة في فترة زمنية محددة وفصل (DG) في ظل ظروف الأعطال في الشبكة كما هو محدد في معاييرها.

ومع ذلك، تختلف هذه الممارسات في المقام الأول في أوروبا، حيث تسمح (DNOs) بعمليات الجزر، والتي تتناقض مع ممارسات البلدان المتقدمة كما ذكر أعلاه، والتي تسبب مشاكل الموثوقية والسلامة بسبب طوبولوجيا الشبكة الحالية وخطط الحماية.

متطلبات اتصال (DG ، FRT): لتعظيم استخدام (DG) في الشبكة في ظل أوضاع تشغيل مختلفة؛ قدم مشغلو النظام رموز الشبكة الموحدة حيث يمكن لـ (DG) توفير الطاقة وتنشيط الأجزاء الصحية من (DN)، وذلك أثناء حالة الخطأ، كما أن هذا يعزز موثوقية النظام ويضمن استعادة مستقرة وسريعة للنظام، ووفقاً للمعيار الذي حددته جنوب إفريقيا لمحطات الطاقة المتجددة (RPP)؛ فإن رموز الشبكة قابلة للتطبيق بناءً على حجم الفولتية والفئة وتصنيف الطاقة لـ (RPP)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي.

ومن ثم يُسمح باستخدام تقنيات ركوب الأعطال (FRT) لتجنب انقطاع الاتصال بسبب الأعطال، كما تدعم تقنيات (FRT) هذه الشبكة وتمنع فقدان التوليد على نطاق واسع حتى عند انخفاض الجهد الصفري لمدة (0.15) ثانية المقاسة عند نقطة اقتران مشترك (POC)، وذلك كما هو محدد في الجدول التالي، كما أنه يساعد على التحكم في الضرر في (DN) الناجم عن مساهمة تيار الخلل بسبب اختراق (DGs) العالي.

كما يعتمد تشغيل (DGs) على استقرار جهد وتردد النظام، لذلك قد يؤدي أي تغيير أو تراجع مفاجئ في المعلمات إلى قطع جهاز الحماية وفشل في الامتثال لمتطلبات رمز الشبكة الكهربائية، بحيث يمكن لتقنيات (FRT) التي تمت مناقشتها، بحيث تجنب انقطاع التيار الكهربائي غير الضروري وجعلها أقل حساسية لانخفاضات الجهد وتمكينها من الركوب لفترة قصيرة.

وعلاوة على ذلك، اقترح الباحثون تقنية لاكتشاف معدل ارتفاع تيار الخطأ في (DGs) القائمة على العاكس الكهروضوئي (PV-DG) وتحويلها “إلى معوض طاقة تفاعلي ديناميكي (STATCOM)، بحيث يُطلق عليه PV-STATCOM”)، كما يقترح هذا التحويل ليتوافق مع الجهد ويدعم الشبكة وفقًا لمتطلبات كود الشبكة، وبالنظر إلى فوائد (FRT)، قامت العديد من شركات الإمداد بالطاقة وشبكات المرافق بتوحيد متطلبات أنواع مختلفة من (DG) في رموز الشبكة الخاصة بهم.

كما يتم النظر في العديد من قدرات (FRT) لمحطة الطاقة الشمسية في بلدان مختلفة، وذلك كما هو موضح في الجدول التالي.

إضافة الأجهزة المساعدة: للتخفيف من حالات فشل تنسيق الحماية في (DN) الناتجة عن مستويات الأعطال العالية التي ساهمت بها (DGs)، كما يتم توصيل جهاز إضافي مثل محدد التيار الخاطئ (FCL) في سلسلة للحد من تيار الخلل وتحسين وظيفة (FRT) لـ (DGs)، بحيث يزيد محدد التيار الخاطئ المثالي بكفاءة من ممانعته من المنخفض إلى الحد الأقصى، مما يثبط تيار خطأ (DG)، بحيث يمكن الحفاظ على التنسيق المناسب بين المرحلات الكهربائية.

كما تم إعطاء نهج آخر والذي يناقش الأنواع المحسنة من [FCL (SR-FCL & CR-FCL)]، وذلك مع استراتيجيات التحكم المعدلة، بحيث يتم توصيلها بالجانب (DC) لمولد الحث المزدوج التغذية (DFIG) للحد من التيار المحقون بواسطة المحول الجانبي الدوار أثناء الأعطال، حيث إنه يحسن الأداء العام ويحقق أقصى قدر من الجهد المنخفض من خلال قدرة (LVRT) لـ (DFIG) حتى عند عدم وجود جهد شبكي.

الحجم الأمثل (DG) والموقع: تعتبر ممارسة تقليدية أخرى لتحسين قدرة وموقع (DG) دون مراجعة أجهزة الحماية الحالية، بحيث يمكن أن يساعد هذا النهج (DNO) في اتخاذ قرار بتوسيع الشبكة للسماح بتثبيت (DGs) جديدة أو تقييدها، علاوة على ذلك، كما يمكن أن يكون هذا النهج فعلاُ تقنياً واقتصادياً مقارنة بتقنيات (FRT) بسبب التكلفة الأولية العالية.

كما تم اقتراح العديد من خوارزميات تدفق الحمل والبرمجة الديناميكية والقائمة على التحسين لتعظيم استخدام الطاقة (DG) وتلبية قيود تنسيق الحماية، بحيث اقترح العمل طريقة تحسين لحساب الحد الأقصى لحجم (DG)، وذلك من خلال اعتبار إعدادات الحماية كقيود للحفاظ على تنسيق الترحيل في (DN)، وعلاوة على ذلك فقد تم النظر في فقد طاقة الشبكة وقيود جهد العقدة لتجنب التأثيرات غير المرغوب فيها على النظام الحالي.