تقييم موارد الطاقة الكهربائية الموزعة القابلة للتشغيل البيني

أهمية تقييم موارد الطاقة الكهربائية الموزعة القابلة للتشغيل البيني

في جميع أنحاء العالم، تم تطوير رموز شبكة موارد الطاقة الموزعة (DER) ومعايير الترابط لتشمل وظائف دعم الشبكة الكهربائية الجديدة، وغالباً ما تشتمل هذه المعايير على وظائف لتوفير تنظيم الجهد (على سبيل المثال، عامل القدرة الثابتة والقدرة التفاعلية للجهد الكهربائي والطاقة النشطة للجهد ووظائف الطاقة التفاعلية النشطة) واستجابة التردد (طاقة التردد النشطة أو تدلي التردد) والجهد وقدرات التنقل عبر التردد الكهربائي.

تاريخياً، يتم تمكين هذه الإمكانات أثناء عملية التصنيع أو التشغيل وتُترك لتعمل بشكل مستقل طوال عمر المعدات، بينما تضمنت بعض المعايير نطاقات من قابلية الضبط للوظائف، مثل قاعدة كاليفورنيا ومعيار الترابط الأسترالي والنيوزيلندي (AS / NZS 4777)، وبالنسبة الى معيار التوصيل البيني الأمريكي (IEEE 1547-2018)، هو أول من يطلب معدات (DER)، والتي تشتمل على نطاقات من قابلية الضبط وتشتمل أجهزة (DER) على واجهة اتصال معيارية.

كما تم تصميم هذه الواجهة لتمكين مشغلي الشبكة من قراءة قياسات (DER) وضبط الإعدادات وأنماط التشغيل في الوقت الفعلي تقريباً، بحيث يوفر (DER) الممكّن للاتصالات مجموعة واسعة من الفوائد لمشغلي الشبكة الكهربائية، بحيث يتمتع مشغلو أنظمة النقل والتوزيع برؤية أفضل في شبكات التوزيع ويمكنهم تحسين إعدادات (DER) وفقاً للجداول الزمنية أو الاحتياجات في الوقت الفعلي.

كما كانت هناك العديد من الدراسات التي توضح مزايا استخدام أنظمة إدارة (DER) لتهيئة عمليات أساطيل أجهزة (DER)، وعلى سبيل المثال يمكن لمنحنيات القدرة المتفاعلة للجهد (volt-var) المضبوطة بعناية أو نقاط ضبط معامل القدرة أن تزيد من سعة استضافة المغذي وتدعم الجهد على مغذيات غير متوازنة.

كما تسمح (DER) الممكّنة للاتصال أيضاً بتقنيات تحسين تنظيم الجهد الجديدة، على سبيل المثال تحسين سرب الجسيمات والتحكم في البحث عن أقصى درجات، وذلك ليتم تطويرها لتعيين نقاط مجموعة الطاقة التفاعلية (DER) لتقليل انحرافات الجهد وفقدان الدائرة على مستوى النظام الكتلي، كما من الممكن أيضاً اختيار معلمات تردد وات لتوفير احتياطيات تردد سريعة وتخميد منطقة واسعة.

كما ستفتح اتصالات (DER) أيضاً أسواقاً لتوفير محطات طاقة افتراضية (VPPs) أو خدمات تجميع تابعة لجهات خارجية، وفي الولايات المتحدة صدر أمر اللجنة الفيدرالية لتنظيم الطاقة (FERC) رقم (2222) في سبتمبر (2020م)، والذي يسمح لمجموعات (DER) بالمشاركة في أسواق البيع بالجملة الإقليمية، وذلك بالاقتران مع وظائف التشغيل البيني (DER).

بحيث سيمهد طلب (FERC) الطريق لمشغلي (VPP) في أسواق البيع بالجملة لمنظمات النقل الإقليمية (RTOs) ومشغلي النظام المستقلين (ISO) في الولايات المتحدة، كما كان هناك بحث كبير في مناهج (VPP) المختلفة لاستخدام (DER) النشط تعيين نقاط الطاقة والاختصار لتوفير خدمات النقل.

المنهج التجريبي الخاص بتقييم موارد الطاقة الكهربائية

تم تصميم (SVP) كمنصة متعددة الاستخدامات للغاية لأتمتة تجارب الاعتماد، أما الآن وبعد أكثر من ثماني سنوات من التطوير، يشمل مجموعة واسعة من طبقات التجريد ومحركات المعدات، كما تُستخدم طبقات التجريد لفضح فئات مختلفة من برامج التشغيل في واجهة المستخدم الرسومية بحيث يمكن استخدام نفس منطق الاختبار (البرامج النصية) لإجراء تجارب في مختبرات مختلفة عن طريق تغيير معلمات الاختبار فقط في البرنامج النصي.

كذلك طبقات التجريد الحالية المضمنة في مستودع (SVP Energy Lab) هي محاكيات التيار المتردد أو الشبكة ومحاكيات (DC / PV ، DER) ومحاكيات البطاريات وأنظمة الحصول على البيانات ومجموعات المولدات والمفاتيح والأحمال الكهربائية، وذلك باستخدام هذا البرنامج، بحيث أنشأت (Sandia) برنامج نصي لشهادة التشغيل البيني (IEEE 1547.1)، والذي يقوم بأتمتة تقييم اتصالات (DER) للوحة الاسم والتكوين والإعداد، كما يوفر هذا البرنامج النصي أيضاً وسيلة لفحص الاتصالات المطلوبة لإجراء جميع الاختبارات الكهربائية.

كما يعد إجراء اختبار توافق قابلية التشغيل البيني (IEEE 1574.1) الكامل لبروتوكول اتصال معين أمراً صعباً لأنه يتطلب التحقق من نموذج المعلومات بالكامل، كما يظهر إجراء الاختبار في الجدول التالي لاعتماد جهاز لأي من البروتوكولات، بالإضافة إلى التحقق من نقاط القياس عن طريق ضبط إعدادات محاكي الشبكة أو أوضاع تشغيل (DER)، كما يجب تقييم (DER) لوظائف الإدارة (رد الفعل الفولتية power ،freq-droop، إلخ) وذلك باستخدام بروتوكول الاتصال المحدد.

كذلك معايير النجاح أو الفشل لتلك الاختبارات هي نفس اختبارات وظائف الإدارة التي تقيم الخصائص الكهربائية لـ (DER) من أجل تسريع اختبار (IEEE 1547.1) وأتمته، كما تم تحديث (SVP) ليشمل برامج تشغيل (SunSpec Modbus) عبر (pySunSpec2) و (IEEE 1815) و (IEEE 2030.5)، وذلك لإجراء اختبارات معلومات لوحة الاسم والتكوين والمراقبة.

كما تم إنشاء برنامج (IOP.py SVP)، بحيث تم أيضاً إنشاء نصوص (IEEE 1547.1 SVP) إضافية لتقييم قابلية التشغيل البيني والوظيفة الكهربائية لوظائف الإدارة، وذلك كما هو موضح في العمود الأخير من الجدول التالي.

فيما بعد تعاونت مختبرات (Sandia ، SunSpec ، EPRI ، Kitu Systems ، SIRFN) لإنشاء نصوص الاختبار ومحاكيات (DER) المطلوبة لتقييم اختبارات المطابقة ونماذج المعلومات، بحيث يوضح الشكل التالي بيئة اختبار (SVP) المستخدمة في هذه التقييمات، كما تم توصيل (SVP) بأربعة محاكيات لنقطة النهاية (DER)، والتي استخدم كل منها بروتوكول (IEEE 1547) الإلزامي:

• (SunSpec DER): هو محاكي (DER) أنشأته (SunSpec)، والذي يستوعب ملف (JSON) لإنشاء جهاز متوافق مع (SunSpec) مع جميع طرازات (700-Series)، لذلك لم يتضمن هذا الجهاز نظام طاقة أو قدرة محاكاة إلكترونيات القدرة، لكن فقط تمثيل قائم على الحالة لجهاز (DER) المتوافق مع (SunSpec).

• (IEEE 1815 DER): تضمن الإصدار (1.0.6) من (EPRI DER Simulator) بواجهة (DNP3) تنفيذاً جزئياً لملاحظة تطبيق (DNP3) (ملاحظة التطبيق) (AN2018-001)، حيث أن هذا المحاكي عبارة عن نوافذ قابلة للتنفيذ مع القدرة على تشغيل محاكاة إلكترونيات القدرة، وذلك بالإشعاع والجهد الشبكي والملامح الزمنية لتردد الشبكة التي تم تحميلها من ملفات (CSV).

• (IEEE 2030.5 DER # 1): هو عميل (Kitu Systems IEEE 2030.5) مع إمكانات محاكاة (DER)، كما تم بناء هذا العميل على كمبيوتر (Raspberry Pi) أحادي اللوحة مع نموذج معلومات (IEEE 2030.5 CSIP) مع محاكي (DER) اختياري.

• (EEE 2030.5 DER # 2): هو محول (IEEE 2030.5-to-Modbus)، بحيث تم تطويره بواسطة (EPRI) والذي يتفاعل مع (EPRI DER Simulator)، كما تم تشغيل هذا المحول كملف تنفيذي على (Ubuntu 20.04.2 LTS)، وذلك بمعدلات استطلاع قابلة للتكوين، كما تم تكوين المحول أيضاً للاتصال بخادم (SunSpec IEEE 2030.5)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1).

وأخيراً تمر صناعة (DER) والطاقة بمرحلة انتقالية هائلة مع اعتماد متطلبات التشغيل البيني في (IEEE Std. 1547-2018)، بحيث سيُطلب قريباً من جميع الأجهزة التي تدخل قطاعات السوق الأمريكية أن يكون لها واجهة اتصال (SunSpec Modbus) أو [IEEE 1815 (DNP3) أو IEEE 2030.5]، وذلك من أجل التحضير لاختبار نوع أجهزة (DER) وفقاً لمتطلبات توافق (IEEE 1547.1) وتقديم توصيات إلى منظمات تطوير المعايير، كما تم إنشاء برنامج (IEEE 1547.1) للتشغيل البيني الجديد وبرامج تشغيل الاتصال المرتبطة به لمنصة التحقق من النظام (SVP).