سنستعرض في هذا المقال الثاني حول دراسة أثر ربط مصادر الطاقة الشمسية بشبكة التوزيع متطلبات الربط والتي ستساعدنا على عمل الدراسة في المقالات القادمة تفصيلياً، و نعطي نظرة عامة حول المعيار الهندسي IEEE 1547-2018 الأخير والذي تم إعْداده بناء على الحاجة لاستيعاب شبكة التوزيع قدر كبير من مصادر الطاقة الموزعة، حيث تم إضافة متطلبات يجب على مصدر الطاقة الموزعة استيفائها، وهي متطلبات دعم الشبكة كما يلي:
- يجب عليها المساهمة بتنظيم الجهد بالشبكة voltage regulation.
- يجب عليها الاستجابة لتغير تردد الشبكة عن المستوى الطبيعي (50 او 60 هرتز) frequency response.
- يجب عليها الاستجابة للجهد والتردد في حالة الوضع المضطرب للشبكة.
كمثال لهذه المتطلبات التي تعني باستجابة النظام الشمسي إلى أي اضطراب في منظومة التوزيع:
- تتبع الجهد الكهربائي المخفض Low voltage Ridethrough (LVRT).
- تتبع التردد المنحاز Frequency deviation Ridethrough (FRT).
- معدل تغير التردد Rate of change of frequency (ROCOF).
- الخيارات لتغيير القدرة الكهربائية بناء على الإنحياز الترددي للشبكة Frequency Droop.
وهذه المتطلبات من الممكن تحقيقها بواسطة عواكس الطاقة الشمسية الذكية.
ما يهمنا في هذه المقالات آلية عمل دراسة الأثر (Impact Study) من ربط هذه المصادر بشبكة التوزيع للقيام بإيجاد الحل المناسب لعدم تأثر جودة وإمداد الطاقة الكهربائية وأمانها للمستهلكين والمشغلين وعدم تضرر مقدم الخدمة، حيث المعيار IEEE std 1547.7 يقدم لنا المنهجية العلمية إذا ما كان مصدر الطاقة الموزعة في نطاق التوزيع في حاجه لعمل دراسة الأثر من عدمه وماهي البنود التي يجب تظمينها لدراسة الأثر كما في الجدول (1) لتتبع جميع بنود تقييم الحاجة لدراسة أثر الربط:
جدول (1)
هناك نوعين من الدراسة يمكن القيام بها وهي:
1- دراسة الأثر التقليدية والتي تشمل دراسة شبكة التوزيع من خلال القيام بالدراسات التالية:
- محاكاة أداء نظام التوزيع في حال الاستقرار steady state simulation.
- دراسة نظام حماية شبكة التوزيع system protection studies.
- تحليل دائرة القصر short circuit analysis.
- تنسيق أجهزة الحماية protective device coordination.
- تنسيق إعادة النظام Automatic restoration coordination.
- نظام التأريض لشبكة التوزيع المحددة.
- انفصال مصدر الطاقة الموزع الغير متعمد Unintentional islanding.
- دراسة خطورة القوس الكهربائي Arc flash study.
- خصائص الأحمال الكهربائية.
2- دراسة الأثر الخاصة ومن الممكن أن تشمل بعض أو كل البنود التالية:
- دراسة المحاكاة الديناميكية dynamic simulation.
- التوافقيات والاضطراب.
- الجهد العالي اللحظي.
- المحاكاة المغناطيسية الانتقالية Electromagnetic transient simulation.
-آلية عمل دراسة الأثر:
تمر دراسة أثر ربط مصدر الطاقة الموزعة بثلاث خطوات:
1- دراسة نطاق شبكة التوزيع بدون وجود مصدر الطاقة الموزع من ناحية: الجهد الكهربائي على نقاط الأحمال، التحميل الكهربائي لكابلات التوزيع، ومعدل تشغيل منظم الجهد وبنك المكثفات المتغير.
2- دراسة نطاق شبكة التوزيع مع وجود مصدر الطاقة الموزع: في حالة اليوم عند أقصى طلب للأحمال الكهربائية وأدنى يوم طلب للأحمال الكهربائية، وفي حالة الفقد المفاجئ لمصدر الطاقة الموزعة كما في المثال في الرسمة (1) حيث في حال أن قدرة مصدر الطاقة الشمسية 2 ميقاواط وهو أعلى من أقصى طلب للحمل الكهربائي 1 ميقاواط في فترة ذروة إنتاج المصدر الشمسي، يتبين أن هناك تغذيه عكسية لشبكة التوزيع بتيار يعادل 120 أمبير وهو تيار يتحمله كيبل التوزيع #6 Cu، بينما في فترة يوم أقل حمل كهربائي 0.3 ميقاواط والمصدر الشمسي يغذي الشبكه ب 2 ميقاواط يتضح معنا أن 204 أمبير يمر من خلال الكيبل #6 Cu والذي يتجاوز قدرة تحمل الكيبل، أيضاً في حال وجود عطل فصل الحمل الكهربائي وبالتالي المصدر الشمسي يغذي شبكة التوزيع بتيار 240 أمبير وهو يعتبر أيضا أعلى من قدرة تحمل كيبل التوزيع #6 Cu.
رسمه (1)
أيضاً يُدْرس الأثر في حالة أيام تردد مصدر الطاقة كالأيام الغائمة وأثرها لإنتاج المحطة الشمسية.
3- في حالة الطوارئ: فقد منظم الجهد ومعامل القدرة الرئيسي لشبكة التوزيع ثم في حالة الأعطال الكهربائية.
في المقال القادم سنقوم بعمل أول دراسة مبدئية لدراسة أثر ربط محطة شمسية على جهد شبكة التوزيع.
مصادر:
- Highlights of IEEE Standard 1547-2018, David Narang, NREL, 2019
- 1547-2018 – IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces, IEEE, 2018.
- Rich Seguin, Jeremy Woyak, David Costyk, and Josh Hambrick, High-Penetration PV Integration Handbook for Distribution Engineers, National Renewable Energy Laboratory.
- IEEE Std 1547.7™ Guidance for conducting distribution impact studies for DER interconnection, IEEE Standards Coordinating Committee 21, 2013
- Tom Short, Electric Power Distribution Handbook, CRC Press, 2ndEdition, 2014, eBook.
