سنستعرض في هذا المقال الثالث مثال تطبيقي لدراسة أثر ربط مصادر الطاقة الشمسية بشبكة التوزيع في حالة steady state حسب المعيار الهندسي IEEE 1547-2018، والذي سنقوم في الخطوة الأولى في دراسة أثرها على الجهد الكهربائي عند نقاط التوزيع على الأحمال الكهربائية وسيتم إكمال بقية بنود الدراسة حسب المتطلبات الفنية في الكود بالمقالات اللاحقة، في المثال التالي سيتم عمل الحسابات بشكل تقليدي ومن ثم استخدام البرامج الهندسية المعتمدة للقيام بهذه الدراسات مثل برنامج open DSS، كما في الرسمة (1) وهي عبارة عن محطة توزيع ذات جهد ثانوي (12.47) ك.فولت و متصل بها 3 مجموعات من الأحمال الكهربائية عند نقاط كابلات التوزيع الرئيسية (1) و (2) و (3) ويوجد منظم جهد بمحطة التوزيع للحفاظ على الجهد الكهربائي عند 104% من القيمة الاسمية على الملفات الثانوية للمحول الكهربائي، كذلك يوجد محطة طاقة شمسية بقدرة اسمية (3000) ك.واط على كابل التوزيع رقم (2) والكابل المستخدم لتغذية الأحمال هو من نوع 336 والذي تبلغ مقاومته وممانعته الايجابية التسلسلية (positive sequence):
R1=0.306 Ohms/phase-miles and X1=0.630 Ohms/phase-miles
لدراسة أثر ربط المحطة الشمسية على جهد نقاط التوزيع والملفات الثانوية للمحطة، سيتم عمل التالي:
- دراسة الجهد على نقاط التوزيع الرئيسية (1) و (2) و (3) بدون وجود المحطة الشمسية في حالتي أقصى حمل كهربائي وأقل حمل كهربائي (منحنى استهلاك الصيف والشتاء).
- دراسة الجهد على نقاط التوزيع الرئيسية (1) و (2) و (3) مع وجود المحطة الشمسية في حالتي أقصى حمل كهربائي وأقل حمل كهربائي (منحنى استهلاك الصيف والشتاء).
في هذا المثال لدينا جدول أعلى منحنى للاستهلاك بالصيف لأحد الأيام والمأخوذ من محطة التوزيع الفرعية كما هو مشاهد بالجدول والرسمة (2) والتي ستساعدنا لعمل الدراسة، و أقل منحنى استهلاك الشتاء سيؤخذ على أنه 40% من المنحنى الصيفي كمثال.
نبدأ بأول خطوة لحساب الجهد الكهربائي بناء على منحنى الاستهلاك عند أقصى حمل كهربائي وأقل حمل كهربائي باستخدام ما يعرف بطريقة K-Factor، والتي ممكن تعريفها بالمعادلة التالية:
حيث:
(R1) هو مقاومة كابلات التغذية الكهربائي، (X1) هي ممانعة كابلات التغذية الكهربائي.
وحدة قياس (K) هي VD/kVA.mile% وهي نسبة الانخفاض للجهد لكل ك.فولت.أمبير بالميل.
حساب انخفاض الجهد عند أقصى حمل كهربائي وهو (7000) ك.ف.أمبير عند الساعة (19):
حساب انخفاض الجهد عند أقل حمل كهربائي وهو (3214) ك.ف.أمبير عند الساعة (3):
تم ضرب القدرة الكلية (3214) ك.ف.أمبير على نسبية مساهمة الأحمال على كل نقطة توزيع، فمثلا نقطة التوزيع (2) عليها حمل كلي (3000) ك.ف.أمبير فيتم قسمتها على الإجمالي (7000) ك.ف.أمبير وضربها في إجمالي الطلب للأحمال (3214) ك.ف.أمبير وذلك لحساب القدرة الكهربائية التي تمر من خلال الكابل ما بين نقطة توزيع (1) و (2).
| نقطة التوزيع | أقصى حمل | أقل حمل |
| V1 |
1.015 p.u |
1.029 p.u |
| V2 | 0.999 p.u | 1.021 p.u |
| V3 | 0.992 p.u | 1.018 p.u |
يتضح معنا أن الجهد الكهربائي في كل النقاط عند كل ظروف التشغيل في المستوى الطبيعي بين 0.95 p.u 1.05 – p.u
ولدراسة كامل الجهد عند كل ساعة في مرفق الجدول التالي:
الآن ندرس أثر ربط المحطة الشمسية مع النقطة (2) على هذه الشبكة:
-أولاً نسبة التأثير تكون بحساب ال K factor للمحطة الشمسية كالتالي:
-يتم دراستها عند كل ساعات التشغيل كما في الجدول التالي:
| نقطة التوزيع | أعلى جهد | أقل جهد |
|
V1 |
1.029 p.u | 1.015 p.u |
| V2 | 1.022 p.u | 0.999 p.u |
| V3 | 1.018 p.u | 0.992 p.u |
كما نلاحظ هناك زيادة في الجهد نتيجة وجود المحطة الشمسية والتي تعمل على إمداد الطاقة عند معامل قدرة 1.
الخطوة الأخيرة هي إعادة دراسة الأثر عند منحنى الحمل الكهربائي الشتوي والذي يعتبر 40% من منحنى استهلاك الصيف كما هو موضح بالجدول التالي:
| نقطة التوزيع | أعلى جهد | أقل جهد |
|
V1 |
1.0355 p.u | 1.0276 p.u |
| V2 | 1.0325 p.u | 1.0158 p.u |
| V3 | 1.0293 p.u | 1.0012 p.u |
نلاحظ ارتفاع الجهد على نقاط التوزيع الرئيسية في الشتاء ولكن ما زالت في النطاق المسموح.
الجدير بالذكر أن قياسات الأحمال وإنتاج المحطة الشمسية لكل ساعة غير كافية ولذلك يتطلب دراسة الأثر عند قياسات كل 5 دقائق للحصول على نتائج دقيقة.
مصادر:
- 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.
- ECE 551 Smart Electric Power Distribution Systems, David Lubkeman (North Carolina State University).
