ذكرنا في المقال السابق أن الـ Power Islanding تعني وجود خطأ في المصدر الرئيسي للتغذية و بالتالي إنفصال جزء من الشبكة وعملها بعيدًا عن الجزء الآخر عند وجود مصدر مثل الطاقة الشمسية يعمل بشكل متزامن مع المصدر الرئيسي، وذكرنا كذلك أنه هذه الحالة تتطلب وجود حمايات تحفظ حياة الفنيين وتحفظ كذلك الأحمال النهائية من تغيير الجهد والتردد.
شكل (1): تمثيل مُبسّط يوضّح سيناريو Power Islanding
هناك عدة طرق تستخدم لمعرفة حدوث هذه الحالة وفصل المصدر الثانوي وبالتالي تجنّب الخطر والضرر. إلا أنه لكل طريقة منطقة عمياء، لا يمكن فيها معرفة سقوط المصدر الرئيسي وبالتالي عدم إزالة الخطر، ولذا سنتطرق إلى أكثر من طريقة بشكل عام.
هذه الطرق إما تكون عبر مرحلات حماية يتم تركيبها في نقطة توصيل نظام الطاقة الشمسية بشبكة التوزيع الرئيسية، أو مدمجة في العواكس الكهربائية التابعة لنظام الطاقة الشمسية. سنناقش أشهر هذه الطرق والأكثر استخدامًا:
- مراقبة ارتفاع وانخفاض الجهد (Over & Under Voltage Protection).
- مراقبة ارتفاع وانخفاض التردد (Over & Under Frequency Protection).
- معدل التغيير في التردد (Rate of Change of Frequency – ROCOF).
تعتمد هذه الطرق على مراقبة الجهد والتردد، الذي يتأثر ويتغير بسبب انخفاض في قدرة المصدر أو انقطاعه المفاجئ كما هي في حالة الـ Power Islanding. سيقوم مرحّل الحماية بالمراقبة، وفي حالة تجاوز الجهد أو التردد قيم معيّنة سيرسل إشارة الفصل إلى القاطع في نقطة توصيل نظام الطاقة الشمسية بالشبكة العمومية وبالتالي تحقيق الحماية المطلوبة. فيما يلي قيم هذه الحماية حسب متطلبات شركة الكهرباء السعودية.
الجدول (1): الإعدادات الافتراضية لوظائف مرحّل الحماية
إلا أن هناك حالة نادرة سيكون فيها مرحّل الحماية في منطقة عمياء، وتحدث عندما يولّد النظام الكهروضوئي طاقة مقاربة في المقدار لطاقة الأحمال المسحوبة في وقت انفصال المصدر الرئيسي:
Solar Power (kW) = Required Load (kW) ; Utility Power = 0 kW
ولذا في حال تم اعتبار هذا السيناريو متوقعًا أثناء تصميم النظام الكهروضوئي وتحديد قدرته، فإنه تتم الاستعانة بحمايات أخرى مثل:
- Slip mode frequency shift
- Active frequency drift
هذه الطرق تكون مدمجة في العواكس (Inverters)، وتعتمد على إنشاء قوة ردة فعل (Reactive Power). يحاول العاكس طوال فترة عمله على إنشاء هذه القوة إلا أنه لن ينجح في ذلك إلا في حالة عدم وجود المصدر الرئيسي وانقطاعه. وبالتالي ففي حال نجح العاكس في إنشاء هذه القوة، والتي تُسبب تغييرًا في قيمة التردد تتجاوز قيم الضبط، مما يعني غياب وانقطاع المصدر الرئيسي، يعمل حينها العاكس مباشرة على منع تصدير الطاقة الشمسية للشبكة العمومية، و بالتالي إبقاء حياة الفنيين و أحمال العملاء في أمان.
ومن الجدير بالذكر أن هناك طرق أخرى للحماية بإمكان منفذ أو مصمم النظام الكهروضوئي تطبيقها، أو عن طريق نظام اتصالات خاص يتيح لموزّع الكهرباء الرئيسي التواصل والتحكم بفصل أنظمة الطاقة الكهروضوئية المرتبطة بالشبكة الرئيسية في حال حدوث أي خطأ، إلا أن هذا النظام مكلف للغاية.
بهذا نكون قد على تعرفنا على بعض من أنواع حمايات الـ Unplanned Power Islanding، وعلى قيمها المطلوبة حسب شركة الكهرباء السعودية، والتي تمثّل مواصفاتها الأساس الذي يجب أن الأساس الذي يسير عليه مصمم النظام.
المراجع:
- Evaluation of Islanding Detecting Methods for Photovoltaic Utility-Interactive Power Systems by IEA.
- A Study of Islanding Mode Control in Grid-Connected Photovoltaic Systems by Dr.Tan Chee Wei & Eng. Mohammed Basharahil – Universiti Teknologi Malaysia.
- SEC – Standards for the connection of small-scale solar PV_v3_.
