تعد الحماية ضد الجزر ميزة أمان إلزامية في كل عاكس شمسي مرتبط بالشبكة - ومع ذلك فإن آلياتها الأساسية غالبًا ما تكون غير مفهومة بشكل جيد من قبل EPCs وشركات تكامل الأنظمة. يشرح هذا المقال ماهية العزل، وكيفية عمل طرق الكشف السلبية والإيجابية، وما هي المعايير العالمية المطبقة، وكيف تقوم سلسلة SG-CX وSH من Sungrow بتنفيذ واعتماد مكافحة العزل عبر أسواق متعددة.
ما هو الجزر ولماذا هو خطير؟
الجزر يحدث عندما يستمر العاكس الشمسي المرتبط بالشبكة في توليد وتزويد الطاقة لقسم من الشبكة المحلية بعد فصل شبكة المرافق - سواء كان ذلك بسبب انقطاع مخطط له، أو خطأ، أو تشغيل مرحل حماية المنبع. يحافظ العاكس، الذي لا يزال يتم تنشيطه بواسطة المصفوفة الكهروضوئية، على الجهد والتردد على ما يعتقد أنه جزء من الشبكة الحية. في الواقع، هذا الجزء معزول عن نظام المرافق الرئيسي، مما يشكل فعليًا "جزيرة" صغيرة.
العواقب خطيرة. العاملين في مجال المرافق الذين يعملون على خط يعتقدون أنه غير نشط يواجهون خطر الصعق بالكهرباء من جزيرة تغذيها العاكس لا يمكنهم التنبؤ بها. أجهزة إعادة التدوير الأوتوماتيكية - أجهزة الحماية التي تقوم بفصل الخط المعطل وإعادة توصيله لفترة وجيزة لإزالة الأخطاء العابرة - قد تحاول إعادة تنشيط خط خارج الطور مع الجزيرة، مما يتسبب في حدوث عابر عنيف يؤدي إلى إتلاف المعدات الموجودة على جانبي جهاز إعادة الإغلاق. عدم تطابق المرحلة بين الجزيرة والمرافق العائدة يمكن أن يؤدي إلى تدمير المحركات والمحولات والأحمال الحساسة المتصلة بالمصب.
لهذه الأسباب، فإن كل رمز شبكة تقريبًا في جميع أنحاء العالم يفرض على العاكس المرتبط بالشبكة اكتشاف فقدان مرجع الأداة المساعدة وقطع الاتصال خلال فترة زمنية محددة - وهو الأكثر شيوعًا 2 ثانية من فقدان الشبكة، على الرغم من أن CEI 0-21 في إيطاليا يتطلب قطع الاتصال خلال 0.1 ثانية في ظل ظروف تردد محددة. يتم التحقق من الامتثال من خلال مختبرات اختبار النوع وتأكيده أثناء عملية الموافقة على اتصال الشبكة.
الكشف السلبي لمكافحة الجزر
تعمل طرق الكشف السلبي من خلال المراقبة المستمرة لمعلمات الشبكة وتعطيل العاكس عندما تتحرك أي معلمة خارج نافذة التشغيل العادية. ليست هناك حاجة إلى أي اضطراب متعمد في خرج العاكس - فالعاكس ببساطة يراقب ويتفاعل. المعلمات السلبية الرئيسية هي:
- زيادة / انخفاض الجهد (OUV): إذا كان حمل الجزيرة لا يتطابق تمامًا مع طاقة خرج العاكس، فسوف ينجرف الجهد. يراقب العاكس جهد التيار المتردد ويتعثر إذا تحرك خارج نطاق محدد (على سبيل المثال، 85-110% من القيمة الاسمية).
- التردد الزائد/الناقص (OUF): وبالمثل، يؤدي اختلال توازن القوى في الجزيرة إلى انحراف التردد. يتنقل العاكس عند انحراف التردد (على سبيل المثال، خارج 47.5-51.5 هرتز لنظام 50 هرتز).
- معدل تغير التردد (ROCOF): بدلاً من انتظار انحراف التردد إلى عتبة الرحلة، يكتشف نظام ROCOF معدل التغيير - يشير التردد سريع التغير إلى فقدان مفاجئ لمرجع الشبكة. تستخدم مرحلات ROCOF على نطاق واسع في الأسواق الأوروبية (VDE-AR-N 4105، G99).
- تحول المتجهات: يكتشف قفزة مفاجئة في زاوية الطور لشكل موجة الجهد، والتي تحدث عندما تنقطع الشبكة ويفقد النظام الجزيرة مرجع الطور الخاص به. فعالة بشكل خاص في الكشف عن أحداث الشبكة الكبيرة.
تعتبر الطرق السلبية بسيطة من الناحية الحسابية، ولا تضيف أي ضوضاء إلى الشبكة، وتستجيب بسرعة عند وجود خلل كبير في توازن الطاقة. نقطة ضعفهم هي منطقة عدم الكشف (NDZ): إذا كان حمل الجزيرة يتطابق بشكل وثيق مع خرج الطاقة النشط والمتفاعل للعاكس في لحظة قطع الاتصال، فقد يظل الجهد والتردد ضمن نطاق التشغيل العادي إلى أجل غير مسمى. مشكلة NDZ هي الدافع الأساسي لإضافة طرق الكشف النشطة إلى جانب الطرق السلبية.
كشف نشط لمكافحة الجزيرة
تُدخل الطرق النشطة عن عمد اضطرابًا صغيرًا يتم التحكم فيه في خرج العاكس. عندما يكون العاكس متصلاً بالشبكة، فإن المعاوقة الظاهرة الكبيرة للشبكة تمتص الاضطراب دون تأثير يمكن قياسه. عند العزل، يتراكم الاضطراب — مما يؤدي إلى خروج الجهد أو التردد عن النطاق الطبيعي — ويكتشف العاكس انحرافه المتزايد ويتعثر. تشمل التقنيات النشطة الشائعة ما يلي:
- انجراف التردد النشط (AFD / AFDPF): يقدم العاكس انحيازًا إيجابيًا أو سلبيًا طفيفًا لتردد الخرج، مما يدفع تردد النظام المعزول نحو عتبة الرحلة بشكل أسرع من الانجراف الطبيعي وحده.
- تبديل تردد وضع الانزلاق (SMS): إن حلقة العاكس ذات الطور المقفل متحيزة بحيث ينحرف التردد في اتجاه يمكن التنبؤ به، في ظل ظروف الجزيرة، مما يؤدي إلى تسريع عملية الكشف. تعد الرسائل النصية القصيرة (SMS) واحدة من أكثر الطرق النشطة استخدامًا على نطاق واسع في المحولات المعتمدة الأوروبية والأسترالية، بما في ذلك سلسلة SG-CX من Sungrow.
- تباين الطاقة التفاعلية (RPV): يقوم العاكس بحقن نبضة طاقة تفاعلية صغيرة؛ في ظل ظروف الجزيرة، يتجاوز انحراف الجهد الناتج عتبات الكشف.
- تحول تردد سانديا (SFS): متغير AFD محسّن يتناسب فيه انحياز التردد مع انحراف التردد الملحوظ - مما يوفر ردود فعل إيجابية تدفع التردد المعزول بسرعة إلى عتبة الرحلة بينما يظل غير محسوس فعليًا على الشبكة الحية.
تعمل الطرق النشطة على إزالة NDZ بشكل فعال وهي مطلوبة بواسطة معظم رموز الشبكة الحالية إلى جانب الحماية السلبية. وتتمثل المقايضة في درجة صغيرة جدًا من اضطراب جودة الطاقة - يتم قياسها بأجزاء من نسبة مئوية من الناتج المقدر - والتي تقع ضمن الحدود التي حددتها المواصفة IEC 62116 وغير محسوسة في الممارسة العملية.
المعايير العالمية لمكافحة الجزر
يتم تحديد متطلبات مكافحة الجزر من خلال رموز الشبكة الإقليمية ودعمها بمعايير الاختبار الدولية. يلخص الجدول أدناه أطر العمل الأكثر صلة بـ EPCs الشمسية التي تعمل عبر أسواق متعددة.
| قياسي | المنطقة | أقصى وقت للرحلة | متطلبات المفتاح |
|---|---|---|---|
| إيي 1547-2018 | الولايات المتحدة الأمريكية | 2 ثانية | OUV، OUF بالإضافة إلى الطريقة النشطة؛ فئات الأداء أ/ب/ج |
| فد-ار-ن 4105 | ألمانيا | 5 ثواني | ROCOF بالإضافة إلى تحول المتجهات؛ نوافذ رحلة الجهد / التردد المحددة |
| أس/نزس 4777.2 | أستراليا / نيوزيلندا | 2 ثانية | OUV، OUF، الطريقة النشطة؛ استجابة فولت-فار متكاملة |
| إيك 62116 | دولي | 2 ثانية | إجراء اختبار يحدد التحقق من NDZ لأي طريقة كشف |
| جي 99 / جي 100 | المملكة المتحدة | 2 ثانية | OUV، OUF، روكوف؛ فقدان الحماية الرئيسية إلزامي فوق 16 أ |
| سي آي 0-21 | إيطاليا | 0.1 ثانية | حدود تردد صارمة. أسرع وقت رحلة إلزامية على مستوى العالم |
IEC 62116 هو معيار إجراء الاختبار وليس رمز الشبكة - فهو يحدد كيفية التحقق من صحة أي طريقة مضادة للجزيرة في بيئة اختبار النوع باستخدام حمل RLC الرنان لمحاكاة أسوأ حالات NDZ. لقد أثبتت المحولات المعتمدة وفقًا للمعيار IEC 62116 أن المجموعة المختارة من الطرق السلبية والإيجابية تكتشف العزل ضمن الحد الزمني للمعيار حتى عندما يكون التوليد والحمل متوازنين. هذه الشهادة مطلوبة عادةً كجزء من تطبيق اتصال الشبكة G99 أو AS/NZS 4777.
كيف تقوم محولات Sungrow بتنفيذ مكافحة الجزر
Sungrow سلسلة SG-CX محولات السلسلة التجارية و سلسلة ش تقوم العاكسات الهجينة بتنفيذ خاصية منع العزل من خلال نهج متعدد الطبقات يجمع بين مراقبة OUV/OUF/ROCOF السلبية مع الرسائل النصية القصيرة النشطة أو اضطراب AFD. تعتمد المجموعة المحددة على إصدار السوق ورمز الشبكة المطبق. يتم تكوين متغيرات البرامج الثابتة الخاصة بالسوق مسبقًا باستخدام حدود الرحلة الصحيحة، وحساسية ROCOF، ومعلمات الطريقة النشطة للبلد المستهدف - لا تحتاج EPCs إلى تكوينها يدويًا عند التشغيل ما لم يطلب DNO إعدادات غير قياسية.
تشمل تغطية الشهادات لسلسلة Sungrow الحالية ومنصاتها الهجينة IEC 62116، IEEE 1547-2018، VDE-AR-N 4105، وAS/NZS 4777.2، مع شهادات اختبار خاصة بكل بلد متاحة عند الطلب من خلال Econo Solar. نظرًا لأن البرامج الثابتة المضادة للجزيرة مرتبطة بإصدار السوق للوحدة، فمن المهم التأكد من طلب متغير البلد الصحيح في مرحلة عرض الأسعار - يمكن تعديل متغير البرنامج الثابت بعد التسليم في بعض الحالات ولكنه يتطلب الحصول على ترخيص من المصنع.
لحجم المنفعة العاكس المركزي والسلسلة عمليات النشر، يمكن لوحدة التحكم في محطة Sungrow أن تكمل مقاومة العزل على مستوى العاكس مع حماية إضافية لـ ROCOF ومرحل ناقل الحركة عند نقطة الاتصال، مما يوفر بنية دفاعية متعمقة تلبي متطلبات التوصيل البيني الصارمة. الإعدادات قابلة للتكوين عبر iSolarCloud أو Modbus TCP، ويمكن تعديله من قبل الموظفين المعتمدين الذين لديهم بيانات اعتماد الوصول المناسبة.
التكليف واختبار الحماية المضادة للجزيرة
يعد التحقق من السلوك المناهض للجزيرة أثناء اختبار قبول الموقع (SAT) أحد متطلبات الاتصال بالشبكة في معظم الولايات القضائية وضرورة عملية قبل بدء التشغيل. يستخدم أسلوب التحقق القياسي المشار إليه في المواصفة IEC 62116 أ محاكاة الشبكة أو اختبار رحلة التتابع المتحكم فيه للتأكد من قطع اتصال العاكس خلال النافذة الزمنية التي يفرضها الكود في ظل ظروف تحميل شبه متوازنة.
يتضمن إجراء SAT العملي لمعظم المشاريع ثلاث خطوات: أولاً، التأكد من أن إصدار البرنامج الثابت للعاكس يطابق الإصدار الذي تم اختباره واعتماده؛ ثانيًا، إجراء اختبار رحلة التتابع عن طريق فتح قاطع الشبكة المنبع أثناء توليد العاكس عند مستوى إخراج تمثيلي (عادةً 50-100% من الطاقة المقدرة)، والتحقق من أن العاكس يصدر رحلة مضادة للجزيرة خلال الوقت المطلوب؛ ثالثًا، قم بتوثيق وقت الرحلة والطريقة المستخدمة وإصدار البرنامج الثابت في تقرير التشغيل لتقديمه إلى DNO أو مشغل الشبكة.
بالنسبة للمشاريع التي تتطلب DNO اختبارًا شاهدًا - وهو أمر شائع في المملكة المتحدة بموجب G99 وفي أستراليا بموجب اتفاقيات الاتصال AS/NZS 4777 - يمكن لـ Econo Solar توفير شهادات اختبار النوع ونماذج وثائق التشغيل التي يتوقعها مشغلو الشبكات. إن التأكد من إعداد هذه الأوراق قبل تاريخ SAT يتجنب السبب الأكثر شيوعًا للتأخير في تشغيل المشاريع الكهروضوئية التجارية المتوسطة والكبيرة.