لم تعد إدارة الطاقة التفاعلية اختيارية للطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة. مع قيام أسواق الطاقة الشمسية عالية الاختراق في أستراليا وألمانيا وإسبانيا والشرق الأوسط بتشديد قواعد الشبكة الخاصة بها، يجب على شركات الهندسة والمشتريات والبناء (EPC) والقائمين بتكامل الأنظمة فهم ماهية الطاقة التفاعلية، وأوضاع التحكم Q التي تنطبق على أسواقهم، وكيفية تكوينها بشكل صحيح على محولات Sungrow - قبل وصول مفتش DNO إلى الموقع.
القوة الحقيقية مقابل القوة التفاعلية: خلاصة سريعة
تتدفق طاقة التيار المتردد في ثلاث كميات مترابطة. الطاقة الحقيقية (كيلوواط) هو المكون الذي يؤدي عملاً مفيدًا - تحويل المحركات وإضاءة المباني وعمليات التشغيل. الطاقة التفاعلية (كيلو فولت أمبير) لا تعمل الشبكة خلال دورة كاملة ولكنها ضرورية للحفاظ على مستويات الجهد التي تسمح للطاقة الحقيقية بالتدفق بكفاءة عبر الشبكة. الطاقة الظاهرة (كيلو فولت أمبير) هو مجموع المتجه لكليهما: kVA = √(kW² + kVAr²). نسبة القوة الحقيقية إلى القوة الظاهرية هي عامل الطاقة (PF = kW / kVA)، حيث تمثل الوحدة (1.0) حملًا مقاومًا بحتًا وتمثل القيم الأقل الطلب التفاعلي المتزايد.
ما يجعل محولات الطاقة الشمسية مفيدة بشكل خاص لإدارة الطاقة التفاعلية هو أنها إلكترونية بالكامل - يمكن لسلسلة Sungrow الحديثة أو العاكس المركزي توليد أو امتصاص الطاقة التفاعلية بأي نسبة بالنسبة إلى خرج الطاقة النشط، حتى حد الطاقة الظاهرة المقدرة (kVA)، بشكل فوري تقريبًا. وهذا يمنح مشغلي الشبكات مصدر طاقة تفاعلي سريع يمكن التحكم فيه ولا يمكن لبنوك المكثفات الثابتة التقليدية مطابقته. يمكن لمحولات الطاقة الشمسية أيضًا توفير طاقة تفاعلية في حالة عدم وجود ضوء الشمس على الإطلاق، وذلك باستخدام طاقة الشبكة للحفاظ على ناقل التيار المستمر الداخلي الخاص بها - وهي القدرة التي تمت مناقشتها في قسم VAr الليلي أدناه.
لماذا يحتاج مشغلو الشبكات إلى الطاقة التفاعلية من الطاقة الشمسية
تخلق محطات الطاقة الشمسية الكبيرة مشكلة مميزة: أثناء ذروة التوليد في منتصف النهار، فإنها تدفع قدرًا كبيرًا من الطاقة الحقيقية إلى الشبكة المحلية. نظرًا لأن معظم مغذيات التوزيع لديها ممانعة مقاومة متفاعلة لا يمكن إهمالها، فإن تدفق الطاقة هذا يرفع الجهد المحلي عند نقطة الاتصال وعلى طول وحدة التغذية. إذا ارتفع الجهد بشكل كبير، فإن منظمات الجهد الأوتوماتيكية الخاصة بمشغل الشبكة تتوقف عن العمل - ولكن في المناطق ذات الاختراق العالي، لا يمكن لمغيرات الصنبور التقليدية الاستجابة بسرعة كافية أو بتفاصيل كافية لمنع أحداث الجهد الزائد اللحظية.
الحل هو مطالبة محولات الطاقة الشمسية بامتصاص الطاقة التفاعلية (العمل عند عامل طاقة متأخر من منظور الشبكة) عندما يكون الجهد المحلي مرتفعًا، مما يؤدي إلى سحب الجهد مرة أخرى نحو القيمة الاسمية. على العكس من ذلك، عندما يكون الجهد منخفضًا - وهو أمر شائع خلال الفترات الغائمة أو الحمل الصناعي الثقيل - يمكن للمحولات أن تضخ طاقة تفاعلية لدعم الجهد. إن قدرة دعم الجهد الديناميكي هذه هي بالضبط ما يجعل رموز الشبكة تبدو وكأنها أس/نزس 4777.2, فد-ار-ن 4105، و متطلبات ENTSO-E للمولدات (RfG) فرض منحنيات استجابة طاقة تفاعلية محددة من المنشآت الشمسية المتصلة بالشبكة أعلى من أحجام العتبة.
بالنسبة إلى EPCs، فإن النتيجة العملية هي أن قدرة الطاقة التفاعلية وتكوينها الصحيح لا تعتبر فكرة لاحقة للتشغيل - بل يجب تصميمها في اختيار العاكس، وحجم كيلو فولت أمبير، واتفاقية اتصال الشبكة منذ البداية. يمكن أن يؤدي تصنيف كيلو فولت أمبير للعاكس الصغير الحجم إلى منع المصنع من الوفاء بالتزاماته في مجال الطاقة التفاعلية عند خرج الطاقة النشط المقدر.
أوضاع التحكم في الطاقة التفاعلية
تدعم المحولات الحديثة مثل سلسلة السلسلة التجارية SG-CX من Sungrow وسلسلة SH الهجينة أوضاع تحكم تفاعلية متعددة في الطاقة. يتم تحديد الوضع الصحيح من خلال رمز الشبكة المحلية أو اتفاقية اتصال DNO. يلخص الجدول أدناه الأوضاع الأكثر شيوعًا وتطبيقاتها النموذجية.
| الوضع | الوصف | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|
| عامل القدرة الثابت | تم ضبط PF على قيمة ثابتة (على سبيل المثال 0.95 متأخرًا أو متقدمًا) بغض النظر عن الإخراج | امتثال بسيط لرمز الشبكة حيث يلزم وجود إزاحة ثابتة |
| كوس φ(P) | يختلف عامل القدرة كدالة لإخراج الطاقة النشطة بعد منحنى محدد | المتطلبات الافتراضية الألمانية VDE-AR-N 4105 أعلى من 4.6 كيلو فولت أمبير |
| س (ش) | يختلف خرج الطاقة التفاعلية (VAr) كدالة لجهد الشبكة المقاس | دعم الجهد الديناميكي المتقدم. استجابة AS/NZS 4777.2 فولت-فار |
| س (ع) | تختلف الطاقة التفاعلية باختلاف خرج الطاقة النشط | الأنظمة المتوافقة مع ENTSO-E RfG؛ منحنيات الإرسال المحددة بالمنفعة |
| س ثابت | نقطة ضبط VAr ثابتة بغض النظر عن الطاقة النشطة | تطبيقات إرسال المرافق المحددة أو استبدال بنك المكثف |
| معدل المنحدر | تغيير تدريجي في خرج Q لتجنب تقلبات الجهد المفاجئة أثناء التحولات | التحكم في إرسال المرافق؛ التكامل مع مصنع SCADA أو EMS |
من الناحية العملية، تعمل معظم مشاريع الطاقة الشمسية التجارية في ألمانيا باستخدام كوس φ(P) كوضع افتراضي، مع انحناء عامل الطاقة من الوحدة عند خرج منخفض إلى 0.95 متخلفًا عند الطاقة النشطة أعلى من 50% من الحد الأقصى المقدر (Pmax). في أستراليا، س (ش) يعد منحنى استجابة volt-VAr هو المطلب الأكثر شيوعًا، حيث تتم برمجة العاكس ليتبع شكل منحنى محددًا محددًا في اتفاقية الاتصال. تواجه المشاريع التي تزود أسواق ENTSO-E (فرنسا وإسبانيا وإيطاليا وبولندا) بشكل متزايد كلا من cos φ(P) كإعداد افتراضي محلي وإرسال نقطة ضبط ديناميكية من TSO، مما يتطلب تكامل Modbus أو SCADA.
متطلبات كود الشبكة حسب المنطقة
إن فهم متطلبات الطاقة التفاعلية التي تنطبق على مشروع معين هو مهمة ما قبل التصميم، وليس مهمة التشغيل. الأطر الإقليمية الرئيسية هي:
- ألمانيا - VDE-AR-N 4105: يتطلب وضع cos φ(P) لجميع المولدات المتصلة بالشبكة التي تزيد عن 4.6 كيلو فولت أمبير. يجب أن يصل عامل القدرة إلى 0.95 (متأخر، ممتص VAr) عند خرج طاقة نشط أعلى من 50% من Pmax. يحدد المعيار أيضًا شكل خاصية cos φ(P) ويسمح لـ DNO بفرض متطلبات أكثر صرامة من خلال اتفاقية الاتصال الفني.
- أستراليا - AS/NZS 4777.2: يفرض وظيفة استجابة فولت-فار (منحنى Q(U)) للعاكسات فوق عتبة السوق المحددة. يتم تعريف معلمات المنحنى - النطاق الميت، والانحدار، وحدود الطاقة التفاعلية - في المعيار ويمكن تعديلها بواسطة مزود خدمة الشبكة. قدرة الطاقة التفاعلية الليلية ليست مفوضة بشكل صريح ولكن يتم الاعتراف بها من قبل بعض مقدمي خدمات الطاقة.
- المملكة المتحدة – مجموعة 99: يتطلب قدرة تفاعلية عبر نطاق معامل طاقة ±0.95 من 20% إلى 100% من خرج الطاقة النشط المقدر. يلزم إرسال الطاقة التفاعلية الديناميكية عبر SCADA للمصانع الكبيرة. قد يحدد DNO نقطة ضبط Q محددة أو وضع تحكم في خطاب قبول طلب G99.
- ENTSO-E RfG — الفئات B وC وD: يجب أن تتبع المحطات الموجودة في هذه الفئات (تختلف العتبات حسب البلد) إرسال الطاقة التفاعلية للمرافق في الوقت الفعلي. ويتطلب ذلك وجود Modbus TCP أو IEC 61850 أو واجهة اتصال مماثلة بين وحدة التحكم في المصنع ونظام SCADA الخاص بمشغل نظام النقل.
تعويض الطاقة التفاعلية أثناء الليل
إحدى أقوى القدرات - والتي يتم تجاهلها كثيرًا - لمحولات Sungrow الحديثة هي قدرتها على توفير تعويض الطاقة التفاعلية في الليل، عندما لا يحدث توليد للطاقة الشمسية. في هذا الوضع، يسحب العاكس كمية صغيرة من الطاقة الحقيقية من الشبكة للحفاظ على إلكترونيات الطاقة الداخلية وناقل التيار المستمر، ثم يستخدم هذا الناقل المنشط لحقن أو امتصاص الطاقة التفاعلية من خلال مخرج التيار المتردد الخاص به - يعمل بشكل فعال كمحول طاقة ستاتكوم (المعوض المتزامن الثابت).
هذه القدرة ذات أهمية تجارية للعديد من أنواع المشاريع. مزارع الرياح مع محولات الطاقة الشمسية الموجودة في نفس الموقع، يمكن استخدام محولات محطة الطاقة الشمسية لتوفير دعم الطاقة التفاعلية ليلاً، وتجنب تركيب STATCOM مخصص. المواقع الصناعية مع أحمال المحرك الكبيرة التي تسحب طاقة تفاعلية أثناء النوبة الليلية، يمكن استخدام قدرة VAr العاكسة للطاقة الشمسية لتصحيح عامل الطاقة وتجنب عقوبات المرافق على مدار الساعة، وليس فقط خلال ساعات النهار. التزامات الطاقة التفاعلية والتي تمتد إلى التوافر على مدار 24 ساعة - وهي شائعة بشكل متزايد في أسواق ENTSO-E - يمكن تلبيتها بأسطول العاكس الشمسي بدلاً من المعدات التكميلية.
Sungrow سلسلة SG-CX تدعم محولات السلسلة التجارية وضع الطاقة التفاعلية ليلاً (يُطلق عليها أحيانًا "الطاقة التفاعلية في الليل" أو "وضع STATCOM" في iSolarCloud) مع خرج تفاعلي مقدر عند صفر طاقة نشطة. إن سعة kVAr الدقيقة المتوفرة في الليل هي الطاقة الظاهرة المقدرة للعاكس (kVA)، نظرًا لعدم استهلاك أي مساحة رأسية حقيقية للطاقة. يجب تأكيد ذلك من خلال ورقة بيانات النموذج المحدد وجدول التزام الطاقة التفاعلية الخاص باتفاقية اتصال الشبكة قبل الالتزام بالتصميم الذي يعتمد على VAr ليلاً.
تكوين الطاقة التفاعلية على محولات Sungrow
يمكن تكوين إعدادات الطاقة التفاعلية على محولات سلسلة Sungrow SG-CX وSH من خلال طريقين: iSolarCloud بوابة الويب والجوال للمواقع ذات الاتصال السحابي النشط، أو مودبوس تكب يقوم التسجيل بالكتابة للمواقع باستخدام وحدة تحكم SCADA المحلية أو وحدة تحكم المصنع. يوفر كلا الطريقين الوصول إلى قائمة التحكم في الطاقة التفاعلية الكاملة.
مسار تكوين iSolarCloud هو: الإعدادات ← معلمات الشبكة ← التحكم التفاعلي في الطاقة. من هذه القائمة، يحدد المشغل وضع التحكم النشط (Fixed PF، أو cos φ(P)، أو Q(U)، أو Q(P)، أو Fixed Q)، ويدخل نقاط الضبط المطلوبة أو يقوم بتحميل ملف تعريف المنحنى، ويؤكد التغييرات. بالنسبة لمنحنيات Q(U)، تقبل البوابة إدخالًا جدوليًا لنقاط ضبط الجهد وأهداف الطاقة التفاعلية المقابلة، والتي تترجمها Sungrow إلى الخاصية الداخلية للعاكس. يمكن أيضًا تكوين حدود معدل المنحدر لانتقالات الطاقة التفاعلية من هذه القائمة.
من أجل تكامل Modbus TCP، تنشر Sungrow وثيقة بروتوكول اتصال (متوفرة عبر Econo Solar عند الطلب) تحدد اختيار وضع الطاقة التفاعلي، وكتابة نقطة الضبط، وإعادة قراءة الحالة إلى عناوين تسجيل محددة. يتيح ذلك لمصنع EMS أو SCADA تغيير وضع الطاقة التفاعلية ونقاط الضبط في الوقت الفعلي دون تدخل المشغل - وهو أساس المشاركة في أسواق الخدمات الإضافية وبرامج الطاقة التفاعلية التي ترسلها DNO.
ملاحظة عملية مهمة: تعد إعدادات الطاقة التفاعلية من بين المعلمات التي تقوم بعض DNOs بتثبيتها بعد الموافقة الأولية على اتصال الشبكة - ويتطلب تغييرها بعد التشغيل إخطارًا رسميًا أو إعادة الموافقة. تأكد دائمًا من عملية DNO لتغييرات إعدادات الطاقة التفاعلية مع مهندس مشروع Econo Solar الخاص بك قبل الانتهاء من وثائق التشغيل، وقم بتسجيل إعدادات الطاقة التفاعلية أثناء التشغيل في حزمة تسليم التشغيل والصيانة للرجوع إليها مستقبلاً.