كيفية اختيار محول توزيع لمشروع شبكة دقيقة

يختلف اختيار محول الشبكة الدقيقة عن مشاريع التوزيع العادية. فهو يجب أن يتعامل مع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ووحدات تخزين الطاقة، ومحطات شحن المركبات الكهربائية، وغيرها من المعدات الإلكترونية القدرة، مع تدفق طاقة ثنائي الاتجاه ووجود تشويش كهربائي أكبر. فإذا كان المحول صغيرًا جدًّا فقد يحمِّل فوق طاقته فيتعطل، أما إذا كان كبيرًا جدًّا فقد يعمل لفترات طويلة عند حمل خفيف، ما يؤدي إلى ازدياد الفقد في حالة عدم التحميل وبالتالي ارتفاع تكاليف الكهرباء. وتوضّح النقاط الست التالية منهجية الاختيار.

١. السعة: احسب الحمولة أولًا، ثم فكّر في التوسّع لاحقًا

لا تكتفِ بجمع قدرة اللوحات الاسمية لجميع المعدات. فالمعادلة الشائعة هي:

الحمل المحسوب = إجمالي القدرة المركَّبة

× عامل التزامن ÷ معامل القدرة

ويكون عامل التزامن عادةً 0.5–0.7لمباني المصانع العامة، 0.6–0.7لمحطات شحن المركبات الخاصة، و 0.75–0.85للمحطات السريعة لشحن الشاحنات الثقيلة. وعادةً ما يُؤخذ معامل القدرة على أنه ٠,٩. وبعد حساب النتيجة، يُقرّب الناتج لأعلى نحو سعة قياسية، مع ترك هامش توسيع بنسبة ١٠٪–٢٠٪ للمحطات المستقبلية أو الوحدات الكهروضوئية أو الأحمال الجديدة.

وتُحدّد معايير تصميم الشبكات المصغَّرة أيضًا أن سعة المحول يمكن اختيارها وفقًا لـ أقصى طاقة تبادل مستمرة بين الشبكة المصغَّرة والشبكة الخارجية، ويُفضَّل استخدام المحولات ذات التبريد الذاتي ومنخفضة الفقد.

والتصنيفات الشائعة يمكن أن تُستخدم كمرجع سريع: ٦٣٠ كيلوفولت أمبير للأنظمة الكهروضوئية الموزَّعة الصغيرة وبعض محطات الشحن ومحدودية الأحمال؛ 800 كيلو فولت أمبير لأنظمة الحديقة المتكاملة (كهرضوئي–تخزين–شحن)، والمحطات المتوسطة، والأنظمة الكهروضوئية المركزية التقليدية؛ ١٢٥٠ كيلوفولت أمبير لشحن الشاحنات الثقيلة فائق السرعة، أو المصفوفات الكهروضوئية الكبيرة، أو العُقد التي توجد لها خطط توسيع واضحة. ويجب أن تكون نسبة التحميل طويلة الأمد ضمن النطاق ٧٠٪–٨٥٪. ويجب تجنُّب التشغيل طويل الأمد عند السعة القصوى أو التشغيل الطويل الأمد بأقل من ٥٠٪.

٢. الجهد والتردد: يجب أن يتطابق مع شبكة التوزيع ومعدات الجانب المصدر.

ويتوقف مستوى الجهد على شروط الاتصال بالشبكة من جهة واحدة و المعلمات الخرجية لمبدلات الطاقة الشمسية، ووحدات تخزين الطاقة ومحولات التحكم في الطاقة ووحدات الشحن من الجهة الأخرى.

ويتمثل التكوين الشائع في 10 كيلو فولت الجهة عالية الجهد، ٠٫٤ كيلوفولت (٣٨٠ فولت) والجهة منخفضة الجهد، و 50 هرتز إذا كانت محولة التحكم في طاقة وحدة التخزين تُخرِج جهدًا قدره ٠٫٦٩ كيلوفولت، فيجب اختيار الجهة منخفضة الجهد عند ٠٫٦٩ كيلوفولت بدلًا من فرض تكوين قياسي قدره ٠٫٤ كيلوفولت. أما بالنسبة لمجموعة المتجهات، Dyn11 فإن الرمز داين١١ يُستخدم عادةً في محولات التوزيع ذات الجهد ١٠ كيلوفولت‏/٠٫٤ كيلوفولت. وهو يكبح التوافقيات الثالثة بكفاءة عالية ويتعامل بشكل أفضل مع الأحمال غير المتوازنة، ما يجعله مناسبًا للشبكات المصغَّرة التي تحتوي على عدد كبير من مصادر التوافقيات.

٣. مغمور بالزيت أو جاف: تحقق أولاً من شروط حماية الحريق

هذا في المقام الأول مسألة امتثال ثم مسألة تكلفة وأداء.

محولات جافة

خالية من الزيت، ومضادة للهب ومقاومة للانفجار. وهي مناسبة لـ المواقع الداخلية، والطوابق السفلية، والمزدحمة بالسكان، أو الخاضعة لمراجعة صارمة لحماية الحريق، مثل المجمعات التجارية، والمستشفيات، ومراكز البيانات، ومحطات الشحن تحت الأرض. وتكون تكلفتها الأولية عادةً أعلى بنسبة ٢٠٪–٣٠٪ من الوحدات المغمورة بالزيت ذات السعة نفسها، لكن امتثالها لمعايير الحريق يُعد شرطاً إلزامياً في المشاريع الداخلية.

المحولات المغمورة بالزيت

فعالة من حيث التكلفة، وتبدد الحرارة بكفاءة، ولها قدرة عالية على التحميل الزائد. ويمكنها تحمل حمل يصل إلى ١٢٠٪ لمدة عدة ساعات دون انقطاع. وهي مناسبة لـ المحطات الخارجية المستقلة، والمساحات المفتوحة، ومتطلبات حماية الحريق الأقل صرامة، مثل محطات الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض، ومحطات الشحن الخارجية، ومحطات التقوية المستقلة لتخزين الطاقة. أما النماذج الفعّالة في استهلاك الطاقة من الدرجة الأولى، مثل سلسلة S22، فتمتاز بخسائر منخفضة عند حالة عدم التحميل، ما يمنحها ميزة في التكاليف التشغيلية طويلة الأمد.

باختصار: نوع جاف للاستخدام الداخلي في الأماكن المكتظة بالسكان، ونوع مغمور بالزيت للاستخدام الخارجي المفتوح .

٤. الفقد والارتفاع في درجة الحرارة وفولتية التداخل: راجع التكلفة طويلة الأمد

غالبًا ما تعمل محولات الميكروجرد لفترات طويلة، لذا فإن الفقد عند حالة عدم التحميل والفقد عند التحميل يؤثران مباشرةً على العائد من المشروع. ويجب أن تفي المنتجات بمتطلبات GB 20052 وإعطاء الأولوية لكفاءة الطاقة من الدرجة الأولى. فعلى سبيل المثال، يمكن لمحول جاف من الدرجة الأولى سعته ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير أن يقلل الفقد عند حالة عدم التحميل بنسبة تقارب ٣٠٪ مقارنةً بمحول من الدرجة الثانية. وعادةً ما يتم استرداد التكلفة الإضافية للمعدات خلال ٣–٥ سنوات عبر وفورات الكهرباء.

جهد الممانعة للمحولات التقليدية للتوزيع عمومًا 4%–6%. وإذا عملت عدة محولات بالتوازي، فلا ينبغي أن تتجاوز الفروق في فولتية التداخل ١٠٪. كما يجب أن تتوافق حدود ارتفاع درجة الحرارة مع المعيار GB 1094.2؛ عادةً لا ينبغي أن يتجاوز ارتفاع درجة حرارة اللفائف ٦٥ كلفن. وفي البيئات شديدة الحرارة أو المغلقة، يجب التحقق الخاص من تبريد المحول.

٥. التوافق مع عواكس الألواح الشمسية (PV Inverters) وأنظمة تحويل طاقة التخزين (Energy Storage PCS)

المحول التوزيعي العادي يملك تدفق طاقة أحادي الاتجاه. أما محول الشبكة المصغرة فيواجه ثلاث قضايا إضافية:

أولاً، تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. قد يتغير اتجاه الطاقة عشرات أو مئات المرات يومياً بين الشحن والتفريغ. ويجب أن تراعي مقاومة اللفات الميكانيكية التأثيرات المتكررة في الاتجاهين، وليس فقط معايير التوزيع الأحادي الاتجاه العادية.

ثانياً، التحمّل التوافقي. تولّد محولات الانعكاس الضوئية (PV) ووحدات تحويل طاقة التخزين (PCS) توافقيات من الرتبة الثالثة والخامسة والسابعة، ما يؤدي إلى خسائر إضافية في اللفات وارتفاع حراري محلي. وينبغي ألا يقل معامل كي (K-factor) للمحول عن K4 ؛ وقد تتطلب سيناريوهات التبديل عالي التردد معامل كي-١٣ (K13). كما يجب تنسيق قيمة الممانعة القصيرة مع مصنّعي وحدات تحويل طاقة التخزين (PCS) والمحولات الانعكاسية لتفادي ظاهرة الرنين.

ثالثاً، هامش تحميل زائد مُخصّص لتخزين الطاقة. يُصمَّم محول تخزين الطاقة عادةً ليتحمل التفريغ المستمر لمدة ساعة واحدة. ويجب أن يمتلك قدرة تحميل زائد قصيرة الأمد هامشاً كافياً؛ فلا يجوز تهيئته بنسبة واحد إلى واحد استناداً فقط إلى القدرة الاسمية لوحدة تحويل طاقة التخزين (PCS).

٦. المعايير الفنية التي يجب تقديمها قبل الشراء

قبل طلب عروض الأسعار، قدِّم أكبر عدد ممكن من هذه المعايير:

المعلمات الأساسية

• السعة المُصنَّفة (كيلوفولت أمبير)، وفولتية التصنيف للجهد العالي/المنخفض (كيلوفولت)، والتردد (هرتز)، وعدد الطورات، ومجموعة المتجهات (مثل: داين ١١).

الأداء

• الفقد عند الخلو (كيلوواط)، والفقد عند التحميل (كيلوواط)، ومقاومة الدائرة القصيرة (%)، وحد ارتفاع درجة الحرارة (كلفن)، وفئة العزل، والتفريغ الجزئي.

البيئة والهيكل

• التثبيت الداخلي/الخارجي، ودرجة الحماية (لا تقل غلاف التثبيت الخارجي عن IP54)، ووسيلة التبريد، والارتفاع عن سطح البحر، ونطاق درجة حرارة البيئة المحيطة.

خاصة بالشبكة المصغرة

• تصميم التشغيل ثنائي الاتجاه، ومعامل كيه (K-factor)، وطيف التوافقيات أو معايير وحدة تحويل الطاقة (PCS)، ومتطلبات التحميل الزائد لفترات قصيرة، وتناسق حماية الربط بالشبكة.

شهادة

• تقرير اختبار كفاءة استهلاك الطاقة، وتقرير الاختبار النموذجي، وشهادة الامتثال للمعيار GB 20052.

الحلول المقابلة من شركة جيانغسو يونيتا

تغطي سلسلة منتجات جيانغسو يونيتا احتياجات الاختيار المذكورة أعلاه:

• محولات التوزيع الغاطسة في الزيت (المسلسلان S20/S22): لمحطات الطاقة الشمسية الخارجية، ومحطات التقوية المستقلة لتخزين الطاقة، ومحطات الشحن المفتوحة. وتتميز النماذج الفعّالة من الدرجة الأولى من حيث استهلاك الطاقة بخسائر منخفضة وقدرة عالية على التحميل الزائد للتشغيل طويل الأمد.
• المحولات الجافة (المسلسل SCB18): لمحطات الشحن الداخلية، والمجمعات التجارية، ومراكز البيانات، والطوابق السفلية التي تفرض متطلبات صارمة في مجال الحماية من الحرائق. وهي خالية من الزيت، ومقاومة للهب، وفعّالة من الدرجة الأولى من حيث استهلاك الطاقة، ومناسبة للبيئة التوافقية لمُحوِّلات الطاقة الشمسية ووحدات التحكم في تخزين الطاقة (PCS).
• الحلول المخصصة: تكوينات مُوجَّهة بدقة من حيث السعة، والمقاومة، وارتفاع درجة الحرارة، ومجموعة المتجهات، وتصنيف الحماية، استنادًا إلى منحنيات الأحمال، وخصائص التوافق الكهربائي لمُحوِّلات التحكم في تخزين الطاقة (PCS)، وشروط الربط بالشبكة، وخطط التوسّع. كما نقدّم الدعم للمقاولين العامين (EPC) وأصحاب المشاريع في التحقق من الأحمال وتجهيز وثائق الربط بالشبكة.