تخطيط محطة محول شبكة طاقة شمسية صغيرة: من مخرج العاكس إلى الطاقة الجاهزة للشبكة

تَعتمِدُ شبكة الميكروغريد الشمسية على أضعف رابط كهربائي فيها، سواءً في استمرار عملها أو انقطاعها. وغالبًا ما لا تكون محطة المحول الرافعة أكثر المكونات ظهورًا، ومع ذلك فهي التي تقرّر ما إذا كانت المصفوفة قادرةً على توصيل طاقةٍ مستقرةٍ عند نقطة الاتصال، وكذلك ما إذا كان النظام قادرًا على الاستمرار في العمل أثناء التشغيل المعزول عندما ينقطع التيار الكهربائي العام.

عملية جمع الطاقة ورفع الجهد.

تُخرِج العواكس تيارًا متناوبًا بجهد ٤٨٠ فولت أو ٦٠٠ فولت. ويجب رفع هذه الطاقة ذات الجهد المنخفض إلى مستوى جهد متوسّطٍ لجمعها — وعادةً ما يكون هذا المستوى ١٣,٨ كيلوفولت أو ٢٤,٩ كيلوفولت أو ٣٤,٥ كيلوفولت — قبل أن تصل إلى المحطة الفرعية أو نقطة الاتصال بالشبكة. وتغذّي كل مجموعة عاكسات أو كل عنقود عاكسات محول رافع مخصّص، غالبًا ما يكون مدمجًا داخل محطة فرعية من النوع الصندوقي. ولضمان صحة هذه التسلسل، يجب التعامل مع المحول باعتباره عنصر تصميم نشيط، وليس مجرد عنصر سلبي من قوائم الكتالوج.

تحديد الحجم واختيار المحول.

يُعَدُّ خطأً شائعًا جمع القيم الاسمية لمُحوِّلات التيار المتناوب وطلب الحجم القياسي الأقرب بوحدة الكيلوفولت أمبير. وتتمثل الممارسة الصناعية في تحديد سعة المحول بنسبة ١٠–٢٠٪ أعلى من مجموع قيم التيار المتناوب للمُحوِّلات لامتصاص قمم الإشعاع الشمسي وتأثيرات حافة السحب. أما بالنسبة للوحدات المغمورة بالزيت، فيجب ألا تتجاوز درجة التحميل ٨٠٪ لضمان إدارة تقدم عمر العزل الناتج عن التغيرات الحرارية اليومية. وتظل المحولات المغمورة بالزيت الخيار الاقتصادي الأمثل للبلوكات الأرضية الكبيرة، نظرًا لانخفاض تكلفة الشراء الأولية وتفوُّقها في تبديد الحرارة مقارنةً بالبدائل الجافة. وبشكلٍ جوهري، فإن وظيفة رفع الجهد ليست مجرد عكس لوظيفة خفض الجهد: بل يجب التحقق من طريقة تغذية اللفات وترتيب التوصيلات المتغيرة (التيبات) وطرق التأريض بما يتوافق مع ظروف التصدير، ولا يجوز افتراض توافقها دون تحقق. وبالتالي، تتطلّب محطة المحولات الخاصة بشبكة الطاقة الشمسية المصغَّرة محولًا مُصمَّمًا لتحمل الأحمال الزائدة الدورية، وليس للأحمال الأساسية المستمرة.

الحماية والتأريض.

يتطلب معيار آي-تريبل-إي ١٥٤٧ أن تحتفظ محولات الرفع الخاصة بأنظمة توليد الطاقة الموزَّعة (دي-إي-آر) بتوصيل أرضي على جانب نظام التغذية الكهربائية (إي-بي-إس)، وأن يظل هذا التوصيل الأرضي فعّالاً حتى أثناء التشغيل في الوضع المعزول. وتتم مزامنة ريلايات الحماية من التيارات الزائدة وعُطل الأرض (٥٠‏/‏٥١ و٥٠ن‏/‏٥١ن) مع وظائف العزل الذاتي المضادة للجزيرية في المحولات العاكسة؛ ويجب أن تتحمل المحولة الأعطال لفترة كافية تسمح لأنظمة الحماية السفلية بإزالة العطل دون انقطاع غير مبرَّر.

الغلاف الخارجي، والتصميم الحراري، ودرجة حماية الدخول.

تحتاج المحطة الفرعية من النوع الصندوقي المعرَّضة لأشعة الشمس والغبار وتقلبات درجات الحرارة إلى درجة حماية دخول لا تقل عن آي-بي٥٤ في أقسام الجهد العالي والجهد المنخفض كحد أدنى عملي؛ وقد تتطلب خزانات الزيت والسدادات الحرجة درجة حماية آي-بي٦٨. ويكتسب التصميم الحراري أهمية مماثلة لرقم درجة الحماية: فالتجهيز بالتبريد بالزيت والهواء الطبيعي (أو-نان) مع مبادلات حرارية محسَّنة، وتوفير تهوية منخفضة المستوى، وتظليل قسم الجهد المنخفض، يحافظ على ارتفاع درجة حرارة الزيت العلوي ضمن الحدود المسموح بها أثناء ذروة فترات الصيف. وفي المواقع الساحلية أو ذات الغبار الكثيف، يُوصى عادةً باستخدام أغلفة بدرجة حماية آي-بي٦٥ ومغطاة بطلاء مقاوم للتآكل.

من ورقة المواصفات الفنية إلى أمر الشراء.

تبدأ عملية شراء موثوقة بمواصفة فنية تُحدِّد بدقة قيم الكيلوفولت أمبير (kVA)، ونسبة الجهد، والمقاومة الداخلية، ومجموعة المتجهات، ومدى التعديل على التوصيلات (tap range)، والخسائر، ووظائف الحماية، وتصنيف غلاف الجهاز—وليس فقط السعر لكل وحدة. ويجب أن تأخذ عملية تقييم العروض في الاعتبار الامتثال الفني جنبًا إلى جنب مع الشروط التجارية، كما يجب أن تتم مراقبة الاختبارات الأولية في المصنع—مثل الاختبارات الروتينية، والتحقق من ارتفاع درجة الحرارة، ومعايرة ريلاي الحماية—أو توثيقها قبل الشحن. وهنا بالضبط يبرز المورِّد الذي يمتلك قدرة متكاملة على إنتاج محولات الغمر بالزيت ووحدات التوزيع الكهربائية، مثل منصات تشونغمينغ عالية الكفاءة للغمر بالزيت (S20/S22) ومحطات التحويل الشمسية الجاهزة. وبذلك، يقلّ الفارق بين جدول المعايير الفنية ومحطة تحويل لشبكة كهربائية صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية جاهزة للتشغيل. فمحطة الرفع ليست سلعة عادية؛ بل هي واجهة خاضعة للتحكم بين مصدر كهربائي متقطع وشبكة كهربائية تتوقع استقرارًا وتوقُّعًا دقيقًا.

طبقات المعدات وتأكيد الشراء مسبقًا.

تتحلّل سلسلة التصعيد إلى ثلاث طبقات من المعدات، ويجب تثبيت كل طبقة في المواصفات الفنية قبل إصدار أمر الشراء.

الطبقة الأولى — العاكس والجانب ذي الجهد المنخفض

يُخرِج العاكسون تيارًا متناوبًا عند جهد ٤٨٠ فولت أو ٦٠٠ فولت، وتغذّي كل وحدة عاكس أو مجموعة عاكسات محول تصعيد مخصص معبأ على هذه الطبقة.

الطبقة الثانية — جمع الطاقة ذات الجهد المتوسط

يرتفع جهد الطاقة ذي الجهد المنخفض إلى ١٣,٨ كيلوفولت أو ٢٤,٩ كيلوفولت أو ٣٤,٥ كيلوفولت، وعادةً ما يتم ذلك داخل محطة فرعية من النوع الصندوقي، قبل أن تصل الطاقة إلى المحطة الفرعية أو نقطة الربط.

الطبقة الثالثة — المحطة الفرعية ونقطة الاتصال

تحتوي هذه الطبقة على التكوين الموصول بالأرض من جانب نظام توزيع الطاقة الكهربائية (EPS)، المطلوب وفق معيار IEEE 1547، وكذلك ريلايَي ٥٠/٥١ و٥٠N/٥١N، والواجهة التي يجب أن تبدو فيها المصادر المتقطعة متوقَّعة أمام الشبكة.

بند قائمة المراجعة رقم ١ — اللوحة التعريفية والخصائص الكهربائية

قيمة التصنيف بالكيلوفولت أمبير مُحدَّدة بنسبة ١٠–٢٠٪ أعلى من مجموع قيم التصنيف بالتيار المتناوب للعاكسات، ونسبة الجهد، والمقاومة الداخلية، ومجموعة المتجهات.

بند قائمة المراجعة رقم ٢ — مدى التعديل بالمحولات وضمان الخسائر

تم التحقق من مدى التشغيل بالطرق التجريبية في ظروف التصدير، وليس بافتراضه من واجب خفض الجهد، مع ذكر الخسائر المضمونة في المواصفات.

بند قائمة المراجعة رقم ٣ — وظائف الحماية والتنسق

أجهزة حماية التيار الزائد وتيار العطل إلى الأرض (٥٠‏/٥١، ٥٠ن‏/٥١ن) مُنسَّقة مع وظيفة منع العزل الذاتي للعاكس، مع زمن تحمل العطل كافٍ لتطهير الدوائر الواقعة في الجهة السفلية.

بند قائمة المراجعة رقم ٤ — الغلاف الخارجي والتبريد وأدلّة الاختبار

درجة حماية آي بي ٥٤ للمقصورتين عاليتي الجهد ومنخفضتي الجهد كحد أدنى، وآي بي ٦٨ لخزانات الزيت والختم الحرج، وآي بي ٦٥ في المواقع الساحلية أو ذات الغبار الكثيف، وتبريد نوع أونان، بالإضافة إلى إجراء الاختبارات الروتينية تحت الإشراف، والتحقق من ارتفاع درجة الحرارة، ومعايرة أجهزة الحماية.

سيناريوهات الاستخدام وربط المعدات.

ملاحظة: المتطلبات والتكوينات المذكورة أعلاه مستخلصة من النقاط الفنية في هذه المقالة؛ أما مراجع النماذج المقدمة من المورِّدين فهي تتبع منصات S20/S22 المغمورة بالزيت المشار إليها في النص.

الأسئلة المتكررة.

لماذا يُختار محولٌ سعته أكبر من مجموع قيم التوصيل المعلَّقة للمحولات العكسية؟

جمع القيم الاسمية المُعلَّقة وطلب المحول ذي السعة القياسية الأقرب هو خطأ شائع. أما الممارسة الصناعية فتقتضي اختيار محول سعته أكبر بنسبة ١٠–٢٠٪ من مجموع قيم التوصيل المتناوب للمحولات العكسية لامتصاص قمم الإشعاع الشمسي وتأثيرات حافة السحب.

لماذا تُحدد نسبة التحميل القصوى للمحولات المغمورة بالزيت عند ٨٠٪؟

لإدارة تآكل العزل الناتج عن التغيرات الحرارية اليومية. وتشكل مهمة الرفع دورة تحميل زائدة، وليست تحميلًا أساسيًّا مستمرًّا، لذا يجب ألا يتجاوز التحميل ٨٠٪ في الوحدات المغمورة بالزيت.

هل يمكن عكس محول خفض الجهد ببساطة لأداء مهمة رفع الجهد؟

كلا. ويجب التحقق من طريقة تغذية اللفات وترتيب المحطات الفرعية والتوصيل بالأرض وفقًا لشروط التصدير، بدلًا من افتراض ذلك من تطبيق عكسي لمحول خفض الجهد.

ما نوع التوصيل بالأرض والحماية التي يشترطها معيار IEEE 1547؟

يتطلب تكوينًا موصولًا بالأرض على جانب نظام توزيع الطاقة (EPS)، يظل ساري المفعول حتى أثناء التشغيل المعزول (islanded mode). وتتم مزامنة مرحلتي التيار الزائد وعطل الأرض (50/51 و50N/51N) مع وظيفة منع التشغيل المعزول (anti-islanding) الخاصة بالعاكس، كما يجب أن يتحمل المحول الأعطال لمدة كافية تسمح لحماية الجانب السفلي بإزالة العطل دون انقطاع غير ضروري.

ما تصنيفات درجة الدخول والتبريد التي ينبغي تحديدها لمتحول صندوقي خارجي؟

معدل حماية آي بي ٥٤ للتجزئة ذات الجهد العالي والتجزئة ذات الجهد المنخفض كحد أدنى عملي، ومعدل حماية آي بي ٦٨ لخزانات الزيت والسدّادات الحرجة. وتتيح تبريد طريقة أونان مع مبرّدات مُحسَّنة، وتهوية منخفضة المستوى، وظلال على التجزئة ذات الجهد المنخفض الحفاظ على ارتفاع درجة حرارة الزيت العلوي ضمن الحدود المسموح بها أثناء ذروة فصل الصيف؛ أما المواقع الساحلية أو تلك التي تشهد غبارًا كثيفًا فهي غالبًا ما تتطلب غلافًا بدرجة حماية آي بي ٦٥ مع طلاء مقاوم للتآكل.