تحليل تأثير دمج الطاقة الشمسية على جودة الطاقة الكهربائية في محطة تحويل بجهد 220 كيلو فولت

مقدمة

مع دمج مصادر الطاقات المتجددة، خاصة الطاقة الشمسية، في أنظمة الطاقة الكهربائية، تظهر تحديات جديدة تتعلق بجودة الطاقة (Power Quality). يصبح من الضروري تقييم كافة القيم الكهربائية للنظام وتحليل التأثير المحتمل للطاقات المتجددة لضمان الامتثال للمواصفات القياسية وتجنب الأضرار على الشبكة والمعدات.

---

الدراسة وتحليل الموقع

تم إجراء دراسة تحليلية شاملة على محطة تحويل بجهد 220 كيلو فولت في تشيلي، المترابطة مع شبكة النظام الكهربائي وقريبة من مزرعة طاقة شمسية. تم التركيز على تقييم مؤشرات جودة الطاقة خلال أسبوع من القياسات.

تم التقييم بناءً على المعايير القياسية:

• IEEE 519/2014
• EN 50160
• IEC 61000-4-30
• IEC 61000-4-15

---

العوامل المؤثرة على جودة الطاقة

تضمنت الدراسة تحليل الأسباب التي تؤثر على جودة الطاقة، والتي يمكن أن تسبب مشاكل تشغيلية وأضراراً للتجهيزات:

1. الجهود المرتفعة الدائمة (Permanent Overvoltages).
2. الجهود المنخفضة الدائمة (Low Permanent Tensions).
3. الانخفاضات اللحظية في الجهد (Sags).
4. الارتفاعات اللحظية في الجهد (Swells).
5. قمم موجات الجهد (Voltage Wave Peaks).
6. القطع أو الفجوات في الموجة (Notches).
7. انقطاعات قصيرة وطويلة في الطاقة (Short and Long-Term Interruptions).

---

نتائج القياسات والتحليل

1. تقلبات الجهد (Sags و Swells):

• لوحظت حالات انخفاض وارتفاع في الجهد بسبب تشغيل أو فصل العواكس (Inverters)، أو الحمولات، أو مكثفات تحسين عامل الاستطاعة.
• تؤدي هذه الظواهر إلى اضطراب مؤقت في الجهد ينتج عنه تشوهات قصيرة الأمد.

2. الخفقان (Flickering):

• يحدث الخفقان عند وصل أو فصل العواكس، وتحديداً أثناء التغيرات المفاجئة في التيار.
• تسبب هذه الظاهرة تشوهات في التوافقية الخامسة والسابعة للجهد.

3. عامل الاستطاعة (Power Factor):

• لوحظ انخفاض عامل الاستطاعة إلى أقل من 0.4 بين الساعة السابعة مساءً والثامنة صباحاً نتيجة توقف حقن الطاقة الشمسية خلال ساعات الليل.

4. مؤشر الخفقان طويل الأمد (Pst):

• تبين أن قيمة Pst تجاوزت الحدود القياسية المطلوبة (1.0 p.u. لمدة 95% من الوقت).

5. عدم توازن الجهد (Voltage Unbalance):

• تطابق مؤشر عدم التوازن مع المعيار الأوروبي EN 50160، حيث لم تتجاوز القيم الحد الأقصى 2% من الجهد الاسمي (220 ك.ف).

6. التشوه التوافقي للجهد (Voltage Harmonic Distortion):

• كانت التوافقيات الفردية (مراتب 3، 5، 9، 11) ضمن الحدود المسموحة وفق المواصفة IEEE 519/2014، باستثناء حالة واحدة:
  • عند المرتبة السابعة حيث بلغ التشوه 1.17% (الحد المسموح 1%).
  • حدث هذا التشوه بين الساعة 6 صباحاً و7 صباحاً.

7. التشوه التوافقي للتيار (Current Harmonic Distortion):

• كانت التوافقيات الفردية الخامسة والسابعة ضمن الحدود المسموح بها.

---

الاستنتاج

• إيجابيات:
  1. تحقيق توافق معظم مؤشرات جودة الطاقة مع المعايير الدولية.
  2. تطابق مؤشر عدم توازن الجهد مع القيم القياسية.
  3. السيطرة على التشوه التوافقي للتيار في معظم الحالات.
• تحديات:
  1. ارتفاعات طفيفة في مؤشر التشوه التوافقي للجهد (التوافقية السابعة).
  2. انخفاض عامل الاستطاعة في ساعات الليل.
  3. تجاوز مؤشر Pst للحدود القياسية خلال بعض الفترات.

التوصيات

1. تحسين استراتيجيات التحكم بالعواكس لتقليل تأثيرها على التوافقيات.
2. استخدام معدات لتصحيح عامل الاستطاعة وضبط قيمه ليبقى ضمن الحدود المقبولة طوال اليوم.
3. متابعة ورصد جودة الطاقة بانتظام للحد من التأثيرات السلبية المحتملة وتحسين الأداء العام للنظام.