آلية وتحليل مخاطر تأثير الجزر في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة

مع تحول هيكل الطاقة العالمي نحو النظافة وانخفاض نسبة الكربون، تم دمج توليد الطاقة الكهروضوئية، باعتبارها مكونًا أساسيًا لمصادر الطاقة الموزعة، على نطاق واسع في نظام شبكة الطاقة العامة، مما يوفر دعمًا مهمًا لإمدادات الطاقة. ومع ذلك، أثناء تشغيل أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، أصبح تأثير الجزر، باعتباره ظاهرة تشغيل غير طبيعية نموذجية، خطرًا خفيًا رئيسيًا يؤثر على التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة، وعمر المعدات، وسلامة الموظفين بسبب إخفائه القوي ونطاق المخاطر الواسع. يعد التحليل المتعمق لآلية توليد تأثير الجزر وتوضيح مخاطره المحددة ذا أهمية عملية هندسية كبيرة لتحسين التصميم والتحكم في السلامة والتحسين القياسي للأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة.

1. تعريف وآلية توليد تأثير الجزر

يعد تأثير الجزر ظاهرة كهربائية غير طبيعية فريدة من نوعها في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة. على وجه التحديد، عندما تتوقف شبكة الكهرباء العامة عن إمداد الطاقة بسبب الأعطال الكهربائية أو صيانة المعدات أو الأخطاء التشغيلية أو العوامل الطبيعية (مثل الأعاصير والأمطار الغزيرة والزلازل وما إلى ذلك)، يفشل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة في اكتشاف فقدان جهد الشبكة في الوقت المناسب ويستمر في إمداد الطاقة للأحمال المحلية المحيطة، وبالتالي تشكيل 'جزيرة' إمداد طاقة مكتفية ذاتيًا معزولة تمامًا عن الشبكة الرئيسية ولا يمكن مراقبتها أو التحكم فيها بواسطة الطاقة شركة.

من منظور منطق التشغيل، يعمل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة بالتوازي مع شبكة الطاقة العامة. في ظل التشغيل العادي، تلعب شبكة الطاقة، باعتبارها جوهر توازن الطاقة، دورًا تنظيميًا مستقرًا في جهد الخرج وتردد النظام الكهروضوئي. عندما تتوقف شبكة الطاقة عن إمداد الطاقة بسبب حالات مفاجئة مختلفة، إذا لم يستجب جهاز كشف الجزيرة للنظام الكهروضوئي في الوقت المناسب، فسوف يستمر مصدر الطاقة العاكس الخاص به في توفير الطاقة للأحمال المحلية. في هذا الوقت، يتم فصل منطقة إمداد الطاقة المحلية تمامًا عن الشبكة الرئيسية، مما يشكل وحدة إمداد طاقة مستقلة - أي 'جزيرة'. تجدر الإشارة إلى أن تأثير الجزر ليس ظاهرة عرضية ولكنه مشكلة محتملة شائعة في الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة. ويرتبط احتمال حدوثه ارتباطًا وثيقًا باستقرار تشغيل شبكة الطاقة، ودقة الكشف عن النظام الكهروضوئي، ودرجة مطابقة الحمل. لذلك، أصبح اكتشاف الجزيرة وقطعها بدقة وفي الوقت المناسب مشكلة فنية رئيسية في تصميم وتشغيل أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة.

وفقًا للمعايير ومعايير الصناعة ذات الصلة لإدارة الطاقة الوطنية، يجب أن تكون الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة مجهزة بأجهزة حماية كاملة ضد الجزر لضمان قطع الاتصال بشبكة الطاقة بسرعة بعد انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، وبالتالي الحد من توليد تأثير الجزر من المصدر. يعد هذا أيضًا أحد المتطلبات الفنية الأساسية للأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة للاتصال بشبكة الطاقة العامة.

2. المخاطر الرئيسية لتأثير الجزر

لا يؤثر حدوث تأثير الجزر على التشغيل العادي للنظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة فحسب، بل يسبب أيضًا مخاطر متعددة الأبعاد على سلامة شبكة الطاقة العامة، والمعدات الكهربائية، وموظفي الصيانة، واستعادة نظام الطاقة. على وجه التحديد، يمكن تقسيمها إلى الجوانب الأربعة التالية، ويغطي مستوى خطورتها السلامة الشخصية، وسلامة المعدات، وسلامة شبكة الطاقة، والتي تحتاج إلى التركيز على الوقاية والسيطرة.

(1) الإضرار بالاستقرار التشغيلي للمعدات الكهربائية والتسبب في تلف المعدات

في ظل التشغيل العادي، تعمل شبكة الطاقة العامة على تثبيت جهد وتردد مصدر الطاقة ضمن النطاق المحدد من خلال آليتها التنظيمية الخاصة (تردد شبكة تردد الطاقة في الصين هو 50 هرتز، ويجب أن يتوافق انحراف الجهد مع متطلبات 'اللوائح الفنية لتوصيل الشبكة لأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية')، مما يوفر بيئة إمداد طاقة مستقرة للمعدات الكهربائية. عندما يحدث تأثير الجزيرة، يتم دعم مصدر الطاقة في منطقة الجزيرة بالكامل بواسطة مصدر الطاقة العاكس الكهروضوئي، مما يفقد الدور التنظيمي للشبكة الرئيسية، مما يؤدي إلى تعرض الجهد والتردد في الجزيرة للانحراف عن النطاق المسموح به.

من ناحية، سيؤثر الجهد العالي أو المنخفض بشكل مفرط بشكل مباشر على التشغيل العادي للمعدات الكهربائية من جانب المستخدم، مثل حرق مكونات دائرة الأجهزة المنزلية والمعدات المكتبية، وتقصير عمر خدمة المعدات، وحتى التسبب في تلف دائم للمعدات. من ناحية أخرى، سيؤثر انحراف التردد على سرعة المعدات ذات المحرك (مثل مضخات المياه والمراوح وما إلى ذلك)، مما يؤدي إلى تشغيل غير طبيعي وتقليل كفاءة المعدات، بل وقد يتسبب في حدوث أعطال ميكانيكية للمعدات في الحالات الشديدة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت سعة الحمولة في الجزيرة أكبر من السعة المقدرة لمصدر الطاقة العاكس الكهروضوئي، فإن مصدر الطاقة العاكس سيعمل في حالة التحميل الزائد لفترة طويلة، وهو ما يكون عرضة لحرق المكونات الداخلية بسبب ارتفاع درجة الحرارة والتيار الزائد، مما يؤدي إلى تلف معدات النظام الكهروضوئي نفسه وزيادة تكاليف الصيانة.

(2) تهديد السلامة الشخصية لموظفي الصيانة وتقليل سلامة شبكة الكهرباء

بعد توقف شبكة الكهرباء عن إمداد الطاقة، يقوم موظفو صيانة الطاقة عادةً بإجراء الفحص والصيانة على الخطوط المعيبة. في هذا الوقت، يفترض موظفو الصيانة أن الخطوط في حالة انقطاع التيار الكهربائي ويقومون بعمليات الصيانة. ومع ذلك، عند حدوث تأثير الجزيرة، تظل الخطوط المعيبة المتصلة بمصدر طاقة العاكس الكهروضوئي في حالة حية، وتكون هذه الحالة الحية مخفية إلى حد كبير - لا يستطيع موظفو الصيانة اكتشاف وجود الجزيرة بسرعة من خلال طرق الكشف التقليدية، ومن المحتمل أن يسيئوا الحكم على الحالة الحية للخطوط، مما يتسبب في حوادث صدمة كهربائية ويهدد السلامة الشخصية لموظفي الصيانة بشكل خطير.

وفي الوقت نفسه، ستصبح الخطوط الحية في منطقة الجزيرة مخاطر خفية محتملة للتشغيل الآمن لشبكة الكهرباء. بمجرد أن يتلامس موظفو الصيانة أو غيرهم من الموظفين مع الخطوط الكهربائية، فإن ذلك لن يتسبب في إصابة شخصية فحسب، بل قد يؤدي أيضًا إلى حدوث كوارث ثانوية مثل الدوائر القصيرة والحرائق، مما يزيد من تأثير الحادث ويقلل بشكل كبير من سلامة وموثوقية نظام شبكة الطاقة بأكمله. يعد هذا أيضًا أحد أخطر مخاطر تأثير الجزر. ولذلك، فإن أحد الأهداف الأساسية للاستجابة السريعة للحماية ضد الجزر هو ضمان سلامة عمليات الأفراد.

(3) التدخل في عملية إعادة إغلاق شبكة الطاقة وتفاقم تلف المعدات

عندما تتوقف شبكة الطاقة عن إمداد الطاقة بسبب خطأ، يبدأ نظام الطاقة عادة عملية إعادة الإغلاق لمحاولة استعادة مصدر طاقة الخط، وهي وسيلة تقليدية لاستعادة خطأ شبكة الطاقة. ومع ذلك، في ظل وجود تأثير الجزر، ستواجه عملية إعادة الإغلاق مخاطر خطيرة تتعلق بالسلامة: نظرًا لعدم الاتساق بين تردد مصدر الطاقة ومرحلة الجهد لمنطقة الجزيرة والشبكة الرئيسية، عندما يحدث إجراء إعادة الإغلاق، فإن مصدر طاقة الشبكة الرئيسية ومصدر طاقة الجزيرة سيواجهان تعارضًا شديدًا في الطور، مما يولد تيار تدفق ضخم، مما يؤدي إلى تعثر الخط مرة أخرى والفشل في استعادة مصدر الطاقة بشكل طبيعي.

والأخطر من ذلك، أن هذا التيار المتدفق سيتسبب في تأثير قوي على معدات الطاقة مثل إمدادات الطاقة العاكسة الضوئية، ومجموعة المفاتيح الكهربائية لشبكة الطاقة، والمحولات، مما قد يؤدي إلى تلف عزل المعدات واحتراق المكونات الأساسية، مما يزيد من توسيع نطاق تلف المعدات، مما يزيد من صعوبة وتكلفة استعادة أعطال شبكة الطاقة، وحتى قد يؤدي إلى تفاعلات متسلسلة، مما يؤثر على استقرار إمدادات الطاقة في المناطق المحيطة.

(4) التأثير على النظام التشغيلي العام لشبكة الكهرباء وزيادة صعوبة الصيانة

تقع منطقة إمداد الطاقة المستقلة الناتجة عن تأثير الجزر خارج نطاق مراقبة شركة الطاقة. لا يستطيع قسم إرسال الطاقة فهم حالة مصدر الطاقة وتغييرات الحمل وحالة تشغيل المعدات في الجزيرة، مما يؤدي إلى فقدان السلامة والقدرة على التحكم في إرسال تشغيل شبكة الطاقة. فمن ناحية قد يتسبب اختلال توازن القوى في الجزيرة في حدوث تقلبات مستمرة في الجهد والتردد. إذا تمت إعادة توصيل الجزيرة بالشبكة الرئيسية عن طريق الخطأ، فسيؤثر ذلك على الاستقرار التشغيلي للشبكة الرئيسية ويؤثر على تنظيم التردد والتحكم في الجهد لشبكة الطاقة. ومن ناحية أخرى، فإن إخفاء تأثير الجزر يزيد بشكل كبير من صعوبة اكتشاف الأخطاء ومعالجتها. يحتاج موظفو الصيانة إلى قضاء الكثير من الوقت في تحديد موقع الجزيرة واستكشاف أسباب الخلل وإصلاحها، مما يؤدي إلى تمديد وقت استرداد خطأ شبكة الطاقة، مما يؤثر على استهلاك الطاقة الطبيعي للمستخدمين، وزيادة عبء العمل وتكلفة صيانة شبكة الطاقة.

3. الاستنتاج

باختصار، يعد تأثير الجزر خطرًا على السلامة لا يمكن تجنبه أثناء تشغيل أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة. ويرتبط توليدها ارتباطًا وثيقًا بحالة تشغيل شبكة الطاقة وقدرة الكشف عن النظام الكهروضوئي، وسوف يسبب مخاطر خطيرة مختلفة على السلامة الشخصية والمعدات الكهربائية وتشغيل شبكة الطاقة واستعادة الأخطاء. مع التوسع المستمر في نطاق توليد الطاقة الكهروضوئية وتعميم الأنظمة الكهروضوئية الموزعة، أصبح منع تأثير الجزر والسيطرة عليه رابطًا رئيسيًا لضمان التشغيل الآمن والمستقر والفعال للأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة.

في الوقت الحاضر، أنشأت الصين نظامًا قياسيًا ذا صلة يغطي الكشف عن مكافحة الجزر، وتركيب أجهزة الحماية، وإدارة تشغيل النظام للخلايا الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، مما يتطلب بوضوح أن تكون الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة مجهزة بأجهزة حماية مؤهلة مضادة للجزر لضمان قطع اتصال الشبكة بسرعة بعد انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة. في المستقبل، مع الترقية المستمرة لتكنولوجيا الكشف، سيؤدي تطبيق طرق الكشف الجديدة مثل معدل تغيير التردد واضطراب الطور إلى تحسين دقة وسرعة اكتشاف الجزر، مما يحد بشكل فعال من حدوث تأثير الجزر. وفي الوقت نفسه، فإن تعزيز إدارة تشغيل وصيانة الأنظمة الكهروضوئية والتنفيذ الصارم لمتطلبات الكشف عن المعدات وإصدار الشهادات يمكن أن يقلل أيضًا من مخاطر تأثير الجزر من المصدر، مما يوفر ضمانًا قويًا للتنمية الصحية لصناعة توليد الطاقة الكهروضوئية والتشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة.