اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه

 1- مقدمه:

با حرکت سیستم های قدرت از ساختار سنتی به سمت ساختار رقابتی، پیش بینی می شود منابع تولید پراکنده نقشی مهم و اساسی را در صنعت برق ایفا نمایند. در دهه‌های اخیر به منظور کاهش آلاینده‌های زیست ‌محیطی، به منابع تولید پاک از جمله نیروگاه­های بادی، خورشیدی و … توجه بیشتری شده است. استفاده از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر براي تولید برق مزایاي بسیار زیادي ازجمله کاهش آلودگی، کاهش هزینه‌هاي تولید و در برخی از موارد بازده تولید انرژي بالاتر دارند.

همچنین کشور ایران با وجود ۳۰۰ روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5/5-4/4 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی می باشد. لذا استقبال سرمایه گذاران جهت نصب نیروگاه خورشیدی رو به افزایش می باشد. بر این اساس با توجه به نقش منابع تولید پراکنده در شبکه برق ایران و لزوم اصلاح ساز و کارهای موجود در این حوزه هم از منظر فنی و هم از منظر غیر فنی، در سال 1400 آخرین نسخه دستورالعمل شرکت توانیر با عنوان “اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه برق ایران” مطابق آخرین استاندارهای جهانی برای اتصال منابع اینورتری و غیر اینورتری به تمام شرکت های برق ابلاغ گردید.

لازم به ذکر است برای کلیه نیروگاه های تولید پراکنده متصل به شبکه، سرمایه گذار می بایست کلیه مطالعات (پخش بار، اتصال کوتاه، هارمونیک و …) مورد نظر این دستورالعمل را توسط شرکت مشاور مورد تأیید شرکت توزیع و برق منطقه ای انجام دهد و در صورت مغایرت نتایج با استانداردهای دستورالعمل مذکور، بازنگری طرح اتصال توسط شرکت مشاور و سرمایه گذار و با همانگی شرکت برق مربوطه انجام می شود. این بازنگری می تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم کننده های ولتاژ، تغییر نوع اینورتر و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود.

باید توجه داشت که هدف، بررسی حداقل تجهیرزات حفاظتی مورد نیاز در سیستم اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه در نقطه PCC است و نه حفاظت منبع تولید پراکنده. به عبارت دیگر هدف، حفاظت شبکه در برابر تأثیرات ناشی از منبع تولید پراکنده بر شبکه است. مسئولیت حفاظت از منبع تولید پراکنده بر عهده مالک منبع تولید پراکنده است و مالک باید برای حفاظت مولدهای خود، توابع حفاظتی مورد نیاز را پیش بینی نماید.

  2- طبقه بندی منابع تولید پراکنده با توجه به قدرت نامی:

از لحاظ قدرت نامی این مولدها مطابق جدول (1)، در 5 کلاس طبقه بندی می شوند.

جدول (1): طبقه بندی منابع تولید پراکنده با توجه به مقادیر قدرت نامی

3- طرح های مجاز اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه با توجه به قدرت نامی:

با توجه به طبقه بندی صورت گرفته در جدول (1)، مولدها با توجه به کلاس قدرتی که در آن قرار می گیرند از طریق یک یا دو طرح خاص می توانند به شبکه متصل شوند (شکل 1).

شکل (1): طرح های اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه برق

طرح 1: اتصال از طریق فیدر فشار ضعیف عمومی

طرح 2: اتصال از طریق فیدر فشار ضعیف اختصاصی

طرح 3: اتصال از طریق فیدر فشار متوسط عمومی

طرح 4: اتصال از طریق فیدر فشار متوسط اختصاصی

طرح 5: اتصال از طریق خط فوق توزیع اختصاصی به سمت فشارقوی پست فوق توزیع

طرح های مجاز که با توجه به مجموع توان نامی منابع تولید پراکنده می توان برای اتصال این منابع به شبکه مورد استفاده قرار داد، در جدول (2) ارائه شده است.

جدول (2): ارتباط طرح ها با کلاس های مجاز برای اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه با توجه به قدرت نامی

با توجه به جدول (2) مشخص می­شود که برخی از کلاس­های منابع تولید پراکنده را نمی­توان از طریق برخی از     طرح­های خاص به شبکه برق متصل نمود. به عنوان مثال اتصال مولدهای کلاس 2 از طریق طرح 5 به شبکه مجاز نمی باشد.

4- مطالعات فنی تهیه طرح های اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه:

به منظور بررسی تأثیر اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه برق، مطالعات فنی جدول (3) باید انجام شود.

لازم به ذکر است برای کلیه نیروگاه های تولید پراکنده متصل به شبکه، سرمایه گذار می بایست کلیه مطالعات (پخش بار، اتصال کوتاه، هارمونیک و …) مورد نظر دستورالعمل توانیر را توسط شرکت مشاور مورد تأیید شرکت توزیع و    برق منطقه ای انجام دهد و در صورت مغایرت نتایج با استانداردهای دستورالعمل توانیر، بازنگری طرح اتصال توسط شرکت مشاور و سرمایه گذار و با همانگی شرکت برق مربوطه انجام می شود. این بازنگری می تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم کننده های ولتاژ، تغییر نوع اینورتر و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود.

جدول (3): مطالعات فنی مورد نیاز با توجه به طرح اتصال و کلاس قدرت منابع تولید پراکنده اینورتری

شکل (2): فلوچارت نحوه انجام مطالعات اتصال به شبکه

1-4- مطالعات پخش بار در حالت عادی و اضطراری:

مطالعات پخش بار، یکی از مطالعات پایه برای تعیین الزامات اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه برق می باشد. این مطالعات برای تعیین موارد زیر انجام می گیرد.

• تعیین استراتژی مناسب جهت کنترل توان راکتیو و کنترل ولتاژ
• تعیین قیود و محدودیت های عملکرد در حالت دائم
• تهیه اطلاعات لازم برای مطالعات کیفیت توان و هماهنگی حفاظتی

در مطالعات پخش بار، مهمترین موردی که بررسی می گردد، پروفیل ولتاژ در طول فیدر است. ورود و خروج منبع تولید پراکنده به شبکه در هیچ حالت بهره برداری نباید باعث شود سطح ولتاژ در هیچ نقطه ای از شبکه از مقادیر مجاز (حداقل و حداکثر) تجاوز نماید. بنابراین، به منظور بررسی پروفیل ولتاژ در شرایط مختلف بهره بردای، دو سناریوی زیر در مطالعات پخش بار بایستی در نظر گرفته شود.

• شبکه در وضعیت کم باری و با حضور منبع تولید پراکنده (افزایش ولتاژ)
• شبکه در وضعیت پرباری و بدون حضور منبع تولید پراکنده (کاهش ولتاژ)

همچنین در صرورت وجود خازن جبران ساز و یا مولد دیگر لازم است فیدر مربوطه تا محل خازن یا مولد دیگر مدل شود.

در صورت مغایرت نتایج پخش بار با استاندارد، لازم است در طرح اتصال بازنگری انجام شود. این بازنگری می تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم کننده های ولتاژ و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود. این تغییرات لازم است با هماهنگی کامل شرکت برق مربوطه و سرمایه گذار صورت گیرد.

2-4- مطالعات اتصال کوتاه:

نتایج حاصل از این مطالعات در موارد زیر کاربرد دارد.

• انتخاب تجهیزات حفاظتی
• تنظیم رله های حفاظتی
• هماهنگی رله های حفاظتی در سطوح مختلف

درصورتیکه نتایج از حدوده مجاز تجاوز کند، می بایست اقدامات اصلاحی نظیر تغییر تجهیزات، تغییر ظرفیت مولد پراکنده و … برای برطرف کردن مشکل ایجاد شده در نظر گرفته شود.

3-4- مطالعات کیفیت توان:

این مطالعات برای تعیین موارد زیر انجام می گیرد.

• اغتشاشات گذرا
• قطعی ها
• افت کوتاه مدت ولتاژ
• افزایش کوتاه مدت ولتاژ
• هارمونیک­ها (منابع تولید پراکنده اینورتری از قبیل سلول­های خورشیدی و پیل­های سوختی به دلیل دارا بودن ادوات الکترونیک قدرت، هارمونیک به شبکه تزریق می­کنند که منجر به کاهش کیفیت توان خواهد شد)
• نوسانات ولتاژ: مسائل مهمی که در این رابطه مطرح است عبارتند از:
• اضافه ولتاژهای ناشی از شار توان معکوس
• اثرات متقابل با تنظیم کننده های ولتاژ (تپ چنجر و رگولاتور ولتاژ)
• اثر حضور یا عدم حضور منبع تولید پراکنده در پروفیل ولتاژ

5– الزامات هارمونیک:

در جداول (4) تا (6) الزامات هارمونیک ارائه شده است.

6- الزامات توان راکتیو:

در جداول (7) تا (9) الزامات هارمونیک ارائه شده است.

جدول (7): محدوده مجاز ضریب توان واحدهای تولید پراکنده کلاس 1

 

 

7- تجهیزات مورد نیاز برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه:

منابع تولید پراکنده برای اتصال به شبک برق، نیاز به تجهیزات خاصی دارند. برای هر یک ازکلاس های قدرت منابع تولید پراکنده و بسته به محل اتصال مولد به شبکه، تجهیزات قدرت، کنترلی، مانیتورینگ، اندازه گیری و حفاظتی به همراه طرح ارائه می گردد.

باید توجه داشت که، هدف بررسی حداقل تجهیرزات حفاظتی مورد نیاز در سیستم اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه در نقطه PCC است و نه حفاظت منبع تولید پراکنده. به عبارت دیگر هدف، حفاظت شبکه در برابر تأثیرات ناشی از منبع تولید پراکنده بر شبکه است. مسئولیت حفاظت از منبع تولید پراکنده بر عهده مالک منبع تولید پراکنده است و مالک منبع تولید پراکنده باید برای حفاظت مولدهای خود توابع حفاظتی مورد نیاز را پیش بینی نماید.

در جداول (10) تا (12) توابع الزامی سیستم حفاظتی برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه ارائه شده است.